Вертолёт, 2007 № 04

Маргарита ЛАЗАРЕВА
  
ЦАГИ 1-ЭА — первый отечественный вертолет
 
Одной из самых замечательных и памятных дат в истории российского вертолетостроения является 14 августа 1932 года, когда на первом отечественном вертолете ЦАГИ 1-ЭА был установлен неофициальный мировой рекорд высоты полета. Пилотировал вертолет талантливый конструктор и замечательный летчик А.М. Черемухин. В этом номере журнала мы знакомим читателей с сокращенным докладом, который представили на Европейский вертолетный форум (Казань, 2007) специалисты фирмы «Камов» В.А. Касьяников и Г.И. Кузнецов. В докладе дается оценка значимости работ отечественных первопроходцев для развития вертолетостроения в стране.
Проектирование и постройка
Работы по вертолетной тематике, проводившиеся в ЦАГИ в 1925–1928 гг., базировались исключительно на технических идеях, разработанных Б.Н. Юрьевым. По результатам эскизных проработок геликоптеров для трех вариантов схем аппаратов (одновинтовая, поперечная и многовинтовая) был выбран один и тот же двигатель М-2 мощностью 120 л.с. Другого двигателя, наиболее подходящего по располагаемой мощности и массе, в распоряжении проектантов не было. Этот двигатель ротативного типа не требовал, кроме того, разработки системы его принудительного охлаждения на висении и малых скоростях полета. Для проведения широких экспериментальных исследований в основу постройки натурного образца геликоптера была положена схема Юрьева с одним несущим винтом, управляемым с помощью автомата перекоса. Уравновешивание реактивного момента несущего винта и путевое управление геликоптером достигались применением рулевого винта. Крепление к втулке лопастей несущего винта, имеющих осевые шарниры для изменения их углов установки, было жестким. Это упрощало конструкцию несущей системы и системы ее управления.
Вопрос о необходимости постройки в ЦАГИ геликоптера решился летом 1926 года после обсуждения доклада Б.Н. Юрьева «О геликоптерах и плане работ с ними», сделанного на коллегии института. Возглавить работу по постройке винтокрылой машины поручили конструктору А.М. Черемухину, за плечами которого к этому времени был опыт участия в постройке первого советского самолета «КОМТА», разработка и введение в строй первых аэродинамических труб Т-1 и Т-2 и др.
Заместитель начальника ЦАГИ и член коллегии А.Н. Туполев много позже скажет: «Когда ЦАГИ понадобилось строить аэродинамическую трубу — работу поручили Черемухину, когда потребовалось строить вертолет — снова позвали его.». Академик Б.Н. Юрьев впоследствии писал: «А.М. Черемухин принял особо большое участие в разработке геликоптера системы Юрьева, так называемого 1-ЭА. Он разработал весь конструктивный проект этой исторической машины и руководил ее постройкой. В этой работе все приходилось делать по собственному разумению, то есть здесь все было новым, как в конструкции и технологии, так и в методах расчета».
Черемухину и его геликоптерной группе предстояло провести тщательный анализ накопленных материалов. Предстояло убедиться в том, что расчетные характеристики модели винта диаметром 2 м будут с достаточной степенью приближения соответствовать аналогичным характеристикам 11-метрового натурного винта. От этого зависела возможность получения, согласно эскизному проекту «фаворита», тяги несущего винта 1350 кгс, необходимой для совершения свободного полета винтокрылой машины с полетной массой около 900 кг.
В связи с этим у А.М. Черемухина возникла идея создания натурного стенда, на котором будет смонтирован несущий винт диаметром 6 м (подобный натурному винту 11 м) с приводом от одного двигателя М-2 мощностью 120 л.с. Черемухин лично руководил эскизным проектированием, разработкой и постройкой натурного стенда. В начале 1928 года все монтажные работы были завершены. Впервые в мировой практике на натурном стенде начали проводиться экспериментальные исследования такого масштаба по вертолетной тематике (этот стенд стал прообразом будущих натурных стендов ЦАГИ, ОКБ Миля и Камова).
Геликоптерной группой в 1925–1929 гг. был проделан большой объем научных и экспериментальных исследований, обширные испытания несущего винта на натурном стенде, в системе управления которым использовался автомат перекоса Б.Н. Юрьева, применяемый до настоящего времени на всех вертолетах мира. Полученные материалы исследований и испытаний несущего винта, близкого по размерам к натурному, позволили приступить к разработке первого советского геликоптера 1-ЭА (экспериментальный аппарат). Его проектирование было начато в 1928 году. Общее руководство разработкой эскизного проекта осуществлял Б.Н. Юрьев. Непосредственное руководство конструкторскими работами по созданию этого геликоптера, выполнению расчетов всех элементов конструкции на прочность возглавлял А.М. Черемухин.
Для осуществления расчетов на прочность несущего винта, фюзеляжа, трансмиссии, рулевых винтов и шасси требовались нормы прочности. Именно Черемухину принадлежит приоритет в разработке первых норм прочности сначала для геликоптера, а затем и для автожира. Оценивая работу Алексея Михайловича, один из основоположников отечественного вертолетостроения Н.И. Камов скажет: «В основе современных норм прочности вертолетов и автожиров лежат нормы, заложенные Черемухиным на заре отечественного вертолетостроения».
Во второй половине 1929 года проектные работы по геликоптеру были закончены, рабочие чертежи изготовлены и сданы в производственные подразделения опытного завода ЦАГИ. В июле 1930 года сборочные работы по аппарату успешно завершились.
Геликоптер 1-ЭА был построен по одновинтовой схеме с четырехлопастным несущим винтом диаметром 11 м и имел взлетную массу 1145 кг. Лопасть винта с осевым шарниром имела жесткое крепление к его втулке. В системе управления несущим винтом применялся отработанный на стенде автомат перекоса. Фюзеляж машины имел ферменную сварную конструкцию из стальных труб, обшивка отсутствовала. Шасси — трехстоечное с большим ходом амортстоек и с хвостовым колесом.
Уравновешивание реактивного момента несущего винта осуществлялось двумя соосными рулевыми винтами небольшого диаметра (1,8 м), расположенными впереди и сзади фюзеляжа, что упрощало продольную балансировку машины. Кроме того, соосные рулевые винты имели нулевые реактивные моменты, а создаваемые ими тяги были взаимно уравновешены, что исключало скольжение машины. Плечо между осями рулевых винтов составляло 11 м. При таком большом плече и небольших тягах рулевых винтов представлялась возможность получения достаточного по величине момента для уравновешивания реактивного момента несущего винта и путевого управления аппаратом. Одновременно это позволяло минимизировать затраты мощности на компенсацию реактивного момента несущего винта за счет некоторого утяжеления конструкции геликоптера.
Силовая установка включала два двигателя М-2 мощностью по 120 л.с. Они были размещены по обеим сторонам центральной части фюзеляжа, носками навстречу друг другу. В главном редукторе обороты двигателя редуцировались в отношении 1:7,84. Мощность от двигателя к главному редуктору передавалась через муфту свободного хода, что обеспечивало в случае отказа двигателей безмоторное снижение машины на режиме авторотации несущего винта. Два малых редуктора для привода рулевых винтов соединялись с главным редуктором трансмиссионными валами.
Сиденье пилота располагалось перед двигателями и главным редуктором, что впоследствии стало нормой для всех вертолетов. На рабочем месте пилота имелись ручка управления циклическим шагом несущего винта с использованием автомата перекоса, рычаг общего шага слева от сиденья и педали путевого управления для изменения углов установки лопастей рулевых винтов. По существу, рычаги управления первым отечественным геликоптером и их размещение на рабочем месте пилота также стали нормой для последующих поколений отечественных вертолетов.