Создание первого вертолета. История создания первых вертолетов
70 лет назад, 20 сентября 1948 года, в Москве впервые поднялся в воздух вертолет Ми-1, с которого началось советское вертолетостроение.
В СССР был опыт разработки винтокрылых летательных машин еще до войны, однако это были автожиры - аппараты со свободно вращающимся несущим винтом, создающим подъемную силу от набегающего потока воздуха.
О создании первого вертолета Миль задумывался еще во время войны и даже написал письмо Сталину.
В 1945 году Миль защитил докторскую диссертацию «Динамика ротора с шарнирным креплением лопастей и ее приложение к задачам устойчивости и управляемости автожира и геликоптера». Вскоре же конструктор начал разработку опытного вертолета ЭГ-1. Для начала была спроектирована натурная геликоптерная установка - по существу это был будущий вертолет без хвостовой балки.
Пресс-служба ЦАГИ. Макет вертолета Ми-1 на натурнои геликоптернои установке в аэродинамическои трубе Т-101 ЦАГИ
Как научный работник, Миль не мог официально заниматься своим детищем - над ним работали по вечерам с привлечением энтузиастов из разных лабораторий.
При этом директор ЦАГИ Шишкин постоянно делал Милю выговоры - дескать, занимается не своим делом.
К концу 1947 года в вертолетостроении СССР безнадежно отставал от США, где эти машины уже вовсю строились серийно, а на службу были приняты аппараты Сикорского с неплохими летными данными. Успехи Сикорского привлекали инвесторов, вертолетные компании росли, как грибы.
Руководство страны решило собрать силы для создания первого трехместного вертолета связи и привлечь к этому трех конструкторов - Миля, Яковлева и Братухина. Для создания конструкторского бюро Миль, начальник 5 лаборатории ЦАГИ, обратился в Минавиапром, после чего выступил с докладом министерстве. В августе 1947 года Сталин написал министру обороны Жукову:
«Почему в США много фирм занимаются геликоптерами и они применяются уже в армии, а у нас копается только Братухин и ничего конкретного нет?»
В декабре 1947 года, несмотря на протесты Шишкина, Миль получил в распоряжение свое ОКБ на территории завода 382 в Тушино. На обороте приказа Миль нарисовал ослика, пытающегося столкнуть с горы огромный камень - так он воспринимал собственные усилия для того, чтобы сдвинуть дело с места.
В продвижении идеи вертолета активно принимал участие Борис Юрьев ученый-авиатор, ученик и зять Жуковского, который еще в 1911 году запатентовал автомат перекоса, до наших дней остающийся важнейшей частью любого вертолета в мире.
Первый вертолет, а тогда их еще называли геликоптерами, проектировался как связной. Кабина помимо пилота вмещала еще двух человек. Конструкция была выбрана одновинтовая с хвостовым и несущим трехлопастным винтами - впоследствии она стала называться классической.
Пресс-служба ЦАГИ
Разработчики учитывали опыт зарубежного вертолетостроения и вносили свои оригинальные предложения. Так, ими была переделана втулка несущего винта, в которой использовались вертикальный и горизонтальный шарниры. При конструировании и доводке прототипа Ми-1 был использован ряд оригинальных технических решений: система управления несущего винта с инерционными демпферами, снабженная впоследствии необратимыми гидроусилителями; объединение систем управления общим шагом несущего винта и мощностью двигателя в единую систему «шаг-газ».
Также была разработана противообледенительная система для лопастей несущего и рулевого винтов. На Ми-1 установили двигатели АИ-26 мощностью 580 л.с., которые могли поднять в воздух до 2,5 тонн веса.
Строить первые экземпляры пришлось в Киеве на заводе номер 473 (ныне «Авиант») из-за отсутствия на ОКБ им. Миля необходимой производственной базы. Первый экземпляр был построен в августе 1948 года и перевезен в Москву.
Первые подъемы в воздух на прототипе Ми-1 – ГМ-1 (геликоптер Миля-1) – были выполнены 20 сентября 1948 года на аэродроме Захарково,
за штурвалом находился летчик-испытатель Матвей Байкалов.
Уже через 10 дней, 30 сентября, Байкалов вновь поднимает машину в воздух и развивает на ней скорость в 100 км/час, а спустя некоторое время достигнут максимум - 170 км/час.
Во время первых полетов были выявлены трещины в редукторе двигателя, причиной послужило отсутствие инерционных демпферов, которые гасили бы крутильные колебания. Проблему быстро решили путем введения в конструкцию резиновых втулок на главном валу.
Испытания шли уже два месяца, но 24 ноября случилась первая авария. Во время полета Байкалова на потолок в автомате перекоса замерзла смазка, и летчику пришлось воспользоваться парашютом. Тогда высоту полетов ограничили 3 тыс. метров.
Так вышло, что летчик, поднявший первый вертолет в небо, отдал ему свою жизнь. 7 марта 1949 года Байкалов перегонял вторую опытную машину в подмосковную Чкаловскую и на глазах встречающих вертолет потерпел крушение, унесшее жизнь пилота.
Выяснилось, что у вертолета разрушился вал, передававший вращение от главного редуктора к хвостовому винту в месте сварного стыка.
Государственные испытания продолжились, и в 1950 году Совмин принял постановление о серийном производстве Ми-1. Всего в 1950–1960-х годах в СССР было построено свыше 2,5 тысяч этих вертолетов. Позже промышленность перешла на выпуск более приоритетных вертолетов Ми-4, и было принято решение перенести производство Ми-1 в Польшу, где в 1957–1960 годах было произведено 300 машин по лицензии.
Вертолет обладал хорошими летно-техническими характеристиками, но был неустойчив к боковым порывам ветра, случался флаттер несущего винта. Спасал мощный двигатель, который обеспечивал высокую энерговооруженность. Эксплуатироваться вертолет, как и планировалось, начал в армии в качестве связного, его конструкция постоянно совершенствовалась.
Зимой 1954 г. Ми-1 поступил в гражданскую авиацию.
На Ми-1 - первом советском серийном вертолете - было установлено 27 мировых рекордов.
Надежный и удобный в управлении, в СССР он использовался как в вооруженных силах, так и в гражданской авиации - для обработки сельхозугодий, доставки почты и грузов, эвакуации больных и раненых.
Армейская модификация Ми-1В активно использовалась в Китае для борьбы против чанхайшистов. Применялся египтянами и сирийцами в борьбе против израильской армии. В Ираке Ми-1 использовался участвовал в операциях армии Саддама Хусейна против курдов.
В СССР Ми-1 часто использовался для перевозок почты в труднодоступные регионы, в ГАИ и был поставлен на вооружение в ВВС СССР. Был снят с эксплуатации в 1983 году.
Павел Котляр/«Газета.Ru»
Сегодня Ми-1 остались лишь в ввиде памятников в различных городах России, в летном состоянии существуют единицы машин. Догнивающий корпус одной из машин корреспондент «Газеты.Ru» сфотографировал на территории подмосковного завода МАРЗ.
Ми-1 был первым детищем нового конструкторского бюро стал Ми-1 - самым любимым вертолетом Миля, оправдавшим все его надежды.
Уже позднее в СССР появились более мощный Ми-4, газотурбинные Ми-6, Ми-2, Ми-8, Ми-26 и самый большой вертолет в мире Ми-12, перед которым снял шляпу сын Сикорского. «Вот уже 18 лет я смотрю на него, и он мне нравится, - писал Михаил Леонтьевич про своего первенца. - Это значит, что машина хорошая, была сделана на совесть».
Первый эскиз вертолета с кратким описанием сделал в 1489 г. Леонардо да Винчи. Его вертолет приводился в движение мускульной силой. Неизвестно, проводил ли Леонардо испытания своего аппарата, поскольку не осталось никаких документов, свидетельствующих об этом. Ученые долго считали, что летательный аппарат невозможно привести в движение мускульной силой. Но не так давно был построен такой вертолет. Он смог взлететь и летать.
Триста лет спустя после Леонардо М.В. Ломоносов построил первую модель вертолета. Она состояла из фюзеляжа и двух винтов, вращавшихся в разные стороны. Эта модель предназначалась для подъема термометров с целью измерения температуры воздуха в верхних слоях атмосферы. Двигателем служила часовая пружина.
В 1784 г. французские изобретатели Лоннуа и Бьенвеню использовали в своей модели вертолета силу упругости сжатого лука. Вес их игрушечной модели составлял около 80 г.
В 90-е годы XIX в. созданием вертолета начал заниматься Н.Е. Жуковский вместе со своими учениками. Ученый считал, что за геликоптером всегда будет оставаться преимущество безопасного подъема и спуска.
И вот в 1907 году появился вертолет, который смог оторваться от земли. Его сконструировали французы, братья Л. и Ж. Бреге, совместно с профессором Ш. Рише.
Русский изобретатель И.И. Сикорский в 1901 г. еще в детстве построил модель своего первого вертолета с двигателем на резинке. Позже он создал большую модель с двумя пропеллерами, которая поднялась в воздух и летала в нескольких метрах над землей.
Еще в конце XIX в. было предложено несколько схем вертолета: одновинтовая, соосная, поперечная и продольная схема расположения винтов.
Недостатком одновинтовой схемы был реактивный момент, возникающий при вращении винта. Он заставлял вращаться не столько сам винт, сколько гондолу вертолета. Для его компенсации предлагалось устанавливать рулевые винты или применять двухвинтовую соосную схему. Для обеспечения поступательного движения вертолета предлагалось применять пропеллеры или наклон оси вращающегося винта. Были также предложения использовать машущие крылья, гребные колеса, наземные буксиры и парус.
Особую роль в истории мирового вертолетостроения занимает работа в 1908--1914 гг. студента Московского технического училища Б.Н. Юрьева. Он возглавлял группу студентов, членов комиссии по геликоптерам при Воздухоплавательном кружке МТУ. В 1911 г. Юрьев разработал проект одновинтового вертолета с хвостовым рулевым винтом. В этом проекте Юрьев смог решить проблему уравновешивания реактивного момента, действующего на гондолу. Для этого он применил рулевой винт, установленный на хвосте вертолета и приводимый в движение передачей от двигателя. Поскольку у силы, создаваемой хвостовым винтом, было большое плечо относительно центра тяжести вертолета, ее действие уравновешивало реактивный момент. Для поворота вертолета Юрьев предложил делать шаг лопастей хвостового винта изменяемым. При увеличении тяги этого винта можно было преодолевать реактивный момент главного винта и разворачивать машину в нужном направлении.
Чтобы обеспечить управляемость вертолета относительно продольной и поперечной осей, можно было поставить сбоку и спереди машины по одному винту. Боковой винт управлял бы креном вертолета, а передний регулировал высоту полета аппарата. Однако такая схема была очень сложной и делала вертолет неустойчивым. Поэтому Юрьев сконструировал несущий винт таким образом, что тот самостоятельно создавал оба момента, необходимые для управления вертолетом. С этой целью изобретатель создал аппарат перекоса. Принцип его работы состоял в том, что управление полетом осуществлялось путем изменения угла наклона лопастей к плоскости вращения, что достигалось подвижностью лопастей относительно их продольных осей. Если разные участки описываемого круга лопасть проходила с различными углами установки, то это приводило к увеличению или уменьшению тяги на этих участках. В результате несущий винт поворачивался в соответствующую сторону.
Необходимую установку лопастей и обеспечивал автомат. Он состоял из двух колец, связанных жесткой скользящей связью и подвешенных на кардане на неподвижной опоре. Внутреннее, подвижное, кольцо было связано тягами с рычагами, поворачивающими лопасти, и вращалось вместе с валом винта. Внешнее, неподвижное, кольцо было связано с тягами продольного и поперечного управления. Оно передавало усилие от этих тяг на подвижное кольцо, изменяя при этом угол наклона последнего. Наклоняясь, подвижное кольцо вызывало изменение углов установки лопастей относительно продольной оси и появление горизонтальной составляющей тяги несущего винта. Эта составляющая сообщала вертолету поступательное движение и наклоняла его в сторону движения. Для поворота было необходимо направить в нужную сторону внешнее кольцо.
Для вертикального перемещения вертолета служила система управления общим шагом винта. Оно достигалось одновременным увеличением или уменьшением углов установки всех лопастей несущего винта путем поднимания или опускания скользящего кардана автомата перекоса. Одновременно увеличивалась или уменьшалась тяга двигателя.
Бурное развитие самолетостроения привело к тому, что конструкторы на время оставили вертолет без внимания. Лишь в 1923 г. испанец Пескара создал вертолет, который десять минут парил в воздухе на высоте трех метров и пролетел в общей сложности 300 м.
В 1924 г. француз Эмишен построил вертолет, который поднялся и пролетел на высоте полтора метра около 120 м. Управлял им сам Эмишен. Эта машина умела зависать в воздухе, разворачиваться на месте и лететь задним ходом.
Свою детскую мечту И. Сикорскому удалось реализовать. В 1919 г. он эмигрировал в США, где создал свою фирму "Сикорский". В 1939 г. изобретатель создал свой первый вертолет S-46. Он отказался от полных расчетов машины и вносил изменения прямо в ходе испытаний. Вертолет имел простую конструкцию: фюзеляж представлял собой ферму из стальных труб, кресло пилота было открытым и находилось впереди двигателя мощностью 65 л. с. Вращение посредством ременной передачи передавалось на редуктор, приводящий в движение трехлопастный несущий винт. Рулевой однолопастный винт устанавливался в хвосте на коробкообразной балке.
Испытания показали несовершенство конструкции. Из-за неправильного расчета плохо работал автомат перекоса. Это привело к плохой управляемости вертолета. При одном испытании он опрокинулся и разбился. После этого Сикорский применил схему с тремя рулевыми винтами. Эта машина хорошо управлялась и в мае 1940 г. Сикорский показал ее летчикам. Вертолет свободно перемещался в разные стороны, зависал неподвижно и разворачивался на месте, но при этом не летел вперед. После определения и устранения недостатка летные качества машины значительно улучшились. Два года Сикорский менял конструкцию, используя различные системы управления. Это помогло ему в создании новых вертолетов.
После войны в СССР, были созданы конструкторские бюро М.Л. Миля и Н.С. Камова. В первом разрабатывались одновинтовые вертолеты, во втором - вертолеты, работающие по двухвинтовой соосной схеме. Кроме них вертолётами занималось КБ А.С. Яковлева. Первым советским серийным вертолетом стал Ми-1, выпуск которого начался в 1951 году.
На современных вертолетах устанавливают поршневые и воздушно-реактивные двигатели. Для кратковременного увеличения мощности при взлете и посадке вертолета может применяться ракетный двигатель. На некоторых вертолетах применяли самолетные одновальные турбовинтовые двигатели и двухвальные турбовинтовые двигатели со свободной турбиной. Возможен также реактивный привод несущего винта, в котором окружное усилие создается автономными реактивными двигателями, расположенными на лопастях несущего винта, или истечением газа из сопловых отверстий, расположенных на концах лопастей.
Вертолеты применяются в вооруженных силах для перевозки войск и грузов, огневой поддержки сухопутных войск, разведки, поиска и уничтожения подводных лодок. В народном хозяйстве вертолеты используются для перевозки пассажиров, грузов, уничтожения вредителей сельхозкультур, удобрения полей, монтажных работ.
Массовое применение вертолетов стало возможным благодаря тому, что были решены две главные проблемы - достигнут необходимый уровень безопасности полета и созданы винтокрылые аппараты с высокими летными характеристиками и технико-экономическими показателями.
Летные испытания и исследования являются важнейшим завершающим этапом разработки вертолетов и внедрения их в серийное производство и эксплуатацию. Отечественный и зарубежный опыт вертолетостроения показывает, что летные испытания и исследования позволяют приобрести такую информацию, которая не может быть получена другими методами.
По результатам летных испытаний разрабатывают научно обоснованные и надежно апробированные в полетах методические руководства, позволяющие получать достоверные и сравниваемые данные для определения всех летно-технических характеристик, разрабатывать рекомендации по пилотированию, ограничениям режимов полета в различных условиях. Летные исследования позволяют также получать уникальные рекомендации по решению ряда научно-технических проблем на этапе проектирования вертолетов.
Расширение круга задач, решаемых в натурном эксперименте, приводит к тому, что трудоемкость летных испытаний, а следовательно, и сроки их проведения неуклонно увеличиваются. По стоимости и времени проведения работ летные испытания стали сопоставимы с другими этапами общего процесса теоретической и экспериментальной разработки, конструирования опытного вертолета.
Значительное место в летных испытаниях занимает определение аэродинамических и летных характеристик вертолетов, для чего необходимо решить следующие задачи:
выявить из всей совокупности необходимый минимум летных характеристик, которые позволяют в полной мере определить транспортные возможности вертолета с учетом безопасности полета;
определить рациональные методы пилотирования, при которых реализуются наилучшие летные характеристики;
получить при ограниченном объеме испытаний летные характеристики в ожидаемых условиях эксплуатации;
определить показатели топливной и транспортной эффективности вертолета и наилучшие режимы полета по этим показателям.
Кроме того, поскольку неотъемлемой частью летных испытаний является доводка вертолета, возникает задача надежной количественной оценки эффективности различных конструктивных мероприятий, направленных на улучшение летных характеристик вертолета.
Сложность решения этих задач заключается в том, что летные характеристики зависят от большего числа атмосферных и эксплуатационных факторов, и поэтому их определение в случайных условиях проведения натурного эксперимента простым варьированием этих факторов практически невозможно, так как для этого потребовались бы огромные затраты летного времени.
Большой опыт летных испытаний самолетов показал, что методы определения в полете их летных характеристик необходимо разрабатывать с учетом особенностей характеристик силовой установки.
В настоящее время наибольшее распространение получили вертолеты с газотурбинными, так называемыми турбовальными двигателями.
Весьма результативными при летных испытаниях самолетов с газотурбинными двигателями оказались методы, основанные на теории подобия режимов полета. Знание обобщенных летных характеристик позволяет также существенно упростить методы нахождения наивыгоднейших режимов полета.
Методы испытаний самолетов нельзя было непосредственно применять для летных испытаний вертолетов, так как вследствие принципиальных различий в аэродинамике и силовых установках этих двух типов летательных аппаратов критерии подобия режимов полета у них также различны. Однако методические подходы, использовавшиеся при создании комплекса практических методов определения в полете летных характеристик самолетов с газотурбинными двигателями, оказались весьма полезными при разработке методов летных испытании вертолетов с турбовальными двигателями. вертолет пилотирование винт
Важное место в летных испытаниях вертолетов занимают вопросы определения их взлетно-посадочных характеристик (ВПХ). Наряду с определением потребных взлетных и посадочных дистанций в различных условиях эксплуатации, весьма актуальным является также нахождение рациональных методов пилотирования, при которых реализуются наилучшие характеристики.
Значительное внимание уделяется при летных испытаниях особенностям режимов полета вертолета в случае отказа двигателей. Отрабатываемые при этом методы пилотирования позволяют обеспечивать при эксплуатации безопасную посадку вертолета на режимах авторотации и при частичной потере располагаемой мощности. Результаты летных исследований дают возможность правильно учитывать необходимые для безопасности ограничения высоты и скорости полета, связанные с характером изменения аэродинамики на малых скоростях, вблизи земли и с наличием так называемого режима "вихревою кольца". В результате таких исследований были заложены основы для правильного выбора оптимальных траекторий взлета и посадки, что приобрело особую актуальность в связи с разработкой и внедрением в практику вертолетостроения.
«! Сегодня мы расскажем краткую историю изобретения вертолета.
Итак, как вы уже наверняка знаете, что первый эскиз вертолета с кратким описанием сделал в 1489 г. Леонардо да Винчи (читай ). Его вертолет приводился в движение мускульной силой. Ученые долго считали, что летательный аппарат невозможно привести в движение мускульной силой. Но не так давно был построен такой вертолет. Он смог взлететь и летать.
Триста лет спустя после Леонардо Михаил Васильевич Ломоносов построил первую модель вертолета. Она состояла из фюзеляжа и двух винтов, вращавшихся в разные стороны. Эта модель предназначалась для подъема термометров с целью измерения температуры воздуха в верхних слоях атмосферы. Двигателем служила часовая пружина.
В 1784 г. французские изобретатели Лоннуа и Бьенвеню использовали в своей модели вертолета силу упругости сжатого лука. Вес их модели составлял около 80 г.
В 1863 году француз Г. де Ланде издал книгу, в которой излагал проект аппарата под названием «аэронеф». У «аэронефа» были крылья, тянущий винт и вертикальные мачты, на которых располагались подъемные винты. Из проекта де Ланде изобретатели в дальнейшем многое позаимствовали.
В 1869 г. русский изобретатель А. Н. Лодыгин обратился в Главное инженерное управление русской армии с проектом аппарата вертикального взлета с электрическим двигателем. Этот аппарат, названный изобретателем «электролет», предназначался для воздушной разведки и бомбардировки.
В 90-е годы XIX в. созданием вертолета начал заниматься H. Е. Жуковский вместе со своими учениками. Ученый считал, что за геликоптером всегда будет оставаться преимущество безопасного подъема и спуска.
И вот в 1907 году появился вертолет, который смог оторваться от земли. Его сконструировали французы, братья Л. и Ж. Бреге, совместно с профессором Ш. Рише.
Русский изобретатель И. И. Сикорский в 1901 г. еще в детстве построил модель своего первого вертолета с двигателем на резинке. Позже он создал большую модель с двумя пропеллерами, которая поднялась в воздух и летала в нескольких метрах над землей.
В 1903 г. Сикорский поступил в Российскую военно‑морскую академию в Петербурге, а в 1906-м продолжил изучение инженерного дела в Париже. В 1907 г. он возвратился в Киевский политехнический институт. Игорь Сикорский вернулся к своей идее летательного аппарата, который бы поднимался в воздух вертикально с помощью вращающегося пропеллера. Во время путешествия по Германии Сикорский производил в гостиничных номерах расчеты, необходимые для запуска вертолетного пропеллера диаметром 120 см. Благодаря финансовой поддержке сестры Сикорский возвратился в Париж для изучения аэродинамики и приобретения необходимых компонентов для создания своего первого вертолета.
В 1909 г. Сикорский вернулся в Киев с трехцилиндровым двигателем от мотоцикла «Анзани» мощностью 25 л. с. и на его основе создал вертолет с двумя одновременно вращающимися винтами. Конструкция была довольно неудобна для пилота, в кабине везде торчали провода, приводившие в движения лопасти пропеллера. Однако Сикорский добился главного: он решил проблему вибрации и продемонстрировал способность своей машины подняться в воздух посредством «роторных крыльев». По расчетам инженера, его вертолет мог подниматься в воздух с грузом в 140 кг.
Конструкция была еще очень несовершенна, и Сикорский отказался от своей первой модели. В октябре 1909 г. он вернулся в Париж для изучения уже имеющихся к тому времени моделей аэропланов (смотри ).
После приезда в Россию молодой изобретатель в феврале 1910-го использовал моторы для создания второй, вновь неудачной, модели вертолета. Маленький биплан «S-1» так и не взлетел. Биплан «S-2» и большая модель «S-3» смогли лишь ненадолго подняться в воздух. А модель «S-5» с мощностью двигателя 50 л. с. в мае 1911 г. не только поднялась в воздух, но и продемонстрировала свою способность летать. Игорю Сикорскому Российским Императорским аэроклубом была выдана лицензия на изобретение.
Особую роль в истории мирового вертолетостроения занимает работа в 1908–1914 гг. студента Московского технического училища Б. Н. Юрьева. В 1911 г. Юрьев разработал проект одновинтового вертолета с хвостовым рулевым винтом.
В 1912 г. вертолет Юрьева был выставлен на Международной выставке воздухоплавания в Москве. Работа была отмечена Малой золотой медалью.
Бурное развитие самолетостроения привело к тому, что конструкторы на время оставили вертолет без внимания. Лишь в 1923 г. испанец Пескара создал вертолет, который десять минут парил в воздухе на высоте трех метров и пролетел в общей сложности 300 м.
В 1924 г. француз Эмишен построил вертолет, который поднялся и пролетел на высоте полтора метра около 120 м. Управлял им сам Эмишен. Эта машина умела зависать в воздухе, разворачиваться на месте и лететь задним ходом.
Надежно действующий вертолет удалось создать группе сотрудников Центрального аэрогидродинамического института под руководством Юрьева. Он был одноместный с одним несущим и двумя рулевыми винтами. На нем была достигнута высота 605 м.
Свою детскую мечту И. Сикорскому удалось реализовать. В 1919 г. он эмигрировал в США, где создал свою фирму «Сикорский». В 1939 г. изобретатель создал свой первый вертолет S-46. Он отказался от полных расчетов машины и вносил изменения прямо в ходе испытаний. Испытания показали несовершенство конструкции.
После этого, произведя изменения конструкции, Сикорский в мае 1940 г. создал вертолет с тремя рулевыми винтами. Вертолет свободно перемещался в разные стороны, зависал неподвижно и разворачивался на месте, но при этом не летел вперед. После определения и устранения недостатка летные качества машины значительно улучшились.
В 1941 г. Сикорский получил военный заказ на вертолет, предназначенный для корректировки артиллерийского огня и связи. Во время полета S-47 продемонстрировал свои огромные возможности, перемещаясь в разные стороны, зависая на месте.
Сегодня вертолеты применяются в вооруженных силах для перевозки войск и грузов, огневой поддержки сухопутных войск, разведки, поиска и уничтожения подводных лодок. В народном хозяйстве вертолеты используются для перевозки пассажиров, грузов, уничтожения вредителей сельхозкультур, удобрения полей, монтажных работ.
Приобщитесь к вертолетостроению, узнайте
« «, « « «.
Впервые реальные предпосылки для перехода от до этого экспериментального моделирования вертолетов к постройке машин целевого назначения появились в конце 30-х годов ХХ века. Развивались подобные технологии и в Советском Союзе, но на преграде к внедрению идей постройки вертолетов встала Великая Отечественная война, которая внесла коррективы не только в общественную жизнь государства, но и в развитие науки и, в частности, вертолетостроения. Но все же, несмотря на крайне тяжелое положение в стране, профессор Б.Н.Юрьев смог организовать первое специализированное предприятие, основное предназначение которого было моделирование и постройка совершенно нового вида летательных аппаратов – вертолетов.
17 декабря 1939 года на основании приказа Народного комиссариата авиационной промышленности СССР было создано самостоятельное ОКБ-3, а уже 4 марта 1939 года перед Б.Н.Юрьевым и И.П.Братухиным была поставлена задача построить первый двухместный вертолет с двумя двигателями МВ-6, дальностью полета не менее 200 километров и скоростью 150 км/ч. В предписании указывалась необходимость постройки двух подобных воздушных машин, а также указывались сроки предоставления вертолетов для проведения испытаний. Первая машина должна была быть поставлена не позднее 1 мая 1941 года, а вторая - спустя два месяца, 1 июля 1941 года.
В начале весны 1940 года из-за большой занятости на другом объекте Б.Н.Юрьев полностью передал дела по созданию вертолетов своему коллеге И.П.Братухину. В мае 1940 года конструкторское бюро представило первый макет будущего вертолета. В качестве основной несущей конструкции была выбрана поперечная схема, в целесообразности которой в то время сомневались очень многие строители авиационной техники. Возможно, на подобную идею Братухина натолкнули успешные работы немецких конструкторов, которые создали и провели успешные испытания своего вертолета FW.61.
Первый проект вертолета получил кодовое название «Омега». В связи с началом Великой Отечественной войны сроки постройки первой воздушной машины были смещены, и лишь в августе 1941 года «Омега» была передана для проведения испытаний. Длина вертолета составляла 8,2 метра, диаметр несущего винта 7 метров. Из-за войны было принято решение эвакуировать ОКБ-3 в Алма-Ату, что и стало причиной остановки работы над проектом почти на два года.
Несмотря на то, что 27 августа 1942 года приказом Наркома авиационной промышленности был назначен летчик-испытатель, которым стал инженер ЛИИ Д.И.Савельев, первый полет состоялся намного позже. О первых испытаниях был представлен полный отчет 24 июня 1943 года. В частности, в этом отчете описывались все этапы проведения испытательных полетов, и была дана полная характеристика технических возможностей созданного вертолета.
Согласно отчету, взлетный вес вертолета составлял 1900 килограмм, а максимальная скорость 186 км/ч. Испытания проводились в крайне тяжелых метеорологических условиях. Температура воздуха составляла +50 градусов, что значительно снижало мощность двигателей. Двигатели МВ-6 были с воздушным охлаждением и из-за жары быстро перегревались. Длительность полета не превышала 15 минут, и скорость полета составляла 115км/ч на высоте 150 метров. Это, конечно же, было меньше показателей первого испытательного полета и запланированных параметров.
Но все же положительный эффект при проведении испытательных полетов был достигнут. Во-первых, созданная машина была вполне работоспособной, и, во-вторых, было получено подтверждение ее устойчивости. Основная проблема заключалась в применении маломощных двигателей МВ-6, которые не могли обеспечить необходимую мощность для полноценной работы вертолета.
Для изготовления фюзеляжа «Омеги» была выбрана ферменная конструкция, которую сваривали из стальных труб и обшивали перкалем. В носовой части вертолета было размещено два места для летчика и наблюдателя. Лопасти винтов имели диаметр 7 метров и изготавливались из цельнометаллической конструкции. В качестве балансировки воздушной машины в горизонтальном полете была выбрана конструкция, состоящая из киля с рулем поворота и Т-образного подкосного переставного стабилизатора. Вся конструкция представляла собой хвостовое оперение.
Для управления вертолетом в продольном и поперечном сечении использовалась ручка, при помощи которой пилот выполнял наклоны вектора тяги несущих винтов совместно с изменением дифференциального и циклического шага. Для путевого управления были установлены педали, связанные с рулем поворота. Установленное штурвальное колесо служило для отклонения стабилизатора.
Заводские испытания проводились до 1944 года. За это время в конструкцию «Омеги» были внесены существенные изменения. В частности, маломощные двигатели МВ-6 были заменены на МГ-31Ф, которые отличаются не только более высокой мощностью, но и превосходили прежние силовые агрегаты по степени надежности. Были внесены изменения и в конструкцию боковых ферм, что позволило увеличить полетный вес до 2900 килограмм. Новая конструкция получила название «Омега-2», и к концу 1944 года были проведены заводские испытания. Одной из причин, по которой задерживалась передача воздушной машины в массовое производство, было наличие значительных вибраций. Были сделаны попытки установить специальные демпферы, но они лишь снизили уровень вибрации, но убрать ее полностью не удалось.
Но, несмотря на некоторые недостатки, машина практически была готова для выполнения различных заданий, и появление «Омеги-2» на вооружении Советской Армии было делом времени. А о том, что армия нуждалась в подобной технике, сомнения не было.
(пионерный период до начала XX века)В.Р. МИХЕЕВ канд.техн. наук Институт истории естествознания и техники РАН
История разработки винтокрылых машин в нашей стране насчитывает уже несколько веков. Многие выдающиеся умы России интересовались проблемой подъема в воздух при помощи несущего винта. Критический анализ истории отечественного и зарубежного вертолетостроения показывает, что российские пионеры авиации ничуть не отставали, а часто и значительно превосходили своих иностранных коллег по широте постановки исследований и уровню проработки проектов.
Детская игрушка «летающая палочка», представляющая собой стержень с приделанным к верхнему концу винтом, который раскручивают руками и отпускают в воздух, была известна еще со средневековья. Эта идея подъема в воздух при помощи несущего винта стимулировала впоследствии разработку первых винтокрылых машин.
Великий русский мыслитель Михаил Васильевич Ломоносов соорудил в 1754 г. «аэродромическую машину» для исследования верхних слоев атмосферы. Подлинного изображения «машины» не сохранилось, но на основании архивных материалов можно сделать вывод, что великий ученый создал маленький вертолет двухвинтовой соосной схемы. В «подвешенной» под двухлопастными несущими винтами капсуле-фюзеляже размещались метеорологические приборы. Это был первый в мире малоразмерный вертолет, предназначенный для практического использования. К сожалению, уровень развития науки и техники был еще недостаточен для создания маленького летающего аппарата, и «аэродромическая машина» не поднялась в воздух. За рубежом первые попытки строительства геликоптеров начались только через три десятилетия и были столь же безуспешны.
Работы Ломоносова, как и других его современников-единомышленников, не получили широкой известности и развития. Время интереса к разработке летательных аппаратов тяжелее воздуха пришло только во второй половине XIX века, когда в просвещенной Европе и Америке начались систематическая разработка проектов и попытки строительства малоразмерных и натурных летательных машин.
К 60-м годам прошлого столетия относятся и первые после Ломоносова упоминания об отечественных разработках винтокрылых летательных аппаратов. Это модели энтузиаста М. Сауляка (1861 г.) и знаменитого пионера авиации В.В. Кресса (1864 г.), а также появившиеся в центральной прессе в 1863 г. предложения журналиста А.В. Эвальда и горного инженера П. Алексеева. В.В. Кресс одним из первых в мире обратил внимание на целесообразность придания профилю лопастей вогнутой формы. Эвальд впервые предложил многорежимный несущий винт, предназначенный как для работы на вертолетном режиме, так и на режиме ветряка.
В это же время начал свои работы по экспериментальному исследованию несущих винтов крупный ученый-метеоролог (впоследствии академик) Михаил Александрович Рыкачев. Построив на собственные средства стенд для испытания моделей несущих винтов, Рыкачев замерял развиваемую подъемную силу и затрачиваемую мощность, изменяя угол установки лопастей и частоту вращения винта. Его опыты оказали большое влияние на становление и развитие отечественных экспериментальных аэродинамических исследований, положив начало систематическим исследованиям по вертолетной тематике в России. С исследования геликоптерного винта начала формироваться отечественная научная школа авиации. Авиацией заинтересовалось и российское военное ведомство, однако финансировать пионерные, подчас утопичные, проекты оно разумно не спешило.
В 1869 году в Главное инженерное управление русской армии с проектом вертолета «Электролет» обратился молодой тульский рабочий, будущий выдающийся изобретатель- электротехник А.Н. Лодыгин. Недостаточная проработка проекта послужила причиной отказа ему в поддержке, и молодой изобретатель отправился во Францию, правительство которой, терпя поражения в войне с Германией, согласилось «от отчаяния» финансировать проект Лодыгина. Поражение Франции помешало завершению постройки «Электролета». Так закончилась первая попытка нашего соотечественника построить вертолет.
К концу 70-х годов идея геликоптера стала известной во всей Российской Империи. Об этом свидетельствуют проекты изобретателей К.П. Ярошевского из Бессарабии (1875 г.), В.П. Богородского из Воронежа (1878 г.), И.П. Ювенальева из Саратова (1880 г.), М. Карманова (1882 г.) из Варшавы и других. Уровень проработки проектов сильно возрос. Разработки Ювенальева являются первыми в России проектами вертолетов с продуманной компоновкой. Карманов опробовал на моделях винтов «прыжковый» взлет, в дальнейшем использовавшийся на автожирах.
Русский инженер И. Меликов разработал в 1879 г. в Париже первый в мире проект вертолета с турбиной в качестве двигателя. Прообразы летающей платформы с подъемными винтами в кольцевых каналах и преобразуемого аппарата с вертикальным положением фюзеляжа на старте предложил в начале 80-х годов известный петербургский изобретатель С.И. Барановский.
Врач С.А. Ноткин в 1887 г. впервые произвел расчет на прочность частей конструкции проектируемого вертолета. В следующем году смоленский чиновник И.З. Рациевич прислал в Департамент торговли и мануфактур первую в России патентную заявку на проект винтокрылой машины. Проект его вертолета не отличался оригинальностыо, в отличие от поступившего в Департамент двумя годами позже тщательно продуманного проекта москвича И.И.Сытина.
Другой москвич, Иван Осипович Ярковский, провел в те же годы фундаментальные испытания несущих винтов, сопоставимые по глубине исследования с достижениями его знаменитого современника, пионера американской авиации С. Ленгли. Проанализировав огромный накопленный эмпирический материал, Ярковский построил графики зависимости подъемной силы и сопротивления от угла установки и площади лопастей, частоты вращения винта и сделал вывод о целесообразности малого угла установки лопасти.
К концу прошлого столетия российские пионеры вертолетостроения создали ряд интереснейших проектов летательных аппаратов, содержащих зачатки аэродинамических, прочностных и энергетических расчетов. Обладая передовыми для своей эпохи эмпирическими представлениями о характеристиках и параметрических зависимостях несущих винтов, они вплотную подошли к разработке вертолетов в натуральную величину.
Центром российской научно-конструкторской авиационной мысли конца XIX века был воздухоплавательный отдел Императорского русского технического общества. Здесь собирался цвет российской научно- технической интеллигенции – ведущие отечественные ученые и инженеры, многие из которых были убежденными сторонниками подъема в воздух при помощи несущего винта. Фундаментальный анализ результатов отечественных и зарубежных исследований по теории геликоптера проделал в 1892 г. один из руководителей отдела Е.С. Федоров.
В том же году основатель отдела, выдающийся российский ученый и изобретатель С.Н. Джевецкий впервые опубликовал начала своей знаменитой теории «элемента лопасти», которая на протяжении многих лет являлась главным руководством по выбору параметров воздушных и несущих винтов. Член Технического общества Б.Д." Потемкин первым приступил в конце 80-х годов XIX века к сооружению вертолета. Однако его трехместный «пороходвигающийся геликоптер-каптиф (привязной вертолет)» так и не был построен. Вероятно, изобретатель не продвинулся дальше опытов с силовой установкой геликоптера.
Интересных результатов добился морской инженер и изобретатель Павел Дмитриевич Кузьминский. Он был одним из организаторов и активнейших сотрудников воздухоплавательного отдела Технического общества. Из всех видов летательных аппаратов изобретатель считал наиболее целесообразным геликоптер, проект которого он разработал в начале 90-х годов. Кузьминский назвал свой двухвинтовой вертолет поперечной схемы «Русолетом», а спроектированные для него высокооборотные несущие винты – «русоидами». Конический спиралевидный «русоид» представлял собой видоизменение «архимедова винта». С современной точки зрения его использование в качестве несущего винта было нецелесообразно из-за низкого аэродинамического КПД, но в то время проблема целесообразности еще не встала на повестку дня. Расчеты Кузьминского, признанного специалиста по гидромеханике и кораблестроению, вызвали благожелательное отношение со стороны ряда оппонентов, и воздухоплавательный отдел ассигновал в 1892 г. средства на опыты с «русоидом».
По не зависящим от него причинам Кузьминский не смог сразу приступить к постройке и испытаниям «русоида» и израсходовал отпущенные ему отделом средства на сооружение опытного двигателя, правильно полагая, что создание легкой силовой установки является столь же важным условием осуществления работоспособного летательного аппарата, как и высокоэффективный несущий винт. Оригинальный двигатель собственной конструкции изобретатель назвал «газопарородом». Это был первый в мире газопаротурбинный двигатель.
Одновременно с Кузьминским попытку построить вертолет предприняли два других российских инженера. Варшавский электротехник Станислав Антонович Гроховский спроектировал в 1891 г. двухвинтовой летательный аппарат поперечной схемы с электродвигателем. Это был один из первых в мире проектов, в котором была учтена необходимость управления и балансировки силами и моментами относительно всех трех осей, причем не только при полете с поступательной скоростью, но и на специфических вертолетных режимах полета: вертикальном взлете и посадке, а также висении.
Приступая к сооружению вертолета. Гроховский прежде всего построил всю динамическую систему (трансмиссию и несущие винты), после испытания которой намеревался строить остальные части. Аппарат остался недостроенным, так как, не веря в возможность использования тяжелых электродвигателей на летательных аппаратах, официальные инстанции отказались поддерживать работу Гроховского.
Другой вертолет, также двухвинтовой поперечной схемы с электродвигателем, пытался построить в последние годы XIX столетня выдающийся русский ученый-металлург Дмитрий Константинович Чернов (1839-1921 гг.). Разработке проекта предшествовали исследования несущего винта на стенде. Научное обоснование выбора схемы винтокрылой машины, а также рациональной формы лопастей с большим относительным удлинением он опубликовал в брошюре, явившейся ярким событием в истории развития отечественной авиационной научной мысли. Ограниченные финансовые возможности не позволили Чернову осуществить задуманную постройку.
Следует упомянуть еще одну попытку построения винтокрылого летательного аппарата, предпринятую в конце XIX века. Скромный чиновник Министерства финансов Виктор Викторович Котов продемонстрировал в 1895 г. на заседании воздухоплавательного отдела Императорского русского технического общества удачно летавшие модели, в том числе и первого в мире планера-автожира. Отдел принял решение оказать поддержку изобретателю в постройке аналогичных пилотируемых планеров, но смерть Котова помешала этому начинанию.
Таким образом, все первые попытки отечественных конструкторов построить в XIX веке геликоптер не увенчались успехом. Уровень развития науки и техники был еще недостаточен для подъема в воздух посредством несущего винта. Конечно, «вознестись к небесам» можно было и на воздушном шаре, но управление им было крайне затруднено, аэростат оставался «игрушкой ветра». Преподаватель Харьковского университета, доктор медицины Константин Яковлевич Данилевский попытался найти выход из этого положения в создании гибридного летательного аппарата. Входящий в состав гибрида аэростатный баллон должен был создать подъемную силу несколько меньшую, чем собственный вес снаряженной машины. Недостающую подъемную силу предполагалось создавать несущим винтом, благодаря чему можно было обойтись без характерных для воздухоплавания балласта и стравливания газа.
В 1899 г. Данилевский построил аппарат с аэростатным баллоном и двумя поперечно расположенными несущими винтами, приводимыми во вращение мускульной силой аэронавта, и совершил ряд небольших подъемов в воздух на своем аппарате. Это было первое в России практическое использование несущих винтов для создания подъемной силы. Под баллоном этого аппарата располагалась система поворачивающихся аэродинамических поверхностей. выполнявших две функции: крыла и руля управления. При подъеме и спуске на установленных соответствующим образом поверхностях возникала аэродинамическая сила, обеспечивающая поступательное перемещение.
Параллельно с традиционной столичной научной школой начала формироваться и научная школа в Москве. Не лидер профессор Николай Егорович Жуковский уделял большое внимание разработке проблем вертолетостроения, считая винтокрылый летательный аппарат наиболее перспективным типом воздушной машины. Еще в 80-е годы XIX века он экспериментировал с моделями геликоптеров. В 1890 г. в первом же своем печатном труде «К теории летания», посвященном теоретическим вопросам авиации, Жуковский привел свои соображения о расчете тяги и мощности несущего винта. Различные вопросы вертолетостроения рассматривались им в работе «О воздухоплавании» в 1898 г.
При определении направления работ аэродинамических лабораторий Московского университета (1902 г.) и Кучинского института (1904 г.) ученый особое внимание уделил постановке экспериментальных исследований характеристик несущих винтов, руководил созданием специальных испытательных стендов. Проведенные во вновь организованных аэродинамических лабораториях исследования способствовали появлению новых научных трудов Жуковского «О полезном грузе, поднимаемом геликоптером», «Теория винта.
работающего только на растяжение», «О винтах, не подвергающихся сгибанию» (1904 г.) и «Теория гребного винта с большим числом лопастей» (1907 г.), заложивших основы отечественной теории проектировочного аэродинамического и энергетического расчета вертолетов и конструирования лопастей с гибким комлем. Помимо научных и экспериментальных исследований, ученый занимался разработкой проектов винтокрылых машин: тяжелого восьми винтового и легкого «Мотылька».
Среди аналитических работ по теории винтокрылых летательных аппаратов достойна внимания и вышедшая в 1901 г. в Ашхабаде брошюра Д. Чумакова «Основы к решению задачи воздухоплавания», в которой автор впервые, значительно опережая мировой уровень, проанализировал динамику полета винтокрылого аппарата и дал практические рекомендации по обеспечению управления и балансировки геликоптера.
На рубеже XIX и XX веков появился ряд проектов с основательно продуманной компоновкой, конструкцией узлов и деталей, упрощенными прочностными, аэродинамическими и энергетическими расчетами. Значительно продвинулись изобретатели винтокрылых машин в области развития представлен и й о проблемах устойчивости и управляемости. Речь идет о проектах горного инженера С.М. Кенигсберга (1893 г.), сподвижника Н.Е Жуковского С.С. Неждановского (1894-1896 гг.), служащего Главного инженерного управления русской армии инженера-механика JI. д"Андре (1895 г.), мастера Сестрорецкого оружейного завода В.П. Коновалова (1895 г.), отставного полковника II.М. Янушева из Ташкента (1902 г.), учителя А.В. Яблонева (1902 г.) из Ряжска, главного инженера Путиловского завода П.П. Липковского (1902-1904 гг.) и других.
В проектах д’Андре и Янушева особенно тщательно была проработана конструкция трансмиссии, в проектах Яблонева. Янушева и Липковского – система управления. Яблонев впервые в истории вертолетостроения и одним из первых в авиации разработал конструкцию автопилота, основным элементом которого является гироскоп. Янушев впервые сконструировал для своего аппарата навигационное оборудование. В связи с отсутствием в то время легкого и надежного авиационного мотора авторы практически всех проектов предложили силовые установки оригинальной конструкции.
Особенно заметное место среди пионерных отечественных работ в области вертолетостроения занимают исследования Сергея Сергеевича Неждановского. Он одним из первых в мире предложил использовать на вертолете в качестве силовой установки двигатель внутреннего сгорания. Неоспоримый приоритет принадлежит Неждановскому в разработке и предложении прямоточных воздушно-реактивных двигателей для установки на концах лопастей несущего винта. В дальнейшем инженер первым в мире разработал реактивный компрессорный привод винта с дожиганием на концах лопастей. Проектируя одновинтовые летательные аппараты с реактивным приводом, Неждановский разработал различные схемы их путевой балансировки и управления, многие из которых ранее никем в мире не предлагались.
Известный своими многочисленными изобретениями в области транспортной техники Иосиф Иосифович Липковский заинтересовался авиацией и разработал в начале XX века несколько проектов вертолетов двухвинтовой соосной схемы. Несущие винты предполагались двухлопастными с углом между передней и задней кромками более 180 градусов. вследствие чего при остановке они могли служить парашютами.
К созданию вертолета в натуральную величину инженер приступил в 1904 г. на Путиловском заводе. Для начала он соорудил один натурный несущий винт сравнительно большого размера (16 м) и замерил создаваемую им подъемную силу. Результат получился неправдоподобно высоким. Усомнившись в нем. специалисты Главного инженерного управления русской армии переправили чертежи и расчеты П.И. Липковского на отзыв Н.Е. Жуковскому. «Отец русской авиации» отметил нерационально выбранную форму лопастей, завышенный КПД несущих винтов и заниженный вес конструкции. Военное ведомство воздержалось от поддержки строительства. Еще одна попытка российского изобретателя построить вертолет окончилась неудачей.
Помимо глубоко продуманных проектов. восхищающих широтой охвата проблем вертолетостроения. в это время появлялись и более простые предложения. содержащие, однако, ряд интересных идей. Так, кустарь из Сергиева Посада Н.М. Митряйкнн прислал в 1899 г. в военное ведомство макет вертолета-мускулолета «воздухоплавательный велосипед», который предлагал использовать для того, чтобы «…с поля битв раненых вывозить скоро, не тряся и не качая», т. е. в качестве санитарно-эвакуационного средства. Донской казак А.Я. Смирнов в том же году прислал проект летательной машины, представлявшей собой прообраз будущих «ранцевых» вертолетов индивидуального пользования. Военный чиновник Усть-Двинской крепости Кузьмин спроектировал в 1900 г. прообраз автомата перекоса для управления общим и циклическим шагом лопастей винта вертолета. В дальнейшем он построил модель автомата перекоса и опробовал ее работу на модели несущего винта.
К началу XX века русскими конструкторами было создано свыше 40 проектов винтокрылых летательных аппаратов, высказаны предложения об использовании двигателя внутреннего сгорания в качестве силовой установки, проведены теоретические и экспериментальные исследования по определению параметров несущих винтов, предложены различные схемы балансировки и управления на основных режимах полета, разработана конструкция ряда агрегатов. Многие конструктивные решения были выдвинуты впервые и представляли отечественный приоритет.
К сожалению, уровень развития науки и техники не позволял тогда опробовать эти решения на аппаратах, изготовленных в натуральную величину. Время их создания наступило намного позже, в конце первой декады XX века. Опыт пионерного этапа отечественного вертолетостроения непосредственно предшествовал началу широкой постройки первых российских вертолетов.
