Проектирование самого грузоподъемного вертолета

 

В течение 1952–1954 годов ОКБ М. Л. Миля занимается работами, связанными с доводкой и развитием вертолетов Ми-1 и Ми-4. Но одновременно главный конструктор работает над перспективами дальнейшего развития отечественного вертолетостроения. В общих видах уже появляются предварительные компоновки — прообразы нового вертолета Ми-6.

Какой должна быть эта машина? Какой комплекс данных прежде всего и быстрее всего нужен военным заказчикам и какой позволяет получить достигнутый уровень техники? Следует ли идти по пути совершенствования и достижения более высоких данных у вертолетов класса Ми-1 или Ми-4 или же нужно строить еще более тяжелую машину?

Логика развития концепции десантирования войск приводила главного конструктора к выводу, что армия должна будет стремиться к полной независимости от дорог. Поэтому ответ на вопрос о размерности нового вертолета нужно искать в размерном ряду наземных транспортных средств, которыми пользуются войска и которые необходимо перебрасывать по воздуху. Поскольку обычное вооружение того времени, главным образом артиллерийское, перевозимое тягачами, по весу близко к весу самих тягачей, то размеры грузовой кабины и десантная нагрузка вновь проектируемого вертолета должны были определяться габаритами и весовой категорией самоходной установки, стоящей в размерном ряду наземных транспортных средств следующей по весу.

Следующими же после перевозимых вертолетами Ми-4 и Як-24 были тягачи весом около 6 т (АТЛ, ДТП, грузовой автомобиль ЗИС-151 и др.).

Среди множества важнейших анализируемых проблем главными были проблемы выбора силовой установки и параметров несущего винта.

В это время уже появляются турбовинтовые двигатели, вначале для военных, а затем и для пассажирских самолетов. Но ни одного отечественного двигателя со свободной турбиной, как это нужно для вертолета, еще нет. В этих условиях наиболее рациональным признается путь не создания совершенно нового двигателя для вертолета, а использования газодинамической части уже проверенного двигателя. Главный конструктор П. А. Соловьев берется выполнить эту работу на основе турбовинтового двигателя Н. Д. Кузнецова ТВ-2 мощностью 5500 л.с.

Несущий винт для вертолета столь большой грузоподъемности можно было создать только путем существенного увеличения его заполнения и соответственно нагрузки на ометаемую винтом площадь. В противном случае его диаметр чрезвычайно увеличивался. Было решено создавать пятилопастный несущий винт. В то время ни пятилопастных, ни шестилопастных несущих винтов в эксплуатации в мировой практике еще не было. (Вертолет S-56 с пятилопастным несущим винтом совершил первый полет только в конце 1953 года.) Предполагалось резко увеличить нагрузку на ометаемую площадь: с 20 кг/м у Ми-4 до почти 40 кг/м у нового вертолета. С такой нагрузкой тогда еще не было опыта применения вертолетов, и, естественно, возникали опасения, можно ли будет эксплуатировать вертолет, винт которого будет отбрасывать воздух со скоростью почти в 1,5 раза большей, чем на известных вертолетах.

Очень сильно приходилось увеличивать и хорду лопасти, что вызывало опасность резкого увеличения шарнирных моментов.

Учитывая все эти трудности, главный конструктор принял решение о создании небывалого в мировой практике пятилопастного несущего винта диаметром 35 м. Еще больше уменьшить диаметр винта было уже невозможно.

Вертолет уже эксплуатировался, однако находились критики, которые, опираясь на современные, часто довольно отвлеченные теоретические исследования, утверждали, что нужно было делать вертолет с большей энерговооруженностью, а его винт более многолопастным (восьми- или десятилопастным), при этом не учитывая, что создание втулки и системы управления для такого винта в то время являлось проблемой. Большую же энерговооруженность обеспечить было невозможно, так как просто не было подходящих двигателей большей мощности.

Опираясь не на абстрактные теоретические выкладки, а учитывая реальные возможности осуществления конструкции, рассмотренные уже с позиции сегодняшнего дня, представляется несомненным, что параметры несущего винта вертолета Ми-6 выбраны были М. Л. Милем совершенно правильно.

С этой разработкой М. Л. Миль выступает уже в конце 1953 года. Проект принимается, и 11 июня 1954 года. ОКБ дается задание на разработку нового тяжелого десантно-транспортного вертолета Ми-6 с турбинными двигателями П. А. Соловьева.

Одновременно ОКБ Н. И. Камова дается задание построить винтокрыл Ка-22 с теми же двигателями, предназначенный для применения примерно в тех же условиях.

Уже в самом начале проектирования перед конструкторским бюро М. Л. Миля встало множество трудных проблем, и на первом месте среди них — создание большого несущего винта диаметром 35 м и главного редуктора, который должен передавать необычно высокую для вертолетостроения того времени мощность 11000 л.с. с крутящим моментом на выходе до 60 000 кгм (главный редуктор вертолета S-56 был рассчитан на передачу мощности 4000 л.с.).

В процессе проектирования все эти проблемы были успешно разрешены.

В ОКБ П. А. Соловьева было предложено применить двухступенчатый дифференциальный планетарный редуктор. Это предложение было принято, и впервые в вертолетной практике был создан такой редуктор. Рабочее проектирование, изготовление и все доводочные работы были выполнены в ОКБ П. А. Соловьева под руководством Г. П. Калашникова.

Наиболее острой была проблема создания лопастей несущего винта.

М. Л. Милем была предложена принципиально новая конструкция лопастей, состоящая из стального лонжерона с отдельными секциями каркаса, крепящимися к лонжерону только в одной средней точке и поэтому не участвующими в общем изгибе лопасти. Это освобождало каркас от значительных переменных нагрузок и позволяло применить для него обычную самолетную конструкцию с заклепочными соединениями. Эта конструкция явилась дальнейшим развитием идеи М. Л. Миля, примененной еще при создании первой опытной цельнометаллической лопасти Ми-4, в которой освободить каркас от нагрузок при изгибе лопасти так и не удалось.

Быстро освоить производство лонжерона лопасти из одной трубы в то время металлургическая промышленность не могла, и было решено сделать его из трех состыкованных труб. О применении заклепочных стыков не могло быть и речи. Их прочность была явно недостаточной. Решение было найдено после того, как А. Э. Малаховским были предложены фланцевые стыки с предварительной затяжкой через упругую гайку.

После анализа данных многих профилей для концевой части лопасти был принят профиль ЦАГИ, предложенный Я. М. Серебрийским.

Было очевидно, что при высоких относительных скоростях полета вертолета и больших окружных скоростях вращения лопасти применявшаяся ранее для расчетов теория Глауэрта — Локка дает большую ошибку. Поэтому нужно было создать фактически новые методы расчета и получить достаточно надежные экспериментальные данные. Для этого в ЦАГИ на натурной вертолетной установке НГУ М. К. Сперанским были проведены испытания модели несущего винта Ми-6 диаметром 12,5 м.

При расчетах летных данных вертолета Ми-6 с комбинированной несущей системой использовались уже новые методы аэродинамического расчета, разработанные в ОКБ М. Л. Милем и А. С. Браверманом. На базе этих работ в основном были выполнены заданные вертолету Ми-6 летные данные.

Значительные трудности были преодолены при проектировании втулки несущего винта и автомата перекоса.

Впервые на втулке Ми-6 были применены гидравлические демпферы.

Удалось удачно решить конструкцию основных узлов этих уникальных по размерам агрегатов, воспринимающих в полете большие нагрузки и работающих в условиях повышенных деформаций. Этому способствовали новые конструктивные решения (применение в осевых шарнирах упорных подшипников с «повернутыми» бомбинированными роликами, разработка быстродействующих центробежных ограничителей свеса, размещенных внутри узлов вертикальных шарниров, подбор жесткостных характеристик элементов, влияющих на распределение нагрузки по длине игольчатых роликов многорядных подшипников горизонтальных и вертикальных шарниров), а также новые уточненные методы расчета подшипниковых узлов, разработанные М. А. Лейкандом.

Весной 1957 года из цеха выкатили первый вертолет Ми-8 (заводское обозначение В-6). Постройкой вертолета руководил ведущий конструктор М. Н. Пивоваров.

Ведущим инженером по летным испытаниям стал Д. Т. Мацицкий. Заместителем главного конструктора по вертолету Ми-6 был Н. Г. Русанович.

В июне того же года вертолет Ми-6 совершил свой первый полет. Летные испытания вертолета начались с измерений напряжений в наиболее ответственных узлах, и прежде всего в лопастях несущего винта. Вначале напряжения на лонжероне оказались очень большими, но путем различных доработок лопасти (установка грузов, введение ступенчатой аэродинамической крутки лопасти и, наконец, изменение конфигурации и толщин стенок труб лонжерона) удалось довести их до приемлемых величин.

30 октября 1957 года на вертолете Ми-6 во время испытательного полета был установлен первый мировой рекорд. Груз в 12 тонн поднят на высоту 2432 метра. Это в два раза больше того, что смогли показать американцы на своем самом большом в то время вертолете Сикорского S-56. Позже (в сентябре 1962 г.) на вертолете Ми-8 был поднят еще больший груз — 20,1 тонна на высоту 2738 метров.

Зарубежная авиационная пресса воспринимает сообщение о первом рекорде Ми-6 как сенсацию.

В журнале «Ньюслеттер» Американского вертолетного общества появляется статья западного специалиста в области винтокрылых аппаратов Л. Р. Лукасена, который, сопоставляя достижения в области вертолетостроения западных стран и Советского Союза, констатирует, что «новый русский гигант Ми-6 может поднять любой самый большой западный вертолет с полной нагрузкой». Он высказал мнение, что русские в области создания тяжелых вертолетов на много лет опередили Запад. В течение 12 лет вертолет Ми-6 носит титул самого большого вертолета мира, который он уступил только в 1969 году своему же собрату, вертолету В-12, а в 1977 году — Ми-26.

По результатам заводских испытаний проводятся необходимые доработки вертолета. Вместо двигателя ТВ-2В, с которым проходили испытания опытные вертолеты, ОКБ П. А. Соловьева создает новый двигатель Д-25В с той же мощностью, но построенный на основе второго каскада внутреннего контура самолетного газотурбинного двигателя Д-20П. Двигатель Д-25В имел меньшую длину и примерно на 350 кг меньший вес, но несколько больший расход топлива.

В июле 1959 года начались совместные испытания вертолета Государственным комитетом авиационной техники и ВВС. В октябре закончился их первый этап — этап главного конструктора. По рекомендации заказчика вертолет Ми-6 так же, как в свое время вертолет Ми-4, до окончания государственных испытаний в конце 1959 г. запускается в серийное производство. Для этого был выделен Ростовский завод. Началось серийное производство вертолетов и их эксплуатация в частях ВВС. Одновременно продолжаются государственные испытания. Эти испытания оканчиваются только в 1963 году, и вертолет принимается на вооружение.

Параллельно с испытаниями вертолета Ми-6 и его серийным производством продолжаются доводки вертолета.

В процессе этих работ лопастям несущего винта трапециевидной формы в плане с лонжероном, состыкованным из нескольких труб, пришли на смену лопасти прямоугольной формы с лонжероном из одной цельной трубы переменного сечения и с переменной толщиной стенки. Постоянно совершенствуется технология изготовления этой трубы, главным образом в направлении увеличения ее динамической прочности. Вводится механический наклеп ее наружной поверхности и дробеструйный наклеп внутренней поверхности. Совершенствуются средства контроля, улучшаются антикоррозионные покрытия. В результате создается конструкция лонжерона, не требующая ограничений по ресурсу. В конструкцию хвостовых частей отсеков каркаса был введен сотовый заполнитель. Все это привело к повышению динамической прочности лопасти, к улучшению ее аэродинамических характеристик. Ресурс с 50 часов в 1957 году был повышен до 700 часов в 1968-м. Продолжает совершенствоваться конструкция каркаса лопасти и его крепления к лонжерону. Новой опытной конструкции лопасти после налета в эксплуатации около 1000 часов ресурс продлен до 1200 часов.

Вертолет Ми-6 сначала летал без автопилота, затем на нем был установлен автопилот АП-31, а позднее более совершенный АП-34. Применение автопилота и установка дополнительного, по сравнению с Ми-4, навигационного оборудования (гирополукомпас ГПК-52, астрокомпас, маркерный приемник и др.), введение в состав экипажа штурмана и применение электрической антиобледенительной системы для входов в двигатели, а также для лопастей несущего винта (на лопастях Ми-4 была применена спиртовая система) — все это позволило использовать вертолет Ми-6 в ночных полетах и практически в любую погоду. По сути дела, Ми-6 стал практически всепогодным вертолетом.

Основной вариант вертолета Ми-6 — десантно-транспортный. С помощью машин этого типа решаются задачи по перевозке тяжелой военной техники весом до 12 тонн внутри фюзеляжа и до 8 тонн на наружной подвеске.

Максимальная скорость вертолета 300 км/час. Ми-6 стал первым вертолетом, крейсерская скорость которого 250 км/час превосходит или равна экономической крейсерской скорости самолетов местных линий (Ли-2, Ил-12, Ил-14). Максимальная дальность с дополнительными баками 1450 км. На дальность 620 км (с полной заправкой основных баков) вертолет может перевозить 6 т с нормальным взлетным весом (40,5 т) и 8 т с перегрузочным (42,5 т).

С 1964 года началось интенсивное применение этого вертолета в народном хозяйстве. В распоряжение гражданского воздушного флота авиационная промышленность поставила несколько десятков машин. Успешная работа вертолетов Ми-6 широко освещается печатью. Они используются для транспортировки буровых установок и других тяжелых грузов в труднодоступные районы, а также в качестве летающих кранов для монтажа различных сооружений. Применение этих машин дало возможность резко сократить сроки многих работ, а также получить значительный экономический эффект. Наибольший экономический эффект дало применение вертолетов Ми-6 нефтяных районах страны. Выполнение ряда чрезвычайно важных работ стало вообще возможным только благодаря вертолетам Ми-6. По словам бывшего председателя Госплана СССР Байбакова, освоение газоносных и нефтеносных районов страны было ускорено на 15 лет благодаря использованию вертолетов МИ.

Вертолет Ми-6 получил мировое признание. Его рассматривают как веху в развитии вертолетостроения. Значение создания этой машины не исчерпывается его большой грузоподъемностью и размерами. Ми-6 — первый вертолет в мире, перешагнувший рубеж скорости 320 км/ч, рубеж, который, как считалось одно время, никогда не будет перейден аппаратами этого типа. Его компоновочная схема стала классической.

Серийное производство вертолета было развернуто на заводе им. Хруничева в Москве (с 1960-го по 1962 год было построено 50 машин) и на Ростовском вертолетном заводе (с 1960-го по 1980 год было построено 874 машины). Всего произведено 924 вертолета различных модификаций, 60 из которых было продано за рубеж. В 1980 году Ми-6 перестали выпускать, а в 2002 году он снят с эксплуатации в России.

Транспортный вертолет рассчитан на перевозку 65 чел. Однако в практической эксплуатации были случаи, когда пришлось перевозить до 150 человек за полет. В санитарном варианте, в который может быть быстро переоборудована транспортная машина, перевозятся 41 больной на носилках и сопровождающие медицинские работники.

С апреля 1959 года по сентябрь 1964 года на вертолетах Ми-6 серийного производства устанавливаются, помимо упомянутых выше, еще 12 мировых рекордов, официально утвержденных ФАИ. Среди них рекорды максимальной скорости: 340 км/час на базе 100 км; 315,6 км/час на базе 500 км; 300,6 км/час на базе 1000 км с грузом 2 тонны и 284,3 км/час с грузом 5 тонн и рекорды максимальной высоты 5584 м с грузом 5 тонн и 4885 м с грузом 10 тонн. После того, как 21 сентября 1961 года на базе 15–25 км на вертолете Ми-6 был установлен мировой рекорд максимальной скорости 320 км/час, конструкторскому бюро М. Л. Миля был присужден Международный приз имени Игоря Сикорского как признание выдающегося достижения в развитии вертолетостроительного искусства.

В 1964 году начинаются поставки вертолетов Ми-6 за рубеж. Первые партии машин этого типа были поставлены в Индонезию и в ОАР, позже в Пакистан и во Вьетнам.

Через год вертолет Ми-6 впервые демонстрируется на авиационной выставке в Париже. Один из западных авиационных журналов «Интеравиа», оценивая успех советского вертолетостроения, выступил в то время с констатацией факта, что при создании вертолета Ми-6 (и Ми-10) «были решены такие инженерные проблемы, к которым до сих пор не осмеливаются приблизиться конструкторы западных фирм». Напомним, что это писалось спустя 8 лет после первого полета Ми-6.