Для вертолета Игорь выбрал конструктивно наиболее простую и хорошо опробованную на моделях двухвинтовую соосную схему. В то время диаметры соосных несущих винтов было принято делать различными (диаметр верхнего винта был 4,6 м, а нижнего - 5 м). Это было сделано для уменьшения вредного влияния на лопасти нижнего винта, которое возникало от обдувки их потоком верхнего винта. Вращались винты в противоположные стороны с частотой 160 об/мин.
Вес пустого вертолета составлял 205 кг. Скомпонован аппарат был следующим образом: спереди от валов винтов и редуктора, прямо на полу, осью поперек полета, располагался двигатель, а сзади - место пилота. Два концентрических вертикальных вала возвышались над редуктором и проходили через подшипники наверху фюзеляжа. Фюзеляж представлял собой прямоугольную клеть, расчаленную рояльной проволокой. Ее вертикальные стойки были из стальных труб, а поперечины - из деревянных брусков.
На стальных валах крепились двухлопастные несущие винты. Силовой основой каждой лопасти являлись два деревянных лонжерона, сходящиеся крестообразно друг над другом в месте крепления на главном валу. Угол между ними определял крутку лопастей. К лонжеронам крепились прямоугольные в плане лопасти небольшого удлинения, которые имели металлический каркас и были обтянуты тканью. Лопасти были расчалены рояльной проволокой к двум кольцевым муфтам, установленным на каждом валу над и под втулками крепления каждого винта. Изменяя при помощи этих муфт натяжение проволоки, можно было регулировать шаг несущих винтов. Благодаря этому предполагалось в дальнейшем осуществлять управление величиной подъемной силы и путевое управление вертолетом. Для продольно-поперечного управления и поступательного перемещения предусматривалось использовать управляющие поверхности- рули, расположенные в индуктивном потоке воздуха, отбрасываемого несущими винтами. Их установка предполагалась только после проверки надежности работы частей конструкции и достижения необходимой для взлета подъемной силы.
Мощность двигателя «Анзани», как это частенько случалось с моторами этой фирмы, оказалась не 25 л.с., как указывалось в паспорте, а лишь 18. Для равномерности хода на выходном валу двигателя был установлен маховик. За маховиком был шкив, от которого мощность посредством четырехдюймового ремня передавалась на входной шкив редуктора. Для снижения частоты вращения второй шкив был сделан значительно большего диаметра. Редуктор имел классическую для вертолетов соосной схемы конструкцию - соединение трех конических шестерней. Над двигателем располагались масляный и топливный баки. В ходе испытаний топливный бак был снят, и топливо подавалось по шлангу в двигатель прямо из канистр. Шасси как такового вертолет не имел. Он был установлен на двухколесную тачку, при помощи которой аппарат можно было перевозить по проложенным в саду рельсам из беседки к месту испытаний.
Рисунок вертолета N1 из газеты «Киевская искра» от 17.09.1909. Видны дополнительные консоли для повышения жесткости лопастей в плоскости вращения
Наступил исторический момент. Игорь Сикорский расположился на пилотском месте, запустил двигатель и начал потихоньку прибавлять обороты. Но винты не крутились. Ремень скользил по шкивам и не передавал крутящий момент. Когда дефект с помощью прижимного ролика был устранен и винты смогли вращаться, возникла сильная вибрация. Пришлось снимать лопасти и тщательно их балансировать. Кроме того, была значительно увеличена жесткость лопастей в плоскости вращения за счет их усиленного расчаливания к дополнительным поперечным консолям, добавленным к втулкам верхних лонжеронов. Вибрация уменьшилась. Режим вращения стал мягче, но при увеличении оборотов снова возникла тряска. Молодой конструктор впервые встретился со столь характерной для винтокрылых машин проблемой отстройки резонансов и снижения вибраций. Он сделал правильный вывод: причина резонанса заключалась в недостаточной жесткости вала верхнего несущего винта. Чтобы просчитать резонансную частоту, он забрался на верх клети, и, возбуждая колебания вала рукой, определил, что частота соответствует 120 колебаниям в минуту. Устранение дефекта было таким же простым. Сикорский подобрал деревянный стержень длиной 1,2 м и стал его постепенно забивать в полый вал винта, время от времени замеряя частоту его колебаний. Когда нижний конец стержня достиг положения верхнего подшипника, частота собственных колебаний начала резко возрастать. Конструктор продолжал забивать стержень, пока частота не достигла значения 175, т.е. стала выше максимальных значений диапазона рабочих частот вращения несущих винтов. Резонанс прекратился. Опыт решения проблем динамической прочности впоследствии очень пригодился Сикорскому при доводке других летательных аппаратов, в частности, «Русского витязя».
Теперь можно было выводить двигатель на полную мощность. Игорь, оставаясь на земле вне клети, дал полный газ. Несбалансированный весом пилота вертолет стал опрокидываться в сторону тяжелого двигателя. Конструктор остановил двигатель и прыгнул на задравшуюся часть пола клети. Аппарат медленно под его весом вернулся в первоначальное положение. Вертолет был спасен. Много лет спустя Сикорский так описывал свои впечатления: «Впервые я тогда почувствовал мощь машины, а вертолет, как мне показалось, продемонстрировал готовность взмыть в воздух. Я очень точно помню свои ощущения. Когда я встал на пол, тот конец, на котором я находился, не опустился, а испытывал сопротивление некоторой силы, поддерживающей его снизу».
После соответствующей весовой перебалансировки Сикорский продолжил испытания. Двигатель ревел на полную мощность, но вертолет не поднимался, а только вращался на земле - «вальсировал». Для балансировки машины относительно вертикальной оси пришлось тщательно регулировать дифференциальный общий шаг винтов. Однажды при сильном порыве ветра возникла опасность опрокидывания набок. Это подтвердило необходимость установки эффективного продольно-поперечного управления. Предполагавшееся ранее управление посредством поверхностей в индуктивном потоке конструктор признал нецелесообразным из- за недостаточной мощности потока, выявленной в процессе испытаний.
После устранения всех недостатков Сикорский увидел, что при полной даче газа винты принимают на себя большую часть веса машины, но оторвать ее от земли все же не могут. Было очевидно: эта машина с человеком на борту подняться не может. Игорь изменил программу испытаний. Он смастерил большие весы, позволяющие замерять подъемную силу вертолета. Весы дали возможность определить, что тяга винтов соответствует примерно 160 кг, а это на 45 кг меньше веса пустой машины. Конструктор сделал вывод о необходимости облегчения конструкции, увеличения диаметров несущих винтов и улучшения аэродинамики лопастей. Опыты с первым вертолетом были завершены в октябре 1909 г. после серии испытаний винтов различной конструкции. 18-19 ноября 1909 г. вертолет Сикорского с успехом демонстрировался на Воздухоплавательной выставке в Киеве, проводившейся Киевским обществом воздухоплавания, и был признан «гвоздем экспозиции».
3 проекции вертолета N1
Хотя первому вертолету Сикорского не удалось подняться в воздух, конструктор при его испытаниях получил большой практический опыт, особенно важный для дальнейшего проектирования винтов. Проведенные затем опыты с моделями показали, что они летали значительно лучше, чем те, с которыми конструктор экспериментировал до постройки вертолета. Многие киевские авиастроители стали заказывать воздушные винты для своих летательных аппаратов не во Франции, как раньше, а у студента Сикорского.
Какова же роль первого летательного аппарата авиаконструктора в мировом и российском вертолетостроении? Из четырех десятков построенных к концу 1909 г. вертолетов оторваться от земли удалось только пяти машинам. В 1907 г. первыми оторвались от земли винтокрылые машины французских изобретателей Л. Бреге и П. Корню. Они кратковременно поднимались в воздух с летчиком на борту. Два других вертолета, англичанина Г. Райта и американца В. Инглиша, поднимались в воздух в 1908 и 1909 гг. без полезной нагрузки. Все они имели выгодную в аэродинамическом отношении схему с несущими винтами, расположенными рядом в одной плоскости. В то время почти половина построенных вертолетов имела, как и аппарат Сикорского, соосную схему - конструктивно более простую и компактную, но энергетически невыгодную из-за потерь от взаимовлияния несущих винтов. Из вертолетов соосной схемы только винтокрылому аппарату американского конструктора Дж. Уильямса удалось оторваться от земли. Это произошло в 1908 г. Успех был достигнут во многом благодаря установке на вертолет специальных двигателей - легких, но ненадежных. Как видим, результаты, полученные Сикорским, вполне вписывались в общую картину достижений того времени.