КА-15

Всё, что вы хотели знать о вертолётах

КА-15

helicopters

В августе 1950 г. в ОКБ-2, руководимом Н.И. Камовым, приступили к разработке предэскизного проекта двухместного корабельного вертолета Ка-15. Его компоновка, в отличие от Ка-8 и Ка-10, была традиционной-"люди вперед, двигатель назад", однако для корабельного вертолета казались совершенно необходимыми поплавки. На машине предполагалось поставить двигатель АИ-14В со взлетной мощностью 245 л .с. и несущие винты с деревянными трапециевидными лопастями, имеющими большое сужение и отрицательную крутку, равную минус 12. Теоретическая хорда на оси вращения равнялась 300 мм, а на конце — 100 мм. Коэффициент заполнения одного трехлопастного винта составлял 3% и, следовательно, у каждой лопасти 1 %. Это был самый малый коэффициент заполнения одной лопасти в мировой практике. Таких тонких лопастей свет еще не видывал, но у "камовцев" не принято было бояться нового. Выбирал параметры несущего винта я, очевидно, под сильным влиянием исследований Л.С. Вильдгрубе, который убедительно показывал целесообразность трапециевидных и сильно закрученных лопастей для повышения относительного КПД.

Поисками оптимальной компоновки вертолета занимались мыс инженерами В.И. Бирюлиным и Б.Ю. Костиным, поскольку Главный конструктор был на госиспытаниях Ка-10 в Риге. Николай Ильич Камов, вернувшись, просмотрел с десяток придуманных нами вариантов, сразу выбрал самый простой и, на наш взгляд, самый плохой. Это была привычная компоновка с колесным шасси. По его словам, во-первых, с поплавковым шасси мы уже успели намучитья на Ка-8 и Ка-10, а для передвижения по земле все равно нужны колеса; во-вторых, посадка на землю на поплавках с режима авторотации-это почти неизбежное наличие капота и, в-третьих, даже Ка-10 при взлете и посадке страховали специально подготовленные люди, иначе машина могла войти в "земной резонанс", потому что демпфирование в баллонах было недостаточным.

Разработка эскизного проекта началась весной 1951 г., а 9 июня того же года вышло распоряжение заместителя Председателя Совета Министров Н.И. Булганиназа 6043 о начале финансирования работ по Ка-15.

Надо сказать, что в 1951 г. кроме проработок корабельного вертолета ОКБ-2 занималось проектированием тяжелого двухвинтового вертолета продольной схемы. Это была вторая попытка Камова получить задание на большой транспортный вертолет (первая в 1946 г. с проектом "Иван Грозный" не удалась). На этот раз все складывалось гораздо серьезнее. С 25 июня 1950 г. в войне с Кореей американцы впервые начали широко применять вертолеты НР5-1 Сикорского и НРР-1 Пясецкого, показавшие высокую эффективность. Бригадный генерал К.К. Джером закончил памятную записку командованию, датированную 12 сентября 1950 г., таким восклицанием:"… вертолеты, больше вертолетов, как можно больше вертолетов в Корею". Выпуск транспортных вертолетов в США стал быстро увеличиваться. В правительстве СССР обсуждали вопрос о преодолении отставания отечественного тяжелого вертолетостроения. Для нас участие в программе по разработке транспортного вертолета означало укрепление и расширение ОКБ. Мы стали продумывать различные варианты вертолетов продольной схемы: маленький Ка-11, одномоторный Ка-12 и, наконец, Ка-14-2 с двумя двигателями Швецова АШ-82, установленными вертикально, чтобы не делать конические шестерни в редукторах. К работе над проектом были привлечены квалифицированные сотрудники, пришедшие в ОКБ-2 из ЦАГИ и других высоких организаций, где на рубеже 40-х и 50-х годов усиленно боролись с космополитизмом.

Но судьба распорядилась так, что основным для нашего ОКБ явилось продолжение работ по корабельным вертолетам. 4 августа 1951 г. командованию ВМФ был направлен проект тактико-технических требований на Ка-15, а 3 октября предъявлен эскизный проект. Началась постройка макета, который получил одобрение в конце 1951 г., когда камовский коллектив стал называться ОКБ-4 и располагался уже на другой территории — в Тушино.

Дело в том, что в начале октября 1951 г. Н. И. Камов был вызван в Кремль. Часа через три он вернулся очень расстроенный и рассказал, что на совещание кроме него были приглашены А.Н. Туполев, С.К. Ильюшин, Н.Н. Братухин и М.Л. Миль. Обсуждалась задача срочного создания транспортных вертолетов. Миль доложил проект двенадцатиместного Ми-4, а Камов — проект Ка-14-2. Срок изготовления машин был установлен в один год. Николай Ильич возразил, что ему необходимо минимум два года. Л. П. Берия остался очень недоволен его ответом. На другой день повторно в Кремль вызвали только М.О. Миля и… А.С. Яковлева и уговорили их взяться за задание, обещая неограниченную помощь. Уже 5 октября вышло Постановление правительства о создании транспортных вертолетов одновинтовой и продольной схем на 12 и 24 человека соответственно. ОКБ Миля переводилось на завод 3, ОКБ Братухина расформировывалось, а ОКБ-2 вместе с группой СБиЖ (Старинин, Брагинский и Жеребцов) переводился в Тушино, где раньше базировался Миль. Таким образом, наш проект фактически передавали Яковлеву.

Вертолет Ми-4 начал раскрутки несущего винта в апреле 1952 г., в мае 1953 г. были закончены госиспытания, а в конце года в Саратове выпустили первые серийные машины. Як-24 совершил первый полет 3 июля 1952 г. В начале 1953 г. был передан на госиспытания, только в апреле 1955 г. завершил их и в августе его показали на параде в Тушино. Камов был прав — такую машину за год сделать нельзя, но опасно не соглашаться с высоким начальством.

Читайте также  Zafar 300

А мы тем временем снова переезжали на неблагоустроенную базу, где предстояло строить по приказу МАП 1040 от 23 октября 1951 г. войсковую серию Ка-10 и разрабатывать Ка-15.

На сравнительно небольшой территории, отгороженной от завода 82, стояло двухэтажное здание, в котором разместилось КБ, сборочный, механический и сварочный цеха, деревообделочная мастерская и производственные отделы. В небольшом корпусе ЦЗЛ (Центральная заводская лаборатория) находились механическая, химическая и фотолаборатории, группа СБиЖ и лаборатория самолетного оборудования. В еще одном бараке располагались бухгалтерия и плановый отдел. При переезде часть сотрудников от нас ушла, но к нам пришли Б.Ф. Савин, Триденцов, Цыпина, Андеев, Нетучинский, В.П. Борисов, А.М. Зейгман, М.Г. Черемухин. Летно-испытательная станция размещалась на Захарковском аэродроме, рядом с Химкинским водохранилищем. Л ИСом командовали В.А.Карпов и А.М. Конрадов. Устроились мы довольно уютно и быстро почувствовали себя хозяивами этого небольшого заводика.

Предназначенный для кораблей вертолет Ка-15 проектировался очень компактным. Его длина была почти в два раза меньше, чем у Ми-1. Непросто разместить в небольшом объеме все оборудование, необходимое при поиске подводных лодок. От обеспечения плавучести пришлось пока отказаться, на вертолете решили установить четырехколесное шасси.

Конструкция лопастей, разработанная М.А. Купфером, в отличие от Ка-10 имела фанерную обшивку и прорезанные, заполненные пенопластом отверстия в хвостовой части Профиля. Это сделали с целью обеспечения как можно более "передней" центровки для предотвращения флаттера лопастей. В то время было уже известно, как "вылечили" флаттер лопастей Ми-4, явно обнаружившийся при первой раскрутке несущего винта. На вертикальных шарнирах стояли фрикционные демпфера. Разумеется, в системе управления на колонке были промежуточные ползушки, позволяющие изменять общий и дифференцированный шаг. Имелась система "шаг-газ". Фюзеляж смешанной конструкции состоял из силовой пространственной фермы из стальных труб, дюралевого каркаса и короткой клепанной хвостовой балки. На конце балки крепился стабилизатор с двумя шайбами, каждая из которых состояла из киля и руля направления. Мотор устанавливался внутри фюзеляжа в "горячем" отсеке и обдувался вентилятором. В моторном редукторе были коническая и планетарная понижающие передачи. От него мощность передавалась на двухступенчатый сателлитный распределительный редуктор, приводящий валы несущих винтов. Форма носа фюзеляжа и остекление кабины обеспечивали экипажу хороший обзор. Сдвижные двери позволяли в случае необходимости оставлять их открытыми.

14 апреля 1953 г. летчик-испытатель Д.Е. Ефремов на первом экземпляре Ка-15, предназначенном для ресурсных испытаний, впервые поднялся в воздух. А 9 июня того же года министр авиационной промышленности А. П. Хруничев прекратил финансирование работ по этой машине. С большим трудом Н.И. Камову удалось добиться распоряжения Н.И. Булганина выдавать небольшую зарплату сотрудникам. Началась длительная доводка вертолета.

Еще в процессе стендовых испытаний некоторые узлы конструкции удалось серьезно усовершенствовать. На стадии заводских испытаний были выполнены впервые в нашей практике подробные исследования напряжений в элементах конструкции. Результаты замера напряжений позволяли надеяться на высокие ресурсы. Однако доводка вертолета по вибрациям затянулась на много лет, хотя госиспытания машины успешно закончились в 1955 г.

Прочнист ЦАГИ Н.Н. Корчемнин любил говорить, что "вертолет летает потому, что трясется". Соосный вертолет с длинным тонким валом верхнего несущего винта имел особенно веские основания для тряски. С вибрациями в нашем ОКБ боролись, начиная с Ка-8. Постепенно вырисовывались способы их уменьшения, в разработку которых большой вклад внес Д.К. Ефремов при испытаниях Ка-10 и Ка-15. Тем не менее, при доводке первых серийных вертолетов и даже при начале эксплуатации приходилось не раз возвращаться к этой проблеме. В 1956 г. Николай Ильич поручил мне заняться вибрациями вертолета Ка-15. Создали специальную группу, в которую входили С. Горштейн, А. Ильченко и Ф. Фельдман. Мы изучали вибрацию на вертолетах вообще и возможность слижение ее до допустимого уровня. Имелись ввиду автоколебания ("земной резананс"), флаттер лопастей и вынужденные колебания. Ближайшей задачей для нас было уменьшение вибраций вертолета Ка-15 3, который в отличие от 2 трясся значительно сильнее, хотя ничем от него не отличался. В этой работе принимали участие и специалисты ЦАГИ: И.В. Ананьев, Л.С. Попов, А.П. Резник, М.С. Галкин, Б.Я. Жеребцов и другие.

Наиболее неприятными на 3 были вынужденные колебания машины по первому тону (продольные колебания). На Ка-15 2 такие колебания уменьшались за счет увеличения жесткости верхнего винта путем установки третьей, так называемой "верхней" опоры и увеличения сечения вала. При подготовке к частотным испытаниям обнаружили, что из-за производственного дефекта на Ка-15 3 третья верхняя опора вала практически отсутствовала, чем и объяснялось различие в вибрациях на 2 и 3. Исследования, касающиеся уменьшения неуравновешенных периодических сил верхнего винта, велись несколько лет. В процессе доводки вертолета с той же целью выполнили и ряд конструктивных мероприятий. Сначала увеличили вынос вертикального шарнира. Затем бронзовые подшипники вертикальных шарниров заменили на игольчатые. Позже установили пружинные тяги между лопастями верхнего винта и ввели трехтяговое соединение верхнего и нижнего автоматов перекоса. Для повышения жесткости опоры верхнего и нижнего винтов вновь увеличили сечение вала и установили верхнюю третью опору на 360 мм выше второй. Эти мероприятия дали возможность закончить заводские и провести государственные испытания Ка-15.

Читайте также  HH-52

Однако на серийном заводе в Улан-Удэ именно из-за сильной тряски возникли большие трудности при сдаче машин заказчику. На завод направили С. Горштейна, трагически погибшего при проведении динамической регулировки вертолета в 1956 г. В начале 1957 г. в Улан-Удэ откомандировали меня вместе с М.А. Купфером и Д. Е. Ефремовым. В городе было очень холодно — за минус тридцать, сухой континентальный воздух сушил губы и они трескались. Работать рядом с вертолетом приходилось в суконных масках, так как ветер от винтов моментально обжигал и обмораживал лицо. Тело спасала от стужи летная одежда.

Проходили дни, а вертолеты продолжали трястись. К вечеру мы, утомившись от безуспешных усилий, понуро и молча шли домой совершенно опустошенные. После ужина начинались споры, вырисовывались предложения и появлялась надежда на успех. А назавтра все повторялось снова. Между тем, о вынужденных колебаниях нам уже было известно если не все, то многое: форма колебаний,

влияние жесткости хвостовой балки и характера загрузки фюзеляжа. А.Я. Ильченко удалось получить простую формулу для подсчета резонансной частоты. Выяснилось, что существенного изменения частоты можно ожидать за счет увеличения разноса вертикальных шарниров и жесткости вала. Уменьшив длину вала верхнего винта на 150 мм, повысили жесткость вала, что, в свою очередь, дало возможность наладить выпуск серийных машин.

Вскоре были установлены так называемые "зоны комфорта", границы которых нельзя переходить. Обозначены они такими оценками: незаметные, едва заметные вибрации — очень хорошо; заметные — хорошо; беспокоящие — удовлетворительно; очень неприятные — не рекомендуются; сильные — опасны для здоровья. Граница, установленная специалистами ГК НИИ ВВС, представляла собой гиперболу, в которой допустимая амплитуда колебаний понижалась по мере увеличения частоты. При повышении частоты резко возрастает воздействие вибраций на организм человека. В этом отношении оборотные вибрации на Ка-15 с частотой 350-360 кол/мин воспринимались лучше, чем лопастные вибрации на Ми-4 с частотой примерно 750 кол/мин.

С началом эксплуатации серийных Ка-15 опять пришлось заниматься вибрациями. На этот раз-флаттером лопастей, признаки которого на этом вертолете обнаружили еще в 1953 г. После непродолжительного поиска способов его устранения остановились на традиционных противовесах. На лопастях надолго обосновался "фирменный знак"-выносные противофлаттерные грузы на передней кромке. А в 1954 г. на вертолетах Ми-4 начались необычные явления, получившие вначале название "эффект Калиберного" и оказавшиеся флаттером. Проявлялся этот эффект на режиме моторного планирования на углах установки лопастей 6- 7. Лопасти начинали вымахивать из ометаемого конуса и срубали кабину пилотов, которые погибали и не могли рассказать, как это произошло. А летчику по фамилии Калиберный повезло: он остался в живых и поведал о случившемся. Причиной оказалось набухание лопастей во время оттепели, из-за чего их центровка смещалась назад.

Вскоре и на Ка-15 появилась причина перемещения центровки лопастей назад — на этот раз в результате ремонта. Чинили лопасти заделывая небольшие трещины в районе триммеров, отгибаемых при регулировке несущих винтов. Триммеры решили прошить нитками "маккей". Но военным это показалось несолидным, и нитки заменили проволокой. Мастера перестарались, добиваясь товарного вида, и положили слишком много шпаклевки — центровка сместилась назад. После таких ремонтов на Ка-15 стали происходить непонятные летные происшествия. При их расследовании подозрение пало на флаттер. Но в ОКБ все машины после ремонта лопастей проверялись по специальной методике. На земле при максимальных оборотах летчик несколько раз отклонял ручку, провоцируя флаттер. Если при этом конус лопастей "не размывался" и фыркающие звуки отсутствовали, то машина считалась пригодной. В полете обороты всегда меньше максимальных. А по результатам, полученным в ЦАГИ, считалось, что если флаттера нет на висении, то его не будет и на скорости.

После починки лопастей нужно было вводить в строй машины в разных местах страны, и Николай Ильич разослал нас по гарнизонам. Мне достался Севастополь, где я уже бывал с лекциями. В конце лета 1958 г. дело у нас двигалось медленно, а необходимо было на всех вертолетах сначала выполнить наземную проверку на флаттер, затем облетать машину и замерить ручным вибрографом амплитуду колебаний в кабине. Летных дней было слишком мало, работа замирала, и я нервничал. Однажды в отсутствии летчика я уговорил инженера части сделать наземную проверку без пилота. Он нехотя согласился, и я сел на правое сиденье. Раскрутив винты и выйдя на максимальные обороты, инженер стал делать "дачи", а я смотрел на концы лопастей и прислушивался. Флаттерных сигналов небыло, но после очередной "дачи" машина влетела в "земной резонанс". Кто видел, тот знает, что это такое. Инженер медлил со сбрасыванием "шаг-газ", пытаясь удержать соскакивающую фуражку. Я же не мог дотянуться до рычага, находящегося слева от кресла пилота. Наконец, "шаг-газ" был сброшен и машина остановилась, вдоволь попрыгав. При осмотре обнаружилась недостаточная затяжка демпферов вертикальных шарниров. Вертолет не пострадал, но мне урок впрок не пошел.

Читайте также  Ми-8П

При облете одной из последних машин летчик А.Н. Воронин обнаружил сильные вибрации в полете на высокой скорости. Однако налейте вибрографа записи были вполне благополучные. Я заявил, что вертолет может быть принят или же полет должен быть повторен. Воронин явно рассердился и придя наследующий день на аэродром, коротко бросил: "Садись". Взяв виброграф, я с удовольствием уселся на правое сиденье. Летели мы без парашютов. Быстро набрав высоту, Воронин начал показывать мне поведение машины, постепенно увеличивая скорость. Сверху аэродром и Херсонес казались очень маленькими, кругом было море. При номинальных оборотах на скорости около 140 км/ч сильно "зафыркало" и конусы обоих винтов "размыло"-это был самый настоящий флаттер. Началась сильнейшая тряска. Мне показалось, что между лопастями верхнего и нижнего винтов остается не более 100 мм. Но почему-то я боялся сказать об этом Воронину. А он совершенно спокойно продолжал демонстрировать "высокую вибрацию". Указывает на приборную доску, скорость — 120 км/ч, и повышает обороты выше номинальных. Машину начинает просто зверски трясти. Я ему жестами объясняю, что все понял и надо спускаться, а он знай себе меняет обороты и скорости. Очевидно, эта демонстрация длилась минуты две-три. Но для меня время тянулось нескончаемо. Наконец мы сели. На вибрографе была запись "от упора до упора". Только на земле я высказал Анатолию Николаевичу свое мнение о том, что он проделал в воздухе. Затем отправил на завод телеграмму с подробным объяснением происшедшего. Почти одновременно со мной в Казахстане М.А. Купфер расследовал аварию с Ка-15, который разбился после "прошивки" триммеров. Столяр, ремонтировавший лопасти, попросил летчика покатать его на вертолете и тот согласился. В полете они попали во флаттер и лопасти схлестнулись. К счастью, машина опустилась на оставшихся обрубках и жертв не было. С тех пор в методику проверки на флаттер внесли существенное изменение. Требовалось обеспечить нормируемый запас по эффективной центровке лопастей. Так, эффективная центровка должны быть на 1 % более "передней" чем та, при которой на максимальных оборотах отсутствуют флаттерные сигналы. Обеспечение достаточного запаса по флаттеру оказалось необходимым не только для безопасности полетов, но и для снижения уровня вибраций. Отрегулировать вертолет стало значительно проще.

Полученные при испытаниях летно-технические характеристики Ка-15 оказались выше проектных. Машина перевозила коммерческий груз в 210 кг при взлетном весе 1410 кг и мощности двигателя 280 л.с. В то же время Ми-1 брал 255 кг при весе 2470 кг и мощности 575 л.с. Характеристики управляемости, свойственные соосному вертолету, и компактность машины позволяли выполнять взлеты и посадки с весьма ограниченных площадок.

После запуска Ка-15 в серию ОКБ продолжило работы над повышением ресурса и расширением областей применения вертолета. На заводе были созданы многочисленные стенды для испытаний в условиях динамических нагрузок узлов и элементов конструкций, проводились длительные ресурсные испытания, комплекс специальных летных испытаний (в том числе посадки на авторотации без пробега с включением двигателя на высоте 300 м). Выполнялись посадки на поплавковом шасси на воду, также и на авторотации. Летчики Д.К. Ефремов и Т.В. Русиян в 1957 г. провели очень с ложные и небезопасные исследования "вихревого кольца", установив четкие границы попадания в этот режим и методы выхода из него.

В 1957г. создали учебный вертолет УКа-15 с двойным управлением, дополнительными пилотажными приборами и шторками для обучения "слепому" полету. Разработали различные варианты народнохозяйственного многоцелевого вертолета Ка-15М. Его оборудовали аппаратурой для химической обработки растений, контейнерами для почты и мелких грузов, гондолами для перевозки больных, а также поплавковыми шасси.
 

Copyright © 2019. Вертопедия — свободная энциклопедия вертолетов. Все права защищены. Запрещено использование материалов сайта без согласия его авторов и обратной ссылки

Политика конфиденциальности