Назад к оглавлению Mil V-7
1959

Миль В-7

В середине 50-х гг, когда проектирование вертолета Ми-6 было в основном закончено, конструкторы ОКБ М.Л.Миля приступили к поиску перспективных путей дальнейшего увеличения грузоподъемности винтокрылых летательных аппаратов. Одним из наиболее приоритетных направлений в те годы считалось создание вертолетов с реактивным приводом несущего винта, т.е. с таким приводом, при котором крутящий момент винта создается силой реакции газов, вытекающих из установленных по концам лопастей реактивных двигателей или реактивных сопел. Отказ от механической трансмиссии должен был не только упростить и облегчить конструкцию вертолета, но и значительно повлиять на его весовое совершенство. Кроме того, при этом отсутствовал реактивный момент несущего винта, а следовательно, не было необходимости в энергоемких и громоздких средствах его парирования, что также упрощало компоновку вертолета. Из всех видов реактивных приводов наиболее экономичным представлялся привод посредством ТРД. В ОКБ разрабатывался проект такого сверхтяжелого вертолета-крана (один из проектов В-16) с несущим винтом диаметром около 60м. На конце каждой лопасти предполагалась установка двух ТРД с противоположным вращением турбин и тягой по 1750кг каждый. Но предварительно М. Л. Миль был намерен построить небольшой опытный четырехместный вертолет, на котором предстояло опробовать реактивный привод несущего винта и решить ряд специфических для такой схемы проблем. Ему удалось заинтересовать своей идеей сначала представителей ГВФ, а затем и военных, и 20 декабря 1956г. вышло правительственное постановление о разработке опытного вертолета В-7 с реактивным приводом несущего винта.

Проектирование и постройка винтокрылого аппарата, самого маленького и легкого из когда-либо созданных ОКБ М.Л.Миля, продвигались очень быстро. В декабре 1957г. рабочее проектирование было в основном закончено, и опытное производство завода №329 заложило сразу серию из пяти машин. Ведущим конструктором по В-7 был назначен А.В.Кочкин, а затем — Г.Г.Лазарев.

Конструкция вертолета была максимально простой. Основу составлял цельнометаллический каплевидный фюзеляж полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части силовых шпангоутов монтировалась на болтах литая плита. К фланцу плиты крепился редуктор, состоявший из вала несущего винта и приводов агрегатов. На оси вала несущего винта устанавливались втулка с лопастями и автомат перекоса. К переднему торцу плиты присоединялся кронштейн с качалками управления и гидроусилителями. По бокам фюзеляжа находилось три двери. В кабине, помимо летчика, могли разместиться еще три пассажира или носилки с больным и сопровождающий медработник. Топливный бак находился под полом. Насос направлял горючее в топливный регулятор, из которого оно поступало в коллектор вала несущего винта и оттуда под действием центробежной силы — к ТРД, расположенным на концах двухлопастного несущего винта.

Лопасти прямоугольной формы имели стальной лонжерон, деревянный каркас и фанерную обшивку. Они крепились к втулке посредством осевых и общего горизонтального шарниров. В носках нервюр лопастей были проложены две трубки топливопитания. Электропроводка проходила внутри лонжерона. Сверху на конце вала несущего винта монтировался токосъемник приборов силовой установки. При разработке системы путевого управления сначала планировали ограничиться хвостовым оперением, установленным в индуктивном потоке, но сопровождавшие разработку В-7 всесторонние исследования моделей в аэродинамической трубе показали необходимость сохранения рулевого винта. Его установили сзади фюзеляжа на короткой трубчатой ферме. Таким образом, избежать установки трансмиссии на вертолет не удалось. На В-7 конструкторы ОКБ М.Л.Миля впервые применили полозковое шасси. Смонтированные на задних поперечных трубах гидроамортизаторы служили для предотвращения земного резонанса. Вертолет В-7 оснащался облегченным комплектом пилотажного приборного оборудования, предусматривался его военный вариант с системой вооружения.

Успешное воплощение идеи вертолета с реактивным приводом несущего винта зависело в первую очередь от создания достаточно легких и малогабаритных двигателей, способных надежно работать в поле центробежных сил при больших перегрузках, а также систем топливопитания и управления ими. Из многих руководителей авиамоторных ОКБ, привлеченных к решению этой задачи, за проектирование специальных ТРД взялся только главный конструктор А.Г.Ивченко. Разработанный в его ОКБ-478 двигатель АИ-7 тягой 70кгс представлял собой простейший ТРД с центробежным компрессором и одноступенчатой турбиной. С целью уравновешивания гироскопических моментов двигатель был выполнен с тремя маховиками, вращавшимися в сторону, противоположную турбине. Такое решение было простейшим, но, как показали дальнейшие события, неправильным.

Двигатели АИ-7 были получены заводом №329 только в декабре 1959г, сам вертолет был собран задолго до этого. Сразу же после первого запуска ТРД возникли проблемы: двигатель не выходил на рабочие обороты и не развивал заданной тяги из-за большого отбора мощности на вращение маховиков. Поэтому их пришлось снять с двигателей. Для охлаждения перегревавшейся маслосистемы инженеры ОКБ М.Л.Миля спроектировали уникальный трубчатый маслорадиатор, размещенный вокруг воздухозаборника двигателя. Теперь АИ-7 развивал заданную тягу, но все нагрузки от гироскопического момента стала воспринимать несущая система.

Реализация концепции вертолета с реактивным приводом несущего винта оказалась значительно сложней, чем это предполагалось. Доводка В-7 и его силовой установки затянулась. Для совершенствования двигателей АИ-7 были привлечены специалисты ЦИАМ. Несколько лет ушло на решение проблемы обеспечения работы двигателей в поле центробежных сил, и только 19 февраля 1962г. была предпринята первая попытка подъема в воздух В-7 на привязи. Но вертолет не смог оторваться от земли. Под воздействием гироскопического момента двигателей лопасти несущего винта закручивались на отрицательный угол, обшивка лопастей покрывалась гофрами, что создавало большое сопротивление вращению, усиленное незакапотированными двигателями. Кроме того, мощность гидроусилителя общего шага оказалась недостаточной для преодоления нагрузок в системе управления. Вибрации вертолета были большими. После этого испытания двигатели были отправлены на переделку в ОКБ А.Г.Ивченко, лопасти отремонтировали, гидроусилитель системы управления общим шагом заменили на более мощный, для двигателей спроектировали капоты.

В апреле 1965г. испытания В-7 на привязи возобновились, но при первом же запуске заклинило один из двигателей. Пришлось его вновь возвращать на завод-изготовитель. Наконец 20 сентября дважды удалось добиться устойчивого зависания. Испытания проводил механик В.А.Колосов. Висение происходило с понижением частоты вращения несущего винта, так как в этом случае двигатели создавали меньший крутящий момент и лопасти не закручивались и не коробились. По программе 1965г. планировалась оценка фактической мощности на различных рабочих оборотах несущего винта, однако этот год стал последним в истории разработки В-7. 11 ноября 1965г. во время испытаний на максимальных оборотах несущего винта и взлетном режиме двигателей произошло почти одновременное разрушение обоих двигателей. Как выяснилось позже, взлетный режим двигателя АИ-7 был критическим. Турбокомпрессоры двигателя вошли в резонансные колебания и, выломав корпус, «улетели» вместе с задними частями двигателей. Вертолет же без повреждений плавно опустился на землю.

Конструкторы были вынуждены признать дальнейшую доводку АИ-7 бесперспективной. Они возлагали надежду на разработанный в ЦИАМ новый турбореактивный двигатель МД-3, гироскопический момент на котором уравновешивался за счет противоположного вращения компрессора и турбины. Но и этот двигатель нуждался в длительной доводке, как, впрочем, и многие другие элементы вертолета. Расход топлива при схеме с реактивным приводом несущего винта оказался значительно больше, чем это предполагалось первоначально. Высоким был и уровень шума. Тогда М.Л.Миль делает вывод, что увеличивать грузоподъемность вертолетов более целесообразно путем использования многовинтовых схем с механической трансмиссией. Доводка В-7 была прекращена.

В.Р.Михеев "МВЗ им. Миля - 50 лет", 1998

Схема вертолета В-7

Вертолетостроители знают три варианта привода несущего винта (НВ): трансмиссионный, комрессорный и реактивный. Трансмиссионный - чаще всего используемый привод - механический: валы, редукторы... В компрессорном газ от двигателей-газогенераторов, установленных в фюзеляже, подается через вал НВ, втулку и лопасти в реактивные горелки на лопастях. Такой вертолет строили англичане, но он оказался сложным и неэкономичным из-за больших потерь газа. Наиболее же простым и эффективным представлялся реактивный привод несущего винта. Особенно остро встал вопрос о типе привода НВ в 50-е годы, когда вертолетчики взялись за тяжелые машины: редукторы требуемой мощности для традиционных схем казались нереализуемыми. В тот период было много теоретических проработок и экспериментов.

Американская фирма Hughes отрабатывала на вращающемся стенде несущий винт с реактивным двигателем, имеющем тягу 50кг. У нас над реактивным вертолетом совместно с Московским вертолетным заводом (МВЗ) работали ЦАГИ и ЦИАМ. В 1957г. на МВЗ была построена четырехместная машина В-7 с реактивным приводом НВ. Очевидно, главный конструктор М.Л.Миль хотел на маленьком вертолете отработать все системы данной схемы, чтобы с большим пониманием подойти к созданию тяжелого аппарата. Двигатели АИ-7 для В-7 создало Запорожское моторостроительное конструкторское бюро во главе с главным конструктором А.Г.Ивченко.

Испытания вертолета начались в 1957г, а проблемы с двигателями - еще раньше. Как известно, при вращении турбокомрессора двигателя на вращающейся лопасти возникает гироскопический момент, закручивающий ее и создающий большие нагрузки в управлении шагом несущего винта. Для его гашения внутри двигателя конструкторы установили три маховика, вращавшиеся в противоположную сторону относительно ротора турбокомпрессора. Но с ними агрегаты даже на неподвижном стенде не смогли выйти на расчетные обороты.

Пришлось маховики снять, но тогда гироскопический момент, составляющий на взлетном режиме 120кгм, перешел на лопасти и систему управления общим шагом НВ.

Далее, на первых раскрутках несущего винта выяснилось, что предложенный Ивченко ребристый маслорадиатор не справляется с охлаждением масла АИ-7. На МВЗ, в бригаде П.А.Богдзевича, вместо него был спроектирован кольцевой трубчатый радиатор, установленный вокруг входа двигателя.

Перед запуском двигателей несущий винт вертолета ставился на тормоз, чтобы не начал раскручиваться. Съемный электростартер подключался сначала к одному мотору, затем снимался и подключался ко второму. После запуска обоих двигателей он убирался механиком в фюзеляж.

С декабря 1959г. по март 1962г. продолжались испытания В-7 с модернизированными двигателями. Однако он упорно отказывался взлетать.

Причина выяснилась после того, как на стенде конец лопасти несущего винта нагрузили крутящим моментом 100кгм. При этом вся ее обшивка покрылась гофрами, а сам конец закрутился на 6° вниз. Дабы парировать крутящий момент, был заказан мощный бустер общего шага, а лопасть отклонили на 6° вверх.

Еще раз перебрали двигатели, но уже после 1962г. стало ясно, что без устройств гашения гироскопического момента вертолет жить не будет. Работы по нему были пущены на самотек. Ведущий конструктор А.А.Кочкин перешел работать на парашютную фирму: строить ротошюты (роторные парашюты) с реактивным приводом несущего винта. На его место назначили меня.

На одном энтузиазме, за два года, были отремонтированы двигатели и доработан вертолет в целом. Испытания возобновились 25 марта 1965г. И опять неудача: при первом запуске один АИ-7 заклинило из-за неправильной сборки.

После его ремонта испытания возобновились 6 августа того же года. Вертолет был основательно препарирован. Около площадки с закрепленным на привязи аппаратом установили полосатый домик на колесах с записывающей аппаратурой, там же находились прибористы и ведущие инженеры. С 6 августа по 11 ноября было произведено 40 запусков двигателей с раскруткой несущего винта, причем вертолет иногда зависал на привязи. Все системы работали удовлетворительно.

При этих зависаниях В-7 хорошо управлялся. Двигатели выходили на взлетный режим при центробежной перегрузке 290g, оптимально же работали на крейсерском, когда закрутка лопастей от гироскопического момента не превышала -4°.

11 ноября, во время очередного этапа испытаний, руководство летной станции решило "для кино", вопреки официальной программе, максимально раскрутить несущий винт и, увеличив его шаг, заставить вертолет зависнуть на привязи за счет инерции НВ. Такую раскрутку механик-испытатель В.Выгловский, по устной договоренности, должен был провести до начала основной части программы, не включая записывающей аппаратуры. Я с удивлением наблюдал, как неожиданно несущий винт дважды вышел на повышенные обороты, затем - две вспышки на концах лопастей, два сильных хлопка. Поднявшийся вертолет резко накренился влево, затем выровнялся, завис на привязи и после падения оборотов несущего винта плавно опустился на брюхо фюзеляжа - задние стойки шасси были оторваны.

Как потом рассказал Выгловский, в момент хлопков у него вырвало ручку управления вертолетом, она описала круг против часовой стрелки. Смотровое стекло домика прибористов было пробито, один осциллограф поврежден. Подбежавшие к вертолету увидели, что оба двигателя разрушились по среднему стыку. Их передние части с турбокомпрессорами, весом примерно под 30кг, отсутствовали. На лопастях остались пояса крепления двигателей с приваренными к ним внешними кожухами камер сгорания, корпуса турбин, сопла, а также задние части мотогондол. Показания очевидцев и анализ разрушений говорили о том, что сначала рассыпался двигатель справа по направлению полета. После проворота винта на 405° градусов разлетелся второй агрегат.

Удалось выяснить, что непосредственной причиной аварии стало "усталостное разрушение шпилек силового пояса в связи с нахождением критических оборотов турбокомпрессора в зоне взлетного режима".

К счастью для испытателей, оторвавшиеся части пролетели мимо, да и оторвались почти одновременно, а центробежная сила составляла около 10т. Первая из них улетела на 300м в поле, вторая - врезалась в грузовую платформу вертолета Ми-10 у удаленных домиков испытателей.

Неудачно построенный эксперимент не только не позволил запечатлеть висение реактивного вертолета, но и закрыл работы по нему. А ведь на подходе были двигатели, спроектированные и изготовленные в ЦИАМ конструкторским отделом во главе с В.И.Шальновым и Е.З.Магилевским. Эти агрегаты, проходившие испытания на вращающемся стенде, имели гашение гироскопического момента внутри двигателя, встроенный трубчатый маслорадиатор и их мидель был меньше, чем у АИ-7. То есть в них были устранены основные конструктивные недостатки предыдущей модели. Сейчас они законсервированы и хранятся в 6-й лаборатории ЦИАМ.

После официального прекращения, работы велись мною внепланово, правда, только по обобщению накопленных в нашей стране и за рубежом материалам по реактивному приводу несущего винта вертолета с двигателями на лопастях. Изыскания показали, что:

  • создать силовую установку, работающую на лопасти вращающегося винта возможно;
  • целесообразность такого привода возрастает с ростом грузоподъемности вертолета – из-за уменьшения удельных весов реактивных двигателей, угловой скорости несущего винта и, как следствие, центробежной перегрузки и гироскопического момента, а также из-за уменьшения в несколько раз удельных расходов топлива этих двигателей по сравнению с маленьким АИ-7;
  • с помощью такого привода целесообразно создавать вертолеты грузоподъемностью более 30т.

Г.Лазарев "Техника-Молодежи", №4-1999


Фотографии 

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7

Mil V-7


All the World's Rotorcraft


Virtual Aircraft Museum


Назад к оглавлению AVIATION TOP 100 - www.avitop.com Avitop.com