Проект винтокрыла «X» на базе Ли-2. СССР

В конце 1951 г конструкторы вертолетов и автожиров Н.И.Камов, В.В.Никитин и В.Б.Баршевский разработали принципиально новый тип летательного аппарата с вертикальными взлетом и посадкой, который получил имя «винтокрыл». Машина удостоилась положительной оценки специалистов — о чем говорит документ под названием «Заключение по предварительному проекту винтокрыла», утвержденный начальником ЦАГИ А.И. Макаревским 15 января 1952 г.

Конструкторы 9 февраля 1952 г. направили И.В.Сталину письмо. В нем говорилось, что современные вертолеты, наряду со своими замечательными взлетно-посадочными свойствами, имеют весьма ограниченные летные характеристики. Увеличение скорости, высоты, дальности и продолжительности полета вертолетов связано с преодолением серьезных трудностей, обусловленных особенностями работы несущего винта на режиме косой обдувки и малым аэродинамическим качеством этих машин. С другой стороны самолеты, имея значительно более высокие летные характеристики, чем вертолеты, не обладают их уникальными взлетно-посадочными возможностями. Поэтому возникла идея объединить лучшие качества обоих.

Винтокрыл «X» задумывался как универсальный транспортный летательный аппарат, в котором совмещались бы вертикальный взлет и посадка вертолета со скоростными характеристиками самолета. Чтобы ускорить и облегчить создание столь сложной комбинированной машины, конструкторы решили использовать в качестве основы самолет Ли-2, снабдив его дополнительной моторной установкой и несущими винтами. Рассматривая ряд схем несущего винта, среди которых были реактивная с прямоточными двигателями конструктора Бондарюка, одновинтовая с использованием турбовинтового двигателя ТВ-2 и соосная также с приводом от ТВ-2. После анализа остановились на соосной схеме несущих винтов (диаметр 17,5 м), приводимых от двигателя ТВ-2 через специальный редуктор. Эта схема позволяет обойтись без специального устройства для компенсации реактивного момента, к тому же именно по соосной схеме Камов строил свои первые вертолеты.

В итоге выбрали соосную схему несущих винтов (диаметр 17,5 м), приводимых от двигателя ТВ-2 через специальный редуктор. Дальнейшая проработка возможных конструкций редуктора и несущей системы, более тщательное изучение этого вопроса подтвердили правильность выбора. Оказалось, что вес редуктора для соосного несущего винта получался значительно меньшим, чем вес трансмиссии одновинтового вертолета с тем же мотором. Вес втулок и лопастей также уменьшался. Винтокрыл, подобно вертолету, мог взлетать и садиться вертикально, неподвижно висеть в воздухе — в пределах своего статического потолка. Вместе с тем он имел бы более высокие летные данные, чем вертолет.

Схемы винтокрыла «X»

По мнению авторов проекта, использование винтокрыла повышало безопасность полетов, потому что движение могло продолжиться даже в случае выхода из строя двух основных моторов АШ-62ИР или одного дополнительного ТВ-2. В последнем случае посадка и взлет должны были производиться по принципу автожира.

Полет винтокрыла должен был происходить следующим образом: при взлете основные моторы АШ-62ИР работают на малом газе, дополнительному двигателю ТВ-2 дается полный газ, несущие винты раскручиваются (образуя достаточную подъемную силу), и винтокрыл вертикально взлетает на необходимую высоту. Управление полетом осуществляется несущими винтами и реактивной струей дополнительного двигателя.

После вертикального взлета для перехода в горизонтальный полет давался газ основным моторам. Одновременно убирался газ дополнительного двигателя. Винтокрыл набирал горизонтальную скорость полета. Мощность дополнительного двигателя постепенно уменьшалось (примерно до 1000 л. с.), после чего дальнейшее увеличение мощности основных моторов не сопровождалось уменьшением мощности дополнительного двигателя. Управление газом моторов и двигателя шлот от единой ручки управления. Общий шаг несущих винтов автоматически устанавливался таким образом, чтобы их обороты менялись по необходимому закону.

Горизонтальный полет и набор высоты с подкруткой от дополнительного двигателя могли производить в широком диапазоне скоростей. В этом случае управление винтокрылом осуществлялось самолетными рулевыми поверхностями (руль высоты, руль направления, элероны) и изменением оборотов основных моторов.

В случае остановки дополнительного двигателя (преднамеренной или аварийной) дополнительная мотоустановка с несущими винтами автоматически поворачивалась. Углы установки несущих винтов уменьшался. Несущие винты переходили на режим авторотации, и полет продолжался. При этом уменьшались диапазон возможных скоростей и скороподъемность винтокрыла.

Горизонтальный полет был возможен и в случае остановки одного мотора АШ-62ИР.

Для выполнения транспортных и десантных полетов винтокрыл имел специальную дверь в грузовой кабине по левому борту размером 1,5 м на 1,64 м (прорабатывался вопрос увеличения размеров двери с целью обеспечения загрузки различных вариантов десантной техники). Кабина имела усиленный пол, швартовочные узлы для грузов, откидные сиденья для 25 десантников и узлы крепления 18-ти носилок. Оборудование винтокрыла позволяло совершать дневные и ночные полеты в сложных метеоусловиях. Имелось противообледенительное оборудование для борьбы с обледенением крыльев, оперения, стекол кабины, тянущих и несущих винтов.

Для облегчения пилотирования предусматривалась необратимость управления несущими винтами, снятие усилий с рычагов управления на всех режимах и применение автопилота. На вертолетных и самолетных режимах полета управление осуществлялось одними и теми же рычагами. Экипаж состоял из двух пилотов и радиста. Для контроля за работой двигателя ТВ-2 в кабине должна была быть установлена дополнительная приборная доска.

Конструкторы считали главным аргументом в свою пользу возможность быстрого изготовления необходимого количества винтокрылов. Опытные работы ограничивались проектированием, постройкой винтовой установки и проведением испытаний. Переделки самолета Ли-2, по их мнению, были бы незначительными. Они свелись бы к усилению фюзеляжа в месте крепления винтовой установки и некоторому изменению системы управления. Все это позволяло сократить время доводок и доработок, ускорить выпуск серийных машин.

Уже имеющиеся в наличие специалисты, эксплуатирующие Ли-2, после небольшой переквалификации могли переключиться на винтокрыл.

В отзыве ЦАГИ отмечалось, что в связи с развитием тяжелого вертолетостроения для транспортно-десантных целей, предложение Камова и его соавторов о создании винтокрыла на базе широко распространенного самолета Ли-2 представляет несомненный практический интерес. Летно-технические характеристики, приведенные в проекте, достаточно обоснованы расчетами и сомнений не вызывают. Устойчивость винтокрыла будет лучше устойчивости существующих вертолетов.

В то же время специалисты ЦАГИ предлагали авторам уточнить весовой расчет. По их мнению, вес несущей системы получался несколько большим, чем заложенный в проекте. Обращалось внимание на необходимость ограничения скорости полета из-за ухудшения условий работы крыла, обдуваемого потоком несущих винтов.

На Ли-2 требовалось изменить угол установки стабилизатора для компенсации скоса потока от несущих винтов. При окончательном выборе числа оборотов несущих винтов нужно было следить за отсутствием резонанса в элементах конструкции самолета.

ОКБ Камова (ОКБ-4) к концу мая 1952 г. представило эскизный проект винтокрыла, основное назначение которого — транспортировка 25 десантников и десантной техники в места, недоступные для посадки самолетов. Кроме того, как и Ли-2Т, винтокрыл мог транспортировать 18 раненых на носилках. Прорабатывался вопрос расширения номенклатуры перевозимой десантной техники — по сравнению с Ли-2Т. Оборудование винтокрыла позволяло совершать дневные и ночные полеты в простых и сложных метеоусловиях.

Работа над винтокрылом «X» закончилась практически на стадии эскизного проекта. Теперь видны недостатки этой машины, среди которых неоправданный оптимизм при определении весовых характеристик и при подсчете тяги, не говоря уже о проблеме «земного резонанса», сближения лопастей, флаттера и других особенностей вертолетостроения, неизвестных в начале 50-х годов. Но в ней были заложены передовые тенденции, давшие толчок к созданию и постройке более смелой конструкции — винтокрыла Ка-22.

Краткое описание конструкции

Винтокрыл представляет собой модифицированный самолет Ли-2, снабженный дополнительной винтомоторной установкой.

Модификация заключается в следующем:

• — в центральной части фюзеляж усиливается и на нем устанавливаются узлы укрепления дополнительной винтомоторной установки;
• — система управления ротором подсоединяется к системе управления самолетом;
• — добавляется дополнительная панель приборной доски и рычаги управления в пилотской кабине;
• — дорабатывается оборудование самолета.

Несущая система винтокрыла представляет собой 17,5-метровые трехлопастные соосные винты, управляемые автоматами перекоса. В несущую систему входят лопасти, втулки, автоматы перекоса и тяги.

Лопасть имеет трапециевидную форму в плане, сужение 2,5 метров и отрицательную крутку 10 градусов. Конструкция лопасти смешанная. В качестве основного конструкционного материала применена древесина (сосна, фанера, дельта-древесина). Наполнитель выполнен из пенопласта (ПХВ-1 и ПС-4), а оковка и противовесы стальные. Внутри оковки лопасти проложены трубки антиобледенителя. На винтокрыле применена втулка с пересекающимися горизонтальными шарнирами, без вертикальных шарниров и с торсионом в осевом шарнире.

Управление несущими винтами осуществляется при помощи верхнего и нижнего автоматов перекоса. Верхний автомат перекоса расположен над верхней втулкой, нижний — между втулками. Автоматы перекоса управляются при помощи трех тяг, расположенных внутри вала. Две тяги служат для продольного и поперечного циклического управления, а третья — для управления общим шагом.

Дополнительная силовая установка состоит из турбовинтового двигателя ТВ-2, специального редуктора с несущими валами, моторамы, системы смазки и капотов. Двигатель крепится на мотораме в четырех местах. К выхлопному соплу ТВ-2 присоединяется труба для отвода выхлопных газов. В конце выхлопной трубы имеется сопло с двумя выходными отверстиями. Специальной заслонкой поток выхлопных газов можно направлять в ту или иную сторону, создавая момент, поворачивающий машину вправо или влево. Двигатель через вал соединен с планетарным редуктором, который имеет муфту свободного хода. В задней части моторамы расположены два кронштейна гидроцилиндров (для поворота всей мотоустановки при переходе на режим авторотации).

Горючее из передних баков Ли-2 и половины одного из задних баков подается помпой к штуцеру питания ТВ-2. Емкость баков керосина — 2000 л, емкость бензиновых баков — 1120 л. Редуктор и двигатель закрыты капотами. Капоты имеют съемные панели для обеспечения подходов к агрегатам мотора и редуктора.

Все управление самолетными рулями остается без изменений. Для управления на вертикальных и переходных режимах добавляется система управления несущими винтами. Для путевого управления используется выхлопная струя двигателя ТВ-2. Управление общим шагом и мощностью дополнительного и основных двигателей расположено на центральном пульте в кабине. В случае выхода из строя ТВ-2 вся дополнительная винтомоторная группа поворачивается, при этом одновременно уменьшается общий шаг винтов. Управление автоматами перекоса при повороте не нарушается.

Кабина пилотов Ли-2 осталась практически без изменений. Добавился сектор «шаг-газа» дополнительной винтомоторной установки и сектор остановки двигателя ТВ-2. В кабине монтируется щиток управления запуском ТВ-2 и выключения муфты свободного хода, а также тумблеры электросистемы дополнительной мотоустановки. Вместо указателя скорости УС-350 на приборной доске ставится модифицированный указатель, позволяющий контролировать полет с небольшими скоростями.

Винтокрыл оборудован следующими противообледенительными устройствами:

• — воздушно-термическим противообледенителем крыла;
• — электрическим противообледенителем стабилизатора;
• — спиртовым противообледенительным устройством фонаря пилотской кабины и винтов.

Противообледенитель несущих винтов выполнен по той же схеме, что и на тянущих винтах. Спирт подается пульсирующим насосом к желобковым кольцам на втулках. От колец по трубкам в носке лопасти жидкость в 4 точках выбрасывается на лопасть и распыляется под действием центробежных сил.

Винтокрыл обеспечивает перевозку различных грузов. Со стандартной грузовой дверью на дальность 400 км можно было доставить 25 десантников или различную технику. Стандартная загрузка состояла из 120-мм миномета или же 45-мм пушки с расчетом и боекомплектом, либо четырех мотоциклов М-72 с коляской. При расширении двери до 2,6 м список перевозимой техники увеличивался, но пришлось бы усиливать конструкцию, ставить дополнительные трапы и лебедки. По подсчетам эти мероприятия повышали общий вес на 450-500 кг. Зато в кабину можно было бы закатить автомобиль ГАЗ-67Б или противотанковую пушку калибра 76 мм.

Схемы загрузки в винтокрыл «X»

Как видно из описания и ожидаемых данных машины, винтокрыл по своим летно-техническим характеристикам был почти индентичен транспортному самолету Ли-2, но мог взлетать и садиться вертикально. И хотя до полетов дело не дошло, необычный аппарат не может не вызывать интереса даже сегодня. Не будем забывать, что работы по винтокрылу «X» начались в далеком 1951 г., когда еще не было летающих вертолетов с подобной грузоподъемностью. Однако с появлением первых тяжелых вертолетов (Ми-4 и Як-24) работы по винтокрылу пришлось закрыть. Винтокрылые «грузовики» ОКБ Миля и Яковлева поднялись в воздух в 1952 г., опередив Ли-2 с соосными винтами. Естественно, что в такой ситуации уже не было смысла доводить до летных испытаний необычную машину. Успели, правда, построить большую модель для продувок в аэродинамической трубе и снятия различных коэффициентов. Модель была достаточно крупной, поскольку в качестве соосной несущей системы взяли готовую колонку с двумя трехлопастными винтами (диаметром 5,8 м) от вертолета Ка-10. Модель, оснащенную электроприводом, испытали в аэродинамической трубе ЦАГИ. На этом все работы по машине прекратились.

источники:

• Сергей КОЛОВ «ПРОЕКТ ВИНТОКРЫЛА «X»», «Самолеты Мира» 01-02/1997
• Владимир ПЕРОВ, Олег РАСТРЕНИН «ЛИ-2 — «ВОЗДУШНАЯ ЛОШАДКА»», «Самолеты Мира» 02/2000