Вертолёт, 2006 № 2
Российский информационный технический журнал
№ 2 133) / 2006
Издается с июня 1998 года. Выходит 4 раза в год
Фотографии П. Бутовского (стр. 14, вверху, 4 стр. обл.), В. Соломахина (стр. 21, вверху), а также из архивов авторов и редакции. На 1 стр. обложки вертолет «Ансат».
С О Б Ы Т И Е
Преемственность
Работы МАИ в области аэродинамики
Модель тяжелого реактивного вертолета
Предлагаем вниманию читателей в сокращении Почетную лекцию профессора Московского авиационного института В.И. Шайдакова, прочитанную им на Седьмом форуме РосВО. Выступление было посвящено деятельности кафедры «Конструкции и проектирование вертолетов» в области аэродинамики вертолетов за 1953–2005 годы.
Вертолетное направление стало развиваться на самолетостроительном факультете с первых лет существования МАИ. Уже в 30-е годы Б.Н. Юрьев и И.П. Братухин читали студентам лекции по аэродинамике, проектированию, конструкции автожиров и вертолетов.
После окончания Великой Отечественной войны советское вертолетостроение получило новый импульс развития, и возникла острая необходимость в специалистах в этой области авиатехники. В эти годы на кафедре самолетостроения начали выпускать студентов вертолетной специальности, правда, очень небольшую группу. Лекционные курсы по конструкторско-проектировочному и аэродинамическому циклам студентам читали И.П. Братухин и Л.С. Вильдгрубе. К руководству дипломным проектированием были привлечены главные конструкторы М.Л. Миль и Н.И. Камов.
Кафедра «Конструкции и проектирование вертолетов» была создана в августе 1952 года, ее первым заведующим стал Б.Н. Юрьев. На кафедре изначально было заложено два цикла: аэродинамический и конструкторский, что выгодно отличало ее от самолетной чисто конструкторской кафедры. Главной задачей коллектива кафедры стало обеспечение учебного процесса необходимыми учебными пособиями. В короткое время И.П. Братухин и Б.Н. Юрьев подготовили и написали учебники «Проектирование и конструкции вертолетов» (1955 г.) и «Аэродинамический расчет вертолетов» (1956 г.). Оба учебника, а фактически монографии в области проектирования вертолетов, стали настольными книгами для многих поколений вертолетчиков нашей страны.
Важную роль в учебном процессе играла учебная лаборатория, организованная сразу же после открытия кафедры. Ее первый начальник — талантливый изобретатель А.И. Болдырев работал над оригинальной конструкцией легкого вертолета с реактивным приводом НВ. Активно участвовали в этом проекте и студенты.
С годами развивалась и укреплялась лабораторная база кафедры. Неоценимую помощь в этом оказали Н.И. Камов, М.Л. Миль, М.Н. Тищенко, С.В. Михеев и другие известные конструкторы. Наряду с учебной, при кафедре была организована и научная лаборатория летающих моделей. На ее базе Б.Н. Юрьев намеревался осуществить исследования летных характеристик перспективных вертолетов. Он разработал доступную для авиамоделистов методику проведения научных экспериментов на летающих моделях и сам руководил их работой. В экспериментах по исследованию динамики конвертопланов участвовали многие студенты-авиамоделисты. Было построено и испытано в свободном полете несколько экспериментальных моделей с резиномоторными и поршневыми двигателями. Миниатюрный вертолет с поршневым двигателем студента 4 курса Марата Тищенко в апреле 1954 года установил первый мировой рекорд по продолжительности полета в классе моделей вертолетов.
В последние годы жизни Б.Н. Юрьев совместно с И.П. Братухиным особенно активно занимался разработкой преобразуемых летательных аппаратов, совмещающих в себе свойства самолета и вертолета (СВВП). По заказу Всесоюзного электротехнического института (ВЭТИ) в 1954 году на кафедре начались проектные разработки десантно-транспортного конвертоплана взлетной массой 60 т. Аппарат представлял собой самолет с четырьмя ТВД, установленными в гондолах на концах Х-образного крыла, имел четыре соосных воздушных винта диаметром 6 м. Крейсерская скорость аппарата составляла 830 км/ч. Аэродинамические расчеты, выполненные на кафедре, показали реальную возможность создания СВВП.
Конец пятидесятых — начало шестидесятых годов отмечены бурным ростом отечественного вертолетостроения. Особый интерес проявлялся к вертолетам, способным перевозить тяжелые неделимые грузы. Под руководством И.П. Братухина (в 1957 году после смерти Б.Н. Юрьева он стал заведующим кафедрой) на кафедре совместно с ЦАГИ и ЦИАМ развернулись проектные работы в области перспективных схем тяжелых реактивных вертолетов. В 1956-58 гг. был разработан эскизный проект сверхтяжелого винтокрыла грузоподъемностью 40 т и дальностью полета 1000 км. Для этого аппарата И.П. Братухин предложил ряд оригинальных решений: конструкция втулки НВ включала в себя совмещенные горизонтальный и вертикальный шаровые шарниры, внутри которых проходили воздушные каналы.
В те годы существовал и устойчивый интерес к летательным аппаратам нового типа, так называемым «летающим платформам», в качестве несущей системы которых использовались тяжело нагруженные воздушные винты, заключенные в широкие кольца. Экспериментальные исследования по таким системам провел Ф.П. Курочкин, пришедший в 1957 году на кафедру из ЦАГИ. Исследования показали, что установка кольца повышала тяговые характеристики системы «винт в кольце» на 30–40 %. К проектным разработкам аппаратов этого класса коллектив кафедры под руководством И.П. Братухина приступил в 1958 году. Были спроектированы четырехвинтовой джип взлетной массой 1200 кг и тяжелая восьмивинтовая летающая платформа с массой перевозимого груза 40 т. Аэродинамические расчеты ЛА были поручены В.И. Шайдакову.
В процессе проектирования возникла необходимость в разработке теории системы «винт в кольце». В качестве математической модели рассматривалась приближенная картина обтекания коллектора на входе в канал, в поперечном сечении которого линии тока представляют собой систему полуокружностей различного радиуса. Разрежение на поверхности коллектора определялось как результат воздействия центробежных сил частиц жидкости, движущихся по линиям тока. Рассматривалось два случая: в первом кольцо состоит только из коллектора, к коллектору подсоединяется цилиндрический канал (диффузор). Во втором случае струя получает полное расширение, и тяга на коллекторе повышается. Предложенная теория позволила рассчитать основные тяговые и мощностные характеристики системы.
Для подтверждения полученных результатов по проектному заданию кафедры в 5 отделении ЦАГИ была изготовлена и в 1959 году испытана в аэродинамической трубе Т-105 установка «Винт в кольце». Экспериментальные и расчетные данные дали удовлетворительное совпадение, что позволило совместно с ЦАГИ вести проектировочные исследования летающих платформ и джипов. К середине 60-х годов интерес к этим аппаратам угас из-за больших километровых расходов топлива. Однако в последующие годы теория «винта в кольце» продолжала развиваться применительно к фенестронам одновинтовых вертолетов, комбинированным аппаратам типа вертолет-самолет, имеющим в своем составе несущую систему «винт в кольце», дистанционно пилотируемым привязным и свободно летающим аппаратам.
В дальнейшем коллектив преподавателей и сотрудников кафедры вел научные исследования в области преобразуемых аппаратов вертикального взлета и посадки различных схем. В аэродинамическом цикле выполнялись работы по созданию новых методов аэродинамического расчета вертолетов, построению математических моделей НВ при вертикальном снижении в режимах вихревого кольца и др.