«Игоревский кошмар»
«Игоревский кошмар»
Прогресс развития винтокрылых летательных аппаратов был постоянно в поле зрения И. И. Сикорского. В 1929 г. он пришел к выводу, что успешный вертолет стал возможен. Для работы над созданием практического вертолета для начала надо было выбрать схему. С 20-х годов как среди проектов, так и среди натурных вертолетов наибольшее распространение получили различные одновинтовые схемы. Наличие только одного несущего винта существенно упрощало конструкцию фюзеляжа и трансмиссии, повышая надежность вертолетов. Кроме того, одновинтовая схема считалась привлекательной благодаря компактности и малому лобовому сопротивлению. Сказывалось влияние и успешно летавших одновинтовых автожиров. Существенной специфической проблемой одновинтовой схемы являлся выбор наиболее эффективного способа парирования реактивного момента несущего винта, что определило большое разнообразие одновинтовых схем.
Желание полностью обойтись без трансмиссии, а также рулевых винтов или других средств уравновешивания реактивного момента несущего винта, вносящих дополнительный вес и усложняющих конструкцию, привело к распространению среди энтузиастов схемы с так называемым концевым приводом. Схема подразумевала привод несущего винта не посредством механической трансмиссии от расположенного в фюзеляже двигателя, а путем установки на концах лопастей источников движения. Большинство в качестве таких источников рассматривало винтомоторные группы и потерпели неудачу из-за низкой эффективности пропеллеров, больших центробежных и кориолисовых сил, ломавших лопасти и затруднявших работу двигателей.
Учитывая этот опыт, И. И. Сикорский пришел к выводу, что пропеллеры на концах лопастей целесообразно заменить на реактивный выхлоп предварительно сжатого и подведенного к лопасти газа. Такую схему он запатентовал в 1929 г. (патент США № 1848389). Однако создание работоспособного вертолета с реактивным приводом несущего винта было нереально при уровне знаний и техники того времени, поэтому Игорь Иванович занялся в 1930 г. разработкой вертолета № 3 с механическим приводом.
Среди схем с механическим приводом наибольшее распространение в 20-30-е годы получила схема, при которой для компенсации реактивного момента несущего винта использовались поверхности в индуктивном потоке несущего винта. Но эффективность поверхностей сильно зависела от режима полета. От нее Сикорский тоже отказался и предпочел для компенсации реактивного момента несущего винта использовать высокоэффективный на всех режимах полета рулевой винт, установленный сзади на хвостовой балке. Для продольно-поперечного управления вертолетом он предусматривал использовать автомат перекоса.
К концу 30-х годов вертолетостроение достигло больших успехов. Особенно ощутимые результаты были получены на построенном в 1936 г. вертолете немецкого конструктора Г. Фокке. Летно-технические характеристики FW-61 были сопоставимы с характеристиками легкомоторных самолетов. Построенный в 1940 г. шестиместный FA-223 был запущен в 1941 г. в небольшую серию.
Успехи немецкого вертолетостроения оказали влияние на правительства других стран, где были приняты решения также приступить к постройке собственных вертолетов, годных к практическому применению. Конгрессом США в 1938 г. был принят так называемый билль Дорси. Билль предусматривал выделение 3 млн долларов на создание для американской армии винтокрылых летательных аппаратов.
Вертолет «Фокке-Вульф» FW-61 сыграл не только положительную, но и отрицательную роль в развитии вертолетостроения. Дело в том, что FW-61 имел редкую к моменту создания двухвинтовую поперечную схему. Во всем мире началось массовое увлечение поперечной схемой, в которой видели панацею от всех бед. Среди тех немногих, кто в конце 30-х годов оставался верен одновинтовой схеме, сторонников схемы с хвостовым рулевым винтом не было. Исключением опять стал Сикорский. Он посетил вместе со своим другом Ч. Линдбергом в 1938 г. Германию, где познакомился с Г. Фокке и осмотрел его вертолет. Игорь Иванович был восхищен успехом немецкого вертолетостроителя, но считал, что будущее за разрабатываемой им с начала 30-х годов одновинтовой схемой. Конструктор был глубоко убежден в правильности выбранного пути и в 1938 г. приступил к созданию натурного вертолета.
Разработка вертолета началась со стендовых испытаний. Использовалось два стенда: один для испытания несущих винтов, другой — системы управления. Только в марте 1939 г. после получения Сикорским убедительных результатов правление концерна дало разрешение на разработку чертежей. В июле началась постройка вертолета. Число чертежей было сведено к минимуму — только для системы управления и втулки. Изготовление же всех других частей и деталей осуществлялось по устным указаниям прямо на рабочих местах. Для облегчения последующих изменений и замены деталей конструкция разрабатываемого экспериментального вертолета намеренно выбиралась как можно проще.
В сентябре 1939 г. постройка вертолета «Воут-Сикорский» VS-300 (S-46) была завершена. VS-300 имел совершенно примитивный вид. Простой ферменный фюзеляж не был обтянут даже полотном. Летчик открыто сидел на маленьком кресле спереди двигателя. Первоначально использовался небольшой двигатель «Лайкоминг» в 65 л.с. Мощность от него передавалась посредством клиновых ремней вверх на редуктор, от которого приводился простой по конструкции трехлопастный и трехшарнирный несущий винт, оснащенный фрикционными демпферами. Хвостовой однолопастный рулевой винт устанавливался на длинной коробкообразной балке, склепанной из листовой стали. Четыре свободно ориентирующихся колеса шасси располагались ромбом.
При первой же раскрутке несущего винта конструктор встретился с необходимостью отстройки резонансов в конструкции. 14 сентября 1939 г. И. И. Сикорский наконец оторвал VS-300 от земли. По программе вертолет осуществлял лишь кратковременные (1–2 мин.) подъемы на привязи. В первых же отрывах от земли проявилось отсутствие опыта в разработке автомата перекоса, подборе его кинематики. Это существенно осложняло управление вертолетом, приводило к раскачке его летчиком. В конце концов в декабре 1939 г. вертолет опрокинулся.
Первый вариант VS-300
В начале 1940 г. Сикорский решил отказаться от автомата перекоса и управление обеспечивать тремя рулевыми винтами. На хвосте рядом с вертикальным установили два горизонтальных рулевых винта. Одновременное изменение общего шага этих горизонтальных винтов должно было обеспечить управление по тангажу, а дифференциальное — по крену. Тогда же был введен механизм коррекции между шагом несущего винта, дросселем двигателя и шагом рулевых винтов. Хвостовая балка приняла форму крестообразной ферменной конструкции. В этой конфигурации VS-300 Сикорский осуществил 13 мая 1940 г. первый подъем в воздух без привязи.
Успехи были столь впечатляющи, что Сикорский предложил армии проект дальнейшего развития VS-300 — двухместного вертолета VS-316. Однако армия предпочла в июле 1940 г. проект Платта и ЛеПейджа XR-1 — вертолета поперечной схемы. Несмотря на отказ в поддержке со стороны официальных властей, американские военные летчики с этого времени стали проявлять интерес к работам Сикорского. Этому интересу способствовала и первая публичная демонстрация VS-300, которая состоялась 20 мая 1940 г. в Бриджпорте. Демонстрация завершилась историческим событием. И. И. Сикорскому была торжественно вручена Лицензия пилота вертолета с номером № 1.
В июле 1940 г. «Лайкоминг» мощностью 65 л.с. был заменен на «Франклин» в 90 л.с. Вертолет осуществлял уверенные полеты вбок и назад, но при полете вперед из-за попадания рулевых винтов в индуктивный поток несущего винта при полете со скоростью 30–40 км/ч вертолет становился неустойчивым и почти неуправляемым. Характеристики машины были улучшены путем подъема рулевых винтов. Теперь вертолет мог развивать большую скорость, а 9 августа 1940 г. был совершен первый полет на дальность 250 м.
Сикорский первый раз поднимает в воздух VS-300
С целью улучшения вибрационных характеристик у VS-300 однолопастные рулевые винты были заменены на двухлопастные. Однако полеты по-прежнему сопровождались большими вибрациями. 10 октября 1940 г. при полете со скоростью 30 км/ч на высоте четырех метров произошло усталостное разрушение одного из горизонтальных рулевых винтов. Вертолет упал на землю, но простая конструкция позволила через месяц вернуть его в строй.
Для улучшения вибрационных характеристик, устранения возможности воздушного резонанса консоли хвостовых рулевых винтов были усилены. В ноябре полеты возобновились, но характеристики при движении вперед по-прежнему оставались неудовлетворительными. Несущий винт отрицательно влиял на эффективность двух задних горизонтальных рулевых. Продолжались аварии из-за воздушного резонанса, что было вызвано недостаточной жесткостью хвостовых консолей. В довершение всего в феврале в полете отказал двигатель. При падении сломались оба рулевых винта. Новый двигатель был получен только в апреле.
Несмотря на все трудности, в начале 1941 г., деятельность компании Сикорского была по достоинству оценена. Руководство ВВС США пришло к выводу, что не стоит рисковать с поддержкой только одного вертолета Платт — Ле Пейджа. Высокие армейские чины решили поддержать разработку вертолетов двух разных схем и выделили средства на разработку проекта VS-316 (S-47), получившего армейское обозначение XR-4.
Апрель и май 1941 г. ознаменовались рядом больших достижений VS-300. 17 апреля поставленный на поплавки VS-300 совершил взлет с воды и приземлился на сушу. Это был первый в мире полет вертолета-амфибии. 6 мая Сикорский на VS-300 установил мировой рекорд продолжительности пребывания в воздухе для вертолетов — 1 час 32 минут 49 секунд. Этим на 15 минут был превышен рекорд, принадлежавший FW-61 с 1937 г. Одновинтовая схема начала завоевывать себе место под солнцем. Америка становилась мировым лидером вертолетостроения.
Хотя VS-300 показывал неплохие результаты, уже к началу 1941 г. стала очевидной неэффективность системы продольно-поперечного управления посредством рулевых винтов, особенно при полетах с поступательной скоростью. Кроме того, при такой схеме осложнялось обеспечение динамической прочности. На вертолет решили поставить автомат перекоса. К этому времени его целесообразность была уже признана во всем мире.
На отработку на земле автомата перекоса ушла вся весна 1941 г., и только 27 июня было решено начать его летные испытания. Учитывая сложности перехода на новую систему, приняли компромиссное решение. Автомат перекоса был установлен только для поперечного управления. Продольное же осуществлялось по-прежнему горизонтальным хвостовым рулевым винтом.
В августе 1941 г. начались испытания вертолета в новой конфигурации. После первых часов летных испытаний стало ясно, что новая «полупродольная» схема открывает верный путь к созданию эффективного и надежного управления. Установка вместо двух горизонтальных рулевых винтов одного улучшила вибрационные характеристики, существенно уменьшила подверженность внешним возмущениям. После балансировки несущего винта с целью снижения вибраций вертолет в новой конфигурации достиг скорости 80 км/ч. Теперь в испытаниях большое внимание уделялось исследованию эффективности покрытия тканевой обшивкой некоторых частей конструкции.
Большой вынос вертикальных шарниров в какой-то мере предохранял вертолет от земного и воздушного резонансов. Установка же управления циклическим шагом осложнила проблемы динамической прочности. 2 октября 1941 г. после совершения ряда успешных испытательных полетов С. Глухарев, приземлив вертолет, подруливал к ангару. В этот момент и начался земной резонанс, пилот не растерялся, быстро поднял машину в воздух, выключил двигатели и упал с высоты трех метров. Он спас вертолет, но сломал хвостовую балку.
Вариант VS-300 с тремя рулевыми винтами
В конце ноября 1941 г. Сикорский решил снять с VS-300 хвостовой горизонтальный рулевой винт, а продольное управление также осуществлять изменением циклического шага. Теперь новый вертолет XR-4 проектировался полностью с циклическим шагом.
8 декабря 1941 г., на следующий день после Перл-Харбора, был совершен первый полет VS-300 в новой и теперь уже окончательной конфигурации. Полеты продемонстрировали хорошую управляемость, правда, тенденция к земному и воздушному резонансу оставалась. 12 декабря через четыре секунды после взлета на вертолете начались сильные резонансные колебания. Эффективность фрикционных демпферов для гашения колебаний лопастей в вертикальном шарнире была признана недостаточной. Сикорский установил на лопастях дополнительные гидравлические демпферы. Проведенные 31 декабря 1941 г. испытания показали, что резонанс исчез.
Таким образом, И. И. Сикорский довел до работоспособного состояния классическую одновинтовую схему, конструкцию которой предложил еще за 30 лет до этого другой русский конструктор — Б. Н. Юрьев.
Вариант VS-300 с двумя рулевыми винтами
В новом 1942 г. на VS-300 был совершен ряд успешных полетов. В частности, достигнута скорость, близкая к 100 км/ч. В течение года VS-300 использовался для ведения широкой исследовательской программы. На нем, например, испытывались одно- и двухлопастной несущие винты, эффективность стабилизатора, оптимизировалась форма носового обтекателя. Всего за время испытаний VS-300 было проведено 18 крупных переделок вертолета, несколько сот мелких изменений, ряд серьезных ремонтов после аварий. За многочисленные изменения, нескладный внешний вид, непокорность и необузданность характера первый вертолет Сикорского получил название «Игоревского кошмара». К осени 1943 г. VS-300 полностью исчерпал себя как экспериментальный аппарат и в октябре был передан в музей Института Эдисона. VS-300 доказал всему миру эффективность классической одновинтовой схемы. Ряд конструкторов, и среди них будущие ведущие специалисты мирового вертолетостроения А. Янг, Ф. Пясецкий, Р. Хафнер и другие, занялись схемой с хвостовым рулевым винтом.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.