Советские автожиры и первые вертолеты (1929—42 гг.)
Советские автожиры и первые вертолеты (1929—42 гг.)
Просматривая исторические материалы, имеющие отношение к развитию авиации и воздухоплавания в России, искренне удивляешься живому интересу к проблемам винтокрылых аппаратов, который проявляли в минувшие две с лишним сотни лет наши соотечественники. Автор понимает, что наверняка найдутся скептики, которые упрекнут его в преувеличении, более того, даже в стремлении убедить их в очередной раз в том, что «Россия – родина слонов». Однако с фактами спорить трудно. Начиная с М. В. Ломоносова, впервые построившего и испытавшего в 1754 г. модель прообраза вертолета, десятки русских ученых, инженеров и естествоиспытателей неоднократно обращались к этой теме. Впрочем, глубоко погружаться в историю и перечислять все светлые умы, потрясшие своих современников дерзкими идеями, на этот раз не будем. Вспомним лишь о двух вертолетах И. И. Сикорского, построенных в 1908—10 гг., и о вертолете Б. Н. Юрьева, построенном в 1912 г. Довести до летного состояния указанные образцы по ряду причин технического характера тогда не удалось. Однако именно эти начинания дали первоначальные накопления знаний, ставших столь необходимыми впоследствии. Говоря об аппарате Б. Н. Юрьева, отметим, что ему одному из первых удалось угадать ставшую в наши дни классической схему вертолета с одним несущим и одним рулевым винтом, создать автомат перекоса лопастей, положить начало изучению проблемы авторотации несущего винта.
Последующее развитие истории, как известно, сопровождалось стремительным развитием самолетов, а о вертолетах на некоторое время почти забыли. Вернуться к этой теме удалось лишь в середине 1920–х годов.
Начало работ по винтокрылым аппаратам в СССР датируется 1925 г. В этом году на базе Экспериментального аэродинамического отдела (ЭАО) ЦАГИ, возглавляемого Б. Н. Юрьевым, образовали небольшую группу, приступившую к изучению проблемы вертолета. В группу вошли трое молодых сотрудников: А. М. Изаксон, Б. Я. Кузнецов (оба стажеры МВТУ) и Н. Н. Петров. Постепенно, с расширением и доукомплектованием ЦАГИ количество сотрудников довели до 10 человек. С 1926 г. в группе начали работать инженеры А. М. Черемухин и К. А. Бункин, студенты МВТУ И. П. Братухин, А. Ф. Маурин и Г. И. Солнцев. Непосредственное руководство группой возложили на А. М. Черемухина.
Основной задачей в этот период являлось изучение специфических режимов работы несущего ротора вертолета. Сложность состояла в недостаточном понимании поведения несущего винта в косом потоке, отсутствии полноценной теории несущего винта, недостатке знаний вопросов устойчивости и управляемости винтокрылых аппаратов. Все работы по вертолетам велись тогда на основе обычной винтовой теории и результатах модельных экспериментов.
Схемы геликоптера ЦАГИ 1-ЭА
Одновременно в этот период в ЦАГИ проработали три варианта вертолетов разных схем, так называемых «фаворитов», построили натурный стенд для испытаний несущего винта диаметром 6 м.
В 1928 г. группа увеличилась в составе и стала Секцией особых конструкций (СОК). Б. Н. Юрьев по ряду причин покинул ЦАГИ и перешел на преподавательскую работу в Военно – воздушную академию им. Н. Е. Жуковского, начальником ЭАО стал Г. Х. Сабинин. Тогда же были проведены работы по проектированию экспериментального вертолета одновинтовой схемы, получившего обозначение ЦАГИ 1–ЭА (1–й Экспериментальный аппарат). Его изготовление началось на Заводе опытных конструкций (ЗОК) в 1929 г. и продолжалось всю первую половину 1930 г.
ЦАГИ 1–ЭА представлял собой одноместный, одновинтовой, двухмоторный вертолет. Реактивный момент четырехлопастного несущего ротора диаметром 14 м уравновешивался небольшими рулевыми винтами, размещенными попарно в носовой и хвостовой частях фюзеляжа. Силовая установка состояла из двух ротативных двигателей М-2 (советский вариант «Рон») мощностью 120 л. с., размещенных в центре ферменного фюзеляжа. Выбор ротативных двигателей был обусловлен необходимостью воздушного охлаждения силовой установки при отсутствии поступательного движения аппарата.
Летом 1930 г. постройка вертолета ЦАГИ 1–ЭА завершилась, затем его перевезли для проведения испытаний на подмосковный аэродром в районе станции Ухтомская. Раньше эта станция называлась «Подосинки», также назывался и один из первых российских аэродромов. В период 1920—30 гг. в Подосинках базировались истребительные и разведывательные эскадрильи. В 1930 г. аэродром Подосинки, в отношении которого уже пользовались новым названием «Ухтомская» по распоряжению М. Н. Тухачевского передали ЭАО ЦАГИ для проведения испытаний винтокрылых аппаратов.
Первоначально на ЦАГИ 1–ЭА отработали методику испытаний аппарата на привязи. Затем начались свободные полеты, которые проводились систематически в период 1930—34 гг. Бессменным испытателем ЦАГИ 1–ЭА являлся А. М. Черемухин, бывший военный летчик Первой мировой войны, ставший затем одним из ведущих специалистов ЦАГИ в области аэродинамики (с 1934 г. профессор, с 1937 г. доктор технических наук). При проведении полетов на первом советском вертолете он проявил себя не только как талантливый конструктор и инженер, но и как бесстрашный пилот, благодаря опыту и хладнокровию которого удалось провести эти испытания благополучно. Машина отличалась значительной неустойчивостью, полеты на ней, по выражению Черемухина, напоминали балансирование «на острие иглы». Летать на 1–ЭА пытался, в частности, опытный испытатель Д. А. Кошиц, который после нескольких неудачных попыток, намекая на звание Черемухина, изрек: «На нем могут летать только профессора, а у меня среднее образование».
Вертолет конструкции ЦАГИ 1-ЭА
Нужно отметить, что полеты ЦАГИ 1–ЭА велись в обстановке абсолютной секретности, не позволившей своевременно заявить об их приоритетности. В полете 14 августа 1932 г. Черемухин достиг высоты 605 м, что являлось выдающимся результатом мирового значения. Даже официально зарегистрированный в 1936 г. мировой рекорд высоты французского вертолета «Бреге – Доран» составлял всего 158 м.
Несмотря на то что в ЦАГИ до конца 1920–х годов целенаправленно занимались вертолетами, здесь были осведомлены об успешных полетах аппаратов Сиервы, поэтому предполагали начать работу и в этом направлении. Считалось, что создание автожира вполне достижимо в короткие сроки, кроме того, существовало глубокое понимание, что такая работа может служить ступенькой к решению проблемы вертолета. К тому времени появилось исследование Глауэрта и Локка по теории несущего ротора автожира, которое позволяло произвести аэродинамические расчеты, послужившие в дальнейшем основой для расчета ротора вертолета. Кроме того, существующие на практике автожиры позволяли отработать многие технологические приемы и варианты конструктивных элементов, изучить работу несущего ротора на режиме авторотации и многое другое.
После того как 25 сентября 1929 г. состоялся первый полет автожира КАСКР конструкции Камова и Скржинского, кажущееся безразличие ЦАГИ к автожирам закончилось, здесь решили обобщить зарубежный опыт и теоретические исследования в этой области. Предпринятые изыскания завершились постройкой автожира ЦАГИ 2–ЭА, впервые поднявшегося в воздух 17 ноября 1931 г.
Практически с началом полетов ЦАГИ 2–ЭА автожирная тематика в ЦАГИ начала набирать обороты. Для расширения фронта работ сюда пригласили авторов КАСКР, конструкторов Камова и Скржинского. С ноября 1931 г. Камов является начальником конструкторской бригады № 2 СОК ЦАГИ и первоначально предполагает дальнейшее совершенствование автожира под обозначением КАСКР-4. В дальнейшем на основе этого проекта появился автожир А-7, предназначенный для использования в качестве артиллерийского корректировщика.
Однако не только будущий А-7 занимал голову конструктора Камова, он буквально генерировал идеи, связанные с автожирами. Одним из первых он предложил сбрасывать торпеды с самолетов при помощи складных авторотирующих устройств (высотная торпеда Камова – ВТК). После сброса торпеды лопасти ротора переводились из транспортного положения в рабочее состояние и раскручивались пороховыми ракетами, установленными на концах лопастей. В 1933 г. в ЦАГИ провели испытания моделей таких торпед, которые показали безотказное раскрытие лопастей и раскручивание ротора до полных оборотов. Признавалось, что проекты Камова грамотны и своевременны, однако до практического использования они не доводились.
11 ноября 1932 г. Камов предлагает проект автожира – автомобиля с двигателем М-11. А несколько ранее, 18 сентября, на рассмотрение комиссии ЦАГИ были преложены автожир – танк с двигателем М-34, с диаметром ротора 20 м и полетным весом 4000 кг.
Кстати, Камов в своих замыслах был не одинок, в том же 1932 г. конструктор А. Н. Рафаэлянц предлагает свой проект летающего танка со следующими данными:
Основная изюминка проекта Рафаэлянца заключалась в том, что к легкому танку прицеплялись самолетные крылья или ротор автожира. Вся система снабжалась двигателем М-34 мощностью 700 л. с., на ее присоединение или отцепку отводилось 5 минут. Согласно расчетам, такому танку с самолетным крылом для старта требовался разбег 500 м, с ротором автожира – 100–200 м.
Тем временем в ЦАГИ продолжали наращивать объемы проектирования автожиров, создали комплексные бригады Камова (А-7), Скржинского (А-4) и Кузнецова (А-6). Руководителем СОК в этот период являлся А. М. Изаксон, его заместителем А. М. Черемухин, начальником аэродинамической бригады становится М. Л. Миль. По состоянию на 1 января 1932 г. секция насчитывала 23 сотрудника, затем последовали ее реорганизация и расширение – через год здесь работали 93 сотрудника. 1 января 1933 г. СОК выделили из состава ЭАО и преобразовали в самостоятельный Отдел особых конструкций (ООК). В конце 1933 г. на территории завода ЗОК образовали специальный цех винтовых аппаратов (ЦВА) для изготовления вертолетов и автожиров.
Одновременно в указанный период в ООК продолжалось совершенствование вертолета ЦАГИ 1–ЭА. В начале 1933 г. здесь построили и перевезли на аэродром в Ухтомской второй экземпляр опытной машины – ЦАГИ 3–ЭА, который отличался некоторыми конструктивными доработками. До середины текущего года этот аппарат прошел наземные испытания с подъемом в воздух на привязи, затем его переделали в следующий тип – ЦАГИ 5–ЭА. Принципиально новыми в нем стали система управления и несущий ротор. ЦАГИ 5–ЭА испытывался особенно тщательно в период 1933—36 гг. Однако в связи с тем, что ресурс двигателей М-2 практически закончился, а новых таких двигателей не имелось, продолжительность и высота полетов строго ограничивались. В 1941 г. на ЦАГИ-5ЭА установили два специальных электродвигателя, позволяющих осуществлять испытательные полеты на привязи. В середине года начались испытания, которые прервались с началом войны.
В мае 1933 г. постановлением Совета Труда и Обороны СССР ведущие сотрудники ООК А. М. Черемухин, К. А. Бункин и А. М. Изаксон за участие в создании первого советского вертолета были премированы легковыми автомобилями. В конце года они были награждены орденами Красной Звезды, вместе с ними эти ордена получили Б. Н. Юрьев и Д. И. Антонов.
В 1934 г. в ООК ЦАГИ началось проектирование вертолета ЦАГИ 11–ЭА. Этот двухместный одновинтовой вертолет с двигателем Кертисс «Конкверор» имел несущий ротор, аналогичный ротору ЦАГИ 5–ЭА. Реактивный крутящий момент от несущего ротора уравновешивался тягой рулевых винтов изменяемого шага, расположенных на концах небольших крыльев. Рулевые винты создавали в полете дополнительную поступательную тягу, что приближало аппарат по своим свойствам к автожирам. 11–ЭА долго доводился и совершенствовался. В 1938—39 гг. после значительных изменений вертолет обозначался ЦАГИ 11–ЭА ПВ (пропульсивный вариант). Во время испытаний в 1940—41 гг. на нем летал летчик Д. И. Савельев, руководил испытаниями В. П. Лаписов. Затем, по причине изношенности двигателя, вертолет некоторое время стоял на окраине аэродрома ЛИИ в Раменском. Осенью 1941 г. при выходе немецких войск на ближние подступы к Москве вертолет ЦАГИ 11–ЭА уничтожили.
В 1936 г. Отдел опытных конструкций вывели из состава ЦАГИ и подчинили заводу № 156 как конструкторское бюро № 3, переименованное позднее в подразделение № 19. В 1937 г. здесь занимались автожирами А-7, А-12, А-14 и А-15. Руководили работой Камов, Скржинский, Кузнецов, Братухин, Миль. Главным конструктором являлся Изаксон, после его ареста в 1937 г. эту должность возложили на Лаписова. В 1938 г. на заводе № 156 началось изготовление автожиров А-9 (заказ 609), А-10 (заказ 610), А-15 дублер (заказ 615).
Следует отметить, что, несмотря на активную деятельность и определенные успехи в деле совершенствования автожиров, отношение руководства авиапромышленности к таким аппаратам и их создателям вовсе не было благостным. Достаточно прохладно к этой тематике относился А. Н. Туполев, а начальник Главного управления авиапромышленности (ГУАП) М. М. Каганович за значительное расходование средств без получения скорых результатов называл создателей автожиров «автопожиральщиками».
Первый тревожный звонок для всех сотрудников конструкторского бюро № 3 прозвенел в начале 1933 г. Катастрофа А-6, произошедшая в январе, заставила сомневаться как в легкости создания автожиров, так и в безопасности совершения на них полетов.
23 мая 1937 г. произошла катастрофа А-12, в результате которой погиб летчик Козырев. Эта катастрофа вскрыла не только недостатки в производстве работ, но и многие противоречия внутри коллектива. 19 июня 1937 г. М. М. Каганович собрал на совещание всех создателей винтокрылых аппаратов, основным результатом которого стало признание факта, что надежный и эффективный автожир до сих пор не создан. 1937–й год стал годом активизации репрессий, развернутых властью против руководителей армии и промышленности, подозреваемых в шпионской и вредительской деятельности. В том году арестовали начальника ВВС Я. И. Алксниса, начальника ЦАГИ Н. М. Харламова, заместителя начальника ГУАП А. Н. Туполева, профессора А. М. Черемухина, конструктора А. М. Изаксона и многих других. Далее отчетливо наметилось заметное снижение интереса к вертолетам и автожирам. В 1939 г. цех винтовых аппаратов (ЦВА) на заводе № 156 ликвидировали, многие специалисты и конструкторы вынуждены были перейти на другую работу.
Говоря о наличии или отсутствии интереса к вертолетам в СССР, стоит вспомнить следующий эпизод, практически совпадающий с указанными событиями. В конце 1937 г. французская авиастроительная фирма Бреге предложила советской стороне приобрести винтокрылый аппарат «Жироплан» G-10. Этот аппарат являлся дальнейшим развитием известного опытного вертолета соосной схемы «Бреге – Доран», достигшего в 1936 г. официально зарегистрированной высоты 180 м. Первое обращение к коммерческому представителю СССР во Франции поступило из Бюро экспорта французских материалов от лица фирмы «Бреге» 5 декабря 1937 г. Фирма заявляла, что с двигателем Испано Сюиза 9Q мощностью 350 л. с. G-10 может подниматься на высоту 5500 м, имея на борту пилота, пассажира, 300 л горючего и 200 кг полезной нагрузки, использоваться для военных целей, а также в качестве почтовой или санитарной машины. В Москве, ознакомившись с предложением фирмы «Бреге», проявили определенную заинтересованность. В дальнейшем велись переговоры о приобретении лицензии и даже указывались 40 экземпляров G-10, предполагаемых к постройке в СССР. В начале 1938 г. во Францию, для согласования технических вопросов, командируется начальник геликоптерной группы ООК ЦАГИ И. П. Братухин. По его мнению, работы по созданию жироплана G-10 находились далеко от заключительной стадии. Одновременно фирма «Бреге» в ходе согласований постоянно поднимала стоимость заказа по сравнению с первоначальной суммой, в дальнейшем переговоры зашли в тупик и, в конце концов, сделка не состоялась.
В 1940 г. после некоторого затишья работы по автожирам и вертолетам в Москве вступили в заключительную фазу. В соответствии с решением о постройке войсковой серии автожиров А-7 для их доводки и совершенствования на базе сооружений в Ухтомской под руководством Н. И. Камова организовали опытный завод № 290. Основные силы конструкторов и производственников, работавших в отделе № 19 ЦАГИ, перевели на этот завод. Оставшиеся 12 человек с П. И. Братухиным перешли в организованное при Московском авиационном институте КБ-3 для проектирования вертолета так называемой поперечной схемы.
Подводя итоги всей ранее проведенной работы, отмечаем, что Отдел опытных конструкций (ООК) ЦАГИ просуществовал 15 лет. За 10 последних лет здесь спроектировали 9 типов автожиров, в цехе винтовых аппаратов построили 17 опытных экземпляров.
На первых конструкциях автожиров со свободно вращающимся ротором управление в полете осуществлялось при помощи рулей и элеронов. В дальнейшем постепенно перешли к управлению с помощью наклона несущего ротора, крылья сняли. Работа над автожирами позволила разрешить многие проблемы, возникшие впоследствии при создании вертолетов. Удалось исследовать вопросы устойчивости, уточнить основные параметры, возникающие при снижении на авторотации, замерить усилия в системах управления, изучить маховые движения и флаттер лопастей ротора, явление «земного резонанса». Многочисленные исследования, проведенные с автожирами, стали хорошей школой для конструкторов, приступивших позднее к созданию вертолетов.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.