В сентябре 1949 года Н.И. Камов назначает Дмитрия Ефремова летчиком-испытателем. А в октябре, после гибели в испытательном полете на Ка-10 летчика-испытателя Михаила Дмитриевича Гурова, Камов подключает Ефремова к летным испытаниям второго экземплярах Ка-10. В том, что коллектив быстро справился с ситуацией и смог успешно завершить испытания вертолета, огромная заслуга принадлежала и Дмитрию Ефремову.
К летным испытаниям Ефремов приступил вместе со своим ведущим инженером. В.И. Бирюлиным. За 27 дней октября 1950 года им удалось завершить программу заводских испытаний. В ноябре того же года Ефремов участвовал в проведении государственных испытаний Ка-10 на озере Тиш под Ригой. Здесь он отрабатывал методику полета над водой, способы посадки на воду и движение по воде во всех направлениях: передом, задом, боком, развороты на месте. В воздухе Ефремов демонстрировал все возможности маленькой верткой машины, на земле – тщательно анализировал каждый полет. В 1951 году на праздновании Дня Военно-Морского Флота Ефремов и Гридюшко показали «парное катание» в небе: эффектную картину синхронного полета двух вертолетов Ка-10 с посадкой и взлетом с движущихся кораблей.
В конце 1952 года Николай Ильич Камов направил Ефремова на проведение испытаний Ка-10 на кораблях Черноморского флота. Об этом, походе сохранились дневниковые заметки Ефремова. В них – увлеченный своим делом человек, по-настоящему беспокойная, ищущая натура.
Опыт эксплуатации вертолета Ка-10 в боевых условиях очень помог при разработке Ка-15 – двуместного с закрытой кабиной корабельного вертолета, оснащенного современным оборудованием. К эскизному проекту нового вертолета приступили весной 1951 года. Свои предложения вносил и летчик Ефремов: в свободное от летной работы время он делился своими мыслями с конструкторами, аэродинамиками. Предложения летчика всегда находили полное понимание и поддержку у Николая Ильича Камова и его ближайших помощников.
14 апреля 1953 года Ефремов совершил первый полет на вертолете Ка-15. С этой машиной Камов связывал много надежд поскольку она была призвана удовлетворить запросы авиации Военно-Морского Флота и народного хозяйства. На вертолетах Ка-8 и Ка-10 диаметр несущего винта составлял 5,6 м, на Ка-ЮМ он был увеличен до 6,12 м, а диаметр несущего винта вертолета Ка-15 уже достиг 9,96 м. Увеличение размеров машины породило ряд новых технических трудностей, особенно острой стала проблема вибраций. В борьбу с «тряской» вертолета Ка-15 Ефремов включил не только свое мастерство летчика, но и аналитический ум инженера. Он тщательно анализировал поведение машины, пытался разобраться в причинах того или иного явления. Искал ответы на свои вопросы у специалистов конструкторского бюро, предлагал свои «рецепты» устранения вибраций, умело отстаивал свои предложения, если был уверен в их целесообразности.
Ефремов выяснил, что для борьбы с вибрациями необходимо обеспечить идентичность установки шага лопастей. Однако на вертолете Ка-15 процесс регулировки был достаточно сложной операцией. В частности, это было связано с особенностью конструкции колонки, в которой карданная подвеска верхнего автомата перекоса жестко закреплялась к валу верхнего винта, а карданная подвеска нижнего автомата перекоса жестко крепилась к валу нижнего винта. Расстояние между местами посадки автоматов перекоса «гуляло» в пределах имевшихся люфтов и могло не совпадать с длиной тяг, соединяющих автоматы перекоса. Пришлось в эти соединительные тяги вставлять винтовые пары, чтобы они могли регулироваться по длине. При этом, нарушалась взаимная параллельность автоматов перекоса и возникал еще один источник вибраций.
Д. К. Ефремов
Ка-10М
Для упрощения регулировки несущей систем.ы Ефремов предложил так изм.енить конструкцию колонки, чтобы карданная подвеска верхнего автомата перекоса получила возможность свободно перемещаться вдоль вала верхнего винта. При этом, чтобы обеспечить взаимную параллельность автоматов перекоса, надо было всего лишь изготовить соединительные тяги одинаковой длины.
Реализовать эту идею Ефремову помогли Н.И. Камов и ведущий конструктор несущей системы А.И. Власенко. В 1959 году им было выдано авторское свидетельство №128302 на изобретение «Подвеска автоматов перекоса несущих винтов вертолетов соосной схемы». По такой схеме выполнены все существующие колонки соосных вертолетов.
Другим изобретением Ефремова с теми же соавторами стало «Устройство для демпфирования колебаний лопастей верхнего несущего винта вертолета соосной схемы» (авторское свидетельство №128301). Это устройство, названное в техническом обиходе «треугольником», представляло собой систему трех механических демпферов, соединяющих лопасти винта в плоскости их вращения. Выполненные в виде подпружиненных телескопически смонтированных штанг и корпусов демпферы сочленялись с вилками лопастей при помощи регулируемых шарнирных наконечников. «Треугольник» центрировал лопасти, препятствовал смещению общего центра тяжести лопастей от оси их вращения. При этом, уменьшались оборотные вибрации, а также повышались запасы устойчивости по отношению к автоколебаниям, типа «земной резонанс».
Важным результатом анализа вибраций, проделанного Ефремовым, было требование увеличить жесткость вала верхнего винта и его заделки: «Вал верхнего винта на нашей машине под действием силы в Б кг прогибается на 2-3 мм, что совершенно недопустимо». Конструкторы редуктора ввели третью опору вала; длина самого вала была уменьшена на 150 мм.
Особое внимание Ефремов обращал на качество изготовления лопастей несущего винта. Он писал: «Все лопасти после изготовления должны быть одинаковы по обработке поверхности, по форме в плане, по профилю и по закрутке. На исследованной машине разница в закрутке между концами лопастей составляет в комплекте до 3-4 градусов при заданной величине 4 градуса, то есть 100%».
Летчик Ефремов выполнил большой объем испытаний вертолета на «земной резонанс», «флаттер» и сближение лопастей, по определению характеристик устойчивости и управляемости летательного аппарата во всем диапазоне эксплуатационных режимов. Одним из первых Дмитрий Ефремов исследовал наиболее опасные режимы полета соосного вертолета: посадку на авторотации и спуск в режиме «вихревого кольца». Разработанные нм рекомендации по действиям пилота в этих условиях легли в основу руководств по летной эксплуатации вертолетов Ка-15, Ка-18. В том, что вертолет Ка-15 удалось довести до серийного производства и успешной эксплуатации, летчику и инженеру Ефремову принадлежит заметная роль.
Огромен творческий вклад Ефремова и в создание винтокрыла Ка-22. Он стал первым летчиком самого скоростного в мире винтокрылого аппарата. Перед началом, полетов Ефремов осторожно «прощупывал» поведение машины в наземных испытаниях и испытаниях на привязи. Он исследовал винтокрыл так же тщательно, как врач пациента перед операцией. 17 июня 1959 года на кинопленке был зафиксирован первый отрыв винтокрыла от земли. 15 авгугта Ефремов три раза поднял винтокрыл на высоту 2-3 у. Шаг за шагом Ефремов осваивал технику висения. Первые впечатления оптимизма не внушали: летчик дает правый крен, отклоняя вправо штурвал, а машина разворачивается влево! Оказывается, виноват «баттерфляй» – принятая на Ка-22 система вращения несущих винтов, при которой идущие назад лопасти проходят над фюзеляжем. Крен достигался за счет дифференциального изменения подъемных сил левого и правого несущих винтов, но при этом крутящие моменты винтов разворачивали машину в противоположном, направлении. Летчику приходилось одновременно с отклонением штурвала «давать ногу», а конструкторам. – увеличивать эффективность путевого управления. В одном из первых торможений винтокрыл буквально встал на дыбы. Несколько секунд махина держалась в воздухе с неестественно задранным, носом, грозя соскользнуть на хвост в пяти метрах от земли. Ефремову с трудом, удалось выправить положение, и по его требованию была увеличена эффективность продольного управления.