Galerie - Vrtulníky s třemi a více nosnými rotory jsou exotické, o většině jste nikdy neslyšeli

První pokusy s vrtulníky se často prováděly s vícerotorovými konstrukcemi. Hlavním důvodem byly obavy o stabilitu. Čtyři „sloupce stlačeného povětří“ prostě dávaly větší jistotu než jeden. Dvojice protiběžných rotorů kompenzovaly své reakční momenty, čímž konstruktérům ubyla další starost.

První úspěšné testy vícerotorových vrtulníků proběhly již před první světovou válkou. „Úspěšné“ myšleno, že se vrtulník dokázal odlepit od země a viset, v lepším případě trochu manévrovat. Na manévry v rozsahu, jak je známe dnes, si muselo lidstvo počkat do 30. let 20. století a na sériovou výrobu ještě další dekádu.

Dnešní přehled zahrnuje vrtulníky s třemi a více rotory.

Protože jich vzniklo málo, jsou v seznamu uvedeny i některé významné projekty.

Vrtulníkům s rotory vedle sebe nebo prolínajícími se rotory byly věnované předchozí části.

Vrtulníky s tandemovými a koaxiálními rotory budou v dalších dílech.

Bréguet-Richet Gyroplane No. I - Francie - 1907

Jeden z prvních pokusů s vrtulníkem provedli francouzští pionýři Louis-Charles Breguet a jeho bratr Jacques Breguet. Ti pod vedením profesora Charlese Richeta postavili stroj, pojmenovaný Gyroplane No.I, který měl uskutečnit kolmý vzlet a přistání. Kvůli úspoře hmotnosti byla trubková konstrukce zcela bez potahu. K pohonu sloužil kapalinou chlazený motor Antoinette s výkonem 34 kW. Celková hmotnost stroje byla 578 kg.

Vrtulník měl čtyři ramena, na konci každého byl umístěn čtyřlistý, respektive osmilistý rotor, protože měl čtyři a čtyři listy nad sebou. Ramena listů nad sebou byla propojena svislými vzpěrami a všech osm se otáčelo stejným směrem, takže skutečně tvořily jeden rotor. Kvůli vyrovnání reakčního momentu se dva rotory otáčely po směru a dva, umístěné diagonálně proti nim, se otáčely proti směru hodinových ručiček. Uprostřed byla plošina pro „pilota“ M. Volumarda. Toho vybrali, protože byl drobné postavy a vážil jen 68 kg.

K prvnímu vzletu došlo  v Douai 24. srpna 1907, kdy stroj vystoupal do výšky asi 60 cm. Nešlo o volný let, protože Gyroplane nebyl vybaven žádným řízením a stabilitu zajišťovali čtyři muži, kteří stroj přidržovali. Pilot mohl ovládat jen otáčky motoru, tedy jen stoupání nebo klesání, takže nešlo o řiditelný let. Ale Gyroplane No. I byl prvním strojem, který se odlepil svisle od země. Při dalším pokusu 19. září stroj vystoupal do výšky 1,5 m. Bratři pokračovali v dalších pokusech s výkonnějším Gyroplane No. II, ale ten měl jen dva rotory.

Oehmichen No. 2 - Francie - 1922

Etienne Oemichen byl mladý inženýr, pracující v továrně Peugeot. Ve 20. letech experimentoval s šesti různými stroji s kolmým vzletem. Oemichen No.1 měl dva rotory a využíval pro usnadnění vzletu balon plněný plynem.

Oemichen No.2 tvořila trubková konstrukce křížového tvaru. Ve vrcholech kříže byly dvojlisté rotory, připomínající spíše otáčející se křídlo. Ty sloužily pouze k udržení stroje ve vzduchu. Vztlak rotoru se měnil podobně jako na starých letadlech zakřivováním profilu, pomocí lanek. K pohonu sloužil rotační motor Gnome et Rhône s výkonem 135 kW. K řízení vrtulníku a pohybu vpřed sloužilo 8 vrtulí s regulací otáček a reverzací chodu pomocí variátoru.

První vzlet se uskutečnil 11. listopadu 1922. Vrtulník prokázal, že je stabilní a částečně řiditelný. Lety se postupně prodlužovaly na více než 10 minut. Vrtulník vytvořil první oficiální rekordy FAI ve své kategorii. 14. dubna 1924 uletěl vzdálenost 360 m a o tři dny později výkon vylepšil na 560 m. 4. května vytvořil rekord ve vytrvalosti výkonem 14 minut, proletěl 1 míli a ustanovil rychlostní rekord na uzavřeném okruhu 1 km, který prolétl za 7 minut a 40 sekund. Konstruktér získal peněžitou odměnu 90 000 franků.

Etienne Oemichen však nebyl spokojen s dosaženými výkony a u dalších svých konstrukcí používal jednorotorovou koncepci s dvojicí pomocných vrtulí, vyrovnávajících reakční moment. U posledního typu se dokonce vrátil k využití pomocného nosného balonu.

George de Bothezat Flying Octopus - USA - 1922

George de Bothezat byl Američan rusko-rumunského původu. Z Ruska uprchl po bolševické revoluci. Ve Spojených státech sepsal a matematicky zdůvodnil několik teorií věnovaných strojům s rotujícím křídlem a přednášel na univerzitě. Na základě svých výsledků byl v roce 1921 osloven zástupci US Army, aby postavil pokusný vrtulník.

Dostal k dispozici hangár na letišti McCook field v Daytoně ve státě Ohio. Stroj dokončil v prosinci 1922. Zajímavé je, že ho postavil z „jedné vody načisto“ bez modelů a testů v aerodynamickém tunelu. K pohonu sloužil nejprve rotační devítiválec Gnome et Rhône s výkonem 135 kW, ale v průběhu testů byl nahrazen rotačním motorem Bentley s výkonem 165 kW.

Konstrukčně nešlo o nic převratného. Trubková konstrukce obvyklého křížového tvaru nesla na koncích ramen čtyři šestilisté rotory. Novinkou byla možnost kolektivní změny úhlu náběhu rotorových listů na jednotlivých rotorech. Tím byla zajištěna řiditelnost vrtulníku. Otáčení kolem svislé osy zajišťovaly dvě pomocné trojlisté vrtule, jejichž otáčky se ovládaly pomocí pedálů.

Vrtulník poprvé vzlétl 18. prosince 1922 a dokázal stabilně viset ve výšce 1,8 m. Během následujících let provedl přes sto vzletů, některé dokonce se 4 pasažéry na palubě. S nimi dokázal ve výšce 9 m viset 2 minuty a 45 sekund. Nicméně stále šlo o lety s využitím vlivu přízemního efektu. George de Bothezat chtěl postavit výkonnější stroj, ale US Army v roce 1924 ztratila zájem a nechala stroj sešrotovat.

Projekty troj a čtyřrotorových vrtulníků Nicolase Florina - Belgie - 1926 - 1947

Dalším významným vrtulníkovým průkopníkem a ruským emigrantem byl Nikolas Florine, který po bolševické revoluci uprchl do Belgie. Věnoval se aerodynamice a mimo jiné jeho zásluhou byl postaven první aerodynamický tunel v Belgii. Publikoval práce věnované řízení dvojrotorových vrtulníků. Jeho největším úspěchem byly vrtulníky s tandemovými rotory, ale tam jeho tvůrčí invence nekončila. Zabýval se i vrtulníky s třemi nebo čtyřmi rotory.

V roce 1926 si podal patent na trojrotorový vrtulník a postupně zpracoval několik studií. Nejzajímavější však byl čtyřrotorový velmi moderně tvarovaný dvojmístný vrtulník, vystavený na mezinárodním aerosalonu v Bruselu v roce 1947. Poháněn měl být motorem Sarolia s výkonem 55 KW. Maximální rychlost měla být přes 100 km/h.

Cierva W.11 Air Horse - Velká Británie - 1948

Britská firma Cierva Autogiro Company postavila ve své době největší vrtulník na světě s třemi rotory. Na rozdíl od ostatních podobných konstrukcí vznikly dva prototypy. Vrtulník W.11 byl pokračováním předválečných konstrukcí firmy Weir W.5 a W.6, Zajímavé je, že všechny tři trojlisté rotory W.11 se točily stejným směrem. Reakční moment vyrovnávali konstruktéři vyosením rotorů. Trojrotorová koncepce byla zvolena kvůli obavám, že dva rotory neposkytnou dostatečný tah, respektive, že při zvětšování jejich průměru by obvodová rychlost konců listů překračovala rychlost zvuku.

Práce na vrtulníku W.11 začaly v roce 1945. Koncepce byla ověřena v aerodynamickém tunelu ve Farnborough. Původní konfigurace měla mít dva rotory vedle sebe a jeden rotor vzadu, ale na základě měření v tunelu bylo uspořádání obráceno a samostatný rotor byl přemístěn do přední části trupu.

K pohonu sloužil vidlicový dvanáctiválec Rolls Royce Merlin 24 s výkonem 1210 kW. Řízení bylo vybaveno hydraulickými posilovači. Vrtulník měl sloužit jako létající jeřáb, sanitní a dopravní verze. V září 1945 byla, na požadavek Jihoafrické republiky, zpracované ještě verze, pojmenovaná vtipně Spraying Mantis pro chemický postřik polí. Ministerstvo letectví objednalo dva prototypy, které byly dokončené v roce 1948.

K prvnímu vzletu prototypu s imatrikulací G-ALCV došlo 7. prosince téhož roku. Tento stroj 13. června 1950 havaroval a na palubě zahynuli tři muži zkušební osádky. Příčinou byla únava materiálu rotorové hlavy předního rotoru. Britská vláda ztratila zájem a přestala další vývoj podporovat. Druhý prototyp G-ALCW byl sešrotován zhruba o rok později. Tím pádem skončil i projekt W.11T s dvojicí motorů Rolls Royce Merlin 502 a W12, který měl být poháněný dvojicí turbohřídelových motorů Rolls Royce Dart.

Convertawings Model A Quadrotor - USA - 1956

Ve Spojených státech navázal na práce Etienne Oemichena americký zkušební pilot a konstruktér David H. Kaplan. V roce 1955 dokončila jeho firma Convertewings prototyp vrtulníku, jehož základ tvořila trubková konstrukce ve tvaru písmene H. Ve vrcholech byly upevněné dvojlisté rotory. Celá konstrukce rotorových hlav byla velmi jednoduchá, protože neměly desku cykliky, ale jen mechanismus pro kolektivní změnu úhlu náběhu listů. Pohybu jakýmkoli směrem konstruktér dosáhl pouze změnou poměru tahu jednotlivých rotorů nebo jejich dvojic.

K pohonu sloužily dva čtyřválcové boxery Continental O-90 s výkonem po 66 kW. Každý poháněl jeden pár rotorů (přední, zadní). První vzlet se uskutečnil 30. března 1956. Největším problémem se ukázala být stabilita vrtulníku. Při visení vyžadoval neustálé razantní zásahy do řízení. Přestože se podařilo uskutečnit několik úspěšných letů, další vývoj byl ukončen kvůli nedostaku financí. David H. Kaplan přešel ke společnosti Bell, kde se podílel na vývoji V-22 Osprey.

Projekty čtyřrotorových vrtulníků Convertawings - USA - 1956

Ještě před dokončením Modelu A pracoval David H. Kaplan na dalších větších verzích vrtulníků a konvertoplánů s mnohem většími výkony. Všechny však zůstaly jen na papíře nebo ve formě zmenšených modelů.

Model E měl být obří vrtulník se čtyřmi čtyřlistými rotory s průměrem přes 16 m, poháněnými čtyřmi turbohřídelovými motory s celkovým výkonem 4200 kW. Vrtulník měl přepravovat 70 osob rychlostí až 220 km/h.

Mnohem méně ambiciózní měl být Model F, což byl jednomístný vrtulník se čtyřmi prolínajícími se čtyřlistými rotory. K pohonu měly sloužit 4 turbohřídelové motory Turbomeca Artouste s výkonem po 320 kW vyráběné licenčně ve Spojených státech. Posledním návrhem byl létající jeřáb, pro US Army, o kterém však není kromě modelu dohromady nic známo.

Projekt Jakovlev VVP-6 - SSSR - 1960

Jakovlev VVP-6 měl být obří transportní vrtulník, respektive létající plošina, určená speciálně pro přepravu protiletadlových systémů S-75 Dvina/Volchov/Desna (SA-2 Guideline) do nehostinných oblastí SSSR. Vrtulník měl krabicovitý trup s délkou kolem 50 m a šesti křídly na jejichž koncích byly čtveřice turbohřídelových motorů, tedy celkem 24 motorů (!). Každá čtveřice poháněla jeden šestilistý rotor. K sériové výrobě celkem pochopitelně nedošlo a postaven byl jen zmenšený model.

Projekt Mil Mi-32 - SSSR - 1982

Další nerealizovaný projekt vícerotorového vrtulníku pocházel také ze Sovětského svazu, ale na rozdíl od VVP-6 z konstrukční kanceláře Michaila L. Mila, která měla s vrtulníky bohaté zkušenosti. Její výhodou bylo, že mohla použít některé existující komponenty. K pohonu měly sloužit tři kompletní jednotky z vrtulníku Mi-26, každá tvořená dvojicí turbohřídelových motorů Lotarev D-136 s výkonem po 8500 kW, pohánějící osmilistý rotor s průměrem 32 m.

Maximální vzletová hmotnost se měla pohybovat mezi 135 - 146 tunami (zhruba jako Boeing 757) a nosnost kolem 55 t. Trup tvořila speciální konstrukce ve tvaru trojúhelníku s jedním rotorem a kokpitem osádky vpředu a dvěma rotory vzadu. Projekt získal finální podobu v roce 1982. Vzhledem k enormním nákladům na vývoj však byl postaven pouze model.

AeroVelo Atlas - Kanada - 2012

AeroVelo Atlas byl vrtulník, postavený s cílem získat cenu Igora Sikorského ve výši 250 000 USD. Podmíkou byl let s lidským pohonem v délce 60 sekund, dosažení výšky 10 stop (3 metry) a střed stroje při visení nesměl vybočit ze čtverce 10 × 10 m, aby se vyločil zisk dynamického vztlaku dopředným letem. Vítězi se stali studenti kanadské University od Toronto. Jejich vrtulník poprvé vzlétl 28. srpna 2012 a cenu získali 13. června 2013.

Atlas je čtyřrotorový vrtulník s křížovým rámem postaveným z trubek z uhlíkových kompozitů. Namáhané části jsou vyztužené balzou a vectranovými šňůrami. Ty zajišťují i přenos výkonu na rotory. Každý dvojlistý rotor má průměr a 20.2 m a potah z transparentního Mylaru. Celková hmotnost stroje je navzdory obřím rozměrům pouhých 55 kg. Pohonnou jednotku tvořil pilot a závodní cyklista Todd Reichert. Protože jsou lidské síly omezené, musel natrénovat speciální výkonový profil. Nejprve vystoupal do výšky 3,3 m, což vyžadovalo asi 1,1 kW a potom pomalu klesal, aby splnil podmínku vytrvalosti, což vyžadovalo „udržovací“ výkon zhruba 600 W. Řízení vrtulníku bylo zajištěno nakláněním „očesaného“ rámu závodního kola, na kterém Reichert seděl.

Děkuji, že jste si přečetli můj článek. Pokud se vám líbil, zvažte možnost použít tlačítko „sledovat autora“. O vydání dalšího mého článku budete informováni automaticky.

Budu rád, když moje články doporučíte nebo nasdílíte svým přátelům.

Vážím si každé vaší reakce nebo připomínky. Náměty na témata, která by vás zajímala mi můžete napsat do komentářů nebo do zprávy.

Zvláštní poděkování patří všem, kdo se rozhodli mě finančně podpořit. Vaše jména se u příspěvků nezobrazují, takže toto je jediná možnost, jak vám poděkovat.

Další díly:

- Letadla se sedmi a více motory

- DANA - první samohybná houfnice na kolovém podvozku, všechny její sestry a sestřenice

- Stíhací a průzkumné letouny s motorem uprostřed. Airacobra nebyla ani první, ani jediná

- Třímotorová proudová dopravní letadla - nejhezčí z celé generace dnes už skoro neuvidíte

- Vrtulníky s rotory vedle sebe, navzdory mnoha pokusům vznikly jen malé série pár typů

- Blesky na obloze - ne všechny typy byly svou rychlostí hodny toho jména

- Vrtulníky s prolínajícími se rotory, nejsou tak exotické, jak se zdá, jsou jich stovky

Zdroje:

Gordon, Yefim; Dmitry and Sergey Komissarov (2005). Mil's Heavylift Helicopters. Hinkley: Midland Publishing.

Gunston, Bill. Yakovlev Aircraft since 1924. London, UK: Putnam Aeronautical Books, 1997

The Illustrated Encyclopedia of Aircraft (Part Work 1982–1985). Orbis Publishing.

The Cierva Air Horse. Jacob Shapiro. Journal of the Helicopter Association of Great Britain

de Bothezat, George. The General Theory of Blade Screws, NACA

Lambermont, Paul Marcel. Helicopters and Autogyros of the World. London: Cassell, 1958

Young, Warren R. The Helicopters. „The Epic of Flight“. Chicago: Time-Life Books, 1982