Фронт работ по вертолетам в СССР расширяется

Успешные результаты летных испытаний вертолета «Омега» конструкции ОКБ И. П. Братухина (1943-1944 гг.) свидетельствовали о том, что вертолеты доведены до состояния пригодности к широкой эксплуатации. Интерес к вертолетам в СССР заметно увеличился.

В конце 1944 г. - начале 1945 г. в одном из старейших конструкторских коллективов - ОКБ А. С. Яковлева - развертываются работы по вертолетной тематике.

В том же 1945 г. обращается к работам по созданию вертолетов Н. И. Камов, работавший до сего времени в течение многих лет по автожирам.

Несколько позднее, в 1947 г., создается новое специальное вертолетное ОКБ под руководством главного конструктора М. Л. Миля, широко известного в авиационных кругах своими теоретическими работами по винтовым летательным аппаратам.

1947-1952 гг. конструкторской группой под руководством Б. Я. Жеребцова проводилась комплексная работа по созданию экспериментального вертолета с реактивным приводом несущего винта с применением пульсирующих двигателей.

Первые шаги ОКБ А. С. Яковлева в области вертолетостроения

Создание экспериментального вертолета в Опытно-конструкторском бюро А. С. Яковлева, как было сказано выше, относится к концу 1944 г. - началу 1945 г.

Схема управления экспериментального вертолета ОКБ А. С. Яковлева

Это был двухместный вертолет соосной схемы с двумя несущими винтами, вращающимися в противоположные стороны. На вертолете был установлен двигатель воздушного охлаждения М-11 и ФР-1 номинальной мощностью 140 л. с.

Двухместная кабина была размещена в передней части фюзеляжа.

Каждый несущий винт имел две деревянные лопасти, закрепленные в металлических втулках.

Экспериментальный вертолет ОКБ А. С. Яковлева

Носок каждой лопасти был склеен из ясеневых реек, каркас хвостовой части составлен из нервюр и обшит фанерой. Вся лопасть была обтянута полотном. Лопасти крепились к втулке с помощью горизонтального, вертикального и продольного шарниров.

На осях вертикальных шарниров были смонтированы фрикционные демпферы.

Для предотвращения ударов лопастей верхнего и нижнего несущих винтов друг о друга подвеска лопастей была снабжена специальными ограничивающими устройствами.

Двигатель охлаждался восьмилопастным вентилятором, установленным на носке двигателя.

Экспериментальный вертолет ОКБ А. С. Яковлева. Общая компоновка

Передача мощности от двигателя к редуктору осуществлялась при помощи горизонтального вала с двумя карданными соединениями.

Редуктор состоял из двух соосных вертикальных валов, вращавшихся в разные стороны, набора конических и цилиндрических зубчатых колес и двух муфт: гидравлической муфты раскрутки несущих винтов и роликовой муфты свободного хода.

Передаточное число редуктора - 0,133.

Экспериментальный вертолет ОКБ А. С. Яковлева в полете

Управление поступательным движением вертолета производилось изменением циклического шага лопастей обоих несущих винтов с помощью автоматов перекоса, связанных с ручкой управления.

Управление поворотом вокруг вертикальной оси осуществлялось перераспределением крутящих моментов несущих винтов, что достигалось дифференциальным изменением общего шага винтов при помощи педалей.

Управление движением вертолета вверх и вниз производилось изменением общего шага несущих винтов при помощи ручки общего шага, установленной слева от сиденья летчика.

В систему управления общим шагом был включен гидравлический цилиндр, служивший для автоматического перевода лопастей несущих винтов на малый шаг, соответствующий режиму авторотации. Внутри цилиндра находилась пружина, сжатая давлением, масла, поступающего из дополнительного маслонасоса при нормальной работе двигателя. При остановке двигателя поступление масла в цилиндр прекращалось и под действием пружины происходило уменьшение общего шага лопастей несущих винтов.

Колонна системы управления несущими винтами экспериментального вертолета ОКБ А. С. Яковлева

В систему ручного и ножного управления были включены гидравлические демпферы.

Конструкция сочленений лопастей несущих винтов с втулкой позволяла производить складывание лопастей, при этом все лопасти размещались весьма компактно вдоль фюзеляжа.

В связи с тем, что постройка вертолета соосной схемы была осуществлена в Советском Союзе впервые, естественно, что летным испытаниям аппарата предшествовало освоение нового вертолета на привязи и в свободном полете и изучение его особенностей.

За время летных испытаний (летчик-испытатель В. В. Тезавровский) было выполнено 40 испытаний на привязи общей продолжительностью 5 ч и 75 полетов общей продолжительностью 15 ч.

В начале испытаний обнаружилась необходимость в смещении вперед центра тяжести, для чего с вертолета были сняты стабилизатор, килевые шайбы, костыльная опора и перенесен вперед масляный бак.

Результаты проведения первого этапа летных испытаний экспериментального вертолета были удовлетворительны: вертолет устойчиво взлетал вертикально, набирал высоту, «висел» на заданной высоте, делал повороты и т. п., т. е. выполнял все эволюции, присущие этому типу летательных аппаратов.

В процессе проведения первого этапа летных испытаний были получены следующие данные:

 вертикальный взлет                                      до высоты 80 м 
 набор высоты с движением вперед                         до 180 м 
 горизонтальный полет на высотах до 100 м со скоростью   до 60 км/ч 

При испытании были обнаружены небольшие продольные колебания, появлявшиеся при скоростях свыше 30 км/ч и увеличивавшиеся с ростом скорости, и появление нагрузки на ручку управления, возраставшей с увеличением скорости полета, причем при скоростях 50-60 км/ч эти нагрузки становились утомительными для летчика.

Создание экспериментального вертолета и проведение первого этапа его летных испытаний дали конструкторскому коллективу, впервые начавшему работать в этой области, ценный практический опыт. Впереди предстояла работа по созданию нового вертолета одновинтовой схемы. В связи с этим дальнейшие испытания экспериментального вертолета соосной схемы были приостановлены на первом этапе их проведения.

Вертолеты соосной схемы ОКБ Н. И. Камова

Вертолет Ка-8. Примерно с 1945 г. Н. И. Камов совместно с небольшой группой конструкторов работал над проектированием небольшого одноместного экспериментального вертолета, получившего в дальнейшем марку Ка-8.

Вертолет Ка-8

Этот вертолет, построенный по двухвинтовой соосной схеме, предназначался в качестве аппарата наблюдения и связи. На вертолете был установлен двухцилиндровый мотоциклетный двигатель М-76 мощностью 44,8 л. с. Двигатель обдувался двумя шестилопастными вентиляторами. С помощью весьма простой трансмиссии мощность двигателя распределялась на два вала: наружный, на котором насажена втулка нижнего несущего винта, и внутренний, на котором смонтирована втулка верхнего несущего винта.

Оба несущих винта - трехлопастные; лопасти крепились к втулкам с помощью продольного, вертикального и горизонтального шарниров. Лопасти несущих винтов - склеенные, деревянные, армированные. В систему трансмиссии входила комбинированная муфта, состоявшая из муфты включения и муфты свободного хода.

Управление вертолетом осуществлялось путем циклического изменения углов установки лопастей обоих несущих винтов и суммарного или дифференциального изменения общего шага обоих несущих винтов.

Конструктивно управление состояло из двух сблокированных автоматов перекоса, ручки управления циклическим шагом, ручки управления общим шагом, ножных педалей, механизма общего и дифференциального шага, системы тяг, качалок и тросов.

Посадочные устройства вертолета Ка-8 состояли из двух надувных баллонов из прорезиненной ткани. Для обеспечения путевой устойчивости при горизонтальном полете вертолет имел сзади небольшую килевую поверхность, вынесенную на легкой сварной раме.

Всего было построено три экземпляра вертолета, и на них неоднократно совершались испытательные, тренировочные и демонстрационные полеты.

25 июля 1948 г. вертолет Ка-8 принял участие в авиационном параде на Тушинском аэродроме.

Вертолет Ка-10. На основе полученного опыта конструкторским коллективом в 1949 г. был построен новый вертолет той же принципиальной схемы, что и вертолет Ка-8. Это был также одноместный вертолет Ка-10, который предназначался для использования в качестве аппарата связи и наблюдения.

На вертолете был установлен четырехцилиндровый двигатель АИ-4В мощностью 55 л. с. конструкции А. Г. Ивченко с воздушным принудительным охлаждением.

Вертолет Ка-10 в полете

Несущая система вертолета состояла из двух соосных несущих винтов, вращавшихся в противоположных направлениях, с шарнирно подвешенными деревянными лопастями.

Трансмиссия вертолета имела два редуктора: редуктор, состыкованный непосредственно с двигателем, в котором происходило редуцирование оборотов двигателя с передаточным числом 1 : 10,25, и распределительный редуктор, помещенный выше, в котором происходило распределение мощности на два несущих винта. В редукторе двигателя находилась комбинированная муфта, выполнявшая функции муфты включения и муфты свободного хода.

Выходивший из редуктора двигателя вертикальный вал передавал мощность на распределительный редуктор и одновременно на верхний несущий винт.

Распределительный редуктор предназначался для распределения мощности между верхним и нижним винтами.

Схема продольного и поперечного управления вертолета Ка-10

Принципиальная схема управления вертолетом Ка-10 та же, что и вертолета Ка-8.

Конструктивно управление вертолетом включало в себя: два сблокированных автомата перекоса, ручку управления циклическим шагом, ручку управления общим шагом, ножные педали, механизм общего и дифференциального шага, целый ряд рычагов, качалок и тяг, составлявших кинематическую цепь управления.

В систему управления вертолетом были включены пружинные устройства для создания необходимого градиента давления на ручке управления.

В сентябре 1949 г. вертолет Ка-10 был построен и передан на заводские летные испытания.

Схема управления общим и дифференциальным шагом несущих винтов вертолета Ка-10

Всего было построено четыре экземпляра опытного вертолета Ка-10 и на них было произведено большое количество испытательных и демонстрационных полетов.

Вертолет Ка-10 неоднократно принимал участие в воздушных парадах в День авиации и в День Военно-Морского Флота СССР.

Созданием вертолетов Ка-8 и Ка-10, их доводкой и освоением руководил главный конструктор Н. И. Камов.

Изучение возможности создания вертолета с реактивным приводом несущего винта с применением пульсирующих двигателей

Во второй половине 40-х годов некоторые зарубежные конструкторы в порядке изыскания наиболее рациональных схем вертолетов приступили к изучению схемы вертолета с реактивным приводом несущего винта. Как отмечалось выше, применение этой схемы давало возможность упростить конструкцию вертолета, облегчить его массу и повысить полезную весовую отдачу.

Примерно в это же время аналогичные работы были развернуты и у нас в Советском Союзе.

В 1947 г. начались теоретические исследования основных закономерностей несущего винта с реактивным приводом и принципов рациональной компоновки его лопастей. В процессе этой работы были обследованы характеристики несущего винта на Разных режимах полета вертолета, зависимость этих характеристик от разных геометрических параметров винта и от тяговых данных реактивного двигателя, был разработан план проведения комплекса расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, создания наземных стендов и проведения необходимых опытных конструкторских работ.

Одновинтовой вертолет с реактивным приводом несущего винта с пульсирующими двигателями (экспериментальная установка)

Для проведения этих работ была организована небольшая конструкторская группа под руководством Б. Я. Жеребцова, Ю. С. Брагинского и Ю. Л. Старинина.

В результате ряда дополнительных теоретических изысканий и подробного анализа различных схем втулок несущего винта с реактивным приводом была выбрана система непосредственного управления втулкой на кардановом подвесе с общим для двух лопастей горизонтальным шарниром.

Для проведения натурных испытаний был принят двухлопастный винт диаметром 7 м, который путем сменных законцовок можно было увеличить до 8-9 м.

Были изготовлены: опытный винт, ряд малогабаритных пульсирующих двигателей, стенды для испытаний и специальное лабораторное оборудование. Для проведения всесторонних стендовых испытаний вся экспериментальная установка была оформлена в виде упрощенного одноместного вертолета с реактивным приводом несущего винта.

Из проведенных впоследствии испытаний наиболее значительны следующие:

• на стенде, установленном на движущейся грузовой автомашине ЗИС-150, проверялась общая надежность работы установки и изучалась авторотация винта с качественной стороны;
• в большой аэродинамической трубе изучалась работа несущего винта на режиме авторотации;
• на специальном стенде испытывались пульсирующие двигатели в условиях вращения;
• на стенде в специальном боксе исследовались характеристики несущего винта с действующими реактивными (пульсирующими) двигателями с различными тяговыми характеристиками (тяга 9,12 и 17 кгс);
• для проверки надежности работы установки перед ее полным испытанием в аэродинамической трубе летчик-испытатель Г. А. Тиняков произвел ряд пробежек по аэродрому со скоростью 25-30 км/ч.

В процессе этих испытаний:

• была отработана и проверена бесперебойная система подачи горючего к двигателям и воздуха для их запуска;
• была отработана система централизованного запуска и дросселирования двигателей;
• разработана методика и создана аппаратура для замеров эффективной тяги реактивных двигателей в процессе вращения несущего винта;
• получила подтверждение теоретически выведенная ранее зависимость частоты вращения и подъемной силы несущего винта от величины тяги реактивных двигателей.

Одновременно в процессе наземных испытаний и испытаний в аэродинамической трубе выявились серьезные недостатки пульсирующих двигателей:

• значительное уменьшение тяги по мере увеличения скорости поступательного движения (до 45% от статического ее значения); значительный расход горючего;
• ухудшение авторотационных качеств несущего винта вследствие больших габаритных размеров и большого сопротивления корпуса двигателей;
• высокий уровень шума.

Применение пульсирующих двигателей на реактивном вертолете становилось невозможным.

Все дальнейшие работы были прекращены.