Главная / США / VS-300"

VS-300

VS-300

Разработка вертолета VS-300 началась со стендовых испытаний. Использовалось два стенда: один для испытания несущих винтов, другой - системы управления. Первый представлял собой тележку с установленным на ней мотором, вращавшим несущий винт. Второй - подвешенное пилотское кресло, соединенное с тремя рулевыми винтами. Один из них, перемещая кресло, имитировал крен, другой - тангаж, третий - рыскания. Находясь в таком кресле-тренажере, Игорь Иванович и другие исследователи отрабатывали навыки пилотирования.

Работа продвигалась медленно. Только в марте 1939-го, после получения Сикорским убедительных результатов, правление концерна разрешило разработку чертежей. В июле началась постройка вертолета. Число чертежей свели к минимуму - только для системы управления и втулки. Изготовление же всех других частей и деталей осуществлялось по устным указаниям прямо на рабочих местах.

Для упрощения введения возможных изменений в машину и замены деталей конструкцию экспериментального вертолета намеренно старались разработать как можно проще. Например, ременная передача от двигателя к редуктору давала возможность без проблем изменять передаточное отношение заменой шкивов. Фюзеляж в виде фермы из стальных труб допускал быструю переделку, не считая мелких доработок.

В сентябре 1939-го завершилась постройка вертолета "Воут-Сикорский" VS-300 (S-46). Номер 300 отражал не только принятую на фирме "Чанc Воут" трехзначную нумерацию проектов, но и зафиксировал третий построенный Сикорским вертолет, с учетом двух "русских".

VS-300 имел совершенно примитивный вид. Простой ферменный фюзеляж не имел обшивки. Летчик открыто сидел на маленьком кресле перед двигателем. Первоначально использовался небольшой мотор "Лайкоминг" в 65 л.с. Вращение от него на трехлопастный и трехшарнирный несущий винт, оснащенный фрикционными демпферами, передавалось посредством клиновых ремней.

Хвостовой однолопастный рулевой винт устанавливался на длинной коробчатой балке, склепанной из листовой стали. Четыре свободно ориентирующихся колеса шасси располагались ромбом.

При первой же раскрутке несущего винта конструктор встретился с сильной тряской. Причиной ее стало совпадение собственной частоты конструкции машины и вращающегося винта. Из-за этого пришлось срочно дорабатывать каркас вертолета. С этого момента проблема обеспечения динамической прочности конструкции сопровождала Сикорского постоянно. 14 сентября 1939-го И.И.Сикорский наконец оторвал VS-300 от земли.

Позднее, в 1943-м, когда VS-300 готовили для передачи в музей, Игоря Ивановича спросили, что он чувствовал, впервые поднимая машину в воздух, удовлетворение или разочарование. Конструктор ответил просто - и то, и другое. Конечно, он надеялся, что машина взлетит и будет послушна пилоту, но, как водится, не все надежды осуществляются.

Вертолет был тяжел в управлении и сильно вибрировал. Сикорский с присущим ему юмором добавил, что сам он дрожал всем телом, и ему казалось, что люди на земле вместо вертолета видят какое-то размытое пятно. Мощности двигателя явно недоставало для перетяжеленной машины. Она, едва подпрыгнув, через две-три секунды плюхнулась на землю.

Первые подъемы на привязи породили и первые изменения в конструкции. Для улучшения устойчивости на земле увеличили базу шасси, на хвостовой балке установили аэродинамическую поверхность, находившуюся в индуктивном потоке от несущего винта, предназначенную для разгрузки рулевого винта. Несколько позднее увеличили колею шасси, а на носовой части закрепили балку с центровочным грузом.

По программе, вертолет поднимался лишь на одну-две минуты на привязи. При первых же отрывах от земли проявились недостатки автомата перекоса, связанные с отсутствием опыта в его разработке и подборе кинематики. Неправильно выбрали, с ошибкой почти на 30?, фазовый сдвиг при управлении циклическим шагом несущего винта. Это существенно осложнило управление вертолетом, приводило к раскачке его летчиком. В декабре 1939-го вертолет опрокинулся и сильно поломался, что было весьма некстати, так как именно в это время военные начали распределять деньги, выделенные по биллю Дорси.

В начале 1940-го Сикорский решил отказаться от автомата перекоса и управлять машиной как на стенде-тренажере, то есть тремя рулевыми винтами. На хвосте рядом с вертикальным установили два горизонтальных рулевых винта с вертикальными осями. Ожидалось, что одновременное изменение общего шага горизонтальных винтов обеспечит управление по тангажу, а дифференциальное - по крену.

Тогда же ввели механизм коррекции между шагом несущего винта, дросселем двигателя и шагом рулевых винтов. Ферменная хвостовая балка стала крестообразной, а аэродинамическую поверхность, находившуюся в индуктивном потоке несущего винта, сняли.

Прежде чем начать подъемы, новый вариант VS-300 закрепили на шарнирном основании. На таком оригинальном тренажере опробовали эффективность рулевых винтов, получили опыт управления вертолетом новой модификации. В этой конфигурации VS-300 показал хорошую управляемость, и 13 мая 1940-го Сикорский впервые поднялся в воздух без привязи.

Затем попробовали небольшие перемещения. Вначале во избежание опрокидывания, как это было в декабре 1939-го, механики подстраховывали вертолет, держась за веревки, но потом, после накопления опыта пилотирования, начались полностью свободные полеты.

Успехи были столь впечатляющи, что Сикорский предложил армии проект дальнейшего развития VS-300 - двухместного вертолета VS-316. В нем предусматривалось управление посредством трех рулевых винтов. Однако армия предпочла в июле 1940-го проект вертолета поперечной схемы, предложенный Платтом и Ле Пейджем, который и приняли к разработке под обозначением XR-1 (X - экспериментальный, R - rotary - винтокрылый, 1 - первый военный контракт).

Несмотря на отказ в поддержке со стороны официальных властей, американские военные летчики с этого времени стали проявлять интерес к работам Сикорского. Горячим его сторонником стал подполковник Ф.Грегори. Этому способствовала и первая публичная демонстрация VS-300, которая состоялась в мае 1940-го в Бриджпорте.

Сначала Сикорский вкратце рассказал приглашенным историю вертолетостроения, описал принцип работы аппарата и затем показал его в действии. На присутствующих демонстрация произвела сильное впечатление. Вертолет перемещался вверх, вниз, вбок, назад, неподвижно зависал, разворачивался на месте, правда, не летал вперед.

На вопрос президента "Юнайтед Эркрафт", почему он видит полеты только вверх, вбок и назад, но не вперед, Игорь Иванович ответил: "Мистер Уилсон, это одна из незначительных инженерных проблем, которую мы пока не решили". Конечно, всю глубину "незначительности" конструктор прекрасно понимал. Впоследствии Сикорский с юмором вспоминал: "Вертолет проявил такое нежелание летать вперед, что мы даже рассматривали возможность развернуть кресло пилота и позволить ему летать задом наперед".

Публичная демонстрация завершилась историческим событием. И.И.Сикорскому торжественно вручили Лицензию пилота вертолета ?1. Удостоверений подобного рода, разумеется, в то время еще не существовало, и чиновникам Национальной аэронавтической ассоциации США пришлось аккуратно вымарать из стандартного пилотского сертификата слово аэроплан, заменив его на новое геликоптер. Великий конструктор прибавил в коллекцию наград еще одно официальное подтверждение собственных приоритетов, став очередной раз общепризнанным "первым".

В июле 1940-го "Лайкоминг" мощностью 65 л.с. заменили на "Франклин" в 90 л.с. Вертолет, как и прежде, осуществлял уверенные полеты вбок и назад, но при полете вперед по-прежнему оставался необузданным, как выразился Сикорский.

Вскоре выяснилась причина этого недостатка. Из-за попадания рулевых винтов в индуктивный поток от несущего винта при полете со скоростью 30 -40км/ч машина становилась неустойчивой и почти неуправляемой. Характеристики машины при полете вперед улучшили, подняв рулевые винты и вынеся их из зоны влияния несущего винта. Теперь аппарат мог развивать большую скорость, и 9 августа 1940-го состоялся его первый полет на расстояние 250 м. С помощью Сикорского Ф.Грегори первым из военных летчиков освоил вертолет, правда, не сразу. Ему не удавалось уловить темп и направления отклонения ручки управления, чтобы удерживать машину в заданном положении. Аппарат все время норовил раскачиваться. Грегори после каждой попытки вытирал пот на посеревшем лице. Сикорский с улыбкой утешал пилота, приговаривая, что слово "геликоптер" (по-английски "хеликоптер") происходит вовсе не от "гели", т.е. винт, а от "хиил" - крениться, валиться, и не стоит огорчаться - аппарат вполне оправдывает свое название. Тем не менее военные летчики смогли обуздать "мустанга" и достаточно быстро освоили воздушное родео.

Интерес Грегори к вертолету Сикорского был не простым любопытством. Командование Воздушного корпуса поручило ему отбор проектов геликоптеров для армии. Как результат визитов Грегори, Сикорский вскоре получил деньги на разработку VS-316 - двухместного тренировочного винтокрылого аппарата, который мог использоваться для наблюдения и корректировки артиллерийского огня, а также для связи.

Для улучшения вибрационных характеристик на VS-300 однолопастные рулевые винты были заменены на двухлопастные. Однако полеты по-прежнему сопровождались сильной тряской. 10 октября 1940-го при полете со скоростью 30км/ч на высоте четырех метров из-за усталости материала разрушился один из горизонтальных рулевых винтов. Вертолет накренился и с треском упал на землю. Невредимый Сикорский вылез из-под обломков, постоял несколько минут и сказал: "Я думаю, мы отправим его теперь домой".

Через месяц аппарат был полностью восстановлен. Одновременно усилили консоли обоих хвостовых рулевых винтов, улучшив вибрационные характеристики и устранение возможность проявления воздушного резонанса. Устранили поперечное "V" консолей горизонтальных рулевых винтов, а сами винты вынесли из потока несущего винта, удлинив их валы. Также подняли и вертикальный хвостовой рулевой винт.

В ноябре полеты возобновились, но вперед машина по-прежнему двигалась с трудом. Несущий винт снижал эффективность двух задних горизонтальных рулевых. Из-за недостаточной жесткости хвостовых консолей продолжались аварии, связанные с воздушным резонансом. В довершение ко всему, в феврале в полете отказал двигатель. При падении сломались оба рулевых винта. Новый двигатель получили только в апреле.

Несмотря на все трудности с доводкой VS-300, в начале 1941-го, 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".

В Европе и Азии уже вовсю бушевала война. В случае неудачи Платта и Ле Пейджа американская армия могла остаться без вертолета. Поэтому высокие армейские чины поддержали разработку геликоптеров двух схем и выделили средства на разработку проекта VS-316 (S-47), получившего армейское обозначение XR-4, и постройку одного образца. Индексы же XR-2 и XR-3 присвоили автожирам фирм "Питкерн" и "Келлетт", также получившим поддержку по биллю Дорси.

Учитывая большой объем предстоящей работы и ее особую ответственность, Сикорский после соответствующего отбора пригласил на фирму профессионального летчика-испытателя. Им стал Чарльз Лестер Моррис, или, как звали его друзья, Лес. Работая в фирме Сикорского, он много сделал для доводки первых вертолетов.

1941-й ознаменовался рядом больших достижений VS-300. 15 апреля И.И.Сикорский установил американский рекорд продолжительности пребывания в воздухе - 1ч. 5мин. 14,5с., а спустя два дня, поставленный на поплавки VS-300 взлетел 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 ч 32 мин. 49 с, превысив 15 мин. рекорд, принадлежавший Fw-61 с 1937-го. Одновинтовая схема начала завоевывать себе место под солнцем. Америка становилась мировым лидером вертолетостроения.

Хотя VS-300 показывал неплохие результаты, уже к началу 1941-го стала очевидной неэффективность системы продольно-поперечного управления рулевыми винтами, особенно при полетах с поступательной скоростью. Кроме того, осложнялось обеспечение динамической прочности.

На новый вертолет XR-4 решили поставить автомат перекоса. Но прежде его требовалось отработать на экспериментальном VS-300. К этому времени автомат перекоса был признан во всем мире, накоплен опыт его разработки и создана теория эквивалентного несущего винта, позволяющая правильно выбрать кинематику.

Отработку автомата перекоса на земле заняла всю весну 1941-го, и только в июне решили начать его летные испытания. Учитывая сложности перехода на новую систему, приняли компромиссное решение. Автомат перекоса установили только в канале поперечного управления. Продольное же - осуществлялось по-прежнему горизонтальным хвостовым рулевым винтом, установленным на вертикальном ферменном пилоне перед вертикальным рулевым винтом.

В августе 1941-го начались испытания вертолета в новой конфигурации. Через несколько часов летных испытаний стало ясно, что новая ?полупродольная? схема открывает верный путь к созданию эффективного и надежного управления. Замена двух горизонтальных рулевых винтов одним улучшила вибрационные характеристики, существенно уменьшила подверженность машины внешним возмущениям.

Однако горизонтальный рулевой винт по-прежнему оставался в зоне влияния несущего, поэтому в октябре его пилон отодвинули еще дальше назад, непосредственно к вертикальному рулевому винту. Работа же вертикального рулевого винта была признана идеальной. Он достаточно эффективно выполнял функции, аналогичные самолетному килю и рулю направления.

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. При этом сделали вывод о желательности придания фюзеляжу обтекаемых форм. VS-300 "одели поприличнее", чтобы, как говорили шутники, "скрыть его худобу".

Большой вынос вертикальных шарниров в какой-то мере предохранял вертолет от земного и воздушного резонансов. Это отметили при испытаниях, проводившихся без изменения циклического шага. Установка же управления циклическим шагом осложнила проблемы динамической прочности. Возросла опасность земного и воздушного резонансов.

Так, 2 октября 1941-го после ряда успешных испытательных полетов С.Глухарев, приземлив вертолет, подруливал к ангару. В этот момент и начался земной резонанс - страшное бедствие первых вертолетов. Однако пилот не растерялся, быстро поднял машину в воздух, выключил двигатели и упал с высоты трех метров. Этим он спас аппарат, правда, при этом сломал хвостовую балку.

В конце ноября Сикорский решил снять с VS-300 хвостовой горизонтальный рулевой винт, а продольное управление также осуществлять изменением циклического шага. Теперь новый вертолет XR-4 отрабатывался полностью с использованием циклического шага.

8 декабря 1941-го, на следующий день после Перл-Харбора, VS-300 взлетел в новой и теперь уже окончательной конфигурации. На этот раз машину пилотировал Моррис. Сикорский напутствовал его: "Старайся, Лес, делать все спокойно, не торопясь. У тебя куча времени. И самое главное, если вдруг почувствуешь что-то неладно, рычаг ?шаг-газ? вниз и садись. Ты можешь совершить грубую посадку, даже небольшую поломку, но это все-таки лучше, чем если машина выйдет из-под контроля на высоте".

Полеты продемонстрировали хорошую управляемость, правда, тенденция к земному и воздушному резонансам оставалась. Воздушный резонанс возникал из-за недостаточной жесткости фюзеляжа, допускавшей колебания несущего винта в плоскости его вращения.

12 декабря через четыре секунды после взлета на машине начались сильные резонансные колебания. Проявив самообладание, Моррис позволил им развиться и только потом приземлил вертолет. Эффективность фрикционных демпферов для гашения колебаний лопастей в вертикальном шарнире оказалась недостаточной. Сикорский установил на лопастях дополнительные гидравлические демпферы. Проведенные в последний день 1941-го испытания показали, что резонанс исчез.

Подводя итоги уходящего года, можно было отметить, что общее время пребывания в воздухе вертолета составило 28 ч 35 мин, опробовали три совершенно разные схемы управления, а последняя модификация аппарата с автоматом перекоса дала самые обнадеживающие результаты.

Таким образом, И.И.Сикорский довел до работоспособного состояния классическую одновинтовую схему, которую предложил еще за 30 лет до этого другой русский конструктор - Б.Н.Юрьев.

В новом 1942-м VS-300 совершил ряд успешных полетов. В частности, достигли скорости, близкой к 100 км/ч. В течение года VS-300 использовался в широкой исследовательской программе.

На нем, например, исследовалась эффективность хвостового стабилизатора, как жестко фиксированного, так и управляемого. Однако в то время данное средство балансировки еще не получило должной оценки и было признано необязательным. Оптимизировалась форма носового обтекателя. Кроме того, VS-300 испытывался с одно- и двухлопастным несущими винтами. Несмотря на упрощавшуюся при этом конструкцию, отметили столь сильное усиление вибраций, что решили оставить трехлопастный винт.

Всего за время испытаний VS-300 провели 18 крупных переделок машины, 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 концу испытаний из первоначальных агрегатов и узлов на машине остались только кресло пилота, центральная часть фюзеляжа, топливный бак и колеса главного шасси.

Концепция максимальной простоты конструкции экспериментальной машины полностью себя оправдала. Быстро вносить изменения в конструкцию построенного в 1941-м внешне эффектного, но тяжелого и сложного вертолета "Платт - Ле Пейджа" XR-1 было значительно труднее, что затянуло его доводку, и он не смог конкурировать с XR-4.

К осени 1943-го VS-300 полностью исчерпал себя как экспериментальный аппарат. В октябре его передали в музей Института Эдисона. К этому времени машина имела общий налет 102 ч 35 мин. Вертолет стал редким экспонатом, заслужившим достойное место в музее всего лишь через четыре года после постройки.

VS-300 доказал всему миру эффективность классической одновинтовой схемы, которая и в настоящее время является господствующей. Его успехи были столь впечатляющи, что ряд конструкторов и среди них будущие ведущие специалисты мирового вертолетостроения А.Янг, Ф.Пясецкий, Р.Хафнер и другие занялись схемой с хвостовым рулевым винтом.
 


ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ(читать все статьи)