История конструкций самолетов в СССР 1951-1965 гг.

Винтокрыл Ка-22

В начале 1950-х гг. в возглавляемом Н.И. Камовым ОКБ-4 велась проработка различных путей увеличения дальности полета вертолетов. В частности, зародилась концепция нового типа ЛА - винтокрыла, обладающего свойствами вертолета благодаря наличию несущих винтов и свойствами самолета благодаря наличию крыла и тянущих винтов. В поступательном полете по мере увеличения скорости несущие винты разгружались и на больших скоростях подъемная сила на 80...90 % создавалась крылом, а почти вся пропульсивная сила - тянущими винтами. Это должно было обеспечить достижение на винтокрыле гораздо больших, чем на вертолете, скорости и дальности полета, а также увеличить ресурс несущей системы.

Разработка винтокрыла, получившего обозначение Ка-22 (заводское обозначение "изделие А"), началось в конце 1952 г. Она велась параллельно с созданием вертолета Ми-6 в ОКБ М.Л. Миля. На своем винтокрыле камовцы решили применить двухвинтовую поперечную схему и установить двигатели на концах крыла. Такая схема не только обеспечивала аэродинамическую симметрию, но и позволяла органически слить самолет и вертолет, обеспечить компактность силовых установок. Крылья использовались не только как опоры несущих винтов, но и как емкости для топливных баков. Применение двух несущих винтов вместо одного удвоенной ометаемой площади сулило определенные весовые преимущества.

Проектирование винтокрыла сопровождалось теоретическими и экспериментальными исследованиями, разработкой новых методов аэродинамического расчета, определения устойчивости и управляемости, внешних нагрузок и расчетных случаев. Исследования в ЦАГИ механизированной и продувочной моделей Ка-22 позволили подобрать оптимальные параметры и конструкцию несущей системы и других агрегатов. На механической модели впервые была проверена работоспособность лопастей с концевыми скоростями, равными скорости звука.

В 1953 г. предэксизный проект Ка-22 был предъявлен на рассмотрение, и 11 июня 1954 г. последовало постановление Совета Министров о создании винтокрыла. Одновременно конструкторский коллектив Н.И. Камова возвращался в свои довоенные помещения на территории бывшего Ухтомского аэродрома в Подмосковье. Восстановленный завод получил название # 938. Строительство его производственной, конструкторской и опытно-экспериментальной базы сопровождало постройку винтокрыла. Ведущим конструктором по винтокрылу был назначен Ю.С. Брагинский.

Первый экземпляр экспериментального Ка-22 был собран в августе 1958 г. Он представлял собой винтокрыл двухвинтовой поперечной схемы. Каждая из расположенных по концам свободнонесущего консольного крыла винтомоторных групп состояла из одновального турбовинтового двигателя ТВ-2ВК мощностью 5900 л.с. с одноступенчатым планетарным редуктором и муфтой свободного хода, главного двухступенчатого планетарного редуктора несущего винта, четырехлопастного несущего винта диаметром 22,5 м с автоматом перекоса и четырехлопастного цельнометаллического тянущего винта изменяемого шага. Лопасти несущего винта имели деревянную конструкцию со стальным сердечником лонжерона и пенопластовым заполнителем хвостовых отсеков. Первоначально хвостовые отсеки были цельные, но в дальнейшем они были разделены на секции. В процессе испытаний и доводки винтокрыла конструкция лопастей постоянно совершенствовалась с целью снижения напряжений, особенно при полетах с большой скоростью. Лопасти были снабжены противообледенительным устройством и крепились к втулке посредством осевого, горизонтального и вертикального шарниров. Вынос вертикальных шарниров во избежание возникновения автоколебаний типа земной и воздушный резонанс был выбран необычно большим. Направление вращения несущих винтов Ка-22 отличалось от других отечественных винтокрылых машин поперечной схемы. Они вращались таким образом, что отступающие лопасти проходили над фюзеляжем. Автоматы перекоса винтокрыла были моноциклические, т. е. могли отклоняться только в продольной плоскости.

Винтомоторные группы соединялись синхронизирующим трансмиссионным валом, проходящим внутри двухлонжеронного крыла. Крыло имело элероны и закрылки большой площади. На режиме висения закрылки отклонялись на 90#, уменьшая площадь обдуваемой поверхности крыла. Угол установки крыла сначала был 4#, но впоследствии с целью снижения потерь от обдувки его несущими винтами и лобового сопротивления угол установки крыла был увеличен до 9#. Между лонжеронами крыла в корневых частях располагались вместительные топливные баки.

Фюзеляж Ка-22 был цельнометаллической полумонококовой конструкции и состоял из носовой и центральной частей и хвостового оперения. Всю центральную часть занимал вместительный грузовой отсек размерами 17,9x2,4x2,3 м. В нем могли размещаться 50...60 десантников или 45 раненых на носилках, а также различная техника массой 5...6 т. В варианте взлета по-саМолетному, т. е. с разбегом, массу груза предусматривалось увеличивать до 12 т. Колесная техника могла загружаться в грузовой отсек своим ходом через передний грузовой люк по откидным трапам. В качестве створки люка служила носовая часть фюзеляжа с находящейся в ней кабиной штурмана, откидываемая на шарнирах в правую сторону. В кабине штурмана предусматривалась установка крупнокалиберного пулемета ТКБ-481 на турели. Помимо грузового люка доступ в отсек был через две боковые двери по бортам фюзеляжа и аварийный люк, расположенный под хвостовым оперением. В полу грузового отсека находился люк с лебедкой грузоподъемностью 500 кг. Над грузовым люком возвышалась четырехместная кабина экипажа винтокрыла. В ней располагались два летчика, радист и бортинженер. Хвостовое оперение - классического самолетного типа.

Основные опоры трехопорного неубирающегося шасси Ка-22 имели ферменную конструкцию. Его двойные колеса заключались в обтекатели. В аварийной ситуации опоры основного шасси должны были отстреливаться для обеспечения безопасного покидания винтокрыла экипажем. Винтокрыл был оснащен тремя гидравлическими системами: основной, вспомогательной и дублирующей.

Для управления и балансировки винтокрыл был снабжен как вертолетными, так и самолетными органами управления: продольное управление осуществлялось с помощью циклического изменения шага лопастей несущих винтов и самолетного руля высоты, поперечное управление - с помощью дифференциального изменения общего шага несущих винтов и элеронов, а путевое - с помощью дифференциального изменения циклического шага лопастей несущего винта и руля поворота. Кроме того, на винтокрыле была система управления одновременным общим шагом несущих винтов, система управления режимом работы двигателей и гидравлическая автоматическая система управления шагом тянущих винтов, которая обеспечивала в процессе перехода от режима висения к полету с поступательной скоростью автоматическое перераспределение мощности с несущих винтов на тянущие. По мере увеличения скорости полета увеличивалась мощность, передаваемая тянущим винтам, и уменьшалась - к несущим винтам, которые при максимальной скорости переходили на режим, близкий к режиму авторотации. Управление винтокрылом осуществлялось с помощью стандартных рычагов управления: штурвала, рычага общего шага и сектора газа, которые с помощью гибкой (тросовой) проводки управления соединялись с органами управления (как вертолетными, так и самолетными). В дальнейшем проводка системы управления частично была заменена на жесткую.

Проведенные изначально частотные испытания показали необходимость повышения жесткости конструкции крыла, которая была увеличена за счет наклепа дополнительной обшивки на внешней части консолей между лонжеронами. Затем начались испытания на привязи. 17 июня 1959 г. винтокрыл под управлением летчика-испытателя Д.К. Ефремова впервые оторвался от земли. После доводочных работ по снижению вибраций летчик осуществил 15 августа 1959 г. первый свободный полет. Полеты продолжились, но потребовались большие усилия инженеров по улучшению пилотажных качеств винтокрыла, снижению вибраций, доводке лопастей и других частей конструкции. При этом специалистами завода # 938 был впервые создан вертолетный тренажер.

В 1960 г. экспериментальный Ка-22 демонстрировался правительству, а потом участвовал в воздушном параде. Последовало правительственное постановление о постройке еще трех опытных модифицированных винтокрылов Ка-22М (изделие AM) на ташкентском авиационном заводе # 84. Они отличались новыми двигателями Д-25ВК, улучшенной конструкцией ряда агрегатов и несколько смещенным для облегчения центровки крылом. В следующем году на первом экспериментальном Ка-22 был установлен ряд мировых рекордов, в том числе рекорд скорости для винтокрылых машин - 356,3 км/ч (во время испытательных полетов скорость Ка-22 доходила до 370 км/ч) и рекорд грузоподъемности - 16 458 кг. В 1962 г. в Ташкенте начались государственные испытания собранных там опытных машин Ка-22М, во время которых 28 августа 1962 г. при перелете из Ташкента в Москву один из винтокрылов потерпел катастрофу из-за отказа системы поперечного управления по причине рассоединения тендера троса управления общим шагом правого несущего винта. Весь экипаж во главе с летчиком Д. К. Ефремовым погиб.

Испытания продолжились на других машинах. На первом экспериментальном Ка-22 для улучшения пилотажных характеристик опробовались несущие винты обратного вращения (изделие АВ) и дифференциальный автопилот АП-116. В связи с прекращением производства двигателей ТВ-2ВК силовые установки экспериментального аппарата также, как и опытных машин, переоснастили двигателями Д-25ВК мощностью 5500 л.с. конструкции П.А. Соловьева. Оснащенные свободными турбинами новые двигатели расширили диапазон режимов полета, но существенно снизили летно-технические характеристики винтокрыла из-за меньшей мощности. Цикл государственных испытаний на изделии АВ был завершен, но 16 июля 1964 г. во время последнего полета для оценки машины летчиками заказчика аппарат потерпел катастрофу. Погибли заслуженный летчик-испытатель Герой Советского Союза С.Г. Бровцев и экспериментатор А.Ф. Рогов. Причину катастрофы установить не удалось. Доводка опытных винтокрылов и многочисленных проектов их дальнейшего развития была прекращена. Главным недостатком этого типа винтокрылых машин были признаны "большие потери мощности на привод тянущих винтов и большие потери тяги от обдувки крыла потоком от несущих винтов".


Основные данные Ка-22/Ка-22М
Год постройки 1959/1962
Число мест (экипаж + пассажиры) 5 + 60/5 + 60
Двигатель:
число 2/2
марка ТВ-2ВК/Д-25ВК
мощность, л.с. 2 х5900/2 х5500
Масса, кг:
нормальная ?/35500
максимальная 37000/36200
при взлете с разбегом 42500/40500
пустого вертолета 25500/25840
груза:
нормальная 5000/5000
максимальная 6000/?
Параметры несущего винта:
частота оборотов, об/мин ?/187
Скорость, км/ч:
максимальная 370/350
крейсерская ?/290
Потолок, м:
статический ?/5006 1100с
динамический 4300/4300
Дальность полета, км ?/520