Соосная схема. Зачем вертолетам Камова два несущих винта
Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает 70-летний юбилей.
Двенадцатого ноября 1947 года в воздух поднялась первая машина знаменитого советского авиаконструктора Николая Камова — Ка-8 «Иркутянин». Это событие стало началом эпохи вертолетов с соосной схемой расположения несущих винтов.
Россия до сих пор остается единственным государством в мире, наладившим массовое производство этих сложных машин. Камовские вертолеты успешно трудятся на «гражданских должностях», а также служат в частях армейской и морской авиации.
Соосная схема. Зачем вертолетам Камова два несущих винта
О том, для чего нужна соосная схема, а также о ее главных преимуществах и недостатках — в материале.
Без доворота
Первый соосный летательный аппарат КБ имени Камова К-8 «Иркутянин» больше напоминает летающий мотоцикл, нежели привычный для взгляда обывателя вертолет. Во-первых, у него отсутствует фюзеляж.
Вся конструкция состоит из стальных труб, закрепленных на двух надувных цилиндрических баллонах. Пилот сидит в небольшом открытом кресле. Максимальная взлетная масса Ка-8 — всего 320 килограммов, длина — 3,7 метра, высота 2,5 метра.
Скромны и летные характеристики: «Иркутянин» был способен подниматься на 250 метров максимум и разгоняться до 80 километров в час. Впрочем, за скоростью и высотой при создании «первенца» камовцы не гнались.
Настоящим прорывом стали несущие трехлопастные винты, расположенные один над другим. Это конструктивное решение — визитная карточка практически всех вертолетов Ка.
«Вертолет традиционной схемы в воздухе постоянно доворачивает в ту сторону, в которую вращается его несущий винт, — рассказал главный редактор журнала «Арсенал Отечества» Виктор Мураховский. — Чтобы компенсировать этот момент, на хвостовую балку машины устанавливают дополнительный рулевой винт, который крутит машину в противоположную сторону.
Вертолетам Камова такой привод просто-напросто не нужен. Их несущие винты вращаются в противоположные стороны. Такое решение значительно упрощает механику машины, снижает ее уязвимость. Говорят, что Ка-52 способен совершить посадку даже с отстреленным под корень хвостом».
Вертолет Ка-8
Ка-8 в боях поучаствовать не довелось.
Во-первых, он предназначен для связи и разведки. Во-вторых, эта машина была построена всего в трех экземплярах.
Впервые широкой публике «Иркутянина» показали на параде в Тушино летом 1948 года. Вертолет поднялся в воздух прямо с кузова грузовика, сделал несколько проходов и благополучно приземлился.
Именно тогда им заинтересовалось командование ВМФ, заказавшее Камову проект создания специализированной разведывательной машины. С тех пор вертолеты Ка долгое время оставались флотским «эксклюзивом».
Любопытный факт: само слово «вертолет» вошло в обиход именно благодаря создателям Ка-8. Перед тушинским парадом организаторы спросили Николая Камова, как представить его машину публике. Тот подумал и ответил: «вертолет». До этого момента винтокрылые летательные аппараты именовали американизмом «геликоптер».
Работа над ошибками
Прямыми потомками Ка-8 стали вертолеты Ка-10 и Ка-15, созданные на его основе. Первый появился в конце 1948 года и практически не отличался от оригинальной машины.
Он получил более мощный двигатель, больший диаметр несущих винтов и радиостанцию. Кроме того, в Ка-10 была предусмотрена система катапультирования, выбрасывающая пилота назад путем складывания спинки кресла.
Испытания этой машины были непростыми. Вертолет раз за разом терял винтами воздушный поток. Однажды это привело к трагедии. Летчик-испытатель Михаил Гуров поднял Ка-10 над испытательной площадкой на 200 метров, проверяя, насколько машине хватает топлива на такой высоте.
Для этого он вел аппарат на номинальных оборотах. Скорости лопастей оказалось недостаточно, и вертолет упал. Гуров скончался по пути в больницу.
Впрочем, со временем Ка-10 довели до ума. В 1951 году приняли решение о строительстве военной версии вертолета.
К 1953 году в строю уже было девять машин. Ка-10 удалось успешно посадить на палубу крейсера «Максим Горький» при сильном ветре, что лишний раз доказало преимущество соосной схемы: вертолет практически не болтает даже в шторм.
Кроме того, военный вариант машины получил полноценную приборную панель с высотомером, спидометром, компасом, вариометром и указателем оборотов несущих винтов.
Сверхлегкий вертолет Ка-10
Ка-15 стал первым вертолетом Николая Камова, пошедшим в крупную серию. Всего было построено 354 машины этого типа. Ка-15 задумывался как противолодочный вертолет, но для нужд флота он получился недостаточно эффективным — сказывалась малая грузоподъемность.
В итоге ВМФ разработал необычную тактику боевых троек. Первый Ка-15 нес два гидроакустических буя для обнаружения подлодок. На втором была установлена аппаратура управления и слежения.
Глубинные бомбы же устанавливались на третьем. Понятно, что такой подход снижал общий боевой вес Ка-15. К тому же было несколько случаев схлестывания лопастей несущих винтов, что приводило к крушению вертолета. Вряд ли стоит винить в этом конструкторов: соосная схема в то время была малоизведанной областью. Приходилось учиться на ошибках.
«Такую схему очень сложно реализовать технически, в отличие от традиционного «одновинтового» подхода, — рассказал Виктор Мураховский. — Она требует большого объема научных расчетов, математики, глубокого знания аэродинамики. Винты на «камовых» располагаются близко друг к другу.
Необходимо продумать, как они влияют друг на друга в полете, отработать все это на практике. С годами наши специалисты достигли очень высокого уровня. В других странах серийных машин такой конструкции просто нет — это наше ноу-хау.
На Западе строят лишь какие-то опытные экземпляры, беспилотники, зонды. До массового производства дело так и не дошло».
Не только для моря
Всего для нужд Военно-морского флота КБ Камова разработало более десятка различных моделей вертолетов.
На сегодняшний день в составе авиации ВМФ имеется 63 многоцелевых Ка-27 и 16 поисково-спасательных Ка-27ПС, 28 транспортно-боевых Ка-29, а также несколько машин радиолокационного дозора Ка-31.
Эти вертолеты способны выполнять самый широкий круг задач: вести разведку, высаживать десант на побережье, поддерживать его огнем, спасать сбитых над морем летчиков, выслеживать подводные лодки противника и многое-многое другое.
Работу соосных винтов на данных машинах удалось «отполировать до блеска» — серьезные летные происшествия с ними можно пересчитать по пальцам двух рук.
Вертолет Ка-29 во время учений
«У соосных вертолетов выше грузоподъемность и на внешней подвеске, и внутри кабины, а кроме того, габариты соосного вертолета меньше, что очень удобно при использовании, например, на нефтяных площадках, — рассказал Заслуженный летчик-испытатель России, старший летчик-испытатель АО «Камов» (входит в концерн «Вертолеты России») Александр Папай.
— При соосной схеме управляемость вертолета выше, выше маневренность и лучше высотные характеристики, потому что вся мощность идет на основные винты. А маневренность нужна при ведении боевых действий. Соосный вертолет симметричен, у него нет в полете дополнительных кренов».
Весь накопленный за десятилетия опыт камовцы использовали при создании машин и для армейской авиации. О «Черных акулах» Ка-50 и их двухместных модификациях Ка-52 «Аллигатор» слышали, наверное, все.
Бронированные и вооруженные самыми современными ракетами «летающие танки» показали себя грозной силой. Боевая эксплуатация Ка-50 в Чечне подтвердила, что вертолеты соосной схемы прекрасно себя чувствуют не только над морем, но и в горах, где боковой ветер и сложные метеоусловия могут погубить даже опытного пилота.
Вертолет Ка-50
«Черная акула» получилась очень живучей. В одном из боевых вылетов экипаж отстрелялся по боевикам с малой высоты, в результате чего в одну из лопастей попал крупный осколок.
Вертолет без проблем долетел до аэродрома Ханкала, где поврежденный участок просто отрезали. После этого он своим ходом добрался до пункта базирования. В целом же летчики в Ка-50 буквально влюбились.
Мощное бронирование кабины и наличие системы катапультирования придает экипажам уверенности, что в сочетании с высокой автоматизацией полета и отличными маневренными характеристиками самым положительным образом влияет на боевой дух летчиков.
Все эти черты характерны и для двухместного Ка-52, дебютировавшего в Сирии. В марте 2016 года несколько «Аллигаторов» были переброшены на авиабазу Хмеймим и начиная с апреля используются в различных операциях.
Обкатали на Ближнем Востоке и палубную модификацию Ка-52К, получившую обозначение «Катран». Обе машины прекрасно показали себя в не самом привычном для них климате.
На сегодняшний день в частях армейской авиации стоят на вооружении более 100 «Аллигаторов». До конца 2017 года Минобороны должно получить еще 14 машин. Наравне с милевскими Ми-28Н и Ми-35 они будут оставаться основными ударными вертолетами Российской армии в ближайшие десятилетия.
Вертолет с одним и двумя несущими винтами
Схема вертолета с двумя поперечно расположенными несущими винтами предусматривает вращение их в противоположных направлениях. По этой схеме в 1939 г. И. П. Братухиным и Б. Н. Юрьевым был построен вертолет «Омега».
Вертолет с поперечно расположенными винтами имеет хорошую поперечную управляемость, но боковые фермы для винтомоторных установок создают большое вредное сопротивление. Однако если этим фермам придать форму крыла, то они могут быть использованы для создания дополнительной подъемной силы.
На таком вертолете каждый винт обдувается невозмущенным потоком, что выгодно отличает его от вертолетов, схемы которых разобраны выше.
Вертолет с одним несущим и одним рулевым винтом
Вертолет с одним несущим винтом и одним рулевым винтом прост в управлении и поэтому наиболее распространен в настоящее время. Управление таким вертолетом аналогично управлению самолетом.
Для чего нужен вертолету рулевой винт? Как уже известно читателю, при вращении несущего винта от него на фюзеляж передается реактивный момент, который разворачивает вертолет в сторону, обратную вращению винта.
Реактивный момент имеет в полете переменную величину, так как зависит от числа оборотов винта и мощности двигателя. Чтобы уравновесить реактивный момент от несущего винта и предотвратить разворачивание фюзеляжа (иначе фюзеляж делал бы несколько десятков оборотов в минуту), на одновинтовом вертолете устанавливается рулевой винт. Реактивный момент Мр от несущего винта равен момента Мкр, который может быть подсчитай, если известна мощность двигателя N, используемая винтом:
Пусть мощность, передаваемая от двигателя на винт, равна 240 л. с. Примем далее, что несущий винт делает 200 об/мин. Тогда реактивный момент
При заданном направлении вращения несущего винта по часовой стрелке реактивный момент будет
действовать против часовой стрелки. Чтобы уравновесить этот момент полностью, надо приложить к фюзеляжу вертолета другой момент (пару сил), равный по величине 860 кгм, но направленный по часовой стрелке.
На одновинтовых вертолетах это достигается установкой на конце хвостовой балки рулевого винта. Этот винт устанавливается так, чтобы он находился в плоскости вращения несущего винта. В нашем примере он должен быть толкающим. Рулевой винт выполняет роль гасителя реактивного момента несущего винта, но при этом сам дает вертолету боковую силу Тр.л, направленную влево, которую также приходится уравновешивать способом, указанным ниже. Чтобы вертолет под действием силы Тр.в не двигался влево, ось несущего винта одновинтового вертолета делают несколько наклонной. В нашем примере наклон оси пришлось бы делать вправо. Тогда появится составляющая полной аэродинамической силы несущего винта, направленная вправо, которая уравновесит тягу рулевого винта, направленную влево.
Тягу рулевого винта подбирают такой величины, чтобы момент ее относительно центра тяжести вертолета был.
Однако рулевой винт должен иметь еще запас тяги, чтобы можно было не только гасить реактивный момент несущего винта, но и разворачивать вертолет, преодолевая реактивный момент. В нашем примере запас тяги необходим для правых поворотов, повороты же влево могут быть осуществлены путем уменьшения тяги рулевого винта. При этом реактивный момент развернет вертолет влево.
Вертолет с одним несущим винтом и одним рулевым винтом, несмотря на относительную простоту управления, имеет ряд недостатков, которые станут ясны в дальнейшем. Сейчас только заметим, что при поступательном полете вертолета лопасти несущего винта с одной стороны фюзеляжа будут идти навстречу потоку воздуха, а с другой стороны (справа) убегать от потока, что вызывает несимметричную обдувку лопастей и, как результат, появление кренящих моментов вертолета, для борьбы с которыми требуется особое дополнение к конструкции несущего винта.
Вертолет с одним несущим винтом и с реактивным приводом
Несущий винт вертолета можно вращать не только путем соединения его с валом поршневого двигателя. Возможно также осуществить вращение несущего винта вертолета от реактивного двигателя, что делается различными способами.
Укажем на два из них, наиболее часто Встречающихся как в многочисленных проектах, так и в выполненных схемах.
Вертолет с одним несущим и одним рулевым винтом
При первом способе реактивного привода на вертолет устанавливается обычный поршневой двигатель. Однако этот двигатель вращает не несущий винт, а воздушный компрессор. От компрессора сжатый воздух подается ко втулке несущего винта, откуда по трубопроводам внутри лопастей поступает к сопловым насадкам, установленным на их концах. Если при этом оси сопловых насадков направлены по касательной к окружности вращения винта, а выходные отверстия обращены к задней кромке, то за счет силы реакции, возникающей при истечении сжатого воздуха, создается тяга, приводящая винт во вращение. Для увеличения тяги в сопловых насадках можно сжигать непрерывно подаваемое горючее. Смешиваясь со сжатым воздухом, горючее образует смесь.
При сгорании этой смеси температура газа повышается, объем его увеличивается и, следовательно, значительно увеличивается скорость истечения газов, а тем самым и тяга.
При втором способе реактивного привода на концах лопастей несущего винта устанавливаются воздушно-реактивные двигатели (обычно пульсирующие, прямоточные или комбинированные). Тяга, развиваемая ими, вращает несущий винт.
Подробнее о преимуществах и недостатках реактивных вертолетов будет рассказано в следующих главах. Здесь необходимо указать только на одно очень важное преимущество вертолетов с реактивным приводом несущего винта. Такой винт не передает на вертолет реактивного момента, о необходимости уравновешивания которого говорилось выше. Это объясняется тем, что двигатель, вращающий винт, расположен не в фюзеляже вертолета, а на самом винте.
* Ка-52 * Ка-28 * Ка-8 * Ка-50 * Сирия *
МОСКВА, 12 ноя — РИА Новости, Андрей Коц. Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает 70-летний юбилей. Двенадцатого ноября 1947 года в воздух поднялась первая машина знаменитого советского авиаконструктора Николая Камова — Ка-8 «Иркутянин». Это событие стало началом эпохи вертолетов с соосной схемой расположения несущих винтов. Россия до сих пор остается единственным государством в мире, наладившим массовое производство этих сложных машин. Камовские вертолеты успешно трудятся на «гражданских должностях», а также служат в частях армейской и морской авиации. О том, для чего нужна соосная схема, а также о ее главных преимуществах и недостатках — в материале РИА Новости.
Без доворота
«Вертолет традиционной схемы в воздухе постоянно доворачивает в ту сторону, в которую вращается его несущий винт, — рассказал РИА Новости главный редактор журнала «Арсенал Отечества» Виктор Мураховский. — Чтобы компенсировать этот момент, на хвостовую балку машины устанавливают дополнительный рулевой винт, который крутит машину в противоположную сторону. Вертолетам Камова такой привод просто-напросто не нужен. Их несущие винты вращаются в противоположные стороны. Такое решение значительно упрощает механику машины, снижает ее уязвимость. Говорят, что Ка-52 способен совершить посадку даже с отстреленным под корень хвостом».
Ка-8 в боях поучаствовать не довелось. Во-первых, он предназначен для связи и разведки. Во-вторых, эта машина была построена всего в трех экземплярах. Впервые широкой публике «Иркутянина» показали на параде в Тушино летом 1948 года. Вертолет поднялся в воздух прямо с кузова грузовика, сделал несколько проходов и благополучно приземлился. Именно тогда им заинтересовалось командование ВМФ, заказавшее Камову проект создания специализированной разведывательной машины. С тех пор вертолеты Ка долгое время оставались флотским «эксклюзивом».
Любопытный факт: само слово «вертолет» вошло в обиход именно благодаря создателям Ка-8. Перед тушинским парадом организаторы спросили Николая Камова, как представить его машину публике. Тот подумал и ответил: «вертолет». До этого момента винтокрылые летательные аппараты именовали американизмом «геликоптер».
Работа над ошибками
Впрочем, со временем Ка-10 довели до ума. В 1951 году приняли решение о строительстве военной версии вертолета. К 1953 году в строю уже было девять машин. Ка-10 удалось успешно посадить на палубу крейсера «Максим Горький» при сильном ветре, что лишний раз доказало преимущество соосной схемы: вертолет практически не болтает даже в шторм. Кроме того, военный вариант машины получил полноценную приборную панель с высотомером, спидометром, компасом, вариометром и указателем оборотов несущих винтов.
Ка-15 стал первым вертолетом Николая Камова, пошедшим в крупную серию. Всего было построено 354 машины этого типа. Ка-15 задумывался как противолодочный вертолет, но для нужд флота он получился недостаточно эффективным — сказывалась малая грузоподъемность. В итоге ВМФ разработал необычную тактику боевых троек. Первый Ка-15 нес два гидроакустических буя для обнаружения подлодок. На втором была установлена аппаратура управления и слежения. Глубинные бомбы же устанавливались на третьем. Понятно, что такой подход снижал общий боевой вес Ка-15. К тому же было несколько случаев схлестывания лопастей несущих винтов, что приводило к крушению вертолета. Вряд ли стоит винить в этом конструкторов: соосная схема в то время была малоизведанной областью. Приходилось учиться на ошибках.
Не только для моря
Всего для нужд Военно-морского флота КБ Камова разработало более десятка различных моделей вертолетов. На сегодняшний день в составе авиации ВМФ имеется 63 многоцелевых Ка-27 и 16 поисково-спасательных Ка-27ПС, 28 транспортно-боевых Ка-29, а также несколько машин радиолокационного дозора Ка-31. Эти вертолеты способны выполнять самый широкий круг задач: вести разведку, высаживать десант на побережье, поддерживать его огнем, спасать сбитых над морем летчиков, выслеживать подводные лодки противника и многое-многое другое. Работу соосных винтов на данных машинах удалось «отполировать до блеска» — серьезные летные происшествия с ними можно пересчитать по пальцам двух рук.
«У соосных вертолетов выше грузоподъемность и на внешней подвеске, и внутри кабины, а кроме того, габариты соосного вертолета меньше, что очень удобно при использовании, например, на нефтяных площадках, — рассказал РИА Новости Заслуженный летчик-испытатель России, старший летчик-испытатель АО «Камов» (входит в концерн «Вертолеты России») Александр Папай. — При соосной схеме управляемость вертолета выше, выше маневренность и лучше высотные характеристики, потому что вся мощность идет на основные винты. А маневренность нужна при ведении боевых действий. Соосный вертолет симметричен, у него нет в полете дополнительных кренов».
Весь накопленный за десятилетия опыт камовцы использовали при создании машин и для армейской авиации. О «Черных акулах» Ка-50 и их двухместных модификациях Ка-52 «Аллигатор» слышали, наверное, все. Бронированные и вооруженные самыми современными ракетами «летающие танки» показали себя грозной силой. Боевая эксплуатация Ка-50 в Чечне подтвердила, что вертолеты соосной схемы прекрасно себя чувствуют не только над морем, но и в горах, где боковой ветер и сложные метеоусловия могут погубить даже опытного пилота.
«Черная акула» получилась очень живучей. В одном из боевых вылетов экипаж отстрелялся по боевикам с малой высоты, в результате чего в одну из лопастей попал крупный осколок. Вертолет без проблем долетел до аэродрома Ханкала, где поврежденный участок просто отрезали. После этого он своим ходом добрался до пункта базирования. В целом же летчики в Ка-50 буквально влюбились. Мощное бронирование кабины и наличие системы катапультирования придает экипажам уверенности, что в сочетании с высокой автоматизацией полета и отличными маневренными характеристиками самым положительным образом влияет на боевой дух летчиков.
На сегодняшний день в частях армейской авиации стоят на вооружении более 100 «Аллигаторов». До конца 2017 года Минобороны должно получить еще 14 машин. Наравне с милевскими Ми-28Н и Ми-35 они будут оставаться основными ударными вертолетами Российской армии в ближайшие десятилетия.