Для поддержания авторотации необходимо, чтобы набегающий поток подходил к диску с некоторой составляющей, направленной кверху, то есть диск всегда должен иметь положительный угол атаки по отношению к набегающему потоку. Для поступательного движения аппарат должен иметь двигатель с тянущим (или толкающим) винтом, как у обычного самолета. В набегающем потоке ротор способен поддерживать режим авторотации на углах атаки до 90°, то есть при вертикальном снижении аппарата. Эффект авторотации конструктор открыл, когда ему было 25 лет. Он сразу же его запатентовал и приложил максимум усилий, чтобы использовать этот эффект на практике. Поначалу Сиерва назвал систему самовращающихся крыльев «аутохироптеро» («ауто» — само, «хиро» — вращение), потом сократил это слово до «аутохиро». К нам же слово «автожир» пришло из французского — autogire.
В 1920 году Хуан де ла Сиерва построил первый в мире автожир, назвав его С-1. Автожир имел два соосно расположенных четырехлопастных ротора. Но конструктор не смог справиться с большим опрокидывающим моментом в поперечной плоскости. Два последующих автожира, выполненные по одновинтовой схеме, С-2 и С-З, тоже оказались неудачными. Они также отличались неустойчивостью, а лопасти ротора в корневой части разрушались усталостными напряжениями. Причиной этого являлось жесткое крепление лопастей. На четвертом опытном автожире — С-4, построенном в 1922 году, Сиерва ввел в крепления лопастей шарниры. Теперь лопасти могли в небольших пределах махать вверх-вниз.
Для создания автожира С-4 конструктор использовал фюзеляж, ротативный двигатель Рон-9^ (110 л.с.), двухлопастный деревянный тянущий винт, оперение и шасси французского учебного самолета «Анрио-14». Но от бипланной коробки сохранил только часть нижнего крыла, а перед кабиной пилотов на расчаленной тросами стойке разместил несущий винт. Длинные жесткие свободнонесущие лопасти делать еще не умели, поэтому они были снабжены расчалками. 9 января 1923 года этот летательный аппарат совершил первые полеты над Мадридом, в том числе самый продолжительный по замкнутому маршруту длиной 25 км. Именно эта машина С-4 и стала первым в мире автожиром, а сам термин — общим для этого класса машин.
Сиерва продолжал развивать свою идею. На следующем автожире С-5, построенном в 1923 году, он ввел элероны, установ их на концах длинной балки. С их помощью впервые удалось совершить круг над летным полем. Созданный в 1925 году автожир С-6А стал первым двухместным аппаратом такого типа. Так же, как и С-4, он являлся переделкой обычного самолета. На этот раз за основу взяли широко распространенный английский биплан «Авро-504». С этой машиной британское министерство авиации пригласило Сиерву принять участие в авиационной выставке в Фарнборо для демонстрационного полета. Ознакомление с необычным аппаратом привело к тому, что британское министерство авиации заказало Сиерве два модифицированных образца автожира с новым типом лопасти (более жестким). С-6 бис показал хорошие летные качества, его полеты широко комментировались прессой и вызвали интерес в деловых кругах Англии.
Хуан де ла Сиерва в кабине своего автожира
В октябре 1925 года Сиерва выступил с докладом «Развитие автожира» перед членами английского Королевского авиационного общества. В докладе, который сопровождался показом диапозитивов и кинофильмов, он сообщил, что в общей сложности испытал 32 варианта автожира — один С-1, девять С-3, четыре С-2, пятнадцать С-4, один С-5 и два С-6. Комментируя это событие, журналисты писали: «Можно смело сказать, что за последние несколько лет ни один докладчик в Королевском авиационном обществе не привлекал столько народа».
Наступил момент направить будущее автожира в нужное русло. Хотя в Испании Сиерва и находил поддержку своим проектам, он понимал, что необходимой базы здесь нет, а главное — нет долговременных источников финансирования. После первых контактов с заинтересованными лицами в европейских странах он остановил свой выбор на Англии. Там Сиерва нашел людей, которые были готовы сделать ставку на автожир. В 1925 году Сиерва переехал жить в Англию, основал компанию по выпуску автожиров «Сиерва Аутоджайро». В тот же период он подал заявку на несколько английских патентов на новые изобретения, поскольку вклад изобретателя в компанию состоял только из его идей.
Конечно, новые изобретения не родились в момент создания компании. Это был продукт постоянной и напряженной работы ума, всецело поглотившей творца автожира. Основной патент Сиервы на маховое движение лопастей в вертикальной плоскости в 1923 году был уже принят во Франции и в Англии, чуть позже — в США и Германии. В ноябре 1925 года конструктор подал заявки на семь патентов, которые ему были выданы в начале 1927 года. Они содержали несколько важных идей, которые впоследствии были внедрены на практике: способы раскрутки ротора от двигателя через трансмиссию; различные формы лопастей; способ складывания лопастей для удобства перевозки; использование крыльев для получения дополнительной подъемной силы и крепления элеронов; второе шарнирное сочленение; уменьшение колебаний лопасти в плоскости вращения с помощью расчалок с центробежными грузиками или резиновыми шнурами (этот патент включал в себя втулку с осевыми и радиальными подшипниками и систему смазки шарниров под действием центробежных сил); небольшой поворот горизонтального шарнира относительно оси лонжерона лопасти для демпфирования колебаний лопасти в вертикальной плоскости и др.
Автожир С-30А
Показательные и испытательные полеты в Фарнборо, а также выступление Сиервы перед Королевским авиационным обществом в Лондоне произвели в авиационном мире настоящий фурор: автожир в отличие от вертолета уже реально летал! Этим летательным аппаратом заинтересовались во многих странах Европы. Не все шло гладко, в процессе полетов случались и аварии, однако автожиры пошли в серию и широко использовались во Франции, Германии, США и Японии вплоть до Второй мировой войны, когда появились первые летающие вертолеты.
Последним реализованным проектом Сиервы стал автожир С-40, но конструктор участвовал лишь в начальных стадиях проектирования этого аппарата — в декабре 1936 года он погиб: рейсовый самолет «Дуглас», на котором он летел, потерпел катастрофу.
Хотя автожиры Сиервы так и не заняли значительного места в военной и гражданской авиации, его оригинальные идеи стали образцом для подражания во многих странах мира и впоследствии способствовали бурному расцвету вертолетостроения.
Конструктор, ученый, педагог
Начало 2008 года отмечено не только 85-летием первого полета автожира Хуана де ла Сиервы, 25 февраля 2008 года исполнилось 105 лет со дня рождения Ивана Павловича Братухина — талантливого конструктора, создателя ряда оригинальных винтокрылых аппаратов, оказавших большое влияние на развитие отечественного и мирового вертолетостроения. Деятельность и научные интересы русского конструктора напрямую перекликаются с деятельностью и научными интересами испанца: исследования и разработка автожиров занимали в жизни Братухина большое место. Его перу принадлежит книга «Автожиры. Теория и расчет», ставшая на многие годы основным учебным пособием по теории создания винтокрылых аппаратов.
В 1928 году студент МВТУ Иван Братухин проходил стажировку в Центральном аэрогидродинамическом институте им. Н.Е. Жуковского и был командирован в составе группы будущих инженеров на преддипломную практику за границу. В течение трех месяцев студенты побывали на машиностроительных и авиационных предприятиях Германии, Франции и Италии, ознакомились с последними достижениями и новейшей литературой по авиастроению. Братухина особенно заинтересовали «Общая теория автожиров» и дальнейшее развитие теории автожира англичан Гпауэрта и Локка. Труды этих известных аэродинамиков были чуть позже переведены на русский язык при участии и под редакцией Ивана Братухина.