История вертолета. Часть IV
История мирового вертолетостроения - как и техники вообще - не знает проторенных дорог. В конце 30-х и начале 40-х годов в авиационном мире не было недостатка идей, относящихся к винтокрылым машинам. Во многих странах были построены многочисленные опытные образцы геликоптеров. Так, в Германии, промышленность которой форсированными темпами перестраивалась на военный лад, разработками вертолетов занялись не только немецкие фирмы «Фокке-Ахгелис», «Флеттнер» и «Добльгоф», но и попавшие в руки нацистов австрийские «Наглер» и «Гольц» и французская «Бреге».
Вертолет Игоря Сикорского R4B
В эти же годы в США над конструированием вертолетов работали фирмы Сикорского, Пясецкого, Бэлла, Келлета, Хиллера и ряд других. Впрочем, позже многие, не выдержав конкуренции, сходили со сцены. А пока все неуклонно, шаг за шагом прощупывали, искали наиболее рациональные схемы винтокрылых аппаратов.
Вертолеты условно стали подразделять по расположению воздушных винтов (роторов) относительно строительных осей (продольной, поперечной и вертикальной) и по числу этих винтов.
Естественно, у конструкторов не мог не возникнуть вопрос: «Какая же схема лучше?» Или, образно говоря, как располагать несущие винты: вдоль или поперек? Следует сказать, что альтернатива содержала принципиальный смысл с далеко идущими последствиями.
У нас в стране в январе 1940 года при Московском авиационном институте (МАИ) было организовано Опытное конструкторское бюро, во главе которого сначала встал профессор Б.Н. Юрьев, а затем И.П. Братухин, пришедший сюда из ЦАГИ.
В историю советской авиации И.П. Братухин вошел как крупнейший ученый-новатор, теоретик и великолепный мастер эксперимента. Начиная работу над вертолетом, Братухин отдал предпочтение поперечной схеме и вскоре после окончательного утверждения эскизного проекта приступил к строительству вертолета «Омега» с двумя двигателями воздушного охлаждения (рис. на заставке). Однако Великая Отечественная война на некоторое время прервала успешно начатые заводские испытания. ОКБ пришлось эвакуировать, и возобновились они лишь летом 1943 года. Испытывали «Омегу» в два этапа. Сначала пилот К.И. Пономарев поднял «Омегу», удерживаемую тросами, чтобы без лишнего риска, постепенно усложнять испытания. Не забывайте, что многое тогда делалось впервые, включая и обучение летчика особенностям техники пилотирования.
Вертолет «Омега» (2МГ) И.П. Братухина (СССР, 1941). Двухместный, двухвинтовой, поперечной схемы. Двигатели МВ-6, 220 л.с. Диаметр несущих винтов - 7 м. Полетная масса - 2050 кг. Масса пустого - 1760 кг. Максимальная расчетная скорость - 186 км/ч. Статический расчетный потолок - 290 м. Динамический расчетный потолок - 6000 м. Дальность - 250 км.
Несмотря на некоторые капризы двигателей, первые полеты дали весьма удовлетворительные результаты. Выбранная схема полностью себя оправдала! Более того, после необходимых доработок, как указывалось в акте государственной комиссии, «Омегу» можно было использовать как для военных, так и для народнохозяйственных нужд. В 1944 году ОКБ Братухина построило машину, и вскоре на заводском аэродроме начались испытания «Омеги-II». На этом вертолете установили новые, более мощные двигатели, в результате чего суммарная тяга несущих винтов повысилась на 300 кгс.
«Омега» стала родоначальницей целого семейства винтокрылых машин. Следом за ней из ОКБ Братухина выходят цельнометаллические Г-3, Г-4, пассажирский шестиместный Б-5. Кстати сказать, на этой машине фермы, соединяющие фюзеляж с гондолами двигателей, заменили крылом расчетного профиля, что на максимальной скорости дало прирост подъемной силы на 25% и попутно разгрузило лопасти несущего винта.
В 1946 году вертолеты «Омега-II» и серебристые Г-3 и Г-4 впервые приняли участие в параде, состоявшемся в День авиации.
В 1946-1948 годах Братухин спроектировал еще несколько машин, в том числе санитарный вертолет Б-9, Б-10 и вертолет связи Б-11 (рис. 26). Последний, повторив схему предыдущих и также обладая хорошей устойчивостью и управляемостью на всех режимах полета, в большей степени был доведен и исследован.
Вертолет Б-11 И.П. Братухина (СССР, 1948). 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 самом конце 1944 года к работе над геликоптерами подключился конструкторский коллектив А.С. Яковлева. Уже в 1945 году начались испытания вертолета соосной схемы, которому так и не успели дать какую-либо официальную марку. Эта экспериментальная двухместная машина имела два несущих винта, синхронно вращавшихся в противоположных направлениях. Удары лопастей друг о друга предотвращали специальные ограничители. Летные испытания, проведенные летчиком В.В. Тезавровским, дали коллективу КБ ценный практический опыт, который позже пригодился при работе над другими образцами.
Экспериментальный вертолет А. С. Яковлева (СССР, 1947). Двухместный, двухвинтовой, соосной схемы. Двигатель М-11ФР-1, 140 л.с. Диаметр несущего винта - 10 м. Полетная масса - 1020 кг. Масса пустого - 878 кг. Максимальная скорость - 150 км/ч. Статический потолок - 150 м. Динамический потолок - 250 м. Дальность - 235 км. В процессе испытания для изменения центровки были сняты стабилизатор и килевые шайбы.
Однако наибольшего успеха в конструировании вертолетов соосной схемы суждено было добиться нашему замечательному конструктору Н.И. Камову, на работах которого мы еще остановимся более подробно и обстоятельно.
За рубежом наибольшее внимание геликоптерам уделяли авиаконструкторы США. Там еще в предвоенные годы ряд фирм выпустил опытные образцы машин почти всех известных в те времена схем. Правда, жизнеспособными оказались лишь некоторые. Так, в 1939-1940 годах И. Сикорский, ставший главой фирмы «ВОУТ-Сикорский» и техническим директором одной из крупнейших корпораций, построил экспериментальный вертолет VS-ЗОО.
Надо сказать, что, несмотря на свой опыт и возможности, Сикорский не стремился сразу создавать аппарат, пригодный для практического применения. Элементы конструкции вертолета отрабатывались им последовательно с постепенным увеличением масштабов и параметров. Так, первый вариант VS-300 был оснащен мотором всего в 75 л.с., затем его заменили 90-сильным «Франклин», и только после того, как были завершены все этапы летных испытаний, американцы построили геликоптер автожирной схемы R-4 (рис. 28). После этого фирма получила большой правительственный заказ на поставку армии и флоту вертолетов R-4 и R-4B.
Вертолет R-4В И. Сикорского (США, 1943). Двухместный, одновинтовой. Двигатель К-550-1, 200 л.с. Диаметр несущего винта - 11,58 м. Диаметр хвостового винта - 2,34 м. Полетная масса - 1175 кг. Полезная нагрузка - 238 кг. Масса пустого - 912 кг. Максимальная скорость - 145 км/ч. Динамический потолок - 2450 м. Дальность - 104 км.
Зарубежные военные историки не без удивления отмечают, что созданные немецкими конструкторами вертолеты, уже пригодные для практической эксплуатации, во время второй мировой войны так и не были использованы, В чем дело? В поразительной близорукости генералов вермахта? Да нет, эти же генералы, считая, что победа в войне на 99% зависит от техники, требовали от авиаконструкторов самые разнообразные машины - от реактивных перехватчиков до самолетов-монстров, и даже «бомберзеге» - истребителей с пушками, стреляющими вверх.
Кажущийся «генеральский парадокс» объясняется тем, что, оказавшись на грани катастрофы, фашистские руководители от политического авантюризма перешли к авантюризму техническому. Это полностью относится и к вертолетам.
В 1942 году фирма «Фокке-Ахгелис» (дочернее предприятие концерна «Фокке-Вульф-Альбатрос») построила вертолет Fa-223 поперечной схемы с 1000-сильным мотором «Брамофафнир-323». При летных испытаниях была получена неплохая максимальная скорость (около 210 км/ч) и потолок 7100м. Но доводка аппарата затянулась до 1945 года.
Менее известная и не столь мощная фирма «Флеттнер» построила и испытала довольно удачный одноместный вертолет Fi-282 с открытой кабиной.
Вертолет Fi-282 Флеттнера (Германия, 1938). Одноместный, двухвинтовой, соосной схемы. Двигатель «Брамо», 150 л.с. Диаметр несущего винта - 12 м. Полетная масса - 800 кг. Масса пустого - 600 кг. Максимальная скорость - 150 км/ч. Продолжительность полета около 3 ч.
Оба вертолета показали хорошую маневренность и управляемость при демонстрационных полетах, и ими заинтересовался командующий «Кригсмарине» адмирал Дениц, который поспешил заказать серийные вертолеты для нужд флота.
Будучи подводником и ярым сторонником «сокрушительной подводной войны», адмирал потребовал от «Фокке-Ахгелис» особые вертолеты для своих субмарин. Преодолев массу технических и организационных трудностей, фирма «под занавес» войны продемонстрировала флоту такой вертолет, получивший наименование Fa-336. Предполагалось, что подводники, упаковывая его в герметичный пенал-ангар, при необходимости в 3-5 мин смогут его собрать и подготовить к полету. Однако французские рабочие сорвали выполнение адмиральского заказа.
После подписания Германией Акта о безоговорочной капитуляции несколько вертолетов, попавших к американцам, были вывезены за океан, где их подвергли тщательному изучению и всесторонним испытаниям.
А как же обстояли дела с созданием вертолетов у нас в стране? Наряду с Б.Н. Юрьевым, Н.К. Скржинским, И.П. Братухиным, М.Л. Милем конструировать бескрылые машины стал и Н.И. Камов. Можно только удивляться, какими минимальными средствами на первых порах умел обходиться этот оригинальный и талантливый человек!
В своем более чем скромном ОКБ, созданном в 1945 году, он и его коллеги за весьма короткий срок спроектировали и построили экспериментальный вертолет Ка-8.
Говорят, счастливая инженерная находка, как и удача, любит самоотверженный труд. В ОКБ Камова экспериментальный поиск умели вести с большим искусством. Так, не имея под рукой специального вертолетного двигателя, «камовцы» решили обойтись мотоциклетным М-76 мощностью всего 44,8 л.с., изготовив к нему редуктор с нужным передаточным числом оборотов. Управление вертолетом и все основные узлы доводили и отлаживали на трех опытных экземплярах.
Одноместный, двухвинтовой, соосной схемы вертолет получился легким, маневренным, неприхотливым в эксплуатации. Посадочное устройство его состояло из двух прочных надувных баллонов, позволявших машине садиться как на сушу, так и на воду.
На этой «стрекозе», как ее шутя называли сами создатели, провели разносторонние испытания, давшие ценный материал для дальнейшей работы ОКБ, а затем построили еще четыре машины, которым дали марку Ка-10. В сентябре 1949 года вертолет успешно прошел заводские испытания и неоднократно принимал участие в воздушных парадах.
Вертолет Ка-10 Н.И. Камова (СССР, 1949). Одноместный, двухвинтовой, соосной схемы. Двигатель АМ-4в (55 л.с.). Диаметр несущего винта - 6,12 м. Полетная масса - 375 кг. Масса пустого - 234 кг. Максимальная скорость - 90 км/ч. Статический потолок - 500 м. Динамический потолок - 2000 м.
Обе машины стали прообразами будущих серийных Ка-15м, Ка-18 и Ка-26, которые сразу облюбовали для себя моряки. Кроме того, эти вертолеты много и очень успешно использовались на почтово-пассажирской и санитарной службах.
Параллельно с Камовым в 1947 году начало работу Опытно-конструкторское бюро во главе с 38-летним главным конструктором Михаилом Леонтьевичем Милем. Первый вертолет «фирмы» Ми-1 (ГМ-1) (см. рис. 30), спроектированный и построенный в 1948 году, стал самым распространенным, чрезвычайно широко применялся в народном хозяйстве страны. Испытания этой машины проводил летчик М.К. Байкалов. Впоследствии на Ми-1 было установлено 29 официальных мировых рекордов, не считая своеобразного рекорда долголетия: созданный 35 лет назад.
Вертолет Ми-1 М.Л. Миля (СССР, 1948). Четырехместный, одновинтовой. Двигатель АИ-26В, 575 л.с. Диаметр несущего винта - 14,346 м. Полетная масса - 2296 кг. Масса пустого - 1798 кг. Максимальная скорость - 190 км/ч. Статический потолок - 3450 м. Динамический потолок - 6800 м. Дальность полета - 495 км.
Еще в годы второй мировой войны заманчивые летные качества вертолетов ло достоинству оценили американские генералы. пособность этих машин зависать, лететь боком, назад была своеобразно оценена. С их легкой руки винтокрылую авиацию окрестили «воздушной кавалерией». «Объезжать» ее начали в береговой охране, на патрульно-спасательных работах. Например, только благодаря вертолетам R-4 и R-4B удалось вывезти из японского тыла солдат, попавших в окружение на Бирманском театре военных действий.
Благодаря настойчивым требованиям американских военных фирмы Сикорского, Пясецкого, Хиллера, Белла начали выпуск серийных вертолетов. Однако эксплуатация первых серий в армии и на флоте привела к вспышке аварийности. Расследования показали, что наряду с отказами, типичными для авиатехники, причинами аварий и катастроф были явления, до тех пор неведомые в классической авиации.
Вертолет Н-23В Хиллера (США, 1945). Двухместный, одновинтовой. Двигатель «Франклин» 6V4-200-CЗЗ, 200 л.с. Диаметр несущего винта - 10,7 м. Полетная масса - 1135 кг. Полезная нагрузка - 360 кг. Максимальная скорость - 135 км/ч. Динамический потолок - 3300 м. Дальность полета - 210 км.
В частности, оказалось, что вертолет «не любит» большие вертикальные скорости снижения на малых поступательных скоростях. При этом возникает так называемое «вихревое кольцо»: летчики, попадавшие в такой режим полета, отмечали тряску и повышенную вибрацию, но главное, это сопровождалось частичной или полной потерей управляемости. Были и другие неприятности, вроде флаттера лопастей несущего винта и «земного резонанса», которые еще долго преследовали как конструкторов, так и летчиков.
Научно-техническая революция породила немало новых терминов, к примеру «лаг внедрения». Под ним понимают время, которое отделяет научное открытие от его практического применения. Напомним, что для радиолокации «лаг внедрения» составил 15 лет, для телевидения - 12, для транзистор» - 5 лет. Интегральные схемы освоили за три года. Есть свой «лаг» и у вертолетов.
К началу 50-х годов Англия предприняла отчаянную попытку вырваться вперед в области вертолетостроения. Сил и средств было затрачено немало. Фирма «Бристоль» поспешила даже заполучить известного австрийского конструктора геликоптеров Хаффнера, к услугам которого она, кстати, прибегала еще в 1933 году. Теперь англичане надеялись с его помощью начать производство вертолетов большой грузоподъемности.
Под руководством Хаффнера конструкторы тщательно проработали эскизный проект двухвинтового вертолета продольной схемы «Бристоль-173». Однако уже при испытаниях опытных образцов начались неприятности, связанные с резонансными колебаниями.
Само по себе это явление не было новым для конструкторов. Но на вертолетах, которым свойственна сложная аэродинамика и у которых вращающихся элементов и деталей гораздо больше, чем у самолетов, погасить вибрацию оказалось крайне трудно. Несколько лет ушло на испытания и доводку, но коварная вибрация, угрожавшая прочности конструкции, возникала то на одном, то на другом режиме полета.
Время шло, дело продвигалось медленно, и, когда срок контракта истек, Хаффнер; вынужден. был признать, что его машина непригодна для серийного производства.
Скрепя сердце англичане признали поражение и купили лицензию у американцев. А те не скупились на рекламу, гарантировавшую надежность и безопасность своих геликоптеров. При этом они «дипломатично» умолчали о трудностях, которые попортили много крови заокеанским конструкторам, аэродинамикам и многим другим специалистам.
Еще в 1945 году американская фирма «Инджиниринг», возглавляемая Пясецким и Даландом, получила крупный заказ от морского министерства США на создание геликоптера повышенной грузоподъемности. Вскоре был спроектирован и построен двадцатиместный вертолет PV-3 продольной схемы с двумя несущими винтами - на носу и хвосте. Оба винта приводил во вращение двигатель «Континентэл» «Райт-975» со взлетной мощностью 450 л.с.
Однако доводка машины проходила с большими трудностями. Достаточно сказать, что после восьми лет упорной и напряженной работы на двадцать первом полете вертолет развалился в воздухе, похоронив под обломками экипаж. Причиной катастрофы была все та же болезнь - резонансные колебания. Так трагически началась история машины, позже выпускавшейся под названием «Work Horse» («рабочая лошадь»).
Вертолет Пясецкого HRP-1 (США, 1948 г.). Двухвинтовой, продольной схемы. Два двигателя Пратт-Уитни R-1340-A по 600 л.с. Диаметр несущих винтов - 13,5 м. Полетная масса - 3130 кг. Максимальная скорость - 167 км/ч. Статический потолок - 1200 м. Динамический потолок - 3700 м. Дальность полета - 420 км.
Вертолет «Боинг - Вертол 107» (США, 1958 г.). Двухвинтовой, продольной схемы, два двигателя «Дженерал электрик» T58-GE-10 по 1400 л.с. Диаметр несущих винтов - 15,54 м. Полетная масса - 10 433 кг. Максимальная скорость - 267 км/ч. Динамический потолок - 4265 м. Дальность полета - 381 км.
В нашей стране история создания крупных вертолетов берет начало с лета 1952 года, когда ведущие авиаконструкторы А.С. Яковлев и М.Л. Миль получили правительственное задание на постройку первых таких машин большой грузоподъемности.
Оба авиаконструктора блестяще справились с порученным делом, применив широкое кооперирование между научными учреждениями и заводами. Например, топливные системы испытывались в Центральном институте авиамоторостроения (ЦИАМ), редукторы изготавливались и испытывались на одном из моторостроительных заводов, снятием прочностных и других характеристик занимались сотрудники ЦАГИ. Такая организация работ помогла Яковлеву и Милю избежать крупных ошибок как при выборе схемы, так и при разработке важнейших узлов.
Яковлев впервые у нас в стране взял за основу продольную схему с двумя несущими винтами. Они располагались в носовой и хвостовой частях фюзеляжа и вращались двумя двигателями воздушного охлаждения АШ-82В синхронно в разные стороны. При выходе из строя одного из них летчик мог продолжать полет на другом.
Для проведения статических, динамических, ресурсных, заводских и государственных испытаний построили четыре опытных экземпляра Як-24, который впоследствии получил название «летающий вагон». По полетной массе, суммарной мощности двигателей (3400 л.с.) и полезной нагрузке Як-24 превосходил подобные зарубежные вертолеты тех лет. Однако в первых полетах на некоторых режимах обнаружились недопустимые по амплитуде резонансные колебания, сходные с теми, которые «лихорадили» вертолеты Хаффнера и Пясецкого. Поэтому государственные испытания, начатые в 1953 году, завершились лишь спустя два года, и только тогда Як-24 был принят в серийное производство.
Вертолет Як-24, «летающий вагон» А.С. Яковлева (СССР, 1952 г.). Двадцатидвухместный, двухвинтовой, продольной схемы. Два двигателя АШ-82В по 1700 л.с. Диаметр несущих винтов - 20 м. Полетная масса - 14270 кг. Максимальная скорость - 175 км/ч. Статический потолок - 2000 м. Динамический потолок - 4200 м. Дальность полета - 265 км.
На авиационном празднике в 1955 году четыре Як-24 продемонстрировали высадку внушительного десанта, что было отмечено иностранными военными атташе.
17 декабря того же года летчик-испытатель Е.Ф. Милютичев поднял четырехтонный груз на высоту 2902 м, а летчик-испытатель Г.А. Тиняков достиг высоты 5082 м с 2 т груза на борту. Так были установлены два мировых рекорда.
Мощный, способный переносить груз на внешней подвеске, Як-24 и его модификация Як-24У стали первыми летающими кранами. Эта машина помогла, например, прокладывать газопровод Серпухов - Ленинград на участках с непроходимыми болотами и толями. Вертолет Як-24 участвовал в восстановлении Екатерининского дворца в городе Пушкине, поднимая на крышу металлические конструкции. И не только этим прославилась яковлевская машина. Герой Советского Союза летчик-испытатвль Ю.А. Гарнаев совершил на Як-24 беспосадочный полет по маршруту Москва - Ленинград.
В дальнейшем на базе Як-24 по специальному заказу была построена небольшая серия 30-местного пассажирского вертолета Як-24А с большим просторным комфортабельным салоном.
Пассажирский вертолет Як-24А А.С. Яковлева (СССР, 1960 г.). Двухвинтовой, продольной схемы. Два двигателя А.Д. Швецова АШ-82В по 1700 л.с. Диаметр несущих винтов - 21 м. Полетная масса - 13800 т. Максимальная скорость - 180 км/ч. Статический потолок - 1500 м. Динамический потолок - 2700 м. Дальность полета - 400 км.
"Техника молодежи"
Продолжение