История вертолета. Часть III
Поздней августовской ночью 1930 года по одному из подмосковных шоссе медленно, огибая каждую рытвину, тянулась подвода. Не обычный прицеп увлекал за собой этот гужевой транспорт: длинное, закутанное в брезент сооружение на дутых колесах с изящными спицами. Только ранним утром процессия достигла цели и кованые ободья подводы примяли сочную траву Ухтомского аэродрома.
Так прозаически доставили к месту испытаний самый необычный из всех летательных аппаратов, построенных к тому времени отечественными специалистами. В брезентовой «обертке» скрывался первый советский вертолет, или, как тогда называли такие машины, геликоптер, созданный группой экспериментально-аэродинамического отдела (ЭАО) ЦАГИ.
Нечасто бывало в те далекие годы, чтобы новый летательный аппарат имел такой большой объем теоретических и экспериментальных данных. Случалось, новая машина, конструктор которой располагал необходимыми научными данными, полагаясь слишком на собственный опыт, интуицию или просто везение, с трудом поднималась в небо и лишь благодаря мастерству пилота возвращалась на землю. И если проверенная самолетная схема нет-нет да и преподносила какой-нибудь сюрприз, то что можно ожидать от геликоптера, в конструкции которого все - любой сколько-нибудь важный агрегат или узел - сплошные загадки!
«Имейте в виду, что проблема создания геликоптера - одна из труднейших в авиации, - сказал весной 1925 года тогдашний начальник ЭАО ЦАГИ Б. Юрьев. - Перед вами откроется интересная, увлекательная область авиационной науки и техники, но путь этот длинный и очень трудный. Нужно только глубоко верить в возможность решить эту проблему, уметь заразить этой верой всех сотрудников, бороться со скептицизмом многих и очень многих...»
Молодые сотрудники ЦАГИ в полной мере убедились, сколь прав был «патриарх» отечественного вертолетостроения: трудностей и разочарований у вертолетчиков оказалось предостаточно, но успех пришел все-таки раньше, чем можно было предположить, В лучших традициях ЦАГИ группа не пошла по пути чистого изобретательства. Постройке машины в металле предшествовали многолетние эксперименты, имевшие целью выяснить, как работает несущий винт в непосредственной близости от земли, на режиме авторотации, какая схема - одно- или многовинтовая - сулит наилучшие результаты.
Из множества схем исследователи отобрали три, казавшиеся тогда самыми перспективными: двухвинтовую поперечную, восьмивинтовую и одновинтовую («юрьевскую») с рулевым винтом. Геликоптеры этих трех схем, названные «фаворитами», были подвергнуты углубленной эскизной разработке, которая доводилась до такого состояния, чтобы можно было с достаточной надежностью оценить вес агрегатов для составления суммарной весовой сводки.
Вертолет ЦАГИ 1-ЭА (СССР, 1930). Двигатель - М-2, ротативный, воздушного охлаждения, 120 л.с., 2 шт. Диаметр четырехлопастного несущего винта - 11 м, частота вращения - 153 об/мин. Полетная масса - 1145 кг, макс. скорость - 20-30 км/ч, статический потолок - 605 м.
И этого показалось мало конструкторам, шедшим по никем еще не изведанному пути. Каждую схему они проверили экспериментально. Первую, с лопастями, снабженными для управления стабилизаторами-закрылками, испытали с помощью так называемого винтового прибора. Вторую, состоявшую из восьми совершенно одинаковых винтомоторных установок, опробовали на двух таких элементах, построив натурный стенд с винтами диаметром 2 м. И наконец, одновинтовую исследовали, проведя обширные эксперименты с двухлопастным несущим винтом, приводимым в действие 120-сильным авиационным двигателем. Только после этих и многих других работ группа под руководством военного летчика первой мировой войны, инженера-конструктора, а впоследствии профессора МАИ А.М. Черемухина приступила в конце 1928 года к проектированию вертолета.
В июле 1930 года, создав уникальные, чисто геликоптерные агрегаты - четырехлопастный несущий винт, центральный редуктор, муфты свободного хода, другие элементы сложной, разветвленной трансмиссии, - специалисты начали натурные испытания машины. Ее необычности была под стать и обстановка, в которой прошли первые запуски; не рискуя перебазировать вертолет сразу на аэродром (вдруг понадобятся серьезные переделки), коллектив, строивший геликоптер, обосновался на втором этаже недостроенного здания ЦАГИ. Там в присутствии пожарного с полным комплектом огнетушительных средств Черемухин - по совместительству пилот экспериментального аппарата ЦАГИ 1-ЭА - провел первые, пока лишь наземные его испытания. После этих испытаний и состоялся ночной марш к Ухтомскому аэродрому, выделенному для летных испытаний новой машины по распоряжению заместителя наркома по военным и морским делам М.Н. Тухачевского.
Вертолет Бликкера (США, 1932). Построен по схеме Велльнера: несущий винт приводится во вращение небольшими винтомоторными установками на широких и сравнительно коротких лопастях. Сведений об успешных испытаниях аппарата нет.
В истории первого советского вертолета, превзошедшего по своим данным все зарубежные конструкции тех лет, немало и драматических и героических страниц. Но не случайно я так подробно остановился на предыстории машины. Углубленная проработка дала свои всходы, и аппарат, ставший вехой в мировом вертолетостроении, очень быстро продемонстрировал невиданные прежде летные качества.
Уже в сентябре 1930 года Черемухин свободно маневрирует на вертолете в 10-15 метрах от земли, а поздней осенью летает на 40-50 метрах, в 2-2,5 раза превзойдя официальный мировой рекорд, установленный в том же году на итальянском геликоптере Асканио. Спустя два года ЦАГИ 1-ЭА стал подниматься почти на 30-метровую высоту, а тихой августовской ночью 1932 года достиг фантастической высоты 605 метров! Этот рекорд в 34 раза превосходил итальянский.
Вертолет Асканио (Италия,1930). Двигатель - «Фиат А-505», 95-100 л.с. Диаметр соосного винта 13-15 м. Частота вращения верхнего и нижнего винтов - 75 об/мин. Полная масса - около 800 кг. Максимальная высота - 18 м. Достигнутая продолжительность полета - 8 мин 45 с.
ЦАГИ 1-ЭА, как и другим геликоптерам, построенным специалистами этого всемирно известного научного центра, не суждено было статьпрототипами серийных машин, но без них невозможно представить становление советской школы вертолетостроения. В первых трудах над первенцем выросли выдающиеся ученые и конструкторы, такие, например, как А.М. Изаксон, К.А. Бункин, А.Ф. Маурин, Г.И. Солнцев и И.П. Братухин, впоследствии профессор МАИ, лауреат Государственной премии, главный конструктор вертолетов «Омега», и многие другие.
28 сентября 1934 года характерный хлопающий звук, давно уже раздававшийся над Ухтомским аэродромом, сменился вдруг резким треском ломающегося металла, а затем - дробным, беспорядочным шумом разбалансированного несущего винта. К ужасу немногих, кто наблюдал тогда полет винтокрылой машины, она затряслась и начала круто снижаться, почти падать. Летная фортуна еще раз проявила снисхождение к человеку, который часто искушал судьбу: и на этот раз Алексей Михайлович Черемухин, один из создателей и бессменный пилот первых советских вертолетов, остался невредим, чего нельзя было сказать о ЦАГИ 5-ЭА, новом винтокрылом аппарате отдела особых конструкций (ООК) ЦАГИ.
Вертолет ЦАГИ 11-ЭА ПВ (СССР, 1938). Двигатель - «Кертис-Коннверор», 630 л.с. Диаметр несущего винта - 15,4 м. Частота вращения несущего винта - 183 об/мин. Полетный вес - 2250 кг. Полезная нагрузка - 375 кг. Скорость максимальная - 60 км/ч. Потолок - 50 м. Первый в истории вертолет с экипажем из двух человек.
Как ни впечатляли успехи ЦАГИ 1-ЭА, намного превысившего все официально зарегистрированные рекорды высоты, конструкторы убедились: машина недостаточно устойчива, что органически присуще аппарату с жестко прикрепленными к втулке лопастями несущего винта. Построив его модифицированный экземпляр - ЦАГИ 3-ЭА, инженеры испытали его на привязи и принялись за новую машину с принципиально иным винтом.
По замыслу автора идеи И.Р. Братухина, он представлял комбинацию двух трехлопастных винтов, посаженных на одну ось: большого несущего винта диаметром 12 м, предназначенного только для создания подъемной силы, и сравнительно малого винта (диаметром (7,8 м), лопасти которого, закрепленные на втулке между длинными лопастями, предназначались для управления с помощью автомата перекоса. Поначалу крепление больших лопастей несущего винта снабдили лишь горизонтальными шарнирами, позволявшими лопастям совершать маховое движение в вертикальной плоскости. И хотя уже первые полеты ЦАГИ 5-ЭА выявили серьезную опасность одношарнирной схемы - в комлях несущих лопастей обнаружили трещины, - конструкторы не поспешили дать лопастям свободу движения еще и в горизонтальной плоскости. Действие так называемых Кориолисовых сил, возникающих оттого, что лопасть участвует как бы в двух движениях (вращении и маховом относительно горизонтального шарнира), и привело к аварии, чуть было не стоившей жизни Черемухину.
Изрядно побитый вертолет восстановили, а главное - дали лопастям возможность колебаться еще и в плоскости вращения. Кроме горизонтальных шарниров, на втулку поставили фрикционные демпферы колебаний и резиновые ограничители: муфты сцепления на вертолете не было, раскручиваясь при запуске, комли лопастей стали опираться на эти эластичные амортизаторы. В 1934 году под руководством Братухина началась работа над вертолетом невиданной схемы.
Вертолет ЦАГИ 11-ЭА (СССР, 1936). Данные практически не отличались от данных усовершенствованного варианта 11-ЭА ПВ. Летные испытания не проводились.
Внешне машина весьма напоминала обыкновенный самолет. Однако мощный двигатель водяного охлаждения вращал не обычный тянущий винт, а большой шестилопастный несущий, установленный перед пилотской кабиной, и два пропеллера на концах самолетного крыла. Трансмиссия и система управления так связывала несущий и рулевые винты, что доля потребляемой ими мощности могла изменяться по воле пилота. На вертикальных режимах львиную долю мощности забирала несущая система, а малые винты расходовали мощность лишь на парирование ее реактивного момента. Постепенно перераспределяя мощность на пропеллеры, пилот переводил машину в горизонтальный полет. С набором скорости двигатель все больше отдавал свою мощность на маршевые винты, а большой винт автоматически переходил на авторотацию: вертолет превращался в автожир. Перед висением или посадкой повертолетному все происходило в обратном порядке.
Необычная схема, большая по тем временам мощность двигателя, работавшего на вертолетных режимах, при слабой обдувке радиатора в очень напряженных условиях, сложность системы управления - все это породило ряд теоретических и экспериментально - исследовательских проблем. Сложную задачу создания рулевого винта с большим диапазоном изменения шага в полете блестяще решил конструктор ООК Г. И. Солнцев. В ходе наземных испытаний вертолет претерпел множество переделок. Вместо самолетных крыльев появились сварные трубчатые фермы; лопасти несущего винта стали полностью металлическими; взамен двух рулевых винтов установили четыре меньшего диаметра, с большим разносом относительно фюзеляжа...
Летные испытания машины начались только в начале 1940 года. Пилотировал ее инженер-летчик Д.И. Савельев. За экспериментатора летал один из ведущих сотрудников ООК, В.П. Лаписов. Только из-за разразившейся войны работы на этом аппарате пришлось остановить. А жаль - он показал хорошую управляемость и приличную устойчивость, легкость взлета даже при пониженных оборотах двигателя, надежность трансмиссии и других важнейших агрегатов.
В самый канун войны старину ЦАГИ 5-ЭА переделали по проекту инженера-электрика А.Г. Иосифьяна, впоследствии академика АН Армянской ССР, одного из создателей спутников «Метеор». Вместо прежних двух двигателей М-2 машину оснастили парой облегченных электромоторов общей мощностью 200 л.с. Источником энергии служила передвижная наземная электростанция, питавшая аппарат через гибкий бронированный кабель.
За рубежом в середине - конце тридцатых годов больше других в вертолетостроении преуспели французы и немцы. В паре с М. Дораном известный авиаконструктор Л. Бреге создал «жироплан», на нынешний взгляд - типичный вертолет соосной схемы. В конце ноября 1935 года под Парижем летчик Морис Клейс поднял «Бреге-Доран» на высоту 150 метров и кружил час с лишним над аэродромом. В том же году машина развивала уже скорость 100 км/ч. Как и у первого советского вертолета, несущие винты машины служили одновременно и для создания подъемной силы, и для управления аппаратом.
Вертолет «Бреге-Доран» (Франция, 1935). Двигатель - «Испано-Сюиза», 300 л.с. Диаметр несущих винтов - 15,89 м. Частота вращения - 132 об/мин. Полетный вес - 1950 кг. Вес конструкции - 1430 кг. Установил в 1936 году мировые рекорды по классу вертолетов: скорость на дистанции 20 км - 44,7 км/ч, наибольшая высота полета - 158 м, продолжительность полета - 1 ч 02 мин 50 с, дистанция по замкнутому кругу - 44 км.
Воодушевленный успехом, Бреге немедля принялся за эскизный проект вертолета-гиганта весом в 20 т. По его прикидкам, машина, оснащенная четырьмя 800-сильными двигателями, смогла бы преодолеть расстояние 6 тыс. км со скоростью в 400 км/ч. Столь впечатляющие данные вряд ли по силам даже нынешним вертолетам.
В Германии профессор Генрих Фокке построил вертолет поперечной схемы. В июле 1937 года пилот Рольф достиг на «Фокке» высоты 2439 м и развил на дистанции 20 км среднюю скорость 122,5 км/ч.
Вертолет «Фокке-Вульф» 61 (Германия,1936). Двигатель - «Сименс», 160 л.с. Диаметр несущих винтов - 7м. Установил мировые рекорды: высоты - 3427 м, скорости на дистанции 20 км - 122,53 км/ч, дальности без остановки - 230,248 км, продолжительности полета с возвратом на место взлета - 1 ч 20 мин.
Бескрылый автожир Сиервы С-30 (Англия, 1933).
Еще в пору первых демонстрационных полетов автожиров Сиервы в Америке, ставшей после Испании и Англии как бы третьей родиной летательных аппаратов такого типа, - знаменитый Томас Альва Эдисон заметил: «Эти машины отвечают нуждам авиации и запросам тех людей, которые всегда хотели летать, но побаивались. Мне кажется, это самый большой шаг вперед со времени братьев Райт».
Пожалуй, Эдисон, и сам в прошлом не чуждый авиационному и, в частности, вертолетному изобретательству, довольно точно выразил поворот, происшедший в сознании специалистов и широкой публики после эффектных полетов автожиров в Европе и Новом Свете. В самом деле, что за нужда биться над капризными, неустойчивыми вертолетами, коли есть уже винтокрылая машина, способная взлететь с крохотного «пятачка», в скорости не уступающая самолету, послушная любому мало-мальски обученному пилоту. Так зачем тратить немалые средства, проводить хлопотные эксперименты с несущими винтами, расходовать дефицитные материалы? Чтобы подняться на метр-полтора над землей и, в лучшем случае, описать в черте аэродрома робкую восьмерку?
К 1933 году в небо Европы и Америки поднялось уже более 130 автожиров. Они перевезли десятки тысяч пассажиров, налетали 35 тыс.ч., преодолели в общей сложности расстояние в 4 млн. км. В том же 1933 году обосновавшийся в Англии Сиерва создал автожир С-30, ставший классической конструкцией. Ее многократно воспроизводили фирмы чуть ли не всех авиационных держав. Спустя три года испанец оснащает С-30 системой для прыжкового (без разбега) старта. Многие автожиры тех времен обходились взлетной площадкой минимальных размеров, ибо несущий винт раскручивался не от набегающего потока воздуха, а собственным двигателем. При старте мотор вращал не только тянущий пропеллер, но и - через особое сцепление - несущий винт. Если винт раскручивался настолько, что аэродинамические силы увлекали его быстрее, чем это делал мотор, срабатывала несложная автоматика и вся энергия двигателя передавалась пропеллеру. А так как раскручивать винт начинали перед стартом, автожир (например, С-19) отрывался от земли, пробежав лишь 27-28 м. Сиерва еще раз блистательно продемонстрировал свои изобретательские способности, создав для С-30 механизм для передачи винту на старте всей мощности мотора.
Перед раскруткой винта его лопасти устанавливались в положение, соответствующее нулевой тяге. Затем «облегченный» винт раскручивался в 1,5-1,6 раза быстрее, чем требовалось для полета. Летчик быстро переводил лопасти в полетное положение, автожир взмывал, и пропеллер тут же увлекал вперед готовую осесть машину. Теперь винт свободно авторотировал под действием набегающего потока воздуха.
Унаследовав некогда от самолета крыло, рули высоты и направления, автожир избавился от этих ненужных ему элементов. Ведь именно при малой скорости полета, на режимах, когда ярче всего проявлялись его преимущества по сравнению с аэропланам, элероны, рули направления и высоты переставали действовать. Машины стали оснащать несущим винтом, способным заваливаться в любом направлении. Происходило это так. Воздействуя на ручку управления, летчик наклонял в нужную сторону ось втулки винта.
На экспериментальном автожире АР III Хафнера проблема управления решалась уже совсем по-вертолетному. Винт наклонялся благодаря циклическому изменению угла установки лопастей - с помощью механизма, подобного юрьевскому автомату перекоса.
Огромный интерес к автожирам проявили и советские конструкторы. После первых КАСКРов они строят оригинальные машины, присматриваются к лучшему, что выпускают за рубежом. В Англии, в небольшой авиашколе при фирме Сиервы, А.М. Черемухин и летчик-испытатель С.А. Корзинщиков обучаются полетам на бескрылом автожире С-30. На родину они вернулись, привезя экземпляр этой машины, купленный для детального экспериментирования у себя дома.
Но и по крылатым автожирам работы шли у нас полным ходом. В 1934 году был выпущен небольшой серией ЦАГИ А-4, созданный Отделом особых конструкций прославленного института под общим руководством А.М. Черемухина. Всеми аэродинамическими изысканиями и расчетами по этой машине руководил М.Л. Миль, будущий конструктор всемирно известных вертолетов.
Автожир ЦАГИ А-4 (СССР, 1936). Двигатель - М-26, 300 л.с. Диаметр несущего винта - 13 м. Число лопастей - 4. Частота вращения - 150 об/мин. Полетная масса - 1320 кг. Масса пустого - 1020 кг. Максимальная скорость - 176 км/ч. Минимальная скорость - 50 км/ч. Потолок - 4100 м.
В том же году впервые поднялся в воздух автожир ЦАГИ А-7, спроектированный Н.И. Камовым, впоследствии тоже знаменитым главным конструктором. А-7 создавали для армии в качестве ближнего разведчика и корректировщика артогня. Машину оснастили трехколесным шасси и складывающимися на стоянке лопастями винта и консолями крыла. Впервые а мировой практике на автожир установили оборонительное вооружение: переднюю пулеметную установку для стрельбы сквозь тянущий пропеллер и спаренный пулемет на турели в кабине наблюдателя. В 1937 году машину усовершенствовали. Под наименованием А-7 бис она показала отличные летные данные, и в 1938 году ее предполагали использовать для эвакуации с дрейфующей льдины папанинцев. Один аппарат А-7 этой серии успешно работал весной 1941 года в горах Тянь-Шаня, а когда началась Великая Отечественная война, несколько автожиров действовали в боевой обстановке под Смоленском.
Двухместный автожир ЦАГИ А-7 (СССР, 1934). Двигатель - М-22, 480 л.с. Диаметр несущего винта - 15,18 м. Число лопастей - 3. Масса полетная - 2056 кг. Масса пустого - 1300 кг. Максимальная скорость - 210 км/ч. Минимальная скорость - 46 км/ч. Потолок - 4800 м.
Очень высокие по тем временам летные данные показал бескрылый автожир ЦАГИ А-12, поднятый а воздух в мае 1936 года пилотом А.П. Чернавским. И хотя год спустя А-12 потерпел катастрофу из-за усталости материала лонжерона лопастей, машина успела продемонстрировать скорость 245 км/ч и высоту полета 5570 м.
Экспериментальный автожир ЦАГИ А-12 (СССР, 1936). Двигатель - «Райт-Циклон», 640 л.с. Диаметр несущего винта - 14 м. Число лопастей - 3. Частота вращения - 160-260 об/мин. Полетная масса - 1687 кг. Масса пустого - 1343 кг. Наибольшая достигнутая скорость полета - 245 км/ч. Минимальная скорость - 52 км/ч. Потолок - 5570 м. Скороподъемность у земли - 11,1 м/с.
Последним советским бескрылым автожиром, спроектированным в 30-х годах, был АК. Он имел автомат перекоса для непосредственного управления несущим винтом и устройство для прыжкового взлета. Постройке этой перспективной машины помешала начавшаяся война. Однако опыт, накопленный советскими и зарубежными конструкторами при создании винтокрылых аппаратов этого типа, помог им построить удачные образцы геликоптеров, оказавшихся куда жизнеспособнее своих родственников-автожиров.
"Техника молодежи"
Продожение