Вертолет, 2010 №01
Шрифт:
Соревнование между двумя КБ (а это было именно соревнование!) выиграли М.Л. Миль и его коллектив. Вот тогда-то и взошла звезда Михаила Леонтьевича.
Надо сказать, что Михаил Леонтьевич умел смотреть далеко вперед: к тому времени, когда к нему обратились с предложением по разработке вертолета, у него уже была готова идея создания новой машины – будущего Ми-4. На разработку этого вертолета Михаил Леонтьевич и получил задание. В задании полетный вес должен был быть 6000 кг, а грузоподъемность 1600 кг (хочу напомнить, что вертолет Сикорского S-55, который был использован в Корее, имел полетный вес 3500 кг и грузоподъемность 1000 кг). И Михаил Леонтьевич сделал такой вертолет! Конечно, в успехе дела свою роль сыграли присущие тому времени энергия и умение быстро развертывать большие мощности для решения поставленной задачи. Но не меньшую роль сыграла и глубочайшая убежденность Миля в том, что вертолеты нужны нашей стране, что их можно разработать и построить, что он, Михаил Леонтьевич, это сможет сделать. Это было сродни вере, давало ему силы преодолевать все препятствия.
Для разработки Ми-4 М.Л. Миль получил завод и территорию, которую занимало раньше КБ Братухина. Здесь он смог развернуть необходимые мощности, здесь же позже появилась экспериментальная база.
Ми-4 садится на площадку в Кремле, 1960 г.
История создания вертолета Ми-4 поразительна. К проектированию приступили в октябре 1951 года, а первый опытный экземпляр был готов уже в апреле 1952 года. Поразительно и другое. Первый серийный экземпляр тоже был полностью готов к этому же времени. Серийные машины выпускались параллельно с проведением летных и государственных испытаний вертолета. Чертежи, по которым доводились опытные экземпляры, одновременно внедрялись и на серийном заводе. В общем, первый транспортный вертолет Ми-4 появился в реальной эксплуатации уже летом 1952 года. Это была серийная машина, с которой началось лидерство Михаила Леонтьевича в вертолетном мире.
Заканчивая этот панегирик в честь Михаила Леонтьевича, напомню, что главный конструктор А.С. Яковлев должен был построить вдвое более мощный и грузоподъемный вертолет. Им была выбрана так называемая продольная схема, довольно привлекательная с точки зрения весовой отдачи. Вдвое больше – это значит, что вместо одного несущего винта ставится два (их взяли от вертолета Ми-4), вместо одного двигателя – два (таких, как на Ми-4). Однако вертолет не «получился» таким, каким его задумывали, думаю, потому что конструкторы ОКБ А.С. Яковлева наступили на те же грабли, что и в КБ И.П. Братухина. Предполагаю, что вертолет сгубили автоколебания в контуре «винт – фюзеляж – винт – система управления между винтами».
Не хочу сказать, что конструкторы А.С. Яковлева совсем не справились с задачей конструирования. Как я уже говорил выше, достаточно точный анализ таких явлений, как автоколебания, в силу несовершенства методик практически невозможно было сделать. И длительные доводки машины с участием ЦАГИ и других институтов только подтверждают сказанное. Вообще продольная схема, как и поперечная, создает гораздо больше условий для появления различных видов автоколебаний, требует более скрупулезных расчетов и более длительных доводок. С этой точки зрения одновинтовая схема гораздо проще и значительно легче анализируется. И хотя продольная схема кажется более предпочтительной с точки зрения весовой отдачи, все ее преимущества исчезают, когда дело доходит до реального конструирования.
В результате вертолет продольной схемы Як-24 в 1956 году закончил государственные испытания, но доводки продолжались и позже. Имелось несколько модификаций, небольшое количество вертолетов было построено и некоторое время эксплуатировалось, но Як-24 так и не увидел широкой эксплуатации. Этот пример достаточно убедительно подтверждает, что если динамические проблемы недостаточно глубоко изучены на стадии проектирования, то последующие доводки хоть не поставят крест на машине, то сильно «съедят» ее летно-технические характеристики.
.Когда М.Л. Миль принял решение строить вертолет поперечной схемы (В-12), очень большое внимание было уделено выбору силовой схемы (распределению масс элементов конструкции), а также разработкам расчетных методик. Наверное, поэтому мы избежали поражения, хотя одну небольшую ошибку все же допустили. Но ее можно было быстро исправить.
На Московском вертолетном заводе я работал в области прочности, поэтому все, что излагается дальше, касается именно проблем прочности. В 1954 году произошла катастрофа вертолета: в полете разрушился комлевый стык лопасти. Предварительно этот стык был испытан на действие главной нагрузки – центробежной силы и не разрушился при почти шестикратном запасе. Почему же это произошло в полете, недоумевали мы. Но довольно скоро поняли, что причина произошедшего в усталостном разрушении в его классическом виде. Это разрушение не могло не произойти: мы не понимали, что конструкция лопасти, находящаяся в поле переменных и постоянных нагрузок, сопротивляется совсем иначе, чем при однократной (так называемой статической) нагрузке. Не было представления и о том, как в такой сложной конструкции распределяются напряжения, как взаимодействуют между собой составные части комлевого стыка. Мы не понимали, как можно и нужно определять несущую способность конструкции в поле действия вышеуказанных сил и назначать в соответствии с этим ресурс.
Конструирование летательных аппаратов производится в поле действия различных нормативных актов, руководств и законов. Одним из таких законов являются «Нормы прочности вертолетов». Эти законы, в том числе и «Нормы прочности», необходимы при разработке конструкций: они прямо указывают, на какие нагрузки должны быть рассчитаны вертолетные конструкции, какие должны быть запасы прочности, на что должны быть испытаны конструкции. Однако нормы, как и всякие жесткие законы, могут создавать психологические «шоры», закрывающие часть «горизонта», что иногда приводит к негативным последствиям. Нельзя сказать, что «Нормы прочности вертолетов» препятствовали конструированию с учетом усталости, нет, они просто не сосредотачивали внимание разработчиков на этом. Беда в том, что эти нормы строились по аналогии с самолетными. Но «Нормы прочности самолетов» были вполне логичными и охватывали все условия жизни этих летательных аппаратов. Все дело в том, что при тех скоростях, на которых летали в те годы самолеты, большие переменные нагрузки не возникали, а если и встречались, то их количество было невелико, они измерялись десятками тысяч циклов. Поэтому при назначении ресурсов самолетов достаточно было обеспечить статическую прочность с заданными запасами. Но агрегаты вертолета: лопасти несущих и рулевых винтов, втулки и системы управления – работают в совсем другой области кривой Велера, а именно, в области десятков миллионов циклов, если иметь в виду экономически целесообразные сроки эксплуатации.
Хотя в начале проектирования Ми-4 и было понимание этих особенностей, достаточно глубокого их осознания не было. В общем, «колокол не звонил», мы не понимали, в какую новую неизведанную зону проблем вступаем. Но после катастрофы все изменилось, пришло ясное осознание проблемы. А комлевый стык лопасти, о котором я упомянул вначале, – просто первый пример нового подхода к конструированию (примером такого подхода является комлевый стык Ми-1, который стоит в музее М.Л. Миля). Этот подход заключается в том, что проектирование конструкций осуществляется одновременно со скрупулезным анализом напряженного состояния конструкции и именно такой анализ генерирует необходимые идеи для конструирования. Разработка нового стыка шла именно путем, который привел к созданию долговечной конструкции для лопастей несущих винтов вертолетов Ми-1 и Ми-4, и больше ни на каких лопастях никаких вертолетов фирмы М.Л. Миля не было разрушений, связанных с усталостной прочностью, которая является следствием недостаточной проработки конструкции. Это стало началом нового подхода к конструированию, в том числе и лопастей вертолетов.
Когда мы, как нам казалось, научились правильно конструировать с учетом усталости, встал вопрос, как же назначать ресурс этим конструкциям. Приходится опять сослаться на практику самолетостроения. Как я понимаю, величина ресурса назначалась на основе опыта эксплуатации аналогичных конструкций и в итоге получалось, что обеспечение статической прочности давало хорошие ресурсы для самолетов. Вместе с тем, всегда можно было организовать так называемую лидерную эксплуатацию. Ее смысл заключался в том, что группа самолетов той или иной конструкции опережала по налетам самолеты основного парка. Лидерная эксплуатация имела смысл потому, что сравнительно небольшое рассеяние характеристик выносливости в зоне кривой Велера, актуальное для самолетов, позволяло считать эту группу репрезентативной для оценки долговечности всей серии. Иными словами, возникновение каких-либо неполадок в этой группе позволяло своевременно получать оценку и вносить изменения в конструкцию основной массы эксплуатирующихся машин. Такая же практика вначале применялась и для вертолетов. Однако рассеяние характеристик выносливости для парка одноименных вертолетов таково, что число часов до разрушения различных экземпляров этого парка может различаться в сотни и более раз. Поэтому с точки зрения назначения ресурса и обеспечения безаварийной эксплуатации по условиям усталостной прочности практика лидерной эксплуатации лишена смысла. Однако потребовалось довольно много усилий и времени, чтобы эта практика прекратилась (необходимость лидерной эксплуатации определялась отнюдь не только разработчиками авиатехники).
Однако ресурсы назначать надо, поэтому пришлось на ходу вырабатывать схему действий, которая позволяла бы назначать достаточно надежные ресурсы и в то же время не «зарезала» их. Разумеется, мы не были единственными, кто был озабочен проблемами ресурса. Пришлось переработать и переосмыслить почти все, что было наработано в самых разных областях техники, и приспособить к нашим потребностям.
По существу, мы решали триединую задачу. Первое: испытания агрегатов не должны задерживать эксплуатацию, а потому их нужно проводить в весьма ограниченные сроки на заметно больших нагрузках, чем в реальной эксплуатации. Второе: необходимо научиться пересчитывать результаты на реальные условия. Третье: необходимо научиться воссоздавать как можно более точно всю необходимую комбинацию нагрузок, для чего требуется построить специальные стенды.