Вертолетная авиация (Инженер-полковник В. Касторский, кандидат технических наук)

В день воздушного парада в Тушино летом 1953 г. к аэродрому подошло несколько групп аппаратов оригинальной конструкции, напоминающих по внешнему виду больших стрекоз. Это были вертолеты. Пролетев над головами зрителей, они повисли неподвижно на высоте и потом группа за группой начали опускаться вниз. Приземлившись, аппараты развернулись в сторону Москвы-реки. Распахнулись двери фюзеляжей, и оттуда своим ходом выехали автомобили и мотоциклы, построились в колонну и ушли с летного поля. Вслед за тем вертолеты поднялись вертикально вверх и покинули аэродром.

Год от года увеличивается число участвующих в парадах вертолетов. Растет и развивается вертолетная авиация. В 1954 г. в воздушном параде участвовало 36 тяжелых вертолетов. Четкую, слаженную работу продемонстрировала большая колонна тяжелых вертолетов, которую возглавляли Герой Советского Союза полковник Ерофеевский и подполковник Бровцев. После посадки мгновенно открылись люки и по спущенным трапам были выгружены десантники, автомобили ГАЗ-69, орудия.

В 1955 г. были показаны новые вертолеты, имеющие совершенно другую конструкцию. Внешне они несколько похожи на большой вагон, на крыше которого установлены два воздушных винта. Из каждого вертолета выехал автомобиль с прицепленным орудием.

Вертолеты имеют существенные отличия от самолетов как внешне, так и в принципе полета и летных свойствах. Самолету для подъема в воздух необходимо предварительно произвести разбег по земле, только тогда его крылья создают подъемную силу и поднимают аппарат вверх. Вертолету не нужен разбег для взлета, он может подняться в воздух вертикально с места стоянки, буквально повиснуть в воздухе и опуститься отвесно вниз. Этого можно достигнуть, если неподвижные крылья самолета заменить крыльями вращающимися. Такими вращающимися крыльями и являются по существу лопасти большого воздушного винта, установленного над корпусом вертолета и называемого подъемным или несущим винтом.

Рис. 24. Советские вертолеты в полете

Вертолет - более сложная летательная машина, чем самолет. Именно этим можно объяснить то, что самолеты появились намного раньше вертолетов, хотя идея винтокрылых машин родилась очень давно. Еще М. В. Ломоносов предполагал с помощью вертолета исследовать верхние слои атмосферы, для чего построил первую в мире модель вертолета с работающим винтом.

От постройки моделей ученые вскоре перешли к проектированию вертолетов, способных поднять человека. В нашей стране в 1870-1871 гг. над проектом вертолета работал академик М. А. Рыкачев. Он высказал уверенность, что на вертолете можно осуществить и горизонтальный полет, если наклонить ось подъемного винта немного вперед. В то же время известный русский ученый и изобретатель А. Н. Лодыгин разработал проект вертолета, для которого сконструировал легкий электродвигатель.

Вскоре после того, как в России поднялся в воздух первый в мире самолет А. Ф. Можайского, успехи в развитии самолетостроения привлекли к себе всеобщее внимание. Потребности самолетостроения вызвали бурное развитие авиационной науки. Появились классические работы Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, положившие основы современной аэродинамики самолета. Были построены легкие авиационные двигатели. Ученые и конструкторы успешно решили задачу создания прочной и легкой конструкции летательного аппарата. Все это создавало благоприятные условия для постройки вертолета. Н. Е. Жуковский очень живо интересовался этой проблемой.

Под руководством Н. Е. Жуковского студент Б. Н. Юрьев, ныне академик, в 1910 г. разработал проект вертолета, схема которого стала в настоящее время общепризнанной. В проекте предусматривалось устройство так называемого автомат-перекоса, позволяющего управлять машиной в полете. С помощью автомата изменяется положение плоскости вращения несущего винта, и тем самым тяга наклоняется в нужном направлении. Кроме того, автомат позволяет увеличивать шаг всех лопастей несущего винта для полета в вертикальном направлении. Автомат-перекос теперь устанавливается на каждом аппарате.

Великая Октябрьская социалистическая революция открыла нашему народу неограниченные возможности для проявления своих творческих способностей во всех отраслях культуры, науки и техники. Благодаря заботам Коммунистической партии и Советского правительства для исследований в области авиации была создана мощная экспериментальная база. В организованном тридцать пять лет назад Центральном аэрогидродинамическом институте наряду с изучением вопросов самолетостроения исследовались проблемы постройки вертолета. В 1924 г. в нашей стране советские конструкторы приступили к созданию первых опытных образцов вертолетов.

В 1930 г. в воздух поднялся советский вертолет "ЦАГИ-I-ЭА" - одноместный аппарат с двумя двигателями, приводившими в движение несущий винт. Этот вертолет испытывался А. М. Черемухиным, ныне известным советским ученым, и показал рекордные для того времени результаты. В 1932 г. на нем была достигнута высота в 605 м, что в десятки раз превышало достижения аналогичных летательных аппаратов за рубежом.

Советские ученые и конструкторы вертолетов одержали большую победу. Однако впереди еще предстояло преодолеть большие трудности: надо было улучшить устойчивость вертолета, увеличить его грузоподъемность. Снова ведутся теоретические и экспериментальные исследования, изыскиваются новые конструкции.

В нашей стране в 1939 г. Б. Н. Юрьев и И. П. Братухин впервые выдвинули проект вертолета поперечной схемы с двумя несущими винтами. По этому проекту в годы Великой Отечественной войны был построен вертолет "Омега".

На опыте эксплуатации созданных нашими конструкторами вертолетов, в том числе и аппарата "Омега", изучались вопросы динамической прочности несущих винтов, устойчивости и управляемости. Это создавало предпосылки для проектирования и постройки новых, более совершенных аппаратов. Одновинтовые вертолеты М. Л. Миля и соосные вертолеты Н. И. Камова по своим летным данным пользуются заслуженной славой.

Чтобы показать возможные области применения вертолетной авиации, необходимо более подробно остановиться на особенностях полета вертолета. Этот аппарат может, как мы уже говорили, подниматься вертикально вверх до большой предельной высоты, называемой статическим потолком. Он может висеть неподвижно в воздухе и разворачиваться на месте в любую сторону. Вертолет легко перевести в горизонтальный полет, причем можно выполнить небольшие боковые перемещения аппарата и даже дать "задний ход".

Если набирать высоту по-самолетному, с разбегом, то вертолет сможет поднять больший груз, а потолок аппарата значительно увеличится. Достигаемая при этом предельная высота, на которой вертолет еще может лететь горизонтально, называется динамическим потолком.

Уменьшение скорости горизонтального полета ничем не ограничено, т. е. вертолет может остановиться в воздухе и висеть, не теряя высоты. Выше статического потолка мощности двигателя не хватает для режима висения, однако достаточно дать небольшую горизонтальную скорость, чтобы аппарат перестал терять высоту. Если еще больше увеличить скорость полета, то появляется даже избыток мощности, который может быть израсходован на подъем до динамического потолка.

Таким образом, выше статического потолка на каждой высоте будет вполне определенная минимальная скорость, необходимая для поддержания вертолета на этой высоте. С подъемом вверх минимальная скорость растет, и на динамическом потолке горизонтальный полет возможен только при одной единственной скорости. Изменение скорости становится возможным только за счет снижения аппарата.

Максимальная скорость вертолета невелика. Она ограничивается не мощностью двигателя, которую легко увеличить, а явлениями срыва потока на концах лопастей несущего винта. Срыв потока возникает при большой скорости на конце лопасти, когда она идет по потоку.

Спуск вертолета с работающим двигателем может быть осуществлен под любым углом к горизонту, с какой угодно малой скоростью снижения. Можно, например, осуществить вертикальный спуск, погасив полностью скорость снижения в момент приземления.

Если же двигатель отказал или кончилось горючее, то вертолет может планировать, как самолет, с самовращающимся винтом. Винт в этом случае движется под воздействием встречного потока воздуха. Самовращение винта происходит и при вертикальном спуске, однако скорость движения в этом случае больше, чем при планировании.

Система управления одновинтового вертолета внешне имеет сходство с самолетной. В кабине имеются ручки управления и педали. Одна из ручек управления связана с автомат-перекосом. Когда летчик нажимает ее от себя, автомат-перекос создает такое периодическое изменение угла установки лопасти, при котором тяга винта отклоняется от вертикали несколько вперед. Вертолет начинает двигаться вперед, а корпус несколько наклоняется в продольном направлении. Движение этой ручки управления вызывает отклонение тяги винта от вертикали.

Педали служат для поворота вертолета вправо и влево. В кабине летчика имеются еще ручка общего шага несущего винта и ручка газа. Управление общим шагом и газом может быть объединено в одной ручке.

Понятно, что для вертолетов нет надобности в специально оборудованных аэродромах с огромными посадочными площадками, какие нужны для современных самолетов. Летчики с успехом совершали посадку вертолета... на кузов автомобиля, на палубу судна, на крышу здания.

Замечательные летные качества вертолета позволяют предвидеть широкое использование его в различных областях народного хозяйства и культуры нашей Родины. Вертолеты с успехом могут быть применены для связи с отдаленными и труднодоступными районами. Они доставят туда газеты, почту, кинофильмы, медикаменты. Получат распространение санитарные вертолеты. Будут использованы вертолеты на службе охраны лесов и высоковольтных линий, идущих от наших мощных гидроэлектростанций.

Известно, что в сельском хозяйстве с помощью самолетов разбрасывают подкормку, борются с вредителями и сеют кормовые травы. Несомненно, что вертолеты могут быть использованы здесь еще более эффективно.

Можно привести множество других примеров, где использование вертолета сулит весьма хорошие результаты. На вертолете можно быстро оказать помощь судну, терпящему бедствие, снять с. льдины рыбаков, унесенных в открытое море, перебросить срочный груз через водную преграду или заболоченную местность, проложить кабель.

Вертолетная авиация будет иметь и военное значение. Вертолеты могут доставлять боеприпасы, перевозить орудия, летать на разведку, поддерживать связь, отвозить раненых в госпиталь. Они помогут высадить десант в тылу врага, дадут возможность выследить подводную лодку противника и забросать ее глубинными бомбами.

В нашей стране уже создано несколько типов вертолетов. Легкие вертолеты конструкции Н. И. Камова, снабженные резиновыми баллонами-поплавками вместо колес, приспособлены для обслуживания судов и могут совершать посадку на площадки весьма малых размеров; такие вертолеты успешно садились на платформу грузового автомобиля. По мощности двигателя и километровому расходу горючего этот вертолет близок к автомобилю типа "Победа".

Широко применяются вертолеты конструктора М. Л. Миля (рис. 25). Они разрабатываются в различных вариантах. Всем известно, что на дрейфующих станциях в районе Северного полюса эти вертолеты оказали большую помощь нашим полярникам в исключительно суровых климатических условиях. Полученный опыт будет использован теперь экспедицией, направляющейся в район Антарктиды. Пассажирский вариант вертолета предполагается использовать для доставки пассажиров непосредственно из центра Москвы в аэропорт Внуково.

Рис. 25. Вертолеты конструкции М. Л. Миля

Несомненно, что в ближайшее время области использования вертолета еще более расширятся и появятся различного рода специально оборудованные вертолеты - санитарные, пожарные, для нужд сельского хозяйства, для геологических экспедиций и т. д. Разумеется, возможности вертолета далеко не исчерпаны. Судя по литературным данным, над усовершенствованием вертолета усиленно работают ученые и конструкторы во многих странах. Большое внимание уделяется увеличению грузоподъемности вертолетов. Полетный вес их сравнительно легко может быть увеличен до десятков тонн, однако ставится задача одновременно улучшить полезную весовую отдачу вертолета. Этого можно достичь, если использовать новейшие достижения техники в создании двигателей, а также, вероятно, путем постройки реактивных вертолетов. Реактивные вертолеты могут быть различной конструкции, однако все они имеют на концах лопастей несущего винта реактивные устройства, тяга которых заставляет вращаться несущий винт.

Нужно сказать, что первые образцы реактивных вертолетов уже созданы. Один из таких вертолетов описан, например, в иностранной печати. Одноместный вертолет, названный "ХН-26", имеет ротор, приводимый во вращение двумя пульсирующими реактивными двигателями, установленными на концах лопастей. Каждый двигатель развивает тягу 18,1 кг. Диаметр ротора 8,56 м. Вес пустого вертолета 181 кг; полезная нагрузка 136 кг; максимальная скорость 128 км/час, крейсерская скорость 104 км/час; максимальная дальность полета 130 км; потолок 1200 м; скороподъемность на уровне моря 244 м/мин. Иностранная печать сообщает также о постройке и полетах более тяжелого вертолета с двумя газотурбинными двигателями мощностью по 400 л. с. каждый. Этот вертолет поднимает пилота и трех пассажиров. Его вес 998 кг; полезная нагрузка 517 кг; максимальная скорость 235 км/час; потолок 2133 м; скороподъемность на уровне моря 230 м/мин.

Серьезное значение следует придавать различного рода предложениям об использовании на вертолетах автопилотов или иных средств, облегчающих управление.

Вертолеты обладают сравнительно малой скоростью в горизонтальном полете. Желательно, конечно, несколько увеличить ее. Ведутся изыскания и в этом направлении.

Нельзя не обратить внимания на усиленное стремление создать летательную машину, которая после вертикального взлета преобразовывалась бы в обычный самолет. Можно думать, что многие из современных проблем вертолета отпадут с появлением атомных двигателей или с разрешением проблемы непосредственного превращения атомной энергии в электрическую.

Вертолеты - детище советской научно-технической мысли - будут с каждым годом совершенствоваться. Можно предвидеть также, что в конце концов удастся разрешить проблему создания летательного аппарата, в котором будут гармонически сочетаться лучшие свойства вертолета и современного самолета.