История конструкций самолетов в СССР 1938-1950 гг.

ЦАГИ 1-ЭА - одновинтовой двухдвигательный одноместный вертолет, в котором реактивный момент уравновешивался при помощи четырех рулевых винтов. Двигатели М-2 по 120 л.с. были выбраны исходя из тех соображений, что для их охлаждения на режиме висения в воздухе не требовалось никаких приспособлений.

Первый экспериментальный аппарат 1-ЭА был выпущен Заводом опытных конструкций (ЗОК) ЦАГИ в августе 1930 г. Двигатели были установлены носками внутрь фюзеляжа и передавали мощность главному редуктору через муфты свободного хода, предусмотренные на случай авторотирующего безмоторного спуска. В главном редукторе две ведущие конические шестерни приводили во вращение ведомую шестерню, на одном валу с которой находилась центральная шестерня планетарной передачи. Обойма ее сателлитов была состыкована с валом несущего винта. Передаточное число главного редуктора составляло 1:7,84, т. е. при 1200 об/мин двигателей несущий винт делал 153 об/мин. Несущий винт - четырехлопастный, диаметром 11 м. Лопасти жестко крепились к втулке винта. Для разгрузки от изгибающих моментов в полете лопасти имели начальный угол конусности 5°. Лопасти были с двумя опорами: первая опора была на втулке винта, а вторая - вынесена вверх на сварном кабане. В первом варианте вертолета лопасти были цельнометаллические. Однако из-за производственных искажений позже был изготовлен новый комплект лопастей смешанной конструкции: лонжероны - дуралюминовые клепаные, нервюры и стрингеры - деревянные, обшивка - фанера, обтянутая полотном. Четыре рулевых винта попарно были установлены на носу и в хвосте аппарата. Для их вращения на главном редукторе были установлены две конические шестерни, хвостовики которых при помощи упругих муфт были связаны с длинными валами рулевых винтов. На носу и на хвосте находились редукторы, на ведомых валах которых стояли рулевые винты, скорость их вращения - 1350 об/мин. Диаметр рулевых винтов - 1,8 м, они имели изменяемый в полете шаг. Механизм изменения шага был связан тросами с педалями летчика.

Фюзеляж - ферменной конструкции, сварной из труб мягкой стали марки М - для удобства обслуживания не имел обшивки. Прямоугольное сечение с проволочными расчалками носовой и хвостовой ферм в первоначальной конструкции позже было заменено трехгранным без расчалок (из-за крутильных колебаний).

Шасси имело значительный - до 0,5 м - ход резиновой шнуровой амортизации и колею 2,5 м. Третьей опорной точкой был вначале костыль, замененный потом хвостовым колесом из-за опасности поломки при заднем ходе на земле.

Запуск двигателей производился сжатым воздухом. Одновременно начинал вращаться и несущий винт, так как муфт включения не было. Этот способ запуска при наличии жесткого винта никаких повреждений не вызывал.

Исследовательские полеты вертолета проводились с 1930 по 1934 г. Полетов было много. В 1932 г. была достигнута высота 100 м при продолжительности полета 12 мин.

В полете 14 августа 1932 г. А. М. Черемухин достиг высоты 605 м (вовсе не предел). Этот результат был рекордным. Официальный мировой рекорд высоты полета, принадлежавший с 1928 г. итальянскому вертолету "Асканио", был всего 18 м.

Даже зарегистрированный в 1936 г. мировой рекорд высоты полета вертолета "Бреге-Доран" 190 м был намного ниже результата, достигнутого вертолетом 1-ЭА, не зарегистрированного ФАИ (Международной авиационной федерацией). В то время СССР еще не входил в ФАИ. К тому же мы об этом полете ничего не сообщали.

В процессе летных испытаний был выяснен основной недостаток, присущий схеме с жестким креплением винта,- недостаточная устойчивость машины. Только при наличии хорошей системы управления и в значительной мере благодаря искусству А. М. Черемухина можно было систематически и регулярно проводить полеты на вертолете 1-ЭА.

ЦАГИ 3-ЭА. Это был второй вертолет - модифицированный экземпляр 1-ЭА, построенный в 1933 г. Он имел некоторые конструктивные особенности, почему и получил самостоятельное обозначение. Аппарат прошел наземные испытания с подъемом на привязи, но в полете не испытывался. Он послужил основой для нового вертолета ЦАГИ 5-ЭА.


Аппарат 1-ЭА/3-ЭА
Год выпуска 1930/1933
Автор или руководитель работы Б. Н. Юрьев, А. М. Черемухин/А. М. Черемухин
Количество двигателей 2/2
Двигатель, марка М-2/М-2
Мощность, л. с. 120/120
Несущий винт
   Количество лопастей 4/4
   Диаметр, м 11,0/11
   Частота вращения, об/мин 153/153
   Коэффициент заполнения 0,115/?
Масса пустого, кг 982/982
Масса топлива+ масла, кг 70+13/70+13
Масса нагрузки, кг 163/163
Полетная масса, кг 1145/1145
Удельная нагрузка на ометаемую площадь,кг/м2 12,0/12,0
Удельная нагрузка на мощность, кг/л.с. 4,76/6,76
Массовая отдача,% 14,2/14,2
Максимальная скорость у земли, км/ч 30/?
Минимальная скорость, км/ч 0/?
Потолок практический(статический), м 605/?
Разбег, м 0/0
Пробег, м 0/0



ЦАГИ 5-ЭА был закончен постройкой в 1933 г. Конструкция его мало отличалась от предыдущих, но несущий винт и управление были принципиально новыми. Несущий винт, предложенный И. П. Братухиным, представлял собой комбинацию двух трехлопастных винтов диаметрами 12 и 7,8 м. Три большие лопасти образовывали несущий винт, а три малые лопасти, закрепленные на втулке между большими лопастями, составляли управляющий винт.

Для повышения устойчивости аппарата лопасти несущего винта крепились к втулке при помощи горизонтальных шарниров, к которым вскоре добавили и вертикальные шарниры, а вместе с ними и фрикционные демпферы колебаний. Одновременно были поставлены упругие резиновые ограничители колебаний лопастей относительно этих шарниров для смягчения ударов при запуске двигателей, так как муфты сцепления не было.

Малые лопасти винта, предназначенные для управления, были связаны с автоматом перекоса. Большие лопасти могли менять в полете лишь общий шаг.

За 1933-1935 гг. на вертолете было выполнено много исследовательских полетов главным образом с целью изучения поведения несущего винта, что позволило спроектировать новый, более мощный аппарат.


********

РАБОТЫ А. Г. ИОСИФЬЯНА ПО ПРИВЯЗНОМУ ЭЛЕКТРОВЕРТОЛЕТУ

Андроник Гевондович Иосифьян, инженер-электрик, потом академик, на протяжении более двух десятков лет занимался проблемой "электрогеликоптера"- вертолета, приводимого в движение электродвигателями от источника тока, находящегося на земле или же на самом аппарате.

Были разработаны очень легкие электродвигатели (0,18 кг/кВт или около того), которые устанавливались на концах лопастей или же на их носках и приводили роторы во вращение. Консультировали эти работы Б. Н. Юрьев, А. И. Путилов. В постройке принимал участие инженер Б. С. Блинов.

Первые опыты относятся к 1930-1933 гг.- модель вертолета с еще примитивным трехлопастным ротором и минивинтами на лопастях, привязная. Не летала.

В 1933-1935 гг. была построена малая модель соосной схемы (диаметр обоих винтов 1,8 м) с шарнирным креплением лопастей, масса модели - 28 кг, в том числе электродвигателя - 11 кг, трехфазного асинхронного мощностью 0,52 кВт с питанием от обычной электросети напряжением 220 В через гибкий кабель. Были проведены всесторонние испытания, позволившие перейти к более крупной модели той же схемы с диаметром винтов 6 м и с электродвигателем мощностью 25-30 кВт. Но эта модель еще не могла поднять человека.

В начале 1937 г. была закончена постройка модели привязного "геликоплана"- электровертолета с трехлопастным несущим винтом диаметром 11 м. На концах лопастей - электродвигатели мощностью 8 кВт (масса 8,3 кг) с тянущими винтами диаметром 0,4 м (9000 об/мин), полная масса модели с человеком - 320 кг. Крепление лопастей - шарнирное с автоматом перекоса. Число оборотов несущего винта - примерно 75 в минуту.

В мае-июне 1937 г. были проведены испытания, а 8-9 июня- подлеты на высоту до 1 м. При оборотах несущего винта до 45 об/мин установка работала нормально, но при повышении оборотов до 75 об/мин начинались вибрации втулки и резкое дерганье ручки управления.

Из-за перетяжеления модели (против расчетных предложений) двигатели работали с перегрузкой не более 10 мин из-за перегрева. В ходе испытаний произошла поломка при посадке, и широкая программа испытаний не была завершена.

Можно было отметить, что тяга несущего винта при полезной мощности 20 кВт составляла 16 кгс/кВт и соответствовала массе аппарата 320 кг.

В 1940 г. была попытка сконструировать "вертолет-пояс", не давшая результатов.

В 1941 г. была выполнена интересная работа по переделке вертолета ЦАГИ 5-ЭА, заключавшаяся в постановке на нем взамен двух его поршневых двигателей М-2 двух особо облегченных электродвигателей, построенных специально для этой цели, и в частичной переделке главного редуктора. Мощность электродвигателей была 200 л. с. при 2200 об/мин и массе 130 кг каждого. Питание электродвигателей производилось специальной передвижной электростанцией через гибкий бронированный кабель большой длины.

В середине 1941 г. были начаты испытания. Летчик В. А. Карпов выполнил ряд подлетов на высоту нескольких метров и сделал небольшие круги. С началом войны работы по привязному вертолету были прекращены и больше не возобновлялись.


Аппарат 5-ЭА
Год выпуска 1933
Автор или руководитель работы И. П. Братухин
Количество двигателей 2
Двигатель, марка М-2
Мощность, л. с. 120
Несущий винт
   Количество лопастей 3 + 3
   Диаметр, м 12 7,8
   Частота вращения, об/мин 153
Масса пустого, кг 1047
Масса топлива+ масла, кг 70+13
Масса нагрузки, кг 163
Полетная масса, кг 1210
Удельная нагрузка на ометаемую площадь,кг/м2 10,7
Удельная нагрузка на мощность, кг/л.с. 5,04
Массовая отдача,% 13,6
Максимальная скорость у земли, км/ч 20
Потолок практический(статический), м 40
Продолжительность полета, ч 0,7
Разбег, м 0
Пробег, м 0