|
|
Работы Н.И. Камова и М.Л. Миля над автожирами (1928-1943 гг.)
В 1920 г. испанский инженер Х. Сьерва изобрел новый тип летательного аппарата - автожир. В течение восьми лет он достроил несколько автожиров, постоянно совершенствуя их. После ряда неудач был в 1928 г. достроен автожир С-8, который совершил перелёты из Парижа в Лондон и по Англии, доказав хорошие летные качества. Об этом много писала зарубежная пресса. Информация о работах Сьервы над автожирами попала к молодому инженеру А.Н. Камову.
В те годы работы над винтокрылами летательными аппаратами велись по двум направлениям: над геликоптерами и над автожирамн. На пути создания геликоптеров встретились значительные техияческие трудности, а работы над автожирами, благодаря усилиям Сьервы, быстро дали положительные результаты. Разработкой автожиров в те годы в нашей стране никто не занимался. Камов решил начать работы по созданию первого советского автожира и привлек к этой работе инженера Н.К. Скржинского.
Работы Н.И. Камова над автожиром КАСКР С октября 1928 г. в свободное от работы время, в общественном порядке, Камов и Скржинский начали разработку проекта автожира. Заводская ячейка Осоавиахима поддержала инициативу молодых инженеров. В феврале 1929 г. проект "вертолета" КАСКР "Красный инженер" (так авторы назвали аппарат) был рассмотрен комиссией под председательством Б.Н. Юрьева, одобрен и рекомендован к постройке. В протоколе комиссии было записано: "Признать, что конструкторами проделана большая работа по разработке методов расчета на прочность, где ими дан ряд удовлетворительных решений совершенноо новых вопросов"
С целью упрощения задачи в уменьшения объема работ КАСКР построили на базе учебного самолета У-1, от которого были взяты фюзеляж с оперением и моторная установка. Методика аэродинамического расчета автожира в то время в нашей стране отсутствовала. Камов со Скржинским провели только элементарные прикидки лобового сопротивления аппарата н ротора. Методов расчета ротора - авторотирующего несущего винта также не было. При выборе его основных параметров пришлось ориентироваться на приводившиеся в иностранной печати сведения об автожирах Сьервы С-6 и С-8.
Ротор решено было делать четырехлопастным с двушарнирным креплением лопастей к втулке,поддерживающими и межлопастными расчалками.
Автожир имел небольшое крыло, поэтому управление осуществлялось с помощью обычных самолетных рулей и элеронов. Так как величина завала ротора, которую можно было ожидать в полёте, не была известна, конструкторы предусмотрели возможность изменения поперечного наклона оси ротора.
1 сентября 1929 г. построенный "вертолет" был вывезен на аэродром, а 25 сентября "вертолет", пилотируемый летчиком И.В. Михеевым, с Н.И. Камовим во второй кабине, совершил первый полет, который, по словам Камова, продолжался 8-10 сек. Машина пролетела около 250 м. на высоте 2-З м.
На третьем подлете, 12 октября "вертолет" опрокинулся и был сально поврежден. К августу 1930 г. машина была восстановлена, и дальнейшие испытания стала вести комиссия с участием опытных специалистов НИИ ВВС (председатель - инженер А.А. Кравцов, летчик-испытатель Д .А. Кошиц).
Испытания велись методически, по специальной программе, в течение двух месяцев. В процессе испытаний подбирался: боковой наклон оси ротора и балансировочный груз на конце крыла для обеспечения поперечной балансировки, углы установки стабилизатора и лопастей ротора. В итоге "вертолет" стал удовлетворительно управляться, продолжительность полета достигла двух минут, высота 40 м. Были выполнены полеты по кругу. Время разбега 15-20 сек. Посадки парашютирующие с пробегом 6-8 м. Летчик отметил недостаток мощности.
В период с октября 1930 г. по январь 1931 г. била произведена замена мотора. Установлен Гном-Рон "Титан" 235 л.с., испытания продолжены и окончены 5 июня 1931 г.
За время испытаний было совершено 79 полетов общей продолжительностью 2 часа и получены следующие результаты: Vmax - 110 км/ч; Vmin - 35 км/ч; Hmax — 450 м.; Tmax - 28 мин.; Lразбега - 80-100 м.; Lпробега - 5-10м.; грузоподъемность - 235 кг.
Конструкторский и летный опыт, полученный при создании вертолета КАСКР был использован в дальнейшем при работах в ЦАГИ над другими автожирами.
Работы Н.И. Камова и М.Л. Миля в ЦАГИ над крылатыми автожирами А-7 (1931-1942 гг.) Работы в ЦАГИ по винтокрылым летательным аппаратам (ВЛА) велась в Отделе особых конструкций с 1926 г. Инициатором этих работ и в течение первых лет непосредственным руководителем был Б.Н. Юрьев. Затем - А.М. Черемухин и А.М. Изаксон. Первые в ООК работы велись только по геликоптерной тематике, в которых самое активное участие принимал (а позднее и руководил и работами) И.П. Братухин.
В 1929 г. в СОК ЦАГИ начались работы до автожирам. И.П. Братухину и В.А. Кузнецову было поручено собрать материалы о зарубежных работах по автожирам. В начале 1930 г., после их доклада о результатах проделанной работы, было принято решение строить экспериментальный автожир и начато его проектирование. И.П. Братухин на базе работ Г. Глауарта, и Ч. Локка, разработал и опубликовал инженерный метод расчета автожира, ставший на долгие годы основой автожирных расчетов.
Осенью 1931 г. был построен автожир 2-ЭА и передан на летные испытания. Летом этого же года в ООК начал работать молодой инженер М.Л. Миль, окончивший Новочеркассхий институт, а осенью приступили к работе Н.И. Камов и Н.К. Скржинский.
Камов внёс предложение создать боевой автожир, Кузнецов и Скржинский стали работать над другими проектами автожиров. Миль стал начальником бригады аэродинамики и участвовал в создании всех типов автожиров. Была сформирована конструкторская бригада, которую возглавил Н.И. Камов, и спроектирован автожир А-7, предназначенный для практического использования. Основные идеи использования автожиров Камов докладывал в сентябре 1931 г. на совещании в Севастополе.
Согласно техническому заданию Главного артиллерийского управления автожир предназначался для корректировки артиллерийского огня, связи и ближней разведка; должен был иметь экипаж 2 человека, пулеметное вооружение, нести бомбы, навигационное и радиосвязное оборудование и арофотоаппараты.
Выбранное соотношение площадей крыла и ротора было таким что на минимальных скоростях полета ротор нес 90% полетного веса, а на максимальных - 60%. Трехколесное шасси с передней опорой предохраняло от самопроизвольных разворотов автожира на пробеге, уменьшало лобовое сопротивление и колебания лопастей при разбеге, а также увеличивало безопасность для обслуживающего персонала.
Лопасти ротора были прямоугольной формой в плане, смешанной конструкции. Лонжерон из трех частей хромансилевых труб, соединенных телескопически на заклепках. Нервюры деревяные. Обшивка носовой части фанерная, хвостовой - полотняная. Втулка имела горизонтальные и вертикальные шарниры, шестерню механического раскручивания ротора и тормоз.
Система раскручивания ротора от работающего мотора имела всее элементы современных вертолетных трансмиссий: редукторы, валы, шарниры Гука, муфты включения и свободного хода. Управление раскручиванием ротора, его тормозом и тормозами колес было гидравлическим полуавтоматическим. Консоли крыльев и лопасти мотора могли складываться, сводя габариты машины к минимуму.
Впервые в мировой практике автожир имел стрелковое вооружение: пулемет, стреляющий вперед через пропеллер, и спарку в турели для обороны задней пслусферы.
Если вспомнить, что в 1932 г. автожиры ЦАГИ А-5 и А-8 и автожир Сьервы С-19 имели полетный вес 700-800 кг и мощность вигателя 100 л.с., то можно представить, какую серьезную задачу взялся решить Камов, создавая боевой автожир с Gвзл 2000 кг и Nмот = 480 л.с.
В процессе проектирования и постройки автожира Камов и Миль уделили серьезное внимание экспериментальным работам по прочности и аэродинамике. Объём этих работ был гораздо больше, чем выполняли самолетчики, и включал статические и динамические испытания элементов лопасти, деталей трансмиссии, виброиспытания крыльев и оперения, исследование продувочных моделей в трубах и др.
В апреле 1934 г. А-7 был окончен постройкой, и в сентябре лётчик-испытатель С.А. Корзинщиков совершил на нем первый полёт. За время летных испытаний и доводок автожира А-7 было выполнено 80 полетов с налетом 34 часа.
При испытаниях выявились серьезные дефекты: тряска ротора от несовершенства лопастей, вибрация хвостового оперения и дрожание ручки управления от пульсаций потока создаваемых ротором, недостаточная путевая устойчивость, особенно на малых скоростях полета, неполадки в механизме раскручивания ротора, перегрев двигателя. Большинство недостатков имело аэродинамический характер, и М.Л. Миль, со свойственным ему искусством анализа и прекрасным пониманием физики явлений, разобрался в их причинах и дал рекомендации по устранению.
В процессе летних испытаний были сняты баланснровечные кривые, проведены полеты при крайних центровках и проверены запасы управления, оценена устойчивость машины на разных режимах полета и отработана техника пилотирования автожира.
При испытаниях А-7 били получены максимальная скорость, высота, дальность полета и грузоподъемность, рекордные для того времени и намного превосходившие характеристики зарубежных и советских автожиров.
В сентябре 1935 г. были проведены испытания А-7 по корректировке артиллерийской стрельбы с автожира и связи с батареей, давшие удовлетворительный результаты. Это было первое практическое применение ВЛА в навей стране.
В 1936-37 гг. продолжались испытания и доводки автожиров А-7 и А-7бис. Били проведены летные исследования махового движения лопастей и замеры перегрузок на различных режимах полета, при взлетах и посадках.
Летом 1937 г. автожир А-7бис прошел государственные испытания в НИИ ВВС. Осенью того же года машина, впервые совершив перелет дальностью около 1000 км, проходила испытания под Лугой. На основании результатов испытаний было принято решение построить войсковую серию. В первой половине 1940 г. пять построенных машин А-7-3а прошли сдаточные испытания.
Автожиры показали следующие летные данные: длина разбега 30-40 м, время разбега 5-7 сек.; пробег при посадке 5-10 м; при скорости ветра 3-7 м/сек; скорость отрыва 60 км/час; скорость набора высоты 120 км/час; крейсерская скорость полета 50 км/час; максимальная скорость 218 км/час; практический потолок 4700 м; обороты ротора 180-200 об/мин; крен на вираже до 65°; минимальная скорость горизонтального полета (на втором режиме, на больших углах атаки и полной мощности двигателя) 45 км/час.
А.М. Изаксон в своих мемуарах дал такую оценку автожиру А-7: "...автожир обладал весьма высокими летними данными по сравнению ранее созданными автожирами ЦАГИ и существующими зарубежными аппаратами, а такие удовлетворительной устойчивостью и управляимостью: машина показала себя как надежный летательный аппарат, пригодный и практической эксплуатации."
Большую роль в проектировании, испытаниях и доводках автожиров А-7 сыграли начальник бригады аэродинамики М.Л. Миль и инженер-расчетчик М.Я. Гусева, выполнившие огромную работу до обработке и осмысливанию результатов испытаний и выдаче рекомендаций по устранению недостатков.
Автожиры серия А-7 были первыми ВЛА в нашей стране, использованными для практических целей. В 1938 г. А-7 был направлен на ледоколе "Ермак" на спасение группы И.Д. Папанина на СП-1. Для того он был оборудовав подкрыльными гондолами для перевозки людей. Руководителем этой экспедиции был В.А. Кузнецов. Но попанинцев сняли со льдины ледокольные пароходы "Таймыр" и "Мурман", пришедшие раньше "Ермака".
В начале 1940 г. автожиры А-7 и А-7бис были направлены на финский фронт для корректировки стрельбы артиллерии. К сожалению, из-за организационных неполадок, их не удалось испытать в реальных боевых условиях.
В апреле 1941 г. была организована авиаэкспедицяя Аэрофлота, Наркомзема и завода винтовых летательных аппаратов, главным конструктором и директором которого был Н.И. Камов, в предгорья Тянь-Шаня для авиахимической борьбы с вредителями плодовых деревьев в горных условиях. Было выполнено 49 полетов. Общий вывод: автожир вполне монет быть использован в различных отраслях народного хозяйства. Следует отметить, что только через 15 лет в нашей стране начали применяться вертолеты Ми-1 и Ка-15 для авиахимических работ.
В начале Великой Отечественной войны из пяти автожиров А-7-За была сформирована разведывательно-корректировочная эскадрилья. Командиром эскадрильи был ст. лейтенант П.Г. Трофимов. Руководителем заводской группы обслуживания - заместитель главного конструктора завода винтовых летательных аппаратов М.Л. Миль В конце августа 1941 г. эскадрилья вылетела на фронт под Ельню, а технический состав и заводская бригада выехали туда на автомашинах. В воздухе господствовала авиация противника. Вылеты автожиров пришлось прикрывать истребителями, которых и так не хватало. Существенной роли автожиры в разведке и корректировке огня не сыграли, и, чтобы не расходовать ресурсы истребителей, полеты автожиров стали выполняться только ночью для разбрасывания листовок.
Вскоре наша авиация перебазировалась на Восток. Автожирной эскадрильи было приказано вернуться в Москву. Наметилось формирование смешанной эскадрильи из автожиров и истребителей прикрытия, но ход войны не позволил этого сделать.
Однако небольшой опыт, полученный с автожирами А-7, показал артеллеритам, что автожиры могут оказать им действенную помощь в повышении эффективности артогня, но важно чтобы они базировались не вдали от артчастей, на аэродромах, а были рядом.
Работы Н.И. Камова и М.Л. Миля на заводе винтов летательных аппаратов над "прыгающим" автожиром АК (1940-1943 гг.) 
ТТТ ГАУ определяли автожир как подвижный артиллерийский наблюдательный пункт и машину связи между войсковыми соединениями. Требовалось обеспечить транспортировку в боевых порядках за грузовиком, взлет с дороги и время подготовки к вылету 15 мин.
К этому времени имелся некоторый опыт по созданию бескрылых автожиров с непосредственным управлением и прыжковым взлетом (в ЦАГИ автожиры А-14, А-12, А-15, А-9, разработанные под руководством В.А. Кузнецова и Н.К. Скржинского; В Англии - Сиерва С-ЗО в С-ЗОР).
АК прорабатывался в двух вариантах: геликоптера-автожира и автожира с прыжковым взлетом.
Первый вариант представлял собой одновинтовой вертолет с компенсацией реактивного крутящего момента несущего винта с помощью рулевых поверхностей, использующих энергию струи воздуха, отбрасываемой толкающим винтом. Конструктивно эти поверхности предполагалось выполнить в виде хвостового оперения, имеющего три руля поворота, снабженные предкрылками и закрылками.
перекоса типа "паук" Распределение мощности между несущим винтом и пропеллером регулировалось изменением углов установки лопастей н.в. С уменьшением общего шага н.в. мощность автоматически "переливалась" на пропеллер (этот принцип был позднее применен на винтокрыле Ка-22). Под руководством М.Л. Миля били проведены всесторонние расчеты и трубные исследования и после опробывания нескольких вариантов оперения и компоновка машины получено, что боковая сила на оперении позволяла создавать момент, превышающий на 30% реактивный момент н.в.
Однако сжатые сроки выполнения задания и отсутствие полной уверенности, что 30% запаса компенсирующего момента окажется достаточным для обеспечения необходимой управляемости, вынудили отказаться от этого интересного варианта и выбрать более простой и надежный вариант автожира взлетающего без разбега.
В этом варианте вертикальный взлет выполнялся за счет кинетической энергии н.в., раскрученного до больших оборотов, путем резкого увеличения общего шага. Первоначальная компоновка автожира АК видна на рисунке.
Наиболее интересным и новым в конструкции автожира АК был ротор. Он должен был обеспечивать продольно-поперечное удравление аппаратом и использовать значительную мощность при раскручиванни для совершения вертикального взлета. Это требовало, чтобы втулка не наклонялась, как на ранее созданных бескрылых автожирах с непосредственным управлением, а продольно-поперечное управление осуществлялось наклоном диска ротора, что можно было достигнуть, введя шарниры поворота лопастей вокруг их продольной оси и автомат перекоса, обеспечивающий циклическое изменение углов установки лопастей по азимуту (как это имеет место на большинстве современных вертолетов).
В поисках решения этой проблемы конструкторы использовала схему втулки и автомата перекоса, примененную английским конструктором Р. Хафнером на его жироплане AR-111. Для обеспечения летчику чувства управления и снятия нагрузок, в системе продольно-поперечного управления были устновлены пружины. Расчет взлета прыжком первоначально выполнялся по методу Дж. Уйтлея, затем - по методу М.Л. Миля.
В процессе проектирования машины был внесен ряд существенных изменений. Кабина экипажа была сделана закрытой с дверями по бокам. Свисающую сверху рукоятку управления заменили на обычную. Управление общим шагом вместо механического стало гидравлическим. Была разработана единая полуавтоматическая гидро-мехаиическая система управления общим шагом ротора, винтом изменяемого шага, газом и тормозами колес. Машина приобрела вид, показанный рисунке.
Лопасть ротора имела стальной трубчатый лонжерон, деревянные нервюры и работающую фанерную обшивку. Система управления ротором с автоматом перекоса типа "паук" показана рисунке.
Поверочные аэродинамические расчеты с учетом материалов продувки моделей в Т-5 и перетяжеление машины дали существенное ухудшение летных характеристик.
прыжкового взлета АК Конструкторам пришлось проделать большую работу, чтобы подтянуть характеристики до требуемых. Интересно отметить, что в процессе проектирования АК довольно четко прослеживается акцент работ Миля на аэродинамических вопросах, а Камова - на прочностных. Архивы содержат многочисленные наброски решений аэродинамических проблем и прикидочные расчеты, выполненные рукой Миля, а на всех прочностных расчетах имеются пометки красным карандашом о запасах прочности, сделанные рукой Камова.
Рабочие чертежи автожира АК были разработаны полностью. Постройка машины, начавшаяся на заводе ВЛА под Москвой, была продолжена в поселке, куда был эвакуирован завод, но закончена не была. В марте 1943 г. первый в нашей стране завод ВЛА был закрыт.
В заключение хочется подчеркнуть, что работы Н.И. Камова и М.Л.Миля по автожирам, впервые в Советском Союзе, доказали возможность и целесообразность применения ВЛА в гражданских и военных целях. Был получен первый опыт практической эксплуатация винтокрылых машин.
Работы Н.И. Камова, М.Л. Миля и других конструкторов и расчетчиков, летчиков и механиков позволяли накопить большой опыт по конструированию, испытаниям, доводкам и эксплуатации ВЛА.
На автожирах были практически апробированы все основные агрегаты, конструкции которых положены в основу первых советских вертолетов. Ознакомление с историей работ по автожирам позволяет достойно оценить их значение для развития ВЛА в нашей стране.
Литература и источники
В.И. Бирюлин |