Текст книги "Вертолёт 2002 01"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 8 страниц)

Решая проблемы прочности

Лаборатория прочности кафедры строительной механики летательных аппаратов (CMJIA) КАИ была организована в ноябре 1943 года на базе лаборатории авиационных конструкций филиала № 1 ЦАГИ (эвакуированного в годы войны в Казань). Статус отраслевой научно-исследовательской лаборатории она получила в феврале 1967 года. Это явилось безусловным признанием вклада ученых в решение актуальных задач, стоящих перед современной авиационной наукой и техникой.

Результаты исследований, проводящихся в лаборатории, всегда имели большую практическую значимость для народного хозяйства страны. В 1943–1945 годы лаборатория прочности проводила экспериментальные исследования статической и динамической прочности боевых самолетов, воевавших на фронтах Великой Отечественной войны, в частности, самолетов Пе-2 и По-2. В послевоенные годы в лаборатории велись статические испытания самолетов Ут-2, Щу-2, планеров А-2, ПМ-3 и др.

В дальнейшем продолжались статиспытания отдельных типов самолетов (Як-12, Як-18А, Як-18П и др.) и планеров (А-2, А-11, А-13, Бро-15, Маг-15, БК-6, КАИ-11, КАИ-12, КАИ-14, КАИ-19, Са-1, СА-5, СА-6, СА-9, СА-7У, СА-7Р, СА-8, СА-8Т). Начались и испытания вертолетов, первым из которых был опытный экземпляр вертолета Ми-1. Впоследствии значительное место в работе лаборатории стали занимать исследования статической и усталостной прочности вертолетов Ми-4, Ми-8, Ми-14, Ми-18 и их модификаций, а также Ка-32. В последние пять лет тематика опытных работ связана с разработкой вертолета «Ансат».

О практической направленности исследований лаборатории говорит тот факт, что выполняются они по реальным заказам предприятий и организаций: КАПО им. С.П. Горбунова, Московского, Казанского, Ростовского и Улан-Удинского вертолетных заводов, КНПП «Вертолеты– Ми», фирмы «Камов».

Тематика научно-исследовательских работ отраслевой лаборатории прочности и надежности тесно связана с направлением научных исследований, выполняемых на кафедре строительной механики летательных аппаратов. Работа кафедры и лаборатории идет по трем основным направлениям:

– теоретические и экспериментальные исследования статической прочности конструкций ЛА;

– экспериментальные исследования усталостной и вибрационной прочности конструкций и агрегатов J1A;

– разработка методов, алгоритмов и математического обеспечения расчета напряженно-деформированного состояния и колебаний элементов авиационно-космических и судовых аппаратов с учетом температурных к нелинейных факторов.

Лаборатория прочности участвует в исследованиях прочности изделий на всех этапах жизненного цикла летательного аппарата: начиная с этапа проектирования и до окончания их серийного производства. Проводятся исследования прочности как изделий в целом, так и отдельных агрегатов. Сочетание высокого теоретического уровня исследований с практической направленностью позволяет говорить о возникновении на базе Казанского авиационного института целой научной школы в области прочности авиационных конструкций.

Родоначальником этой школы по праву можно считать первого заведующего кафедрой CMJIA и первого научного руководителя лаборатории профессора Ю.Г. Одинокова. Начало теоретическим исследованиям в 1943 году положила его работа «Расчет тонкостенных конструкций типа крыла, фюзеляжа и оперения самолетов». Метод, предложенный ученым, был настолько изящен и гениально прост, что дал толчок целому ряду исследований на кафедре и в других научных организациях страны. Методы расчета, основанные на этой работе, используются и в настоящее время (до сих пор лучшим считается и учебник «Расчет самолета на прочность», написанный Ю.Г. Одиноковым для студентов).

Созданные в лаборатории методики и программы передаются заказчикам – ведущим научно-исследовательским институтам и конструкторским бюро страны, где они используются при создании новой техники. Яркий пример тому – участие кафедры и лаборатории в расчетах и испытаниях узлов и агрегатов легкого вертолета «Ансат» – одной из последних разработок КВЗ. Новые технические решения, заложенные в конструкции агрегатов «Ансата» (бесшарнирные втулки), потребовали от специалистов кафедры СМЛА разработки специальной методики для исследования их динамической прочности. Были спроектированы специальные стенды для проведения ресурсных испытаний элементов втулки несущего и рулевого винтов, автомата перекоса, шасси. Сегодня в лаборатории проходят ресурсные испытания около 80 % всех узлов и агрегатов динамической системы вертолета «Ансат». Успешное проведение этих испытаний позволило в запланированные сроки получить заключение на первый вылет вертолета и провести доводочные испытания. В лаборатории экспериментальным путем было получено подтверждение ресурса агрегатов «Ансата», составляющего свыше 500 часов. Совместная работа лаборатории и КБ завода над новой машиной – яркий пример взаимовыгодного и перспективного сотрудничества.

Лаборатория оснащена современным контрольно-измерительным оборудованием

Идут динамические испытания агрегатов несущей системы вертолета «Ансат»

Стенд для статических испытаний

Отраслевая лаборатория прочности и надежности конструкций летательных аппаратов размещается в специальном здании, имеет зал статических испытаний и вспомогательные помещения площадью 1800 кв. м. В ней работают 50 сотрудников, в том числе 35 штатных. В руководстве и выполнении научно-исследовательских работ принимают участие профессора и кандидаты наук, аспиранты и студенты. Результаты НИР коллектива кафедры СМЛА опубликованы в монографиях, различных научных изданиях, в том числе всероссийских и международных. Широко используются эти результаты и в учебном процессе. Лабораторные работы по курсам «Расчет самолета и вертолета на прочность» полностью ведутся на базе лаборатории.

В последнее время лаборатория осваивает новые виды испытаний, заложенные в техническом задании на вертолет, – климатические, связанные с поведением композиционных материалов в условиях низких (до -50 °C) и высоких (до +80 °C) температур, влажности.

В марте 2002 года лаборатория прочности и надежности успешно прошла государственную аккредитацию в системе Госстандарта РФ и Авиарегистра МАК. Этот факт, безусловно, явился подтверждением как высокой квалификации специалистов, так и уровня исследований, проводимых ими.

Станислав БАСТРАКОВ, заведующий лабораторией

ИСТОРИЯ

В-12

Рекорды есть, рекорды будут

Автор статьи вице-президент РосВО Евгений Иванович РУЖИЦКИЙ вот уже почти 50 лет работает в отделе научно-технической информации Центрального аэрогидродинамического института им. Н.Е. Жуковского. За это время им собран уникальный материал о мировых вертолетных рекордах и о подготовке к ним, об особенностях конструкции специальных вертолетов– рекордсменов, модернизации серийных вертолетов для установления на них рекордов, о пилотах – мировых рекордсменах, со многими из которых автор знаком лично.

Эти материалы стали основой книги «Мировые рекорды вертолетов», готовящейся к изданию.

Мировые рекорды, устанавливаемые на вертолетах, являются важнейшими показателями совершенства винтокрылых летательных аппаратов, дают представление об их максимальных возможностях. Не случайно развитие вертолетостроения всегда сопровождалось мировыми рекордами – высоты, скорости, дальности полета, скороподъемности и высоты полета с различным грузом, подъема максимального груза. Экипажи вертолетов ставили рекорды по дальности перелетов.

Они были первым

Международная авиационная федерация (FAI) начала регистрировать мировые рекорды вертолетов с 1930 года. Первые официальные мировые рекорды высоты и дальности полета на вертолете были установлены 9 октября 1930 года. Военный летчик Маринелло Нелли на итальянском вертолете двухвинтовой соосной схемы конструктора д'Асканио поднялся на высоту 18 м и пролетел 1078 м за 8 мин 34 с. А 14 августа 1932 года наш авиаконструктор и летчик А.М. Черемухин на разработанном и построенном в ЦАГИ при его непосредственном участии экспериментальном аппарате ЦАГИ 1-ЭА достиг высоты 605 м. На следующий день, 15 августа, А.М. Черемухин совершил полет продолжительностью 14 минут. Оба эти результата значительно превосходили официальные рекорды итальянца, но не были представлены для регистрации в FAI в качестве мировых рекордов. Кстати, в этом году рекордным полетам А.М. Черемухина исполняется 70 лет.

Существенно уступал рекордному достижению Черемухина и официальный мировой рекорд высоты – 158 м. Он был установлен в 1936 году на двухвинтовом соосном вертолете Gyroplane, созданном французскими конструкторами Луи Бреге и Рене Дораном. Рекордная скорость, достигнутая этим летательным аппаратом, составляла 44 км/ч.

В 1937–1939 годах новые мировые рекорды были установлены в Германии на вертолетах Fw-61 двухвинтовой поперечной схемы, созданных под руководством профессора Генриха Фокке: скорость – 122,55 км/ч на базе 20 км; дальность по прямой – 230,46 км, высота полета – 3427 м и продолжительность полета – 1 ч 20 мин. Кстати, вертолеты Fw-61 были первыми в мире серийно производимыми винтокрылыми летательными аппаратами.

В мае 1941 года на опытном одновинтовом вертолете VS-300, созданном талантливым конструктором Игорем Ивановичем Сикорским, был установлен первый американский вертолетный мировой рекорд продолжительности полета – 1 ч 32 мин. После войны на серийных вертолетах И.И. Сикорского R-5 были установлены мировые рекорды скорости (178,39 км/ч), дальности (по замкнутому маршруту – более 1000 км) и высоты полета (5842 м).

В 1948 году в Великобритании на комбинированном винтокрылом аппарате Gyrodyne, имеющем крыло и тянущий воздушный винт (производитель – самолетостроительная фирма Fairy), был впервые превзойден двухсоткилометровый рубеж скорости. В 1949 году этот рубеж был преодолен и на легком вертолете S-59 фирмы Sikorsky.

В 1949 году в борьбу за мировые рекорды вступает вертолетостроительная компания Bell с легкими вертолетами Bell-47 и Bell-48, на которых были установлены мировые рекорды высоты и дальности полета, превосходящие рекорды вертолетов Сикорского.

Всего же в период с 1930 по 1952 годы FAI было зарегистрировано 26 мировых рекордов, из них девять – в США, восемь – в Германии, пять – во Франции, три – в Италии и один – в Великобритании.

Ми-1

Ка-15

Новая классификация

В 1953 году руководством FAI была разработана и утверждена новая классификация мировых вертолетных рекордов, учитывающая особенности винтокрылых аппаратов различных типов. В соответствии с этой классификацией все винтокрылые аппараты, обозначаемые как класс Е, подразделялись на четыре подкласса: Е-1 – вертолеты, Е-2 – винтокрылы, Е-3 – автожиры, Е-4 – конвертопланы.

Таким образом, в новую классификацию, кроме вертолетов, вошли винтокрылы (комбинированные вертолеты, имеющие крыло и дополнительные двигатели) и конвертопланы (преобразуемые аппараты с поворотными винтами, создающими вертикальную тягу при взлете и посадке, как несущие винты вертолета, а при переходе к горизонтальному полету поворачивающимися на 90° и работающими, как винты самолета). Это позволяло полнее учитывать технические возможности винтокрылых аппаратов различных типов для установления мировых рекордов.

Стремление отразить установившуюся тенденцию развития зарубежных вертолетов, большинство из которых были легкими – взлетной массой от 500 до 4500 кг, привело к тому, что в дополнение к подклассу Е-1 (общему для всех вертолетов, независимо от их взлетной массы) были определены пять подклассов легких вертолетов: Е-la (взлетная масса летательных аппаратов – до 500 кг), E-lb (от 500 до 1000 кг), Е-lc (от 1000 до 1750 кг), E-ld (от 1750 кг до 3000 кг) и Е-1е (взлетная масса вертолета от 3000 до 4500 кг). Это нововведение теоретически увеличивало число мировых рекордов в пять раз. Более того, для вертолетов, имеющих взлетную массу на границе перехода от одной категории к другой, появилась возможность дважды регистрировать рекорды.

По установившейся классификации для основного подкласса вертолетов Е-1 и различных подклассов легких вертолетов (Е-1а, Ь, с, d и е) FAI регистрировала мировые рекорды скорости в полете по прямой на мерной базе 3 км или 15–25 км и в полете по замкнутому маршруту протяженностью 100, 500, 1000 и 2000 км. Некоторые рекорды были зарегистрированы как абсолютные.

Мировые рекорды дальности могут служить свидетельством значительного аэродинамического и технического усовершенствования вертолетов. В соответствии с классификацией FAI они, как и рекорды скорости, определяются для полетов по прямой и по замкнутому (обычно треугольному) маршруту.

Улучшение высотных характеристик вертолетов можно проследить, анализируя изменение по годам абсолютных мировых рекордов скороподъемности и высоты полета без груза и с грузом 1, 2, 5, 15, 20 и 25 т. В одном полете устанавливалось несколько мировых рекордов. Мировые рекорды скороподъемности по классификации FAI стали регистрироваться как время набора высоты 3000, 6000 и 9000 м.

В дополнение к основным включенным в классификацию FAI рекордам впоследствии стали регистрироваться рекорды скорости и продолжительности полета по маршрутам между городами (например, Лондон – Париж – Лондон), а позднее – полеты вокруг земного шара, выполняемые в одиночку или экипажем.

Ми-6

Ка-26

С введением новой классификации значительно увеличилось число мировых вертолетных рекордов. Всего с 1953 года по настоящее время было установлено 302 рекорда, большая часть которых принадлежит нашей стране и США (123 и 121 соответственно); во Франции было установлено 32 рекорда, в Великобритании – 6, в Канаде – 5, в Иране – 5, в Польше – 4, в Италии – 3, в Австралии, в Германии и Чехии – по одному рекорду.

Представляют интерес данные о распределении мировых рекордов по различным типам вертолетов. Наибольшее число мировых рекордов – 31 – было установлено на советском вертолете Ми-1, из них 27 – советскими летчиками и 4 – польскими. За Ми-1 следуют американские легкие многоцелевые вертолеты Hughes 0Н-6, на которых было установлено 23 мировых рекорда (в двух категориях), Bell UH-1 Iroquois (21 мировой рекорд), вертолет-летающий кран Sikorsky S-64 (13 рекордов). Немало рекордов было установлено на вертолетах Bell-47 и Hiller-12E (8 и 6 рекордов соответственно), затем идут Robinson R-22 (5 рекордов), Катап Н-43 (2) и средние вертолеты фирмы Sikorsky – S-56 (3), S-58 (3), S-31 (3), S-67 (2) и S-76 (9). На французских легких вертолетах также устанавливались мировые рекорды: восемь – на вертолете Alouette, два рекорда «взял» Djinn, четыре – Gazelle, шесть – Dauphin и три – Super Frelon.

И все же результатом напряженного и порой драматического соревнования за установление мировых рекордов стало официальное признание достижений именно советского вертолетостроения: значительная часть мировых вертолетных рекордов и почти все женские мировые рекорды установлены на наших отечественных вертолетах. Об их высоких летно-технических характеристиках свидетельствуют 123 мировых рекорда, большая часть которых (101) установлена на вертолетах, созданных в ОКБ M.JI. Миля: среди них – 31 мировой рекорд на вертолете Ми-1, восемь мировых рекордов на Ми-4, шестнадцать – на Ми-6, восемь – на Ми-10, семь – на Ми-8, восемь – на самом большом в мире вертолете В-12. Семь рекордов установлено на скоростном вертолете А-10 (Ми-24), два рекорда – на Ми-2 и четырнадцать – на вертолетах Ми-26, созданных под руководством М.Н. Тищенко.

На вертолетах, созданных в ОКБ имени Н.И. Камова, установлен 21 мировой рекорд: два на Ка-15, восемь – на винтокрыле Ка-22, пять – на вертолете Ка-26 и шесть – на Ка-32.

Два первых советских мировых вертолетных рекорда были установлены в 1955 году на вертолете Як-24, созданном в ОКБ А.С. Яковлева.

Среди абсолютных мировых достижений до сих пор остается рекорд вертолета Ми-6, установленный в 1964 году. Он достиг скорости 340,15 км/ч на маршруте в 100 км. Следует отметить, что еще раньше, в 1957 году, на Ми-6 были установлены мировые рекорды подъема максимального груза 12004 кг на высоту 2000 м. В 1961 году наша «шестерка» впервые преодолела 300-километровый рубеж скорости на базе 15–25 км, показав результат 320 км/ч. За установление этих рекордов ОКБ М.Л. Миля был присужден международный приз имени Игоря Сикорского в «знак признания выдающихся достижений в развитии вертолетостроительного искусства».

До сих пор непревзойденными остаются мировые рекорды скорости 355,3 км/ч и подъема максимального груза 16485 кг, установленные в 1961 году на винтокрыле Ка-22. А рекорд подъема максимального груза 40204 кг, установленный в 1969 году на вертолете В-12, вряд ли вообще будет превзойден.

Было бы справедливо сказать, что среди рекордов, принадлежащих нашим западным коллегам, были и абсолютные. В 1966 году на американском вертолете 0Н-6 установлен рекорд дальности (3561 км). В 1972 году французская Lama достигает рекордной высоты 12442 м. В 1986 году рекордную скорость (400,87 км/ч) показывает английский вертолет Super Lynx. В 1971–1972 годах вертолет-кран CH-54B компании Sikorsky доказал свое превосходство над другими машинами аналогичного класса в достижении рекордной высоты при подъеме груза (9499 м с грузом 1 т, 9525 м – с 2 т, 7718 м – с 5 т, 5346 м – с 10 т и 3307 м – с 15 т). Надо отметить, что вертолет СН-54В уступал советскому вертолету-крану Ми-10 по максимальной грузоподъемности (на Ми-10 был установлен мировой рекорд подъема максимального груза 25105 кг на высоту 2000 м), но благодаря лучшей энерговооруженности мог поднимать грузы на большую высоту.

За рубежом неоднократно предпринимались попытки создания экспериментальных скоростных винтокрылых аппаратов (типа винтокрыла XV-1 с реактивным компрессорным приводом несущего винта, который разрабатывала компания McDonnell или вертолета-самолета с поворотными винтами XV-3 компании Bell) и установления на них мировых рекордов скорости, однако эти достижения не были зарегистрированы FAI. Установленный в 1959 году на опытном винтокрыле Fairy Rotodyne мировой рекорд скорости в классе Е-2 (307,27 км/ч) был «побит» уже в 1961 году на советском винтокрыле Ка-22 и до сих пор остается непревзойденным.

В подклассе винтокрылых аппаратов с поворотными винтами (конвертопланы) FAI был зарегистрирован только рекорд высоты полета 6907 м, установленный в 1999 году на экспериментальном СВВП (самолете вертикального взлета и посадки) Bell XV-15. Максимальная скорость полета (553 км/ч), достигнутая во время летных испытаний XV-15 еще в 1980 году, не была зарегистрирована в качестве мирового рекорда. Также не была зарегистрирована как мировой рекорд скорость полета более 450 км/ч, достигнутая во время летных испытаний опытных конвертопланов V-22 производства компаний Bell-Boeing (во время летных испытаний V-22 не была подтверждена расчетная максимальная скорость 638 км/ч).

Ка-22

В главной роли – пилот

Установление мировых рекордов, способствуя совершенствованию летно-технических характеристик винтокрылых машин, всегда было связано с огромной работой конструкторских коллективов, требовало высокого летного мастерства и большого личного мужества пилотов. Особенно важ* ная роль в установлении мировых рекордов принадлежит именно пилотам: на первых порах вертолеты, как правило, пилотировали сами конструкторы, затем машины поднимали в воздух профессиональные летчики. Среди них есть настоящие асы, которые установили не один, а несколько мировых рекордов. Наши летчики В.В. Виницкий, Ф.И. Белушкин, Б.К. Галицкий и Р.И. Капрэлян, например, установили по пять мировых рекордов на различных вертолетах. Восемь мировых рекордов на винтокрыле Ка-22 установил Д.К. Ефремов. Летчик-испытатель Г.В. Алферов, начав с мирового рекорда на Ми-4, установил еще шесть на Ми-10 и два на Ми-26, участвовал в качестве второго пилота в рекордных полетах на многих других вертолетах.

Четырнадцать мировых рекордов на счету летчика В.П. Колошенко: на вертолетах Ми-6, Ми-8, Ми-10 и В-12. В книгу рекордов Гиннесса был занесен летчик-испытатель Г.Р. Карапетян, установивший в 1975 году мировой рекорд скорости 368,4 км/ч на скоростном вертолете А-10 (Ми-24) и в 1982 году – рекорд подъема максимального груза 10 т на высоту 6400 м на вертолете Ми-26.

Наибольшее число женских мировых рекордов принадлежат нашим летчицам: И.А. Копец установила 13 мировых рекордов на Ми-8 и Ми-26, а Т.В. Руссиян – 12 мировых рекордов на вертолетах Ми-1, Ми-4 и Ми-2.

Татьяна Руссиян участвовала в подготовке летчиц-спортсменок, которые впоследствии установили ряд мировых рекордов на вертолетах Ка-26 и Ка-32: шесть рекордов на счету Т.Н. Зуевой, трижды рекордсменкой мира стала Н.И. Еремина. Летчица Г.И. Расторгуева установила шесть рекордов на скоростном вертолете А-10.

Среди зарубежных пилотов, устанавливавших мировые вертолетные рекорды, нужно особо отметить француза Жана Буле. На его счету – 17 мировых рекордов. Кстати, Буле является автором очень интересной книги «История геликоптеров, рассказанная их пионерами (1907–1956 гг.)», к сожалению, в России пока не переведенной. Из последних зарубежных мировых рекордов следует отметить полеты вокруг земного шара. Впервые такой полет в 1982 году осуществил австралийский летчик Дик Смит. На вертолете Bell-206 Jet Rangei за 11 месяцев он преодолел маршрут протяженностью 56756 км. В 1994 году его подвиг повторил американский пилот-любитель Рон Бауэр на вертолете Long Ranger. Правда, на это ему понадобилось… всего 24 дня. Следует отметить, что кругосветный полет на вертолете Ми-26 давно планировался и нашими авиаторами – известным полярным штурманом В.И. Аккуратовым и летчиком В.П. Колошенко. Но организовать этот полет оказалось очень сложно, а в связи с начавшейся перестройкой и вообще невозможно.

В заключение следует отметить, что ведущие вертолетные конструкторские бюро и вертолетные фирмы во всех странах всегда уделяли большое внимание подготовке и установлению мировых рекордов на своих вертолетах. Хронология этих рекордов позволяет представить развитие мирового вертолетостроения как своего рода соревнование отечественной и зарубежных школ. Соревнование это продолжается, а значит, будут и новые рекорды.

ИСТОРИЯ