Работы МАИ

Вертолет А.И. Болдырева. Вертолет с реактивным приводом несущего винта (рис. 335) проектировался в 1946-1947 гг. и был построен в 1948 г. в учебно-производственной лаборатории МАИ.

Конструкция вертолета, довольно простая и технологичная, отличалась новизной технических решений.

Реактивный вертолет А.И. Болдырева имел простейшую пирамидальную раму из дуралюминовых труб со стальными вставками в местах крепления. В ее верхней части расположили силовой узел крепления несущего винта, в средней - чашу-сиденье пилота, а основание рамы выполнили в виде опоры носового колеса и двух хвостовых костылей, разнесенных на 1,2 м. По оси колеса установили неподвижные педали-подножки. Амортизаторами служили пневматики диаметром 250 мм и костыли, имевшие значительную длину и достаточную эластичность концевых участков.

Концевые части костылей связаны с вертикальными опорами рамы (верхней ее части) тросами. Треугольники, образованные тросами, вертикальными опорами и трубами костылей, обтянутые герметичной тканью, образовывали вертикальные стабилизирующие поверхности - расщепленные кили.

Несущая система соединялась с рамой вертолета в верхней ее точке с помощью карданного шарнира. Ось винта удлиненная. К нижней ее части у карданного шарнира крепилась ручка управления вертолетом, а на верхнем конце - втулка винта. Между карданным шарниром и втулкой винта расположен топливный бак эллипсоидной формы. Ось винта выполнена полой. Через нее топливо подавалось по трубопроводам к двигателям, установленным по концам двухлопастного несущего винта.

Рис. 335. Вертолет А.И. Болдырева (а) и его схема (б)

На конце ручки управления вертолетом имелась поворотная рукоятка мотоциклетного типа, от которой шел гибкий трос к дозирующей игле, установленной в центральном топливном канале в оси винта. Поворот рукоятки регулировал поступление топлива в двигатели, подаваемого при помощи центробежной силы. Топливных насосов не было.

Оригинальной была конструкция втулки винта. Лопасти, изготовленные на ремонтной базе ВВС, крепили к втулке с помощью вертикальных шарниров, осевых шарниров они не имели. Горизонтальный шарнир был один на две лопасти. Расположен он был под углом 4° к оси лопастей. Такое устройство втулки обеспечивало автоматическое управление общим шагом винта, что значительно упрощало конструкцию и не требовало отдельного командно-контрольного рычага управления.

Автоматическое управление общим шагом винта осуществлялось следующим образом. На максимальном числе оборотов (максимальной мощности двигателей) центробежная сила лопастей наибольшая, конус, ометаемый лопастями, близок к диску. В этом случае угол установки лопастей максимальный - расчетный. Когда мощность двигателей уменьшают, падает центробежная сила и угол конуса ометаемого лопастями несущего винта увеличивается. При этом лопасти, поднимаясь вверх относительно косого шарнира, уменьшают свой установочный угол. В случае авторотации конусность несущего винта небольшая, установочный угол лопастей автоматически становится наименьшим -0°. На разработку такой конструкции несущего винта вертолета А.И. Болдыреву было выдано авторское свидетельство.

Полые лопасти винта вертолета, согнутые из дуралюминового листа и склепаные по лонжерону (П-образному с отбортовкой), имели простую конструкцию. По ним воздух от комлевой части, где были сделаны отверстия, поступал к прямоточным реактивным двигателям.

На вертолете установили два прямоточных двухконтурных реактивных двигателя конструкции А.И. Болдырева, им же изготовленные. Расчетная тяга двигателя 4 кгс (40 Н). Для испытаний и отработки двигателей на земле спроектировали и изготовили специальный стенд с принудительной подачей воздуха в двигатель. На стенде замерялись тяга и температура двигателя, расходы воздуха и топлива. Двигатели наработали на стенде по 4,5 ч. Тяга при испытании на стенде была доведена до 3,5 кгс (35 Н). Конструкция двигателя позволила увеличить примерно вдвое расход воздуха и, следовательно, КПД, который у прямоточного двигателя на дозвуковых скоростях довольно низкий. Кроме того, подача воздуха через лопасти снижала пульсацию двигателя, так как воздух, набегающий на входное сопло, шел не по оси двигателя, а под углом к ней и, кроме того, вибрировал. Двигатель был оригинальной и довольно сложной конструкции. На него А.И. Болдырев получил авторское свидетельство на изобретение.

Реактивный вертолет А.И. Болдырева имел запас горючего на 15 мин полета. Расчетная вертикальная скорость у земли - 2 м/с. Конструкция была выполнена складывающейся. В сложенном виде вертолет имел габаритные размеры 0,5x0,8x2,2 м, т.е. был довольно компактным.

Управление вертолетом по крену, тангажу и в путевом направлении осуществлялось непосредственным отклонением в нужную сторону оси вращения несущего винта. Винт крепился к вертолету на карданном шарнире и отклонялся с помощью ручки управления. Управление общим шагом винта осуществлялось автоматически при изменении тяги реактивных двигателей.

После сборки и регулировки вертолет прошел испытания в режиме авторотации в аэродинамической трубе. Затем вертолет испытывали как автожир, буксируя легковым автомобилем. Это происходило в Московской области в районе Павшина. Были небольшие подлеты. Испытывал вертолет А.И. Болдырев. Во время пробежки на буксире вертолет был неустойчив. Это объяснялось большим выносом колеса вперед. Испытания не были завершены. А.И. Болдырев получил от Н.И. Камова предложение продолжить разработку этого вертолета.

В 1955 г. А.И. Болдырев разработал проект трехместного реактивного вертолета. Его проект утвердил академик Б.Н. Юрьев. Вертолет должен был иметь: диаметр двухлопастного винта 7 м, полетную массу 550 кг, массу конструкции 170 кг. Предполагалось, что нагрузка на ометаемую винтом площадь должна составлять 14 кгс/м2, нагрузка на эквивалентную мощность -5,5 кгс/л.с. (7,48 кгс/кВт), максимальная скорость - 20 км/ч, скороподъемность - 3 м/с, расчетная тяга одного двигателя - 15 кгс (150 Н).

Изготовили продувочную модель и провели ее аэродинамические исследования. Вертолет имел хорошие расчетные летно-технические данные, но проект не был осуществлен.

Сверхлегкий автожир Ф.П. Курочкина. В 1947 г. выпускник МАИ Ф.П. Курочкин провел аэродинамические исследования модели сверхлегкого индивидуального автожира. Модель в масштабе 1:5 представляла собой манекен лыжника с укрепленной на нем подвесной системой ранцевого типа. К ней на стойках крепился несущий винт-ротор автожира. Модель испытывали в аэродинамической трубе Т-1 Военно-воздушной академии им. Н.Е. Жуковского. Она устанавливалась в рабочей части трубы с помощью тонкой стальной проволоки длиной 4 м, имитировавшей буксировочный трос, и крепилась к полу трубы. При увеличении скорости потока в трубе "Иван" (так исследователи называли своего лыжника) взлетал и устойчиво держался в воздухе, удерживаемый от горизонтального перемещения стальной проволокой. Для замера потребной тяги (сопротивления автожира) проволоку подсоединяли к пружинным весам. Модель любил демонстрировать академик Б.Н. Юрьев. Для демонстрации устойчивости аппарата он через лючок в трубе указкой толкал модель в сторону. Она после нескольких колебаний продолжала устойчивый "полет".

На основании исследований был построен натурный летательный аппарат Ф.П. Курочкина (рис. 336). Автожир имел подвесную систему парашютного типа с небольшим сиденьем на нижних лямках. К подвесной системе крепились стойки, на которых установили втулку несущего винта. На оси втулки вращался трехлопастный винт. Ось винта была выполнена в виде трубы, сквозь которую проходил верхний конец ручки управления. На верхнем конце ручки управления, над плоскостью вращения винта, расположили диск автомата перекоса. Ручка управления шарнирно крепилась к верхней точке трубчатой оси несущего винта. Пилот держал в руке нижний конец ручки управления и отклонял в ту или другую сторону диск автомата перекоса, что приводило к циклическому изменению углов установки лопастей винта. Лопасти крепились к втулке винта горизонтальными и осевыми шарнирами. На втулке (ниже плоскости вращения винта) установили барабан для намотки троса принудительной раскрутки винта.

Перед пилотом на кронштейне буксировочного троса располагались указатель скорости, вариометр и замок отцепки.

Лопасти автожира имели смешанную конструкцию. На их металлический лонжерон устанавливали фанерные нервюры. По передней кромке лопасти обшили миллиметровой фанерой, сверху их обтянули полотном и покрыли аэролаком.

Конструкция автожира выполнена сборно-разборной. В разобранном виде он укладывался в пенал диаметром 0,4 м и длиной 2,5м.

Рис. 336. Ф.П. Курочкин с автожиром собственной конструкции

Испытывали автожир, буксируя грузовиком ГАЗ-АА на тросе длиной 25 м.

Очень интересной была система раскрутки несущего винта. Свободный конец троса крепили на земле (например, к швартовочному штопору). При разбеге трос, намотанный на барабан, раскручивал несущий винт до необходимого числа оборотов. После пробега в несколько шагов автожир взлетал на высоту 7...8 м со скоростью 45 км/ч. Первые полеты показали хорошие устойчивость и управляемость автожира, но, к сожалению, испытания до конца не были доведены. Испытывал автожир его конструктор и разработчик Ф.П. Курочкин в 1948 г. под Москвой в районе платформы Соколовская.

Автожир Курочкина при дальнейшей его доводке и установке легкого двигателя с толкающим винтом мог бы найти спортивное применение.

Работы комсомольско-молодежного КБ Челябинского машзавода

В 1958-1960 гг. в Челябинске на машиностроительном заводе было организовано комсомольско-молодежное КБ, конструкторы которого под руководством Б. Мысова спроектировали три винтокрылых летательных аппарата.

Первая работа КБ - автожир-планер Б. Мысова и Ю. Ческидова (рис. 337). Испытан осенью 1959 г. на аэродроме ДОСААФ под Челябинском. Буксируемый мотоциклом М-72, автожир взлетал на скорости 40 км/ч. Во время разбега несущий винт автожира раскручивался в течение 10 с до 120 об/мин с помощью реактивных ускорителей, расположенных на концах лопастей.

В КБ построили одноместный автожир (рис. 338) с мотоциклетным двухцилиндровым двигателем и толкающим винтом. Фюзеляж - ферменной конструкции с вертикальным и горизонтальным оперением. Шасси - двухколесное с хвостовой опорой.

В КБ разработали, кроме того, ранцевый реактивный вертолет с двухлопастным несущим винтом с реактивными двигателями на концах его лопастей.

Конструкторы КБ сделали рабочий проект двухместного автожира с кабиной автомобильного типа с мотоциклетным двигателем мощностью 57 л.с., двухкилевым оперением на хвостовой балке (рис. 339).

Рис. 337. Планер-автожир Б. Мысова и Ю. Ческидова

Рис. 338. Одноместный автожир молодежного КБ Челябинского машзавода

Рис. 339. Проект двухместного автожира

Работы КуАИ и ХАИ

Вертолет "Вихрь". Одноместный вертолет "Вихрь" (рис. 340) с двухлопастным несущим винтом был построен в 1962 г. членами самодеятельного конструкторского бюро Куйбышевского авиационного института (КуАИ) под руководством Ю. Пятницкого. На концах лопастей несущего винта стояли прямоточные воздушно-реактивные двигатели со статической тягой около 2 кгс (20 Н).

Горючее из топливного бака, расположенного под сиденьем пилота, подавалось под давлением через полые лопасти винта к двигателям. Шасси трехколесное. Переднее колесо самоориентирующееся. Управление вертолетом непосредственное - отклонением плоскости вращения несущего винта. Ручка управления "шаг-газ" отсутствовала. Управление шагом несущего винта автоматическое - с помощью простейшей автоматической втулки винта (как у вертолета А.И. Болдырева). Втулка имела общий горизонтальный шарнир, установленный под углом 45° к оси двухлопастного несущего винта. С увеличением числа оборотов (увеличение "газа") увеличивался угол атаки лопастей. А когда "газ" был минимальным, лопасти приподнимались относительно горизонта вверх и автоматически устанавливались на нулевые углы атаки. Вертолет безопасно авторотировал.

Рис. 340. Вертолет "Вихрь"

Лопасти изготовили из дуралюминовой трубы каплеобразного профиля с приклееным к ней хвостиком лопасти из тонкого дуралалюминового листа. Вертолет имел открытую кабину. Хвостовое оперение, вынесенное на трубчатую хвостовую балку, состояло из киля с рулем направления.

ХАИ-24. В 1963 г. в СКБ Харьковского авиационного института (ХАИ) была организована вертолетная группа под руководством студента Б.И. Мысова. За два года студенты-конструкторы спроектировали и построили несколько опытных образцов вертолетов и автожир.

Рис. 341. Схема автожира ХАИ-24

ХАИ-24 (рис. 341) - первая в хронологическом порядке работа вертолетной группы СКБ. Двухместный автожир ХАИ-24 был спроектирован и изготовлен довольно быстро Б. Мысовым, В. Ищуком, В. Серко и другими в 1965 г.

Автожир имел металлическую конструкцию. Кабину сделали закрытой с общей для двух пилотов дверью, открывающейся вверх. Сиденья расположили одно за другим.

Двигатель мощностью 140 л.с. (102,9 кВт) установили в передней части фюзеляжа. Шасси - неубирающееся, трехопорное, с носовым колесом. Несущий винт - трехлопастный. Двухкилевое вертикальное оперение вынесено на хвостовую балку. Автожир имел хорошие аэродинамические формы. Он экспонировался в 1966 г. на Всесоюзной выставке технического творчества и был одним из лучших экспонатов. Коллектив СКБ был награжден золотой, серебряной и тремя бронзовыми медалями за эту работу.

Вертолеты и автожиры авиаконструкторов-энтузиастов

Работы конструкторов Москвы. В 1949 г. в Москве Ю.Л. Старинин спроектировал сверхлегкий вертолет "М" одновинтовой схемы с приводом двухлопастного винта от пульсирующих ВРД, установленных на концах лопастей. Работы велись совместно с Ю.С. Брагинским. Некоторые узлы и детали изготовлены в заводских условиях. На устройство одношарнирного винта с пульсирующем ВРД конструкторы получили авторское свидетельство на изобретение. Вертолет имел трехколесное шасси. В том же году вертолет испытывали в Измайлове в режиме авторотации на буксире за автомобилем ЗИС-5. Делались пробежки с работающими двигателями (летчик-испытатель В.Ф. Смирнов). Вертолет "М" имел систему автоматической стабилизации на режиме висения.

В 1950-1953 гг. был построен и проходил испытания на привязи вертолет СБИЖ-2 с двумя пульсирующими ВРД, установленными на лопастях несущего винта. Общий налет вертолета с работающими двигателями на режиме висения составил 100 ч.

В 1964 г. Ю.Л. Старининым при участии Ю.С. Брагинского был спроектирован вертолет одновинтовой схемы "Старт-1" с телескопической балкой для хвостового винта. На вертолете установили двигатель "Ванкель" массой 10 кг без системы водяного охлаждения. Вертолет, построенный в 1965 г., испытывался в режиме висения на привязи.

В то же время был спроектирован и изготовлен автожир-вертолет "Старт-2". На автожире установили два твердотопливных реактивных двигателя, вынесенных на штангах для раскрутки несущего винта. Конструкция автожира выполнена из дуралюминовых труб. В качестве маршевого двигателя использовали двигатель от бензопилы "Урал". "Старт-2" имел толкающий винт диаметром 0,8 м. Автожир испытывали в аэродинамической трубе. Летные испытания его не проводили.

Вертолет РВ-1. В 1956 г. бывший летчик-истребитель, участник Великой Отечественной войны А.П. Маслов спроектировал и построил вертолет соосной схемы ранцевого типа - РВ-1. Вертолет с двумя форсированными двигателями М-5 от мотоцикла крепился с помощью подвесной системы на спине пилота. Двигатели имели общий редуктор несущего винта. Вертолет до испытаний доведен не был.

Вертолет П.Ф. и В.П. Микалюкиных. В 1961 г. в Харькове отец и сын Микалюкины построили вертолет соосной схемы (рис. 342).

П.Ф. Микалюкин - ветеран отечественной авиации. После ухода из авиации по возрасту П.Ф. Микалюкин десять лет труда отдал осуществлению своей мечты - строительству сверхлегкого вертолета собственной конструкции. Работал ветеран вместе с сыном Владимиром.

Рис. 342. Вертолет П.Ф. и В.П. Микалюкиных

Когда в работе над проектом возник ряд сложных вопросов, конструкторы-любители написали письмо генеральному конструктору МЛ. Милю, который согласился их принять и оказал помощь в осуществлении их идеи. После возвращения в Харьков авиаконструкторы-любители получили из Москвы лопасти к своему вертолету.

Соосный вертолет Микалюкиных с четырехцилиндровым двигателем воздушного охлаждения, установленным за спинкой сиденья пилота снизу, имел простую конструкцию.

Несущие винты вертолета были двухлопастными. Шасси трехопорное с носовым колесом. Стойки основных опор (пирамидальные) сварены из стальных труб. Вертолет имел плоскую хвостовую балку из труб, усиленную тросовыми растяжками. На конце хвостовой балки был расположен цельноповоротный киль. Вертолет испытывался в 1961-1962 гг.

Вертолеты Н. Мельника и А. Светикаса. В 1959-1961 гг. инженеры Н. Мельник и А. Светикас построили и испытали два сверхлегких вертолета ранцевой схемы. Первый вертолет построен по забытой в наши дни схеме Г. Велльнера. Несущий винт такого вертолета вращался с помощью тянущих винтов малого диаметра, установленных на несущих лопастях или на штангах, расположенных в плоскости вращения основного винта. Для привода вертолетного винта на двухметровых стальных трубах установили три двигателя от бензопилы "Дружба" мощностью по 3,5 л.с. Несущий винт вместе с тремя двигателями на трубах-штангах свободно вращался на оси, жестко установленной на раме. Рама крепилась к подвесной системе пилота. Ось винта на раме закреплена шарнирно, с помощью ручки управления отклонялась вправо-влево, вперед-назад. Так осуществлялось управление вертолетом. В штангах проходили тросы управления числом оборотов двигателей и трубки от бензобака. Бензобак установлен сверху, на неподвижной оси над плоскостью воздушного винта. На испытаниях вертолет поднялся на 4 м. Для полетов мощности двигателей было недостаточно. Вертолет был демонтирован.

Рис. 343. Схема ранцевого вертолета Н. Мельника и А. Светикаса

Второй вертолет (рис. 343) конструкторы подготовили к испытаниям в 1961 г. Было решено установить на вертолет один двигатель большей мощности с меньшей удельной массой. Роторный двигатель Ванкеля отвечал требованиям конструкторов. Они изготовили такой двигатель с водяным охлаждением собственными силами. После 50-часовой доводки на стенде при скорости вращения 800...900 об/мин двигатель начал устойчиво работать. Испытания на стенде показали, что двигатель развивает мощность 30 л.с. (22 кВт) при 17 000 об/мин. На новом вертолете двигатель установили над ступицей несущего винта, а тянущие воздушные винты остались на тех же трех штангах, через которые были пропущены приводные валы.

Испытывал вертолет А. Светикас (в прошлом летчик). Испытания проводились в трактороремонтном цехе. Испытатель, весивший 92 кг, укрепил вертолет на спине и встал на тракторную раму. После запуска двигателя и раскрутки винта Александр, держась за тракторную раму ногами, увеличил шаг винта и число оборотов мотора. Неожиданно пилот стремительно поднялся в воздух. Бензобаком и двигателем вертолет ударился о потолок цеха, высота которого была пять метров. При ударе одна лопасть оторвалась. Малые винты развалились, и Светикос упал на пол цеха. К счастью, все обошлось благополучно, хотя конструкторы при испытаниях вертолета грубо нарушили правила техники безопасности. Его необходимо было испытывать на привязи, на ровной открытой площадке.

Рис. 344. Схема автожира с прыжковым взлетом

Следующий проект автожира с прыжковым взлетом (рис. 344) конструкторы разработали с учетом опыта неудачных испытаний своих ранцевых вертолетов. Автожир имел несущую раму, трехколесную тележку-шасси с носовым колесом и вертикальное оперение с рулем направления. Кабина пилота открытая, за спинкой сиденья пилота установлен пятицилиндровый звездообразный двигатель воздушного охлаждения с толкающим винтом. Двигатель через муфту сцепления с помощью трансмиссии соединялся с трехлопастным несущим винтом. Это позволяло осуществлять раскрутку несущего винта перед взлетом и обеспечивало возможность прыжкового взлета автожира. Сведений о завершении постройки этого автожира и испытаниях нет.

Рис. 345. Вертолет СЕМ-1

Вертолет СЕМ-1 (рис. 345). Журнал "Огонек" в 1963 г. опубликовал небольшую заметку о вертолете СЕМ-1 И.С. Семенова. Слесарь по специальности, он в содружестве с заводскими инженерами спроектировал и построил вертолет с реактивными двигателями, установленными на концах лопастей.

Шасси вертолета - пирамидальное с носовым колесом. Хвостовое оперение состояло из одного цельноповоротного киля. Конструкция вертолета металлическая. Кабина пилота, расположенная в носовой части фюзеляжа, предусматривала установку съемного фонаря.

К сожалению, никаких данных о месте постройки и испытаниях вертолета в журнальной заметке не приводилось.

Автожир Я. Артемчука. Работа над аппаратом проходила с 1963 по 1970 г. Конструкция автожира деревянная. В хвостовой части фюзеляжа расположен стабилизатор площадью 0,5 м2, на концах которого закреплено разнесенное вертикальное оперение с рулем поворота. В носовой части фюзеляжа установлен самодельный двухцилиндровый двигатель воздушного охлаждения с тянущим воздушным винтом. Кабина открытого типа (рис. 346).

Рис. 346. Автожир Я. Артемчука

Втулка несущего винта расположена над кабиной на трехстоечном кабане. Управление несущим винтом непосредственное. Ручка управления крепилась к оси вращения винта.

Несущий винт двухлопастный. Раскрутка его осуществлялась от механического привода через редуктор и гибкий вал. Способ раскрутки - пневматический. Часть мощности от маршевого двигателя шла на центробежный компрессор конструкции Артемчука. От компрессора воздух поступал на сопла, расположенные на концах лопастей. Хорда лопасти 210 мм.

Шасси трехколесное. Управление носовым колесом совместно с рулем направления - ножное. Основные опоры шасси имеют пружинную амортизацию и снабжены тормозами. Под стабилизатором установлена вспомогательная хвостовая опора.

Ранцевый вертолет Ю. Фарсобина (рис. 347). Следует сказать, что работы авиаконструкторов-любителей нередко оставались неизвестными и лишь по некоторым аппаратам зафиксированы некоторые данные. Например, в 1963 г. Ю. Фарсобин из Киевской области спроектировал и построил ранцевый вертолет. В журнале "Техника молодежи" № 3, 7, 1964 г., были опубликованы фотография и схема вертолета с двухлопастным несущим винтом. Масса конструкции аппарата 25 кг.

Рис. 347. Схема ранцевого вертолета Ю. Фарсобина

Основной ПуВРД был установлен на штанге, снабженной противовесом, а два вспомогательных (разгонных) прямоточных реактивных двигателя располагались на концах лопастей. К легкой наспинной раме крепились подвесная система пилота, хвостовая балка с килем и кронштейн несущего винта. О результатах испытаний и дальнейших работах сведений нет.

Таблицы к главе 13