Bертолет 2001 02
Российский информационный технический журнал
№ 2 2001
Издается с июня 1998 года. Выходит 4 раза в год
Фотографии
В. Соломахина (стр. 24-25), Е. Фомина (первая и четвертая пр. обложки), а также из архивов авторов и редакции.
ИСТОРИЯ
Смелый экспериментатор
Вертолет Г-3 и его создатель И.П. Братухин
Ровно 60 лет назад, в августе 1941 года, первый советский вертолет поперечной схемы «Омега» был передан на заводские летные испытания. Эти испытания открыли дорогу новому поколению вертолетов двухвинтовой поперечной схемы.
Автор «Омеги» – советский ученый и конструктор Иван Павлович Братухин внес огромный вклад в развитие отечественного вертолетостроения. Под его руководством был создан ряд опытных, построенных малой серией вертолетов поперечной схемы, кроме «Омеги» – «Омега-2», Г-3, Г-4 и Б-11. За свои работы И.П. Братухин был награжден орденами и медалями, удостоен Государственной премии, получил звание «Заслуженный деятель науки и техники».
Свой путь в авиастроении Иван Братухин начал в 1926 году, когда еще студентом пришел на практику в экспериментально-аэродинамический отдел (ЗАО) Центрального аэрогидродинамического института, руководимый в те годы профессором Б.Н. Юрьевым.
В конце 1926 года в ЗАО была создана специальная геликоптерная группа (в 1928 году она стала называться сектором особых конструкций). И вскоре Специалисты приступили к разработке одновинтового вертолета примерно такого типа, который был в свое время предложен Б.Н. Юрьевым. Руководил работами А.М. Черемухин, который совершил впоследствии и все 88 полетов на это необычной машине.
Первый отечественный вертолет получил название ЦАГИ-1-ЭА (экспериментальный аппарат). И.П. Братухин принимал самое активное участие как в проектировании отдельных агрегатов этого вертолета, так и в проведении экспериментов. Впоследствии, уже в 1932 году, за выполнение теоретического исследования по определению сил, действующих на автомат перекоса, он был отмечен благодарностью и премией.
ЦАГИ-1-ЭА был выполнен по одновинтовой схеме с четырехлопастным несущим винтом и двумя ротативными поршневыми двигателями. Четыре рулевых винта, установленные попарно в носовой и хвостовой частях ферменного фюзеляжа, уравновешивали реактивный крутящий момент несущего винта.
После многократных и тщательных испытаний системы и всех механизмов, исследований аэродинамических свойств аппарата начались тренировочные полеты. Уже на начальном этапе испытаний высота подъема составляла 40-50 метров. Хорошо освоив вертолет, А.М. Черемухин во время полета 14 августа 1932 года набрал высоту в 605 м. Однако выше не пошел, опасаясь затруднений при спуске аппарата. Для сравнения: рекорд высоты, установленный в 1928 году на итальянском вертолете «Асканио», составлял всего 18 м.
В процессе летных испытаний был выяснен основной недостаток, присущий схеме с жестким креплением винта – недостаточная устойчивость машины. Доработка вертолета была проведена на дублере 1-ЭА – вертолете ЦАГИ-З-ЭА. Руководителем всех проектных работ по этому аппарату был назначен И.П. Братухин.
Новый вертолет – ЦАГИ-5-ЭА был построен в 1933 году. Конструкция его мало отличалась от предыдущих, принципиально новыми были схема несущего винта вертолета и управление, предложенные Братухиным. С целью повышения устойчивости вертолета и обеспечения безопасности полета конструктор разделил функции создания подъемной силы и управления вертолетом.
Несущий винт, предложенный И.П. Братухиным, представлял собой комбинацию двух трехлопастных винтов диаметрами 12 и 7,8 м. Три большие лопасти образовывали несущий, а три малые, закрепленные на втулке между большими лопастями, составляли управляющий винт. Для повышения устойчивости аппарата лопасти несущего винта крепились к втулке при помощи горизонтальных шарниров, к которым вскоре добавили и вертикальные шарниры, а вместе с ними и фрикционные демпферы колебаний. Одновременно были поставлены упругие резиновые ограничители колебаний лопастей относительно этих шарниров для смягчения ударов при запуске двигателей, так как муфты сцепления не было. Малые лопасти винта, предназначенные для управления, были связаны с автоматом перекоса. Большие лопасти могли менять в полете лишь общий шаг. В период с 1933 по 1935 гг. на вертолете ЦАГИ-5-ЭА было совершено большое количество полетов с чисто исследовательскими целями.
Параллельно с этими работами И.П. Братухин вместе с конструктором В.А. Кузнецовым работал над автожирами. Иван Павлович большое внимание уделял изучению теории несущего винта с возможностью махового движения лопастей на режимах горизонтального полета. Основываясь на работах Глауэрта и Локка, а также собственных теоретических и экспериментальных исследованиях, он обобщил результаты в работе под названием «Автожиры. Теория и расчеты». Эта работа была опубликована в 1934 году и долгое время служила основным пособием по теории винтокрылых аппаратов. Теоретические работы Братухина вылились в постройку и испытание ряда автожиров. Ценный опыт, полученный конструктором, был использован в дальнейшем не только в работах по автожирам, но и для создания и совершенствования вертолетов. Так, уже при разработке несущего винта вертолета ЦАГИ-5-ЭА Братухин применил шарнирную схему крепления лопастей к втулке, сходную с той, что применялась на автожирах.
В эти годы сектор особых конструкций стал уже отделом особых конструкций ЦАГИ, в котором И.П. Братухин возглавил конструкторскую бригаду «Б». Задачами отдела были теоретические и экспериментальные исследования различных вариантов схем вертолетов, их основных элементов, проектирование, постройка и летные испытания винтокрылых машин. Было решено создать новый вертолет, более мощный и совершенный, с лучшими летными данными, в большей степени пригодный для эксплуатации. Проектирование вертолета, получившего обозначение ЦАГИ-11-ЭА, было начато в 1934 году.
ЦАГИ-11-ЭА был построен в середине 1936 г. Этот вертолет был значительно больше по размеру и массе, чем предыдущие аппараты. Для него конструктор предложил оригинальную комбинированную схему, позволяющую сочетать возможности вертолета (вертикальные взлет и посадка) со скоростью самолета. Двигатель жидкостного охлаждения «Кертис-Конкверор» в 630 л.с. был установлен в передней части фюзеляжа. Редуктор двигателя сняли, а на его место вмонтировали центральный редуктор вертолета с четырьмя коническими шестернями – одной ведущей и тремя ведомыми. Одна ведомая приводила во вращение вертикальный вал несущего винта, а две другие – валы рулевых винтов. Несущий винт был подобен винту вертолета 5-ЭА. Рулевые винты располагались на концах небольшого крыла. Две кабины – наблюдателя и летчика – помещались за несущим винтом. Хвостовое оперение было, как в самолете: горизонтальное и вертикальное; на крыле – элероны с двойным управлением. Поскольку элероны действовали только при наличии поступательной скорости, сохранялось и все управление вертолетного типа. Особенность его заключалась во взаимной связи несущего и рулевого винтов, левый из которых должен был иметь на режиме висения обратную тягу. На всех режимах вообще должно было быть обеспечено полное соответствие и взаимодействие всех трех винтов путем изменения их шага. Механизм управления шагом винтов работал от штурвала и педалей.
Вертолет Б-11
При испытаниях вертолета на привязи возникли трудности, которые потребовали предварительной отработки его агрегатов, и в первую очередь – на вертикальных режимах. И.П. Братухин предложил изменить схему вертолета, переделать его, заменив крыло сварными фермами большого размаха (11 м между осями рулевых винтов вместо 8 м). Трехлопастные винты диаметром 2,25 м заменили (временно) двумя парами винтов, применявшихся на вертолетах ЦАГИ-1-ЭА и ЦАГИ-З-ЭА, лопасти несущего винта сделали цельнометаллическими, внесли ряд других изменений. Получился новый вариант вертолета, названный ЦАГИ-11-ЭА ПВ (пропульсивный вариант).