На днях по Интернету я увидел мельком изумительно лёгкий летательный аппарат бытового назначения.
     Несущий одного человека этот вертолет сосной схемы выглядит легче мотоцикла. У него нет ни рулевого винта, ни хвоста, ни корпуса. Ротор, двигатель и топливные баки расположены над головой человека, висящего под ними. Сидит он, как ведьма на помеле. Ничего другого, столь же заметного, вроде бы и не было видно. Малая ёмкость не слишком тяжёлого топливного бака обеспечивает лишь недолгий полет этого вертолёта со скоростью километров до ста в час. Для управления этим летательным аппаратом, как и для управления инвалидной коляской, как было сказано, даже не надо будет получать права на вождение. Мечта!
     Плохо, однако, то, что у такого столь сверхлёгкого вертолёта слишком быстро расходуется топливо, поскольку, чем меньше площадь круга, ометаемого воздушным винтом, тем большая мощность двигателя для него требуется.
     При малом диаметре несущего винта только короткий конец лопасти загребает достаточно много воздуха. Лишь он эффективно создаёт подъёмную силу, причём только в то мгновение, когда лопасть движется вперёд по направлению движения вертолёта. Максимальная скорость потока, достижимая лишь на конце, причём только наступающей лопасти летящего вертолёта, составляет обычно чуть более трёх четвертей скорости звука. Значительной подъёмной силы не создают те существенно меньшие скорости потока, которые имеются в прочие мгновения работы лопасти, как не создают существенной подъёмной силы и те массы воздуха, слишком малые и медленные, что отбрасываются вниз остальной частью короткой лопасти,
    
     С целью уменьшения расхода топлива желательно уменьшить достаточную мощность (а, соответственно, и вес) двигателя, способного поднять человека в воздух таким сверхлёгким летательным аппаратом. Эта мощность при заданной подъёмной силе ротора определяется довольно резкой обратной зависимостью от диаметра воздушного винта. Он должен быть по возможности большим.
     Это следует из самых простейших формул механики лишь школьного курса физики. Произведение силы на время равно произведению массы на скорость. Меньшего расхода энергии (то есть топлива) достаточно при уменьшении скоростей отбрасывания вниз воздуха за счёт увеличения его масс, то есть увлекаемых объёмов. Ведь требуемая мощность, то есть совершаемая работа в единицу времени (кинетическая энергия отбрасываемого винтом воздуха) равна произведениям масс на квадраты их скоростей. Энергетически выгодно увеличивать количество движения за счет увеличения увлекаемых масс воздуха. Тогда меньшей мощности двигателя будет достаточно для подъёма вертолёта и удержания его в воздухе. Для полета желательны длинные лопасти. Подъемная сила несущего винта вертолёта резко зависит от его диаметра. Однако на земле большая длина лопастей причиняет существенные неудобства.
     Птицы, летучие мыши, жуки и бабочки, садясь, мгновенно складывают свои крылья.
     Лопасти приземлившегося вертолёта хотелось бы складывать так же быстро. Автоматически.
    
     С виду такие лёгкие, очень длинные лопасти тяжёлых машин, в действительности, тяжелее, чем это кажется. Упругая деформация лопасти под действием её веса является функцией четвёртой степени от длины консоли. При заданной длине лопасти её сечение, а, следовательно, и её вес, не могут быть меньше расчётных величин, - из условий обеспечения требуемой жёсткости.
    
     Но нельзя ли конструкцию лопасти существенно укоротить, выполнив её телескопической?! Короткие секции не требуют жесткой, следовательно, тяжелой конструкции. В полёте вертолёта для лопасти любой длины вообще не нужна никакая жёсткость на изгиб. В статичном положении телескопическая лопасть имеет необходимую жёсткость, обеспеченную всеми вместе втянутыми друг в друга её секциями, составляющими эту лопасть.
    
     Вообще-то телескопические лопасти известны. Однако пока ещё не оправдали себя тяжёлые, слишком сложные их винтовые механизмы привода.
    
     А что если, учитывая исключительную лёгкость рассматриваемого летательного аппарата, мы, начиная с радиоуправляемых моделей игрушечных размеров, применим элементарно простой принцип, - как для детской игрушки?! Пусть выдвижную секцию плавно втягивает внутрь лопасти размещённая в ней пружина растяжения, - при достаточном уменьшении частоты оборотов винта уже приземлившегося вертолёта. Эта пружина противодействует усилию центробежной силы, которая до взлёта машины, с повышением частоты оборотов воздушного винта плавно выдвигает до упора выдвижное звено телескопической лопасти.
     Желательна такая телескопическая лопасть, в которой имеется более одного выдвижного звена.
     В чуть более серьёзной конструкции синхронность действия телескопических лопастей обеспечивается гидравликой.