«Шутка» ОКБ А. С. Яковлева

После окончания Великой Отечественной войны авиаконструкторы получили, наконец, возможность уделять больше внимания вертолетной тематике. Появились первые скромные успехи в отечест­венном вертолетостроении, в воздушном параде 1946 г. принял участие геликоптер «Омега-11» И. П. Братухина. Однако полностью доведенной и пригодной для широкого и массового использования машины все не было.

Объяснялось это целым рядом причин — как объективных, так и субъективных. К числу первых можно отнести многочисленные дефекты, присущие серийным вертолетам Г-3 и Г-4, созданным под руководством Братухина. То обстоятельство, что в ОКБ-3 разрабатывалось одновременно несколько проектов геликоптеров, не позволяло, очевидно, довести хотя бы один из них до нужной кондиции. Субъективной причиной была излишняя робость заказчиков, обусловленная бытовавшим тогда недоверием к винтокрылым летательным аппаратам.

К тому же у Министерства авиационной промышленности еще не было четко сформулированной концепции нового класса машин. В результате технические требования к вертолетам чрезмерно перегружались пунктами о вооружении и спецоборудовании. При этом не учитывались реальные возможности и общий технологический уровень современного отечественного авиастроения. Итогом такой несогласованности стало отсутствие в 40-х годах в Советском Союзе серийного вертолета, пригодного к эксплуатации.

Существующее положение необходимо было коренным образом менять, и в конце 1947 г. на высоком правительственном уровне постановили вместо большого количества заданий по вертолетам различного назначения заказать проектировщикам разработку двух- или трехместного вертолета связи и предъявить к нему достаточно простые и выполнимые требования.

За дело взялись сразу три ОКБ: И. П. Братухина, А. С. Яковлева и М. Л. Миля. У Братухина и Миля накопился солидный (по меркам тех лет) конструкторский и производственный опыт. А как же Яковлев собирался решать столь непростую задачу? До 1945-го руководимое им конструкторское бюро, загруженное работами по созданию фронтовых, а затем реактивных истребителей, винто­крылыми машинами не занималось. Вертолет соосной схемы «ЭГ» — изделие «Ш» — явился их первым, чисто экспериментальным проектом. О нем и пойдет дальше речь.

В сентябре 1944 г. летчик К. И. Пономарев проводил испытания вертолета «Омега-11». Видимо, достигнутые при этом совсем неплохие летные данные подтолкнули А. С. Яковлева к идее разра­ботать геликоптер под двигатель М-12, а впоследствии — под М-11ФР-1. Соосную схему выбрали как наиболее компактную и простую, не требующую сложной трансмиссии и позволявшую исполь­зовать серийный двигатель М-11.

Первое документальное упоминание о «геликоптере №1» относится к началу декабря 1944 г., когда приступили к просчету центровки летательного аппарата. Согласно предварительным расчетам вертолет должен был иметь следующие летно-технические характеристики: полетную массу — 890 кг, массу пустого — 570 кг, массу нагрузки 320 кг, массу топлива — 100 кг, весовую отдачу — 39%, скорость максимальную у земли 175 км/ч, скорость максимальную на высоте 1000 метров — 140 км/ч, практический потолок — 1000 метров, дальность полета — 300 км при одном пассажире и 30 кг груза, двигатель М-12 номинальной мощностью 175 л.с.

В план опытного строительства на 1945 г. работы по вертолету не включили. Его техническая готов­ность к январю 1946 г. составляла всего 10 процентов.

Лишь 18 марта 1946 г. появляется приказ по заводу № 115, подписанный директором и главным конструктором А. С. Яковлевым, в котором начальником бригады, трудившейся над изготовлением геликоптера, утвержден С. А. Бемов. Бригада состояла из одиннадцати человек: Л. С. Вильдгрубе занимался аэродинамикой и лопастями, Г. И. Огарков — редуктором, П. Д. Самсонов — общей компоновкой и весами. В коллектив также входили конструкторы Г. М. Семенов и А. Б. Леканов, рабочие А. А. Жиров, Г. Н. Богданов, М. С. Максимов, Н. В. Федюшкин и Б. С. Чиченков. Консульти­ро­вал проект К. А. Скржинский. Вот эта небольшая группа и приступила по-настоящему к созданию совершенно новой для ОКБ машины — соосного геликоптера.

Попутно отмечу, что первый вертолет Н. И. Камова (Ка-8), выполненный по такой же схеме, появился несколько позднее. Есть все основания утверждать, что именно ОКБ А. С. Яковлева принадлежит «пальма первенства» в разработке советского вертолета соосной схемы.

Приказом МАП № 162сс от 27 марта 1946 г. был открыт официальный заказ на строительство геликоптера и определены сроки окончания работ: по первому экземпляру — 1 января 1947 г., по второму — 1 марта того же года.

Машина имела несколько наименований, которые встречаются в документах и публикациях — соосный вертолет Як, экспериментальный геликоптер Як, бемовский вертолет, Як-М-11ФР-1 и, наконец, изделие «Ш». Когда С. А. Бемов впервые получил задание на предварительный проект и рассказал об этом коллегам, кто-то спросил:

«Это что, шутка?».

Сергей Арсентьевич ответил:

«Нет, это — серьезно. Будем строить геликоптер, а обозначение ему дадим «изделие Ш» — «Шутка».

Необычное название прижилось.

Проблем возникло множество, что не удивительно — сказывалось отсутствие опыта конструиро­вания и тем более постройки винтокрылых аппаратов.

Сначала «бемовцы» построили небольшую летающую модель с соосными винтами и на ней отработали принципиальные вопросы размещения основных агрегатов и узлов будущего вертолета. Процент технической готовности первого варианта «Ш» к 1 января 1947 г. составил всего 60 процентов, а в середине года машина уже стояла в заводском цехе. Этот вертолет внешне отличался от того экземпляра, который вышел на летные испытания в следующем году — «ЭГ» имел хвостовое оперение с двумя хвостовыми вертикальными шайбами. Двигатель М-12 еще не был доведен, поэтому на первую машину поставили проверенный М-11ФР-1 меньшей мощности.

Приказом МАП №226сс от 16 апреля 1947 г. предписывалось снять летные данные после испытаний уже в ноябре 1947-го. Этим же документом открывался заказ на постройку второго экземпляра, процент технической готовности которого составлял к тому времени 60 процентов.

Первые наземные испытания начались 2 августа 1947 г. Их проводил летчик ЛИИ В. В. Тезавров­ский. Вертолет в основном соответствовал расчетным данным, а выявленные конструкторские и производственные дефекты быстро устранили. Тезавровскому «Шутка» понравилась, он легко и с удовольствием освоил вертолет, с нетерпением ожидая летных испытаний. Акт о передаче машины на заводские испытания подписали 20 декабря 1947-го, и в тот же день летчик впервые поднял ее в воздух.

На летные испытания «ЭГ» поступил со следующими весовыми характеристиками: полетная масса — 1020 кг, масса пустого — 878 кг, масса полезной нагрузки — 142 кг, масса топлива — 50 кг, масса масла — 12 кг. Вскоре отпала необходимость в хвостовых шайбах, и их сняли. Первые полеты сопровождались авариями, неизбежными во всяком новом деле. Через некоторое время вертолет отправили на завод для доработки и установки на него двигателя М-12.

Повторные испытания на привязи проходили с 9 по 16 марта 1948 г., затем до 23 марта на земле опробовали роторно-двигательную группу. После первого полета уже с М-12, который состоялся 9 апреля, выяснилось, что двигатель «сырой»— его заменили на М-11ФР-1, и начиная с 12 мая 1948 г. заводские летные испытания проводились в полном объеме. Они длились 11 месяцев и закончи­лись 8 июля 1948 г. За этот период было сделано 115 полетов (из которых 40 — на привязи) общей продолжительностью 20 часов, причем лопасти работали в суммарном итоге 41 час.

Точных измерительных приборов не имелось, и все произведенные замеры потом пересчитывали на стандартные атмосферные условия.

При испытаниях были получены следующие летные данные: максимальная скорость — 150 км/ч, наибольшая скороподъемность при номинальной мощности — 3,1 м/с, динамический потолок при номинальной мощности — 2700 метров, наибольшая скорость вертикального подъема — 1,1 м/с, статический потолок — 250 метров, дальность полета — 235 км.

У летчика-испытателя В. В. Тезавровского мнение о вертолете сложилось хорошее. В своем отзыве о заводских испытаниях он пишет:

«Геликоптер удовлетворительно рулит и позволяет осуществлять подлеты на малой скорости.

При слабом ветре устойчиво взлетает и набирает высоту: с движением вперед — до 180 и вертикально — до 80 метров; при сильном порывистом ветре набор высоты производился до 10-15 метров.

Повороты в режиме висения выполняются на месте без крена, в движении — «по-самолетному», то есть с креном, соответствующим скорости и радиусу разворота (испытания проходили на скоростях до 50 км/ч и с креном до 15 градусов).

Горизонтальный полет производился на высотах от 1 до 100 метров при скоростях от 4-6 до 60 км/ч. Нагрузки на ручку управления положительны по знаку, при скоростях свыше 50 км/ч они становятся утомительными для летчика. Полеты по прямой на скоростях свыше 20-30 км/ч сопровождались незначительными вздрагиваниями геликоптера — с частотой примерно четыре раза в секунду. Полет назад выполнялся на скорости 5-10 км/ч при слабом ветре.

Висение машины также происходит достаточно хорошо и устойчиво при силе ветра 7-8 м/с.

Геликоптер удовлетворительно планирует с работающим мотором. Вертикальное снижение производится до скорости 2-3 м/с. Пробег после посадки с режима планирования устойчивый, направление удерживается ногами. Свободная ориентация колес обеспечивает безопасную посадку даже при небольшом сносе.

Обзор из кабины с места пилота достаточный, сиденье установлено удобно. Педали, ручки управления, расположение аэронавигационных и моторных приборов также удобные.

Моторные приборы работают четко, а аэронавигационные дают ошибочные показания».

Далее следует вывод летчика-испытателя:

« …Желательно установить компенсаторы для демфирования небольших продольных колебаний, появляющихся при скоростях свыше 30 км/ч и увеличивающихся с ростом скорости, а также для уменьшения усилий на ручку управления при полетах на установившемся режиме. Оборудовать геликоптер приборами, пригодными для малых скоростей.

Экспериментальный геликоптер завода №115 является новым достижением отечественного геликоптеростроения».

Несмотря на успешно проведенный первый этап заводских летных испытаний, второй экземпляр «ЭГ» соосной схемы не достраивали. В ОКБ готовились к работе по созданию нового вертолета одновинтовой схемы Як-100 (Як-22), предшественницей которого и стала «Шутка».

Дальнейшая судьба необычного вертолета такова. Его передали в МАИ, где «ЭГ» простоял в одной из аудиторий вплоть до дня своего второго рождения.

В 1954 г. передовые студенческие отряды отправились на освоение целинных земель. В последу­ющие годы это движение молодых энтузиастов превратилось в традиционную форму третьего трудового семестра.

В сентябре 1954 г. комсомольцы МАИ решили сделать аэросани для подшефного совхоза, располо­женного в Кокчетавской области Казахстана. Студенты К. Сочнов, Ю. Гуськов, А. Павлов и Ю. Кушков выполнили проектно-конструкторские работы. Доработку корпуса, установку и доводку двигателя в кратчайшие сроки выполнили А. Зипунны, П. Афанасьев, Г. Скарин, В. Баландин и другие, пробные испытания состоялись 9 апреля 1955 г.

Аэросани имели звездообразный двигатель воздушного охлаждения М-11 мощностью 160 л.с. и шасси, состоящее из трех лыж — одна (передняя) была управляемой. Для корпуса использовали кабину и оборудование уже знакомой нам «Шутки», лыжи и их подвеску изготовили на одном из авиационных заводов.

В аэросанях сделали небольшой грузовой отсек. Скорость машины достигала 110 км/ч по ровному снегу при вместимости в пять человек.

Официальные испытания провели 7 декабря 1955 г. на льду Химкинского водохранилища, а 30 декабря 1956 г. на митинге в МАИ студенты передали аэросани комсомольскому секретарю зерносовхоза «Ленинградский» Василию Мазурику.

Так закончилась история первого вертолета ОКБ А. С. Яковлева.

Краткое техническое описание

Вертолет «Ш» построен по соосной схеме с двигателем М-11ФР-1 номинальной мощностью 140 л.с.

Фюзеляж состоит из трех частей: в передней помещены кабина пилота, редуктор, бензо- и масло­баки; в средней находится двигатель; хвостовая является стабилизатором.

Каркасы передней и средней частей сварены из хромансилевых труб. Спереди фюзеляж имеет деревянную опалубку, полотняную обшивку и съемный дюралевый носовой кок, укрепленный на замках Дзус.

Посередине каркас закрыт легкосъемными панелями, которые служат капотами моторного отсека. Для компенсации различных частот колебаний эти две части фюзеляжа стыкуются между собой при помощи четырех подвижных узлов.

Хвостовая часть изготовлена из дюралевых профилей уголкового сечения и обтянута полотном. Соединение со средней частью фюзеляжа осуществляется четырьмя болтами.

На первом экземпляре вертолета имелись хвостовые шайбы — деревянные, с составленным из лонжерона и нервюр каркасом. Носок шайбы был обшит фанерой, остальная часть — полотном. Шайбы фиксировались на трубе, укрепленной к заднему шпангоуту фюзеляжа и заключенной в обтекатель.

Кабина, остекленная плексигласом спереди, по бортам и сверху, имеет две входные двери. В полу находится окно для обзора при посадке.

Два соосно расположенных ротора вращаются в разные стороны. Каждый состоит из двух деревян­ных лопастей, укрепленных в металлических втулках, которые позволяют лопастям вращаться вокруг трех осей, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях. Кроме того, лопасти могут опускать и поднимать свои концы (образуя «тюльпан»), поворачиваться вокруг вертикальной оси и изменять углы атаки. При этом величины углов отклонения ограничены: вокруг вертикальной оси — вперед до 10 и назад до 45 градусов; от горизонтальной плоскости вниз до 8 и вверх до 12 градусов.

Каждая втулка имеет фрикционное тормозное устройство, частично поглощающее работу инерци­онных сил лопасти при изменении скорости вращения ротора.

Верхний и нижний роторы снабжены специальным ограничительным устройством, необходимым для предотвращения ударов лопастей друг о друга.

Каркас лопасти состоит из лонжерона, обода и набора нервюр. Лонжерон, образующий носок, склеен из дубовых реек. Обшивка лопасти за носком фанерная. Поверх дерева вся лопасть обклеена полотном. На комлевую часть надета стыковая дюралевая муфта, которая состоит из двух половинок. Треугольные буртики, находящиеся на ее внутренней поверхности, при стягивании муфты болтами входят в поперечные пазы комлевой части лопасти.

Передача крутящего момента от двигателя к редуктору осуществляется горизонтальным валом с двумя карданными соединениями.

Редуктор состоит из двух соосных вертикальных валов, набора конических и цилиндрических шестерен, гидравлической муфты раскрутки роторов и управляемой роликовой муфты свободного хода, которая передает крутящий момент от двигателя к роторам, а при переходе на режим авто­ротации расцепляет двигатель и редуктор. Ролики заклинивает между звездочкой и ведомой обоймой муфты — происходит односторонняя передача момента. При обратном направлении вращения ролики освобождаются. Включение муфты свободного хода осуществляется гидравликой после раскрутки ротора.

Маслосистема редуктора независима от системы смазки двигателя. Имеется дополнительная помпа для циркуляции масла, питающего систему смазки редуктора и гидравлические системы обеих муфт.

Механизм управления общим и циклическим шагом роторов состоит из верхнего и нижнего дисков. Каждый из них имеет ползун, среднее кольцо и обоймы из двух колец, между которыми вмонти­рован двухрядный шарикоподшипник.

Ползуны обоих дисков имеют шлицевые соединения; верхний — с валом верхнего ротора, нижний — со стаканом картера редуктора; средние кольца дисков соединены с ползунами и внутренними кольцами обойм взаимно-перпендикулярными цапфами. Это позволяет механизму управления подниматься, опускаться, поворачиваться вокруг продольной и поперечной осей.

Внешние кольца обойм связаны тягами между собой и с поводками лопастей нижнего ротора, а внутреннее кольцо обоймы верхнего диска – с рычагами управления верхним ротором.

Тяги управления механизмом подводятся к нижнему диску — к ползуну и рычагу на среднем кольце. Наклон дисков изменяет циклический шаг лопастей.

При вращении роторов, для устранения отставания верхнего диска от нижнего их внешние кольца соединены с валом нижнего ротора шлиц-шарнирами.

Управление движением вертолета вперед, назад, вправо и влево производится изменением цикли­ческого шага — используется ручка самолетного типа. Движение вокруг вертикальной оси осуществ­ляется путем перераспределения крутящих моментов роторов при помощи педалей. Происходит это без изменения подъемной силы. Ручка общего шага, установленная слева от сиденья летчика, позволяет управлять движением вверх-вниз.

В систему управления общим шагом включен гидравлический цилиндр, служащий для автомати­ческого перевода лопастей на малый шаг при переходе на режим авторотации. Внутри цилиндра находится пружина, которая при нормальной работе двигателя сжата под давлением масла, посту­пающего от дополнительной помпы. При остановке двигателя масло перестает поступать и под действием пружины цилиндр уменьшает общий шаг роторов.

Проводка управления состоит из набора жестких тяг и расчалок. Используются также гидравли­ческие демпферы.

Шасси вертолета трехколесное, неубирающееся, с масляно-пневматической амортизацией.

Основные колеса с пневматиками 400×150 мм, ориентирующиеся. Стойки крепятся к фюзеляжу при помощи трубчатых ферм.

Ориентирующаяся передняя стойка с рычажной подвеской колеса крепится к первой раме фюзе­ляжа. Размеры пневматика переднего колеса 250×80 мм.

Двигатель М-11ФР-1 (номинальной мощностью 140 л.с.) находится в средней части фюзеляжа, крепится к подмоторной раме и охлаждается 8-лопастным вентилятором, установленным на носке вала двигателя.

Воздух для работы и охлаждения двигателя поступает внутрь через жалюзи, сделанные на бортах передней части фюзеляжа, и выходит наружу в щель между средней и хвостовой частями.

Бензобак укреплен на ферме фюзеляжа под редуктором. Заливная горловина находится у левого борта. Маслобак установлен за задней стенкой кабины.

Двигатель управляется посредством одного рычага нормального газа, расположенного у левого борта кабины. Запуск двигателя осуществляется сжатым воздухом, при помощи щитка, установ­лен­ного на приборной доске у левого борта.

Кабина вертолета в достаточной степени насыщена оборудованием. Это аэронавигационные приборы — указатель скорости, высотомер и вариометр; приборы контроля работы двигателя — термометр головок цилиндров, трехстрелочный индикатор, манометры дополнительной масляной и воздушной систем; тахометр ротора, указатели угла атаки лопастей верхнего и нижнего роторов, а также тахометр двигателя.

Источником электрической энергии на вертолете является аккумулятор 12Ф-5, установленный в передней части фюзеляжа на полу кабины пилота. Основные потребители: система зажигания двигателя, плафон освещения кабины, обогрев трубки Пито, электрические приборы.

Электрощиток расположен на приборной доске справа от приборов контроля работы двигателя.

источник: Константин УДАЛОВ ««ШУТКА» ОКБ А.С.ЯКОВЛЕВА» // САМОЛЕТЫ МИРА 1998/04-06