Кафедре вертолетостроения МАИ – 50 лет

14 марта 2003 года научная общественность России торжественно отметила две знаменательные даты – столетие со дня рождения известного конструктора и ученого Ивана Павловича Братухина и 50-летие со дня образования кафедры вертолетостроения Московского авиационного института (ныне – Государственного технического университета). Обе эти даты объединены не случайно: организация и последующее развитие кафедры тесно связаны с именем И.П. Братухина. В МАИ он закончил аспирантуру (став первым аспирантом вуза!), в 1940 году был назначен главным конструктором институтского вертолетного ОКБ-3. В Московском авиационном им были выполнены значительные теоретические и экспериментальные работы, касающиеся создания вертолетов.

Вертолетное направление начало развиваться в МАИ с первых лет существования самолетостроительного факультета: Б.Н. Юрьев и И.П. Братухин читали студентам курсы по аэродинамике, проектированию и конструкции автожиров и вертолетов еще в 30-е годы. Будущие конструкторы винтокрылых аппаратов проходили преддипломную практику в отделе особых конструкций ЦАГИ под руководством опытных специалистов: А.М. Изаксона, А.М. Черемухина, В.А. Кузнецова Н.И. Камова. Ткк ковались первые кадры отечественного вертолетостроения.

Новый импульс развития вертолетостроение получило после окончания Великой Отечественной войны. В ОКБ-3 серийно выпускались вертолеты поперечной схемы конструкции И.П. Братухина. В ОКБ А.С. Яковлева был построен опытный образец двухместного вертолета соосной схемы. В ОКБ Н.И. Камова летные испытания проходили соосные вертолеты Ка-8 и Ка-10. В 1949 году состоялись государственные испытания одновинтового вертолета Ми-1, созданного в ОКБ М.Л. Миля.

На рубеже 50-х годов вертолетные ОКБ страны получили государственные заказы на проектирование транспортно-десантных и корабельных вертолетов. Отраслевые авиационные НИИ активно включились в исследовательские работы по вертолетной тематике. Возникла острая необходимость в специально подготовленных инженерных кадрах. В эти годы на кафедре самолетостроения МАИ начали готовить специалистов по вертолетостроению. Для части студентов читались преддипломные курсы по конструкторско-проектировочному (И.П. Братухин) и аэродинамическому (Л.С. Вильдгрубе) циклам. К руководству дипломным проектированием были привлечены главные конструкторы М.Л. Миль и Н.И. Камов. Так была подготовлена база для организации кафедры «Конструкции и проектирование вертолетов», которая и была открыта в августе 19Б2 года. Ее первым заведующим стал Б.Н. Юрьев. В своем заявлении в конкурсную комиссию института он писал: «Мой долг академика призывает меня принять участие в подготовке специалистов вертолетостроения, специалистов в той области, в которой я работаю свыше 40 лет».

Вертолет – технически сложный летательный аппарат, имеющий большое число механизмов и подвижных узлов. С учетом того, что аэродинамика несущего винта тесно связана с его конструктивным исполнением, на кафедре изначально было заложено два цикла: аэродинамический и конструкторский. В дальнейшем это позволило вести продуктивные научные и проектировочные исследования в области вертикально взлетающих аппаратов разных схем.. Оба учебных цикла, кроме Б.Н. Юрьева и И.П. Братухина, вели Б.Н. Далин, Ю.А. Колмаков. Н.П. Лесникова, Л.С. Вильдгрубе (старший научный сотрудник отдела аэродинамики 5-й лаборатории ЦАГИ), а также первые выпускники кафедры Е.И. Ружицкий, О.А. Панков, В.А. Года и В.И. Шайдаков.

Главной задачей, которая стояла перед педагогическим коллективом кафедры, было обеспечение студентов необходимыми учебными пособиями. В короткое время И.П. Братухиным и Б.Н. Юрьевым были написаны и изданы учебники «Проектирование и конструкции вертолетов» (1955 г.) и «Аэродинамический расчет вертолетов» (1956 г.). Оба учебника фактически являлись монографиями в области проектирования вертолетов и служили настольной книгой многим поколениям вертолетчиков нашей страны. Важную роль в учебном процессе играла лаборатория, организованная сразу же после открытия кафедры. Ее первый начальник А.И. Болдырев, опытный изобретатель, работал над оригинальной конструкцией легкого вертолета с реактивным приводом несущего винта. Вместе с ним трудились студенты-вертолетчики, в числе которых был и автор статьи.

В течение многих последующих лет лабораторная база кафедры развивалась и укреплялась, оснащаясь новым оборудованием и установками. В этом неоценимую помощь кафедре оказали в разные годы Н.И. Камов, М.Л. Миль, М.Н. Тищенко, С.В. Михеев и др.

Наряду с учебной лабораторией была организована научная лаборатория летающих моделей. Ее начальником был назначен выпускник кафедры Б.С. Блинов, впоследствии Заслуженный изобретатель России. На базе этой лаборатории Б.Н. Юрьев намеревался начать исследования летных характеристик перспективных вертолетов на их летающих моделях. К работе были привлечены студенты-авиамоделисты, в том числе и М. Н. Тищенко, модель вертолета которого в 1954 году установила мировой рекорд продолжительности полета.

В последние годы жизни Б.Н. Юрьев увлекался идеей создания преобразуемых вертикально взлетающих летательных аппаратов. В фондах музея Н.Е. Жуковского хранится магнитофонная запись его выступления, где Б.Н. Юрьев прозорливо предрекает большое будущее аппаратам, совмещающим в себе свойства самолета и вертолета. Эта идея была реализована им в проекте четырехвинтового конвертоплана с Х-образным крылом и электроприводом не суще-тянущих винтов, в разработке которого участвовал коллектив преподавателей и сотрудников кафедры. Работа выполнялась по заказу электротехнического НИИ, возглавляемого академиком А.Г. Иосифьяном. Конструкторская часть проекта разрабатывалась под руководством И.П. Братухина. Была изготовлена модель конвертоплана которая проходила испытания в аэродинамической трубе Т-1 МАИ. Эту модель Б.Н. Юрьев демонстрировал сотрудникам института, выступая перед ними в Доме культуры МАИ с докладом о перспективах аппаратов вертикального взлета и посадки. Доклад вызвал большой интерес присутствующих.

В 1957 году после смерти Б.Н. Юрьева заведующим кафедрой был назначен И.П. Братухин. Он руководил ею до своей кончины в 1985 году, совмещая (с 1958 по 1968 гг.) руководство кафедрой с деятельностью на посту проректора института по научной работе.

В лаборатории кафедры

Конец пятидесятых и начало шестидесятых годов были отмечены бурным ростом отечественного вертолетостроения. Особый интерес проявлялся к тяжелым вертолетам. Для освоения Сибири и Дальнего Востока требовалась вертолетная техника способная перевозить тяжелые грузы. Под руководством И.П. Братухина на кафедре развернулись проектно-изыскательские работы в области перспективных схем вертолетов. Исследования велись совместно с ЦАГИ и ЦИАМ. В 1956-58 годах был разработан эскизный проект сверхтяжелого одновинтового вертолета с компрессорным приводом, несущего винта, диаметр которого составлял 50 м. Ряд оригинальных решений для этой машины предложил И.П. Братухин.

Конструкция втулки несущего винта включала в себя совмещенные шаровые шарниры, внутри которых проходили воздушные каналы. Из-за большой длины и малой жесткости лопастей их концы на стоянке ложились на землю. Для повышения жесткости лопасти ставились на ребро, а раскрутка и остановка несущего винта производилась в определенном темпе с одновременным поворотом лопастей до нужного угла установки. Произвести необходимые расчеты, которые подтвердили бы возможность предложенной схемы, было поручено В.И. Шайдакову.

В 1957 году на преподавательскую работу по конструкторско-проектировочному циклу был приглашен сотрудник БНИ ЦАГИ Ф.П. Курочкин, который провел экспериментальные исследования по несущим винтам, заключенным в широкие кольца. Из эксперимента следовало, что установка кольца повышала тяговые характеристики несущей системы на 30-40%.

В лаборатории кафедры

В эти годы в мире существовал большой интерес к аппаратам вертикального взлета с системой «винт в кольце». В 1958 году под руководством И.П. Братухина кафедра приступила к проектным разработкам аппаратов такого класса. Были спроектированы четырехвинтовой «джип» и тяжелая восьмивинтовая летающая платформа. Аэродинамические расчеты выполнялись В.И. Шайдаковым. Ввиду отсутствия каких- либо методик возникла необходимость в разработке теории системы «винт в кольце». На основе предложенной математической модели была проведена оптимизация параметров и рассчитаны аэродинамические характеристики проектируемых аппаратов. Работа велась совместно с ЦАГИ, где по техническим заданиям кафедры экспериментальная установка «винт в кольце» и натурный стенд четырехвинтовой летающей платформы были изготовлены и «продуты».

В середине 60-х годов интерес к этим аппаратам угас из-за большого километрового расхода топлива. Однако в последующие годы теория «винт в кольце» продолжала развиваться применительно к фенестронам одновинтовых вертолетов, к комбинированным, аппаратам типа вертолет-самолет, имеющим, в своем, составе несущую систему «винт в кольце», и дистанционно пилотируемым привязным и свободно летающим аппаратам. Эта теория неоднократно излагалась на различных конференциях и форумах Российского вертолетного общества, специалисты могли ознакомиться с ней по ряде изданий. Разработанные на кафедре методики внедрены в учебный процесс и применяются в ОКБ.

К началу 60-х годов был накоплен достаточный опыт по эксплуатации вертолетов в различных режимах полета. Наиболее опасными, с точки зрения поведения вертолета, были так называемые режимы вихревого кольца. Опубликованные в зарубежной литературе экспериментальные материалы позволили В.И. Шайдакову разработать полуэмпирические методы расчета аэродинамических характеристик несущего винта и на их основе провести первые теоретические исследования вертикального снижения вертолета в режимах вихревого кольца и авторотации (1961 г.). Позднее с появлением новых экспериментальных данных эти методы совершенствовались по линии госбюджетной и хозрасчетной тематик НИР (1991-1992 гг.).

В 1968 г. после разделения факультета на ракетно-космический и самолето- и вертолетостроения кафедре «Конструкции и проектирование вертолетов» был присвоен номер 102, открыта специальность «Инженер-механик по вертолетостроению». Ежегодный плановый прием, составил 75 человек.

К этому времени на кафедре определились два основных научных направления: экспериментально-проектировочные исследования преобразуемых летательных аппаратов с несущим винтом со струйными закрылками (научный руководитель доцент В.Н. Далин) и проектно-конструкторские исследования самолетов вертикального взлета и посадки с поворотными винтами (научный руководитель доцент Ф.П. Курочкин). Велись на кафедре также аэродинамические исследования (руководитель доцент В.И. Шайдаков), в которых активное участие принимали студенты, объединенные в научный кружок.

Таким образом, все было подготовлено к тому, чтобы на базе кафедры открыть самостоятельное научно-исследовательское подразделение. Поэтому приказом. МАП и Минвуза СССР от 14.07.70 г. в составе научно- исследовательского сектора МАИ была организована отраслевая научно-исследовательская лаборатория по перспективному проектированию вертолетов, возглавил ее профессор И.П. Братухин. В роли заказчика, определяющего научную тематику лаборатории, выступал ЦАГИ. Лаборатория получила соответствующее финансирование и штаты, материально-техническое обеспечение, лабораторное и станочное оборудование.

В последующие годы проводились масштабные исследования по указанным, направлениям. Особенно широко было представлено первое направление, по тематике которого работы шли в течение двух десятков лет. В аэродинамических трубах МАИ и ЦАГИ проведены экспериментальные исследования аэродинамических и амплитудно-частотых характеристик профилей отсеков лопастей со щелевым соплом, спроектирован и построен винтовой стенд для исследования несущих винтов со струйными закрылками, разработаны необходимые методы аэродинамического расчета несущих винтов подобного типа проведены проектно-параметрические исследования по формированию облика аппаратов этого класса. По этому направлению В.Н. Далин защитил докторскую диссертацию, О.А. Завалов, А.Д. Козачук и В.Н. Переверзев – кандидатские. По второму направлению исследования велись до 198Б г. Были изданы две монографии, посвященные основам проектирования самолетов вертикального взлета и посадки.

В семидесятые годы начинают интенсивно развиваться методы машинного проектирования вертолетов. В связи с этим возникла необходимость в разработке специальных методов оптимизации параметров вертолетов различного назначения на основе многокритериальной оценки их эффективности. Это направление в 1974 г. было включено в планы отраслевой лаборатории (научный руководитель доцент Ю.С. Богданов) и существовало до 1988 г. Созданные разработки внедрены в работу вертолетных ОКБ, нашли свое отражение в докторских (Ю.С. Богданов) и кандидатских диссертациях (Д.Д. Скулков, В.Н. Журавлев, В.В. Миленин).

Модель вертолета Б.Н. Юрьева в музеи МАИ

Большой объем аэродинамических расчетов по различным научным, направлениям привел к тому, что к середине семидесятых годов сформировался коллектив аэродинамиков, состоящий из наиболее способных выпускников кафедры – Ю.М. Игнаткина, А.Д. Маслова В.Л. Артамонова, В.И. Асеева.

Разнообразие исследуемых перспективных схем. вертолетов привело к необходимости создания универсальной теории несущего винта, которая могла бы охватить все возможные схемы, включая многовинтовые, и все возможные режимы работы несущего винта. С середины 70-х годов эта работа выполнялась по линии госбюджетных НИР, в 1978 году она была включена в планы отраслевой лаборатории. Через несколько лет была создана обобщенная дисковая вихревая теория несущих винтов с «жестким» вихревым следом, пространственное положение которого устанавливалось расчетным путем. На ее основе были разработаны комплексы методов аэродинамического расчета несущих винтов и их систем (соосная – А.Д. Маслов, многовинтовые – Ю.М. Игнаткин, горизонтальный полет вблизи земли – Б.Л. Артамонов, автожирный несущий винт – А.Н. Зорин). Предложенные методы расчета работы внедрены в работу вертолетных ОКБ и авиационных вузов страны. По заказу различных отраслевых НИИ (НИПИгормаш г. Свердловска, НИИ электротехники г. Еревана, ВНИИ ПАНХ ГА г. Краснодара и др.) выполнен ряд практических работ по эффективности применения и аэродинамическому проектированию воздушных винтов, вентиляторных установок, ветряков, а также по оптимизации режимов полета вертолетов различного народнохозяйственного назначения. По данному научному направлению защищена докторская и три кандидатских диссертации. В 1987 г. цикл работ группы аэродинамиков кафедры (руководитель В.И. Шайдаков) был отмечен второй премией на Всесоюзном конкурсе на лучшую научно-исследовательскую работу.

После смерти И.П. Братухина заведующим кафедрой на короткое время (1985-1987 гг.) по совместительству стал Генеральный конструктор М.Н. Тищенко. Этот период отмечен наиболее тесным сотрудничеством, кафедры с вертолетными ОКБ и успешной работой филиалов кафедры на МВЗ им. М.Л. Миля и УВЗ им. Н.И. Камова. Большая нагрузка на основном месте работы не позволила М.Н. Тищенко и дальше руководить кафедрой. В 1987 году заведующим, кафедрой назначается профессор Ю.С. Богданов, возглавлявший коллектив вплоть до 1998 года.

Экономические трудности конца восьмидесятых вплотную коснулись отраслевой лаборатории: ее финансирование было прекращено. Однако научно-исследовательские работы продолжались, дружный коллектив высококвалифицированных преподавателей и сотрудников сумел успешно преодолеть все сложности перестроечного периода.

Возвращение в 1995 году на преподавательскую работу академика РАН М.Н. Тищенко дало новый импульс деятельности кафедры. Под его руководством группа конструкторов, аэродинамиков и динамиков кафедры совместно со специалистами МВЗ им. 14.Л. Миля приступила к разработке эскизного проекта легкого многоцелевого вертолета Ми-бОМАИ.

К настоящему времени спроектирован и изготовлен полноразмерный технический макет и продолжаются расчетно-проектировочные исследования аэродинамических и динамических свойств вертолета, а также характеристик его управляемости (старший научный сотрудник Б.Л. Артамонов, доцент А.Д. Маслов, доцент И.С. Грошин, ст. преподаватель Е.И. Мойзых).

С 1998 года кафедрой руководит кандидат технических наук доцент Ю.М. Игнаткин. С начала 90-х он ведет самостоятельное научное направление по проектным разработкам и расчетно-экспериментальным исследованиям новых перспективных несущих винтов со специальными законцовками лопастей. В дозвуковых и трансзвуковых аэродинамических трубах МАИ, а также на винтовом, приборе кафедры проведены продувки различных типов законцовок, изучены физические процессы формирования сходящих с них вихревых потоков, что позволяет искать пути совершенствования геометрических форм лопастей с высокими аэродинамическими характеристиками. Эти работы вызывают большой интерес в вертолетных КБ и ЦАГИ.

Сотрудники кафедры продолжают работы по проектированию и испытаниям аппаратов с несущей системой «винт в кольце»: дистанционно пилотируемого аппарата с соосными винтами (доцент О.А. Завалов, ст. преподаватель Е.И. Мойзых) и привязного аппарата с электроприводом несущего винта (ст. преподаватель В.М. Монашев). Кроме того, ведутся работы в области нелинейной вихревой теории несущих винтов (профессор В.И. Шайдаков).

Макет вертолета Ми-60МАИ

Кафедра бережно хранит заветы своего первого научного руководителя академика Бориса Николаевича Юрьева, который говорил: «Преподаватель только тогда отвечает своему основному назначению, когда находится на переднем крае науки». Следуя этому завету, коллектив кафедры многое делает для внедрения в учебный процесс новейших научных разработок: их темы включаются в курсовое и дипломное проектирование, на их основе пишутся учебные пособия. Это позволяет выпускать грамотных высококвалифицированных специалистов, соответствующих требованиям сегодняшнего дня.

Владимир ШАЙДАКОВ, профессор кафедры