Ми-4. Десантно-транспортный вертолет

 

В 1951 году коллективу М. Л. Миля правительство поручает новое ответственное задание, от которого отказались другие конструктора. Согласились принять участие в проекте только два конструктора — М. Миль и А. С. Яковлев. Это должен быть 12-местный вертолет, применимый как для гражданских, так и для военных целей.

В начале 50-х годов отставание нашей страны в вертолетостроении от США стало особенно заметным. Американцы очень успешно применяли вертолеты во время военных действий в Корее. Этот факт заставил советское правительство серьезно задуматься. В 1951 году в Кремль вызвали всех ведущих конструкторов — Туполева, Ильюшина, Яковлева, Камова, Братухина и Миля. Их всех пригласили для того, чтобы посоветоваться, как ликвидировать отставание нашей страны в области вертолетостроения.

У М. Л. Миля уже было конкретное предложение, и он выступил на этом совещании, а октябре 1951 года конструкторскому бюро Михаила Леонтьевича поручается создание десантно-транспортной машины, которая должна превзойти лучшую зарубежную машину S-55. Срок на разработку дается всего один год.

Конструктор двигателей Павел Александрович Соловьев, будучи совсем молодым человеком, заместителем главного конструктора А. Д. Швецова, присутствовал на совещании у Берии, посвященном созданию нового вертолета. «Совещание проводилось два дня. На другой день обсуждение пошло горячо. Берия из конструкторов первого поднял Яковлева: «Ну, товарищ Яковлев, вы как относитесь к этой проблеме?» Тот каблуками щелкнул: «С энтузиазмом, Лаврентий Павлович!» — «Садысь, молодец». Потом Миля поднял, а Миль, как интеллигент, начал объяснять: «Вот если, Лаврентий Павлович, такой вертолет заложить, то будет то-то, если такой, то будет то-то». Берия говорит: «Вы что мне здесь лекции читаете популярные по вертолетам. Мне этого не нужно. Скажи, берешься сделать вертолет в указанный срок или не берешься. Если нет, то ведь мы найдем и другого». Миль: «Берусь, Лаврентий Павлович. Сделаю». — «Садысь».

Когда до меня дело дошло, Берия спрашивает: «Ну, молодой конструктор, берешься?» — «Да, мы обсудили с Аркадием Дмитриевичем — беремся. А только насчет срока, мы так просили бы у вас разрешения поступить, что мы не задержим ни на минуту ни одного из наших потребителей, с точки зрения его работ, с началом испытаний на вертолете, на привязи и так далее». Берия: «А как это понимать? Это значит — когда?» Я говорю: «Когда у них будет результат, мы вот как раз к этому времени (мы будем следить) и гарантированно обеспечим». Берия тогда оглянулся на Яковлева: «Ну, как, что вы скажете?». А тот говорит: «Лаврентий Павлович, этой фирме можно поверить, она не врет крупно». — «Ну ладно, садысь». Так я и отговорился от конкретного срока. А то если даже вертолета не будет, а из меня уже за невыполнение этого срока выжмут все соки, всю душу. Когда я Аркадию Дмитриевичу позвонил, он говорит: «Правильно сделал».

Ну и завязалась история с вертолетом Ми-4. Такие жуткие, просто невероятные сроки дали нам на двигатель, чтобы он пошел в серийное производство, — всего год отпустили. За год двигатель нужно сделать, провести испытания, убедиться, что он надежно работает. Вертолет, конечно, планирует, у него есть такая защита, но дело в том, что в одном случае двигатель может так отказать, что и ротор остановится.

Ну и началось. Ведь кроме того, что надо сделать двигатель, надо еще сделать редуктор, который бы приводил во вращение несущий винт, на который насаживается ротор целиком. А кроме того, надо было сделать так, чтобы это все было унифицировано и для вертолета Яковлева продольной схемы. <…> Мы действительно не задержали ни одну из этих фирм: ни Яковлева, ни Миля. Они никаких претензий к нам не имели. Но никто сроков таких не выдержал. Попозже на полгода завершили. Вот это была закалка!

За создание винтомоторной установки для вертолета Ми-4 и Як-24 с поршневым двигателем АШ-82В я получил орден Ленина в июле 1957 года».

Михаил Александрович Захаров вспоминал: «При создании вертолета Ми-4 коллектив работал с большим напряжением, и часто, чтобы не терять времени, мы оставались ночевать в КБ. Выделили даже отдельную комнату, поставили в ней ряд раскладушек.

Еще не было закончено проектирование, а уже было вынесено решение запустить вертолет в серийное производство, не ожидая постройки опытного образца. В связи с этим почти все конструкторское бюро переехало в Саратов.

Там заканчивалось проектирование (выпуск рабочих чертежей), и там же строились первые вертолеты. М.Л. очень часто был на заводе и по-прежнему, с присущей ему талантливостью руководил доводочными работами. Наконец настал ответственный момент, когда первый вертолет выкатили на аэродром для опробования на земле. Запустили мотор, начали вращаться лопасти. Не дойдя еще до полных оборотов, они, к ужасу окружающих, стали изгибаться, как змеи, машину страшно затрясло, казалось, что лопасти вот-вот зацепят хвостовую балку. Все обернулись к Михаилу Леонтьевичу, а он спокойно говорит: «Друзья, это флаттер».

На следующий день из ЦАГИ приехали специалисты и, выслушав его объяснения, стали возражать: «Флаттера на этих оборотах не может быть». За одну ночь мы спроектировали противофлаттерные грузы, на следующий день их изготовили, и через два дня флаттер был покорен. А теория флаттера для лопастей вертолета была разработана только через несколько лет».

М. Захаров писал, что не только его, но и «всех окружающих изумляла его (Миля) потрясающая память. Обычно он подходил почти к каждому конструктору, сидящему за чертежной доской. Всех он знал по имени, знал, кто что делает. Посмотрит чертеж, выслушает объяснение, а потом энергичным жестом снимет пиджак, возьмет карандаш в руки и, тихонько напевая какой-нибудь мотив, сосредоточенно трудится, излагая свои мысли на чертеже.

Его любимая поговорка: «Один мой знакомый говорил», дальше следовало остроумное выражение или сентенция. И всегда удивляло, как все у него получалось просто (все твои муки оставались позади) и как все становилось целесообразным. В нашем лопастном отделе была твердая внутренняя привычка сохранять после его посещения все его наброски и поправки. Наколешь новый лист бумаги и заново все перечертишь. Через несколько дней подойдет он снова и сразу увидит, где есть отклонения от его наброска. Как-то мы вспоминали о том, как начинали проектировать лопасти несущих винтов вертолетов Ми-1 и Ми-4, лонжероны которых были из составных труб, и М.Л. назвал по памяти все размеры и толщины стенок труб: «На Ми-1 у нас были трубы 60 х 2,5; 50 х 2, 40 х 1,5, а на Ми-4: 90 х 5, 70 х 3, 60 х 2». Я прямо ахнул от удивления: ведь все эти годы он нес как главный конструктор колоссальную нагрузку, а помнил размеры употребляемых труб двадцатилетней давности.

С каким терпением он разрабатывал различные варианты конструкции. Часто нам казалось, что уже найдено хорошее решение, но он все-таки неутомимо продолжал поиск. Успокаивался он и принимал окончательное решение, только если видел, что все последующие были хуже. Он как бы создавал оптимальный вариант конструкции. Когда назначили нам нового директора завода, начался настоящий ералаш.

Вместо того чтобы наладить работу по заданной тематике, он набрал всяких посторонних работ. Было построено все торговое оборудование для строящегося Московского центрального детского универмага. Дело было действительно денежное, даже мы, конструкторы, не участвующие в этой работе, получали большие премии.

Надо было видеть, какой мрачный ходил в то время М.Л., ведь надо было претворять в жизнь лозунг: «Рабочий класс надо кормить».

Мы, по существу, были лишены опытного производства. А ведь М.Л. в это время был не только главным конструктором предприятия, но и его руководителем (директор был в его подчинении). Он мог бы сделать много больше, если бы сохранил для дела ту энергию, которую потратил на борьбу с бездарными противниками, которые не понимали, что вертолетная тематика для нас — главное.

У него были удивительно хорошие отношения с рабочими. Он часто с ними советовался. Многих рабочих знал по имени и отчеству. После первого полета Ми-4 решили отметить это знаменательное событие. Купили вина, приготовили ужин. Вскоре за столом наступило неподдельное веселье. Миша всегда был душой общества — остроумный, веселый, находчивый. В этот вечер он всех удивил импровизацией. Начал петь остроумные куплеты по поводу наших мытарств, побед и поражений.

Присутствующие пытались подражать, но ни у кого не получалось так хорошо, как у него.

В командировках в Ростове после трудного рабочего дня вечером иногда выходили компанией на берег Дона, вели разные разговоры, а Миль часами мог декламировать стихи, особенно любил лирические стихотворения Маяковского. Живопись в его жизни занимала немалое место. Им было нарисовано много картин (портреты дочерей, пейзажи, натюрморты). Он неоднократно выставлял свои картины. В клубе завода не раз устраивались выставки».

В конце 1952 года в СССР появились в эксплуатации десантно-транспортные вертолеты Ми-4 серийного производства, превосходившие по грузоподъемности американские вертолеты. С полетным весом 7200–7800 кг и максимальной грузоподъемностью 1600 кг, высотным двигателем конструкции А. Д. Швецова ALLI-82В мощностью 1700 л.с., диаметром винта 21 м, оборудованием для слепых и ночных полетов, противообледенительной системой лопастей несущего винта, гидробустерами в системе управления, грузовой кабиной, рассчитанной на перевозку 16 десантников или автомашины типа ГАЗ-69, вертолеты Ми-4 не имели себе равных.

Лишь спустя полтора года после того, как первый раз в воздух поднялся вертолет Ми-4 серийного производства, совершил первый полет большой американский вертолет Сикорского S-58, который по своим характеристикам наиболее близко приближается к вертолету Ми-4.

Из основных проблем, которые встали перед главным конструктором в начале работ над Ми-4, следует отметить задачу выбора оптимальной компоновочной схемы. Выбор возможной компоновки десантно-транспортного вертолета на основе поршневого двигателя, имеющего при требуемой мощности очень большие габариты и достаточно тяжелого, был весьма ограничен. Использование схемы расположения двигателя под редуктором, примененной на вертолете Ми-1, не оставляло места для грузовой кабины. Расположение двигателя над грузовой кабиной непомерно увеличило бы высоту вертолета. Поэтому практически возможны были только два варианта компоновки: расположение двигателя в носу вертолета с наклоном его оси и создание двухдвигательного вертолета с боковым расположением двигателей, как это было сделано позднее на вертолете S-56. Поскольку для вертолета Ми-4 была выбрана однодвигательная силовая установка, М. Л. Миль останавливается на первом варианте. По такой же схеме был создан и вертолет Сикорского S-55 (а затем и S-58). Это обстоятельство делает советскую и американскую машины внешне похожими. Но на этом их сходство и ограничивается. Вертолет Ми-4 значительно превосходил по своим характеристикам и транспортным возможностям вертолет S-55. Ми-4 практически ни в чем не уступал, а по многим данным и превосходил свой более поздний американский аналог, вертолет S-58, а также вертолет продольной схемы Пясецкого Н-21Х (эти машины заменили вертолет S-5S в вооруженных силах США).

Отличительной чертой компоновочной схемы вертолета Ми-4 явилось наличие сзади специального люка и трапа, позволяющих погрузить внутрь фюзеляжа автомашину, артиллерийское орудие (калибра 76 мм), минометы и другую технику. Все вертолеты, создаваемые на Западе вплоть до 1960 г., перевозку подобных грузов могли производить только на внешней подвеске со снижением летных характеристик. Как известно, в настоящее время такое компоновочное решение, впервые примененное для транспортного вертолета М. Л. Милем в 1951 году, является общепринятым.

Другой особенностью компоновочной схемы советской машины является гондола с крупнокалиберным пулеметом, устанавливаемая под фюзеляжем в военном варианте. Ми-4 стал первым вертолетом, на котором установка оружия была предусмотрена при его проектировании.

Помимо выбора основных параметров и принципиальных схем конструкций, М. Л. Миль руководил конкретным проектированием всех основных агрегатов вертолета.

Вертолет Ми-4 разрабатывался на основе опыта, приобретенного при эксплуатации Ми-1. Это позволило сделать значительный шаг вперед в совершенствовании конструкции его агрегатов.

Ряд принципиальных изменений был внесен в конструкцию втулки несущего винта и автомата перекоса.

Горизонтальные шарниры втулки были повернуты относительно радиального направления и расположены так, чтобы нагрузки на их подшипники на наиболее тяжелых по потребной мощности и продолжительности режимах полета оказывались практически одинаковыми.

На тяжелом вертолете S-56 закатка техники в кабину осуществлялась через загрузочный люк в передней части фюзеляжа. Из-за недостатков такой компоновки она не получила распространения.

Все шарниры были снабжены надежными резиновыми уплотнениями.

Выброшен, как ненужный, карданный механизм в цепи управления углом установки лопасти.

Осевой шарнир был скомпонован таким образом, чтобы лопасть крепилась к его наружному корпусу с глухим днищем.

При вращении винта центробежная сила стала прижимать масло к глухому днищу, не продавливая его через уплотнения, которые в этой конструкции располагались с другого конца. Это резко снизило возможность выброса смазки из узла осевого шарнира в полете и позволило применять в нем жидкие масла, благодаря чему существенно увеличилась долговечность упорных подшипников, воспринимающих центробежные силы лопастей.

Для уменьшения свеса лопастей в конструкцию втулки были введены специальные центробежные ограничители.

Демпферы оставались фрикционными, но была проведена значительная работа по повышению стабильности их моментов трения.

Автомат перекоса был существенно упрощен по сравнению с автоматом перекоса вертолета Ми-1. Из его конструкции, в связи с переходом на бустер-ное управление, были исключены кривошипные механизмы, а впоследствии и инерционные демпферы.

Втулка и автомат перекоса вертолета Ми-4 без каких-либо существенных изменений были применены и на вертолетах Як-24.

Новая компоновка втулки, разработанная А. Э. Малаховским и М. А. Лейкандом, хорошо зарекомендовала себя в эксплуатации и послужила основой для проектирования втулок последующих вертолетов.

Дальнейшее развитие конструкций втулки несущего винта и автомата перекоса шло по пути повышения работоспособности подшипниковых узлов и увеличения усталостной прочности основных деталей.

Принципиальная схема и эскизная компоновка главного редуктора были выполнены инженерами А. К. Котиковым и В. Т. Корецким. Рабочее проектирование и постройку опытных образцов осуществило ОКБ А. Д. Швецова. Этот редуктор, получивший обозначение Р-5, был создан по трехступенчатой схеме, причем для первой ступени впервые в отечественной авиационной промышленности была применена пара конических шестерен со спиральным зубом. Вторая и третья ступени были выполнены в виде двухступенчатого планетарного редуктора.

Это был первый отечественный авиационный редуктор, рассчитанный на столь большой выходной крутящий момент, превышающий 6000 кгм.

Длительная эксплуатация вертолета подтвердила высокую надежность редуктора Р-5, и поэтому в его конструкцию не было внесено сколько-нибудь существенных изменений.

С введением незначительных изменений, связанных с компоновкой вертолета, этот редуктор был применен и на вертолете Як-24.

Ми-4 стал первым вертолетом, в систему управления которого были включены гидробустеры. У нас в стране это был первый летательный аппарат с полностью необратимым бустерным управлением (на первых экземплярах управление было частично обратимым). Проектированием системы управления занимался И. С. Дмитриев.

На вертолете Ми-4 была применена полумонококовая конструкция фюзеляжа, а не ферменная, как на Ми-1. Проектировал фюзеляж М. П. Андриашев.

Первые опытные вертолеты были построены в Москве и почти одновременно на серийном заводе в Саратове. Ведущим конструктором по проектированию и постройке вертолета был М. Н. Пивоваров.

После заводских летных испытаний, выполненных по полной программе, согласованной с ВВС, и трехсотчасовых наземных ресурсных испытаний машина была предъявлена на государственные испытания. Ведущим инженером полетным испытаниям был Г. В. Ремезов.

Государственные испытания показали, что вертолет по своим летно-техническим данным соответствует заданию.

В процессе этих испытаний были выявлены дефекты: недостаточная прочность каркаса лопастей, разъединение валов хвостовой трансмиссии, выработка текстолитовых втулок горизонтальных шарниров хвостового винта (была попытка использовать скользящие пары в этих шарнирах), недостаточный диапазон отклонения автомата перекоса для продольного управления, малый зазор между хвостовой балкой и концами лопастей несущего винта.

Государственная комиссия считала необходимым для более полной проверки надежности основных агрегатов вертолета провести испытания на полную выработку установленного ресурса (150 час.). Такие испытания после устранения выявленных дефектов были проведены с 6 по 24 декабря 1952 года. (Дефекты были ликвидированы в течение 1–1,5 месяца: была увеличена площадь склейки нервюр с фанерной обшивкой, улучшена контровка в хвостовой трансмиссии, текстолитовые втулки заменены на игольчатые подшипники, изменено соотношение плеч качалки автомата перекоса, изменены величины углов свеса центробежных ограничителей.) 28 мая 1953 года вертолет Ми-4 прошел контрольные государственные испытания в ГК НИИ ВВС.

Государственные испытания тяжелого вертолета Як-24 продольной схемы, созданного в ОКБ А. С. Яковлева, были закончены в 1955 году.

Быстрое появление в эксплуатации серийных машин было обеспечено параллельной с постройкой опытных образцов работой по внедрению вертолета в серийное производство.

На саратовском заводе была построена крупная серия вертолетов Ми-4. В 1953 году начинает развертываться серийное производство вертолетов Ми-4 в Казани.

Вертолет Як-24 был также запущен в серийное производство вначале в Саратове, а затем в Ленинграде. В конце 50-х годов выпуск вертолетов Як-24 был прекращен.

Одной из самых трудных проблем при доводке вертолета Ми-4 была проблема создания надежных лопастей несущего винта, обладающих достаточным запасом прочности.

Этой проблемой всегда лично занимался сам главный конструктор. Первые образцы по конструкции были аналогичны лопастям смешанной конструкции вертолета Ми-1. Трубчатый стальной лонжерон состыкован из двух труб. С помощью заклепочных соединений к нему крепился каркас из деревянных нервюр, стрингеров и обшивки из фанеры и полотна. Такие лопасти относительно неплохо работали на маленькой машине. Однако полуторное увеличение диаметра несущего винта и примерно тройное увеличение мощности и полетного веса привели к увеличению переменных напряжений в лонжероне, а как следствие и к необходимости увеличения прочности лопастей.

Проблема увеличения динамической прочности лопасти несущего винта Ми-4 долгое время не поддавалась решению. Ресурс долго оставался на уровне 150 часов. Лишь в результате применения ряда мер (повышение чистоты отверстий под заклепки, введение фасок у этих отверстий, введение прессовой клепки) удалось получить надежный 300-часовой ресурс. Попытки повысить ресурс до такого уровня без внедрения всех этих мероприятий привели к тяжелым летным происшествиям. В этих работах большую помощь ОКБ оказали здравый подход и опыт начальника прочностной лаборатории ЦАГИ доктора технических наук И. В. Ананьева.

В 1957 году появляются лопасти с лонжеронами из цельной трубы с дорнованием отверстий в комле, что дало возможность увеличить ресурс до 400 часов. В дальнейшем введение ряда усовершенствований (индукционная закалка, крепление каркаса к лонжерону с помощью клея вместо заклепок, полировка внутренней поверхности трубы и, наконец, введение наклепа наружной поверхности трубы лонжерона) дало возможность увеличить ресурс этих лопастей до 1000 часов.

Параллельно с работами над лопастями смешанной конструкции ведется работа и по созданию цельнометаллических лопастей со стальным трубчатым лонжероном и дюралюминиевым каркасом с разрезной обшивкой. Однако их испытания дают отрицательный результат. Не удается осуществить идею выключения каркаса из работы лопасти на изгиб и обеспечить достаточную усталостную прочность склепанного каркаса. Работа над этими лопастями прекращается. Однако идея такой конструкции М. Л. Милем не была оставлена и в своем развитии была успешно применена позже на вертолете Ми-6.

Вскоре началось проектирование новых лопастей с прессованным лонжероном из алюминиевого сплава. Как уже отмечалось выше, после проработки множества вариантов задача, в конце концов, была решена сначала для Ми-1, а позже и для Ми-4. В 1959–1960 годах лопасти такого типа для вертолета Ми-4 были изготовлены, испытаны и началось их серийное производство. Ресурс лопастей несущего винта с лонжеронами из прессованных профилей удалось довести до 2000–2500 часов.

Такие большие ресурсы лопастей были достигнуты прежде всего за счет применения упрочнения наклепом наружной и внутренней поверхности лонжеронов.

Положительный эффект дала также перекомпоновка лопасти с увеличением постоянных напряжений в комлевой части, где переменные напряжения относительно невысоки, и перемещением зоны с максимальными переменными напряжениями ближе к концу лопасти, где меньше статическая подгрузка.

Новые лопасти сделали вертолет Ми-4 одним из самых надежных вертолетов в мире. Этому, в частности, способствовало и применение на лопастях пневматических сигнализаторов трещин.

Еще в 1954 году А. П. Борщевский, военный инженер одной из частей, эксплуатирующей вертолеты Ми-4, предложил создавать внутри лонжерона лопасти избыточное давление воздуха или другого газа. Специальный прибор должен был сигнализировать о падении давления внутри лонжерона в случае появления усталостной трещины. Использовать в то время эту идею из-за применения заклепочных соединений в трубчатых лонжеронах не представлялось возможным, так как нельзя было обеспечить надежную герметизацию внутренней полости лонжерона. К сожалению, идея была забыта, и такой сигнализатор на лопастях Ми-4 был применен только после того, как его внедрили американцы на своих лопастях с прессованным лонжероном.

Одновременно с работой по повышению ресурса лопастей несущего винта вертолета Ми-4 велась усиленная работа по увеличению ресурса остальных агрегатов вертолета. К 1965 году гарантийный ресурс основных жизненно важных агрегатов был доведен до 1000 часов.