Читаем Вертолёт, 2010 №02 онлайн бесплатно

Российский информационный технический журнал

№ 2 [49] / 2010

Издается с июня 1998 года. Выходит 4 раза в год

Фотографии Д. Марселино (стр. 42-43), Г. Милуцкого (стр. 47-50), а также из архивов авторов и редакции.

На 1 стр. обложки вертолет Ми-24, фото предоставлено ГП «АВИАКОН».

На 4 стр. обложки вертолеты Ми-28Н, фото предоставлено МВЗ им. М.Л. Миля.

В Москве 14-15 апреля 2010 года состоялся Девятый форум Российского вертолетного общества. В его работе приняли участие более 200 человек, которые представляли 24 организации: российские вертолетостроительные фирмы, научно-исследовательские институты, авиационные заводы, воинские части, авиакомпании и авиационные вузы. Форум был посвящен 120-летию со дня рождения академика Б.Н. Юрьева, 100-летию со дня рождения генерального конструктора М.Л. Миля и 80-летию со дня основания Московского авиационного института.

Пленарное заседание форума, которое проходило в малом зале Дворца культуры и техники МАИ, открыл президент РосВО, академик РАН Марат Николаевич Тищенко. С сообщениями и докладами выступили также исполнительный директор ОАО «Вертолеты России» А.Б. Шибитов, генеральный конструктор МВЗ им. М.Л. Миля А.Г. Самусенко, генеральный конструктор фирмы «Камов», член-корреспондент РАН С.В. Михеев, проректор МАИ по учебной работе М.Ю. Куприков, начальник НИО-5 ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского М.А. Головкин, заведующий кафедрой «Проектирование вертолетов» МАИ Ю.М. Игнаткин. Они рассказали об основных задачах, которые решают в настоящее время отечественные вертолетостроительные предприятия, научно-исследовательские организации и учебные заведения. Была дана подробная информация о стратегии и направлениях развития компании «Вертолеты России».

По решению правления общества на пленарном заседании форума видным ученым в области вертолетостроения предоставляется право выступить с почетной лекцией имени академика Б.Н. Юрьева – основоположника отечественного вертолетостроения. В 2010 году такое право было предоставлено начальнику вертолетного отделения ЛИИ им. М.М. Громова, д.т.н. А.И. Акимову. Темой доклада стали летные исследования проблем вертолетостроения, выполненные в ЛИИ им. М.М. Громова при творческом участии М.Л. Миля.

На форуме по традиции были объявлены лауреаты призов имени выдающихся отечественных авиаконструкторов в области вертолетостроения – М.Л. Миля и Н.И. Камова. По решению жюри в 2010 году призов удостоены (соответственно) главный специалист МВЗ им. М.Л. Миля, известный ученый в области аэродинамики и динамики вертолетов Александр Самойлович Браверман и начальник отделения фирмы «Камов», специалист в области аэродинамики и динамики вертолетов Федор Николаевич Павлиди.

Секционные заседания форума прошли в залах музейно-выставочного комплекса МАИ. Работало 6 секций: «Аэродинамика вертолета», «Аэроупругость и прочность», «Динамика полета и летные испытания», «Проектирование и конструирование вертолетов», «Эксплуатация и безопасность полета», «Эргономика и медико-биологические факторы при проектировании вертолетов», на которых было заслушано более 70 докладов. Среди них доклады ведущих специалистов ЦАГИ «Особенности динамики полета одновинтового вертолета с повернутым рулевым винтом» (Г.А. Александров, В.А. Аникин, В.А. Леонтьев), «Тренажерные технологии -резерв повышения безопасности и эффективности применения современных вертолетов» (А.Г. Бюшгенс), «Аэродинамические характеристики моделей воздушных винтов в широком диапазоне углов атаки» (М.А. Головкин, Н.Н. Тарасов), совместный доклад специалистов ЦАГИ и фирмы «Камов» «Исследование аэродинамики бесшарнирного несущего винта» (М.А. Головкин, В.А. Леонтьев, С.В. Михеев, В.А. Аникин, Э.А. Петросян, В.Н. Квоков, В.Н. Новак).

Во время работы секций в музейно-выставочном комплексе состоялась презентация книги «Михаил Миль. Школа воплощения идей», которая была выпущена издательством «Вертолет» к 100-летию со дня рождения генерального конструктора.

Следующий форум РосВо будет юбилейным, десятым, он состоится в 2012 году.

А.И. Акимов

Предлагаем вниманию читателей почетную лекцию имени академика Б.Н. Юрьева, прочитанную на 9-м Форуме РосВО начальником вертолетного отделения ЛИИ имени М.М. Громова, д.т.н. Александром Ивановичем Акимовым на тему «Летные исследования проблем вертолетостроения, выполненные в ЛИИ им. М.М. Громова при творческом участии М.Л. Миля».

На первых серийных вертолетах Ми-4 впервые в полетах проявилось опасное явление, заключавшиеся в том, что при повышенных оборотах несущего винта и скорости полета, близкой к максимальной, значительно увеличивались вибрации вертолета, появлялась прогрессирующая тряска, сопровождавшаяся «размывом конуса винта». По имени летчика-испытателя Калиберного, впервые наблюдавшего такое поведение лопастей, это явление среди специалистов получило название «эффект Калиберного». Причина этого явления заключалась в возникновении поворотно-махового флаттера лопастей несущего винта вертолета.

По инициативе М.Л. Миля один из первых серийных вертолетов Ми-4, на котором проявился флаттер несущего винта, был передан в ЛИИ для всесторонних исследований. К работе были привлечены ведущие ученые по аэроупругости конструкции вертолетов Р.А. Михеев (ЛИИ), В.Д. Ильичев (ЦАГИ), А.В. Некрасов (МВЗ). Летные исследования показали, что при отсутствии флаттера все лопасти на каждом обороте винта совершают идентичное маховое движение по первой и второй гармонике. При сдвиге кривых махового движения всех лопастей по азимуту на конструктивные углы между лопастями относительно одной из рассматриваемых лопастей кривые в = /(у) практически не расходятся между собой. Поэтому летчики в полете видят одну линию, по которой двигаются концы всех лопастей. При появлении первых признаков флаттера (начало флаттера) отмечается заметное расхождение махового движения всех лопастей, совмещенного по азимуту.

При определенном сочетании оборотов винта и скорости полета изменение по азимуту махового движения каждой лопасти приобретает вид биений. А поскольку на каждом обороте несущего винта закон изменения махового движения лопастей неодинаковый, то при совмещении махового движения лопастей по азимуту на конструктивные углы между лопастями кривые β = ƒ(ψ) значительно расходятся между собой. Именно поэтому летчик видит впереди «размыв конуса» несущего винта.

По аналогичному закону изменяются шарнирные моменты лопастей. При этом на корпус вертолета передаются значительные вибрации, которые летчик квалифицирует как «тряску». При флаттере лопастей несущего винта значительно, почти на 50%, увеличиваются постоянные и переменные составляющие шарнирных моментов лопастей, что является небезопасным. В результате анализа махового движения и шарнирных моментов лопастей определена частота флаттера винта вертолета Ми-4, равная ƒ_ф = 5,1 Гц. Частота вибраций, передаваемых на корпус вертолета ƒ_к, при возникновении флаттера равна: ƒ_к = ƒ_ф + η_в , где η = 3,2 – частота вращения несущего винта, Гц. Таким образом, частота вибраций корпуса и других невращающихся частей вертолета Ми-4 при флаттере равна примерно 8,3 Гц.

Из уравнений махового флаттера лопасти шарнирного несущего винта следует, что главное влияние на критическую по флаттеру частоту вращения лопасти оказывают: положение по хорде центров тяжести сечений и фокусов профилей, величина компенсатора взмаха, жесткость проводки управления и скорость полета.

Разработанная методика определения запасов до флаттера лопастей винта при на земных испытаниях заключается в раскрутке несущего винта до максимально допустимой частоты вращения винта η в полете в η_max исходном варианте и со смещением эффективной центровки Х_ф = Х_ф/Ь концевой части лопасти на 2-3% назад путем установки провоцирующих грузов на триммеры лопастей. Режимы выполняются с отклонением ручки циклического управления от нейтрального положения примерно на 75% хода. Если на таких режимах флаттер не возникает, то вертолет считается безопасным по флаттеру. В летных испытаниях установлено, что увеличение скорости полета от 0 до 250-300 км/ч по своему влиянию на критическую по флаттеру частоту вращения винта эквивалентно смещению назад эффективной центровки на величину около 2%. По такой методике и в настоящее время проводят испытания на флаттер всех лопастей несущего винта при их производстве.

В середине 50-х годов летчик-испытатель В.В. Виницкий выступил с предложением отработать в полете демонстрационный каскад фигур сложного пилотажа на вертолете Ми-4. Цель этого предложения заключалась в показе военным и гражданским эксплуатантам маневренных возможностей вертолетов, которые могут использоваться при их эксплуатации. Предварительно была проработана схема комплекса фигур сложного пилотажа и определены расширенные ограничения параметров на этих режимах. М.Л. Миль поддержал выполнение такой работы, которую рассматривал как средство более глубокого понимания возможностей нового типа летательного аппарата, особенно для военного применения. Для отработки режимов сложного пилотажа вертолет был оборудован экспериментальной аппаратурой для регистрации параметров полета, отклонений органов управления, режимов работы двигателя и характерных параметров при маневрировании.

Каскад фигур включал в себя вертикальный взлет, набор высоты до 150 м по спирали с большой угловой скоростью юу в ограниченном пространстве, крутой набор высоты с потерей скорости, быстрый разворот на 180° в верхней точке маневра, пикирование с разгоном, выход из пикирования с выполнением «горки» и разворотом на 180° с переходом в пикирование, последующий набор высоты, резкое снижение и посадку. Весь каскад этих фигур выполнялся непрерывно на малых высотах и являлся весьма зрелищным представлением. Этот каскад фигур сложного пилотажа был продемонстрирован в 1958 году на авиационном празднике в Тушино, посвященном Дню Воздушного флота СССР, и был встречен с большим интересом и восторгом со стороны многочисленных зрителей, авиационных специалистов, корреспондентов средств массовой информации, в том числе и зарубежных представителей. В то время такая маневренность входившего в широкую эксплуатацию нового типа летательного аппарата была продемонстрирована впервые в мире, и это вызвало большой интерес еще и потому, что блистательный маневренный полет был выполнен на вертолете транспортной категории. М.Л. Миль высоко оценил летное мастерство летчика В.В. Виницкого, проявленное при демонстрации маневренных возможностей «тяжелого» по тем временам вертолета Ми-4, и высказал мнение, что он укрепился в необходимости разработки специального боевого вертолета как подвижной, маневренной платформы со стрелково-пушечным, бомбовым и ракетным вооружением.

Значительное увеличение ресурса (с 500 до 2500 часов) лопастей несущего винта вертолета Ми-4 было достигнуто применением вместо лопастей со стальным трубчатым лонжероном и фанерно-полотняной обшивкой цельнометаллических лопастей с дюралевым лонжероном и хвостовыми отсеками с металлической обшивкой и сотовым заполнителем. Технология изготовления таких лопастей обусловила ряд особенностей их аэродинамической компоновки: прямоугольную форму в плане, практически постоянную относительную толщину профиля по длине лопасти и ограниченную геометрическую линейную крутку 5°, что не соответствовало оптимальным параметрам для улучшения летно-технических характеристик (в первую очередь максимальной тяги, потолка висения и расходов топлива в крейсерском полете). Из расчетов следовало, что неоптимальная аэродинамическая компоновка цельнометаллических лопастей приведет к заметному ухудшению этих летных характеристик вертолета. По предложению М.Л. Миля один из первых комплектов цельнометаллических лопастей был передан в ЛИИ для количественной оценки тяговых характеристик и расходов топлива вертолета Ми-4.

Применение цельнометаллических лопастей увеличило тягу несущего винта примерно на 400 кг, что составляет 25% полезной нагрузки вертолета. Часовой расход топлива вертолета на крейсерском режиме уменьшился на 10%. Как показал анализ, такое существенное улучшение этих весьма важных летных характеристик объясняется тем, что несмотря на некоторое повышение индуктивных потерь мощности вертолета новые цельнометаллические лопасти имеют значительно меньшее профильное сопротивление.

Поэтому цельнометаллические лопасти были внедрены в начале 50-х годов впервые в серийное производство вертолетов Ми-4. Подобные лопасти находятся в эксплуатации и в настоящее время на ряде отечественных вертолетов (все модификации вертолета Ми-8, Ми-24, Ка-27 и др.).

При установке крыла как дополнительной несущей поверхности на транспортном вертолете предполагалось, что на больших скоростях полета вследствие уменьшения тяги винта будет достигнуто уменьшение потребной мощности, а следовательно, и расходов топлива, и характеристик нагружения несущей системы и систем управления вертолета. Теоретические методы вследствие сложного взаимного индуктивного влияния пары «несущий винт – крыло» не обеспечивали расчет этих характеристик с достаточной точностью, что не позволяло уверенно оценить целесообразность применения крыла на вертолете.

Для измерения подъемной силы крыла были разработаны специальные динамометры, которые по конструкции и размерам были идентичны кронштейнам крепления крыла на фюзеляже вертолета и обеспечивали достаточную точность измерений.

На режиме висения вне «воздушной подушки» вертикальная сила крыла направлена вниз и равна 300 кг. Таким образом, с учетом веса крыла, равного 900 кг, суммарное уменьшение грузоподъемности вертолета Ми-6 при установке крыла составляет значительную величину – около 1200 кг.