Авиация и космонавтика 2012 02

Коллектив создателей В-8 у своего детища

Серийное производство двигателей ТВ2-117 было организовано на моторостроительном заводе в Перми. Поскольку газотурбинный двигатель имел намного большие рабочие обороты, чем поршневые моторы (частота вращения ротора ТВ2-117 впятеро превосходила обороты коленвала АШ-82В), требовался редуктор с качественно иными характеристиками. Примечательным достижением явилось создание нового двухвального редуктора ВР-8, сконструированного двигателистами и имевшего трехступенчатую планетарную схему с передаточным отношением 1:62,6. Крутящий момент со свободных турбин передавался на несущий и рулевой винты через трансмиссию, включавшую главный, промежуточный и хвостовой редукторы. Устройство главного редуктора обеспечивало распределение потока мощности на несущий и рулевой винты, «пропуская» 3000 л.с. (у Ми-4 планетарный двухступенчатый редуктор Р-5 был рассчитан на мощность не более 2000 л.с.).

Редуктор имел собственную маслосистему для смазки и охлаждения шестеренчатых механизмов и подшипников, располагавшую собственными насосами и радиаторами охлаждения отводимого масла. При испытаниях выяснилось, что механизмы редуктора спроектированы с таким запасом выносливости, что способны переносить даже непредусмотренные жесткие условия, в частности, работая при утечке смазки на одной лишь масляной пене.

При отработке редуктора случилось событие, вовсе немыслимое при нормальной эксплуатации: в ходе очередной «гонки» изделия в него по оплошности механиков забыли залить масло. Промашка осталась незамеченной, и редуктор запустили на стенде, где он отработал целых полчаса, после чего всё же «выразил своё возмущение», пойдя вразнос. Происшествие имело все шансы завершиться скандальным разбирательством и карами за преступную халатность, но кому-то из незадачливых испытателей пришла в голову мысль представить результаты эксперимента как исследование работы редуктора в нештатных условиях и на критических режимах, благо и результаты были налицо — можно было считать доказанным, что редуктор оставляет шансы пусть и недолго, но продолжать полет даже в аварийной обстановке, позволяя дотянуть до места, подходящего для вынужденной посадки.

Новые двигатели ТВ2-117 поступили на опытное производство милевского ОКБ летом 1962 года. Сообразно новой силовой установке была перекомпонована верхняя часть фюзеляжа. Соответственно возросшей мощности потребовалось переделать ряд узлов трансмиссии, а также устройство отсека силовой установки и рамы, несущей редуктор. Несущий винт, однако, все еще оставался прежним, четырехлопастным, аналогичной Ми-4 цельнометаллической конструкции.

Силовая установка вертолета с двумя двигателями ТВ2-117

1 — двигатели: 2 — редуктор; 3 — стойки крепления двигателя в передней его части; 4 — приспособление для удержания двигателя при снятии редуктора с вертолета; 5 — сферическая опора редуктора для крепления двигателя в передней его части; 6 — подкосы рамы крепления редуктора

Хорошее капотирование силовой установки обеспечивало отменный доступ к агрегатам двигателей и редуктору, служа рабочими площадками-трапами при обслуживании

Отработка новой силовой установки была проведена довольно быстро и в конце июля 1962 года вертолет вывели на испытания. Эта машина также представляла собой пассажирский вариант с большими боковыми окнами. 2 августа 1962 года вертолет В-8А под управлением летчика-испытателя Н. В. Лешина выполнил подлет на привязи, впервые оторвавшись от земли. Этот день по праву можно считать днем рождения будущей «восьмерки» в её привычном обличье. Избегая неожиданностей, сопутствующих спешке, испытания старались не форсировать. На отработку силовой установки и оценку управляемости вертолета ушло полтора месяца, и лишь убедившись в надежности машины, В-8А выпустили в свободный полет. Первый «настоящий» полет вертолет выполнил 17 сентября. Уже несколькими днями спустя Главный конструктор рапортовал руководству страны о выполнении задания, представив машину на Центральном аэродроме Н.С. Хрущеву и представителям коммунистических и рабочих партий соседних стран. Поводом явилось проходившее в Москве совещание «передовых сил современного мира», участникам которого решено было представить достижения советского авиапрома. От милевского ОКБ в презентации руководству страны и дружественных государств, кроме В-8А, были выставлены Ми-6 и проходивший в это время испытания прототип будущего Ми-2. Любопытно, что спустя несколько лет практически во всех этих странах летали милевские вертолеты. Перед показом В-8А получил дизайнерски выглядевшие обтекатели основных колес и стоек, а его борт украсила надпись «Аэрофлот». К слову, верный себе Миль, придававший вопросам художественного проектирования большой смысл, лично занимался схемами окраски вертолетов, спорил с коллегами о подборе цветов, и опытная «восьмерка» при показах сменила несколько «парадных мундиров», побывав и в красно-бело-синей окраске, и в кремовой.

Заводские испытания В-8А продолжались вплоть до окончания зимы следующего года. Ведущими инженерами по испытаниям были В.А. Изаксон-Елизаров и А.Я. Чулков. Летали на машине испытатели ОКБ-329 Г.В. Алферов, И.Н. Дрындин, В.П. Колошенко, Ю.С. Швачко и другие. В ходе испытательных работ исследовались предполагавшиеся к внедрению на вертолете новации: четырехлопастной рулевой винт со втулкой, оснащенной горизонтальными и вертикальными шарнирами и межпопастными упругими связями, втулка несущего винта с гидравлическими демпферами вертикальных шарниров, экспериментальные лопасти со стальным трубчатым лонжероном и стеклопластиковым носком (прежняя конструкция имела прессованный дюралевый лонжерон и такой же носок, хвостовой отсек образовывала трехслойная панель с алюминиевым сотовым заполнителем). Испытывалась также электротепловая противообледенительная система лопастей. Для оценки новых конструктивных решений использовался специально подготовленный летающий стенд на базе вертолета Ми- 4. Далеко не все новшества нашли применение на «восьмерке»: не выдержали испытания лопасти смешанной конструкции, отказались и от четырехлопастного рулевого винта.

Работы по совершенствованию несущей системы продолжались, приведя к созданию нового пятилопастного несущего винта. Вертолет прибавлял в весе, переходя в более тяжелую категорию — вес пустого В-8А достигал 5860 кг по сравнению с 4900 кг у Ми-4, а нормальный взлетный вес устанавливался равным 9000 кг (у Ми-4 — 7500 кг), и прежний винт уже не соответствовал «подросшей» машине. Кроме того, винт предыдущей конструкции приносил нежелательные вибрации, для снижения уровня которых требовались более радикальные изменения. «Четверочные» лопасти имели ресурс до 2000–2500 часов, их кропотливая отработка стала хорошей практикой, позволяя рассчитывать на успешную разработку новой конструкции. Ведущим специалистом по созданию винтов в ОКБ-329 являлся А.М. Лейканд, однако и сам М.Л. Миль относился к вопросам проектирования винтов самым личностным образом, проводя в отделе часы за кульманом и чертежным столом. Для нового винта была избрана пятилопастная схема, обеспечивавшая повышенную заполняемость ометаемого диска при умеренной нагрузке на лопасти. Был принят новый аэродинамический профиль лопастей с хорошими несущими качествами. Избегая увеличения диаметра несущего винта, что серьезно ухудшило бы возможности вертолета по базированию и десантным качествам — для вертолета с винтом большого размера потребовались бы соответственно возросшие площадки, да и сесть при необходимости он смог бы уже не везде, — прибегли к модернизации конструкции втулки, сместив шарниры по азимуту и разместив еще один, пятый, узел навески лопасти. В результате определяющая размерность длина более крупного вертолета с вращающимися винтами осталась в пределах 25 м, идентичной Ми-4. Удельная нагрузка на диск несущего винта при нормальном взлетном весе достигла 26 кг/м 2(у Ми-4 — 21,7 кг/м 2). Основные элементы сохраняли прежнюю конструкцию, несколько переделанную и упрочненную соответственно новой схеме.

Лопасти унаследовали хорошо отработанную «четверочную» цельнометаллическую конструкцию, имея прямоугольную в плане форму, прессованный дюралевый лонжерон, обработанный соответственно аэродинамическому профилю и несший дюралюминиевый носок- наконечник и хвостовые отсеки с металлическими сотами. Трехслойная конструкция хвостовых отсеков крепилась с использованием пленочного клея ВК-3. На двух отсеках каждой лопасти устанавливались триммеры, которые использовались при регулировке соконусности несущего винта. Втулка по узлу навески каждой лопасти несла горизонтальный, вертикальный и осевой шарниры, обеспечивающие сложное движение лопастей на пути их вращения. Наличие шарнирных соединений обеспечивало маховые движения лопастей относительно горизонтальных шарниров, колебательные движения в плоскости вращения относительно вертикальных шарниров, а также поворот лопастей в осевых шарнирах. Такое крепление лопастей позволяло снизить критичные для конструкции переменные напряжения в несущем винте и уменьшало аэродинамические моменты, предаваемые от винта на фюзеляж. Для гашения колебаний лопастей в плоскости вращения вертикальные шарниры оборудовались гидравлическими демпферами. Втулка несла компенсатор, обеспечивавший уменьшение угла установки лопастей при взмахах. Лопасти оборудовались новой электротепловой противообледенительной системой с нагревательными элементами вдоль передней кромки, представлявшими собой полоску стали-нержавейки. От механических повреждений они защищались слоем резины и оковкой из нержавеющей стали. Лопасти оснащались пневматической системой сигнализации о повреждениях: сохранение давления находившегося в полости лонжерона сжатого воздуха свидетельствовало о целостности конструкции, при появлении трещин или других нарушений падение давления служило предупреждением об угрозе потери работоспособности.

Толкающий рулевой винт имел новую конструкцию с цельнометаллическими лопастями вместо использовавшихся на предшественнике деревянных лопастей. Лопасти аналогично несущему винту имели прессованный дюралевый лонжерон и хвостовые отсеки с сотовым заполнителем. Втулка рулевого винта выполнялась с карданным подвесом и осевыми шарнирами, обеспечивающими маховые движения лопастей и их поворот при изменении шага винта для путевого управления, осуществляемого педалями летчиков. Винт получил электрическую противообледенительную систему.

Прототип В-8 А в исполнении с двумя двигателями в своем первом свободном полете 17 сентября 1962 года

Потребовалось внести серьезные конструктивные изменения в шасси. Поскольку изменились весовые характеристики и центровочные данные, использованные на прототипе прежние стойки от Ми-4 страдали склонностью к возникновению на разбеге и рулении колебаний типа «земного резонанса». Это небезопасное явление могло развиться при порыве ветра или посадке по-самолетному на скорости, однако могло проявиться и при быстром рулении на неровном грунте и даже при опробовании двигателя, особенно, при оборотах винта, близких собственным частотам вибраций стоящей на шасси машины. Вертолет начинало раскачивать в стороны с такой интенсивностью, что стойки отрывались от земли. Раскачка достигала такого размаха, что стойки могли не выдержать, а наклоны машины грозили поломкой лопастей, а то и переворачиванием вертолета. Процесс развивался крайне стремительно, занимая от силы 6–7 секунд: вертолет начинал переваливаться на шасси, затем подскакивать, ударяясь то левым, то правым колесом о землю с нарастающими кренами и силой ударов, ломавших стойки. Источником вибраций было прежде всего шасси со своими характеристиками упругости, а также фюзеляж в совокупности с заделкой втулки винта и собственно несущий винт. Наиболее результативной конструктивной мерой «лечения» проблемы было улучшение амортизационных качеств шасси, способных демпфировать нарастание колебаний. Прежние однокамерные амортизаторы основных стоек сменили двухкамерные пневмо-масляные, заполняемые рабочей жидкостью АМГ-10 и азотом. Свободный внутренний объем основных стоек был использован в качестве баллонов сжатого воздуха с давлением 50 атм, служившего для торможения колес, а при необходимости — и подзарядки камер колес при работе с полевых площадок. Хвостовая пята, защищавшая рулевой винт от задевания земли, также была оснащена новым амортизатором.

Возросшая энерговооруженность вертолета позволяла поднять грузоподъемность до 3000 кг. Соответственно машину оснастили новой системой внешней подвески для более тяжелых грузов. В ходе испытаний машина дорабатывалась, получая новое оборудование и усовершенствования в составе бортовых систем. Управление силовой установкой было дополнено системой автоматического регулирования С0-40, синхронизировавшей режимы работы двигателей и сохранявшей обороты несущего винта в заданном диапазоне. Автоматика позволяла выдерживать разницу оборотов двигателей на установившихся режимах в пределах 2 %. Поддержание режима работы двигателей также контролировалось автоматикой, поскольку уменьшение частоты оборотов одного двигателя даже на 1 % резко снижало тягу несущего винта. Контроль оборотов несущего винта требовался во избежание выхода на предельные частоты вращения, ограниченные по прочности самого винта и редуктора, риска флаттера, а также по уменьшению конусности винта из-за нарастания центробежных сил, опасного сближением лопастей с балкой и возможными соударениями, особенно при взятии ручки на себя. Система следила и за уходом винта на малые обороты, неприемлемые ввиду начинавшегося срыва потока с лопастей, нараставших вибраций, падения тяги винта, ухудшения путевой управляемости, роста нагрузок на редуктор и свободную турбину с её возможным перегревом Ввиду того, что мощности каждого двигателя по отдельности хватало для продолжения полета, в случае вероятного отказа одного из двигателей предусматривался автоматический вывод оставшегося на взлетную мощность (такой возможностью не обладал ни Ми-6, ни даже легкий двухмоторный Ми-2, на котором отказ одного из двигателей вынуждал немедленно идти на посадку). Вертолет оснастили четырехканальным автопилотом АП-34, того же типа, что и на Ми-6, стабилизировавшим машину по диффренциальной схеме по каналам рыскания, крена, тангажа и по высоте. Новшеством стало внедрение возможности 20 % подключения автопилота, упрощавшего пилотирование машины с демпфированием возмущений, сопровождавших полет в неспокойной атмосфере.