Так как к концу XIX века конструкторы уже отчетливо осознавали трудность обеспечения вертолетов достаточным запасом подъемной силы, они перестали вводить в свои разработки какие бы то ни было лишние части и агрегаты, в том числе и вооружение. На время эти идеи оставались «воплощенными» лишь в фантастических романах, таких, например, как «Робур-завоеватель» Жюля Верна, в котором вертолет «Альбатрос» был оснащен двухдюймовой пушкой, митральезой и другим стрелковым вооружением, а также бомбами, спасательной лодкой и разным спецоснащением. Несколько позже, в романе «Необыкновенные приключения экспедиции Барсака», Жюль Верн дал описание вооруженного картечницей дистанционно-пилотируемого вертолета «Оса».

Геликоптерные формы

В 90-х годах XIX века начался последний период «героического» этапа, непосредственно предшествовавшего появлению первых вертолетов, способных подняться в воздух с летчиком на борту. Создание паровых двигателей с малым удельным весом, результаты экспериментальных исследований и испытаний летающих моделей позволили создать первые самолеты, способные оторваться от земли. Самолет французского инженера Клемана Адера 9 октября 1890 года совершил небольшой «скачок», а в 1894 году аналогичного результата добился и англичанин Х. Максим. Возросший интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха стимулировали и успехи «летающего человека» О. Лилиенталя. К концу XIX века у энтузиастов авиации появилась уверенность в том, что мир находится накануне первого управляемого полета на летательном аппарате тяжелее воздуха.

В работах пионеров вертолетостроения особое внимание на переломе XIX—XX веков стало уделяться различным проблемам аэродинамики и динамики, развитию принципов проектирования вертолетов. Началось становление вертолетной науки. Ее основой послужили экспериментальные исследования несущих винтов, позволившие накопить изрядный опыт подбора оптимальных параметров. Ученые стали предпринимать попытки создания теоретических основ расчета несущих винтов. Существенно расширились представления о характерных режимах работы вращающегося винта, в том числе в режиме авторотации. В начале XX века появились работы француза Шарля Ренара, австрийца Георгия Вельнера, русских Николая Егоровича Жуковского и Дмитрия Павловича Рябушинского и других ученых, положившие начало теории проектирования вертолетов. Тогда были заложены основы весового и аэродинамического расчетов винтокрылых летательных аппаратов, методов оптимизации их параметров.

Среди разрабатываемых схем вертолетов все большее распространение получали простые одновинтовые и двухвинтовые соосные. Профессор Московского университета Федор Алексеевич Слудский предложил в 1887 году русскому военному ведомству целую программу создания боевых «воздушных волчков» для нанесения бомбовых ударов по врагу или перенесения почты через голову противника. Модели аналогичных, летающих на режиме авторотации «воздушных торпед» для переноски бомб или освещения местности демонстрировал в 1895-м петербургский чиновник Виктор Викторович Котов.

Представления о компоновке и общем виде вертолетов эволюционировали от примитивного подражания другим летательным аппаратам и транспортным средствам до выработки специфических «геликоптерных» форм. Некоторые проекты содержали упрощенные прочностные расчеты частей и деталей. Мнение о несущем винте как о точке подвеса было признано ошибочным, возникла необходимость обеспечения вертолета средствами управления, позволяющими осуществлять балансировку сил и моментов относительно всех трех осей, и эффективными не только при поступательном движении, но и при режиме висения. При этом конструкторы использовали как давно известные органы управления, так и разрабатывали новые, в том числе и прототипы автомата перекоса.

На переломе XIX—XX веков завершили постройку вертолетов собственной конструкции и приступили к их натурным испытаниям англичанин Г. Филипс, француз А. Филиппи, немцы К. Зенкер и Г. Гансвиндт, австриец В. Порак де Варна, американец Дж. Давидсон, канадец Л. Гэгнон, бельгиец А. Виллар. Предпринял попытку построить вертолет и россиянин Иосиф Иосифович Липковский (главный инженер Путиловского завода). По проекту его машина должна была иметь два соосных несущих винта диаметром по 16 м, тянущий воздушный винт, а также рулевые винты и аэродинамические поверхности для балансировки и управления по всем трем осям. Несущие винты приводились двигателем внутреннего сгорания мощностью 80 л. с., а воздушный — вторым мотором в 24 л. с. В 1904-м, в самый разгар Русско-японской войны, инженер приступил к постройке вертолета, на котором обещал лично отправиться на театр военных действий. Инженер оценивал взлетную массу вертолета в 5 320 кг. При этом полезная нагрузка должна была составить 1 440 кг, из которых 490 кг приходилось на бомбы. Однако ввиду архаичной формы лопастей подъемная сила оказалась крайне мала, несмотря на большой диаметр винта и площадь лопастей. Проект подвергся жесткой критике Н.Е. Жуковского, и военное ведомство отказалось от его дальнейшей поддержки.

Значительно более впечатляющими были успехи в 1903—1905 годах крупноразмерных моделей, а точнее говоря, малоразмерных вертолетов американца У. Пиккеринга и французов Ш. Ренара, Г. Дейч-де-ла-Мерта, П. Корню и братьев Дюфо. Воздержавшись от амбициозных планов, они оснастили свои маленькие вертолеты только самым необходимым — несущей системой, легким мотоциклетным двигателем внутреннего сгорания мощностью 3 л. с., соединяющей их трансмиссией и легкой простой фермой-фюзеляжем. Придерживаемые от опрокидывания привязью вертолеты уверенно отрывались от земли и зависали в воздухе. В 1903 году модель Пиккеринга подняла в воздух живое существо — кролика.

Первые неудачи ХХ века не обескуражили вертолетостроителей. Они продолжили постройку аппаратов в натуральную величину. В определенной мере их подстегивал успех коллег-самолетостроителей. В 1903-м братьям У. и О. Райт удалось впервые осуществить на своем «Флайере-1» управляемый полет. Самолет начал уверенно завоевывать воздушное пространство, вселяя большие надежды в ряды сторонников механического полета. Строительство винтокрылых машин развернулось во всех развитых странах мира.

Первые икары

В результате быстрого прогресса автомобилестроения появился надежный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Моторы начала XX века имели удельную массу 4—5 кг/л. с. Появление во второй половине первого десятилетия века авиационных моторов «Антуанет» с удельным весом 2—3 кг/л. с. сделало возможным создание натурных вертолетов с энерговооруженностью, позволявшей поднять в воздух человека.

Другой важной причиной появления первых летающих вертолетов были успехи, достигнутые в результате экспериментов с несущими винтами, обладающими высокими аэродинамическими характеристиками. Особенно выдающихся успехов добился французский ученый Ш. Ренар, достигший в таких экспериментах кпд свыше 0,55. Накопленный в авиации опыт позволил строить несущие винты и другие части конструкции достаточно легкими и прочными. Размеры винтов, исследуемых на стендах, постоянно увеличивались, и в 1905 году испытательный стенд Мориса Леже, ученого из Монако, впервые оторвал от земли человека при помощи несущих винтов.

Важнейшее в истории вертолета событие состоялось 24 августа 1907 года: инженер Волюмар впервые поднялся в воздух на винтокрылом летательном аппарате «Жироплан № 1» конструкции знаменитого французского Луи Бреге. Целую минуту аппарат висел на высоте 60 см. При последующих испытаниях «Жироплан № 1» поднимался на 1,6 м и неподвижно висел около полутора минут.

Своим успехом Л. Бреге во многом был обязан правильному выбору схемы и размеров вертолета. Так как удельная мощность двигателей была невелика, необходимую подъемную силу пионеры вертолетостроения пытались достичь увеличением размеров несущих винтов. Однако уровень науки и техники того времени не позволял создать легкий и надежный несущий винт диаметром свыше 8 м. Поэтому конструкторы были вынуждены увеличивать не размеры винтов, а их число. Бреге установил на вертолете четыре винта диаметром 8 м. Они приводились во вращение от двигателя «Антуанет» мощностью 45 л. с. Корпус аппарата представлял собой крестообразную ферменную расчалочную конструкцию из металлических труб. Взлетная масса составляла 578 кг. Летчик мог только управлять двигателем. Других средств управления на вертолете не было. Малый запас подъемной силы не позволил Бреге установить их на аппарат. От опрокидывания «Жироплан» предохранялся механиками, придерживавшими с четырех сторон фермы конструкции.