При проведении летных испытаний вертолета Ка-27 на нижнем винте были зафиксированы повышенные нагрузки. После всестороннего анализа замеренных в полете нагрузок в лонжероне лопасти нижнего винта 20% стеклопластика заменили углепластиком, имеющим, модуль упругости в 3 раза больший, чем у стеклопластика. Это позволило «отстроить» частоту собственных колебаний лопасти от резонансной частоты с необходимым, запасом. Нагрузки на несущую систему со стеклоуглепластиковыми лопастями уменьшились на 30%, что привело к увеличению ресурса различных агрегатов, подверженных воздействию динамических нагрузок, в 2-3 раза. Таким образом, без изменения конструкции, размеров и массы лопасти была проведена ее доводка. Эти лопасти выпускаются серийно.
Лопасти из ПКМ маневренного боевого вертолета Ка-50 имеют двухконтурный лонжерон и стреловидную концевую часть, см. рис. 4. Промежуточная стенка, установленная в канале лонжерона, увеличила жесткость лопасти, что, в свою очередь, уменьшило искажение профиля при ее нагружении. Это повысило аэродинамическое качество несущего винта. Кроме того, лонжерон с двойным, контуром увеличивает живучесть лопасти при ее боевом повреждении.
Последний вариант конструкции лопасти для вертолета Ка-226 создан с работающей обшивкой хвостовой части. Вся лопасть изготавливается прессованием в один переход, то есть из прессформы выходит готовая лопасть со всеми входящими в нее элементами, с необходимыми жесткостными характеристиками. В этом случае не требуется дополнительных операций для изготовления отдельных элементов и их склейки. Остается обрезка торцов, установка крепежа в комле для навески лопасти на втулку, включая штепсельный разъем противообледенительной системы и оформление концевой балансировочной камеры с концевым обтекателем. Проведен комплекс стендовых и летных испытаний этих лопастей, и в 2002 году начат их серийный выпуск на заводе в Кумертау. Это уже пятый вариант лопастей из ПКМ фирмы КАМОВ, выпускаемых серийно. Готовится к серийному выпуску шестой вариант лопастей из ПКМ для вертолета Ка-60.
Рис. 4. Лопасть из ПКМ вертолета Ка-226
Все лопасти из ПКМ для вертолетов фирмы КАМОВ, выпускавшихся и выпускающихся серийно, обладают полопастной взаимозаменяемостью. К настоящему времени в серийном производстве изготовлено более 3000 комплектов лопастей (18000 штук), которые имеют наработку около 15000000 часов.
Лопасти несущих винтов, изготовленные с применением ПКМ, обладают многими преимуществами по сравнению с металлическими, в том числе:
– простотой и экономичностью в изготовлении;
– возможностью реализации любой аэродинамической компоновки;
– легким обеспечением полопастной взаимозаменяемости;
– большей живучестью;
– хорошей ремонтопригодностью;
– атмосферостойкостью.
Кроме того, применение ПКМ в лопастях открывает большие перспективы развития конструкций вследствие появления все новых и новых полимерных композиционных материалов с различными свойствами. Появилась возможность создания ПКМ под конкретную конструкцию. Совершенствование лопастей на фирме продолжается.
Юрий ГАНЮШКИН, канд. техн. наук, начальник бригады
«Детские болезни» Ка-15
Работы Н.И. Камова над автожирами в тридцатые годы прошлого столетия, по существу, позволили заложить основы отечественного вертолетостроения. От автожира до вертолета оставался один шаг. И Камов сделал этот шаг, построив в 1947 году свой первый сверхлегкий одноместный вертолет Соосной схемы Ка-8. В октябре 1948 года было создано вертолетное ОКБ, ставшее основным разработчиком винтокрылых летательных аппаратов для Военно-Морского Флота.
Новому конструкторскому бюро во главе с Н.И. Камовым, была поручена разработка корабельного вертолета Ка-10. От идеи до воплощения прошло совсем немного времени – уже 30 августа 1949 года вертолет совершил свой первый полет. Ка-10 успешно прошел летные испытания, подтвердив преимущества соосной схемы: малые габариты, высокую маневренность, простоту в управлении, большую, чем у одновинтового вертолета, тягу на единицу мощности. Опыт работы над этим вертолетом позволил более точно сформулировать тактико-технические требования на разработку для авиации ВМФ двухместного вертолета Ка-15.
Проектирование вертолета началось в 1951 году. На территории завода №82 в Тушино для этих целей была выделена база – ОКБ-4 МАП. Первый полет состоялся 14 апреля 1953 года, пилотировал машину летчик-испытатель Д.К. Ефремов. После успешных заводских и государственных испытаний, в 1956 году, на Улан-Удэнском, авиационном заводе начался серийный выпуск вертолетов. В этом же году на базе Ка-15 начали строить четырехместный вертолет Ка-18 (в пассажирском, санитарном и почтовом вариантах). Всего было выпущено 354 вертолета Ка-15 и 111 Ка-18.
Массовая эксплуатация вертолетов неожиданно «принесла» с собой ряд авиационных происшествий, причиной которых были «флаттер» несущих винтов, «земной резонанс», схлестывание лопастей в воздухе. Отмечались недостаточные энерговооруженность и устойчивость машин.
Вертолет Ка-15 начал эксплуатироваться с лопастями деревянной конструкции ЛД-10 (ЛД-10М). Н.И. Камов считал, что дерево, от природы имеющее свойство изгибаться, – наилучший материал для лопастей. Однако исследования показали, что из-за влажности воздуха центровка деревянной лопасти смещается назад что приводит к флаттеру. На деревянных лопастях стали устанавливать противофлаттерные грузы: сначала один, потом два. Ограничили максимально допустимую скорость величиной 130 кч/ч. Затем начали проектировать новые лопасти металлической, а позже – стеклопластиковой конструкции. Для борьбы с «земным резонансом» на втулке верхнего винта установили треугольник из пружинных тяг, связывающих лопасти и уменьшающих их колебания относительно вертикального шарнира. В результате «земной резонанс» стал проявляться реже и оканчивался лишь деформацией тяг. Пружинные тяги способствовали также уменьшению уровня вибраций. Проблему «земного резонанса» полностью решило новое шасси с двухкамерной амортизационной стойкой.
Вертолет Ка-15, имевший сбрасываемые гидроакустические буи, передающие на вертолет радиосигналы о движении подводных лодок, применялся на кораблях ВМФ разных типов. Однако его эффективность как противолодочного была невысока (малая грузоподъемность, малоэффективная аппаратура для поиска подводных лодок). Более эффективной оказалась гражданская модификация вертолета – Ка-15М (сельскохозяйственные работы, перевозка грузов и почты, обслуживание геологических партий, ледовая и промысловая разведка в море с базированием на судах). Причем особенно эффективным было применение Ка-15М на авиахимработах в интересах сельского хозяйства. Но и здесь не обошлось без авиационных происшествий, в основе которых было схлестывание лопастей.
Разобраться с причинами схлестывания поручили ЛИИ МАП, где была разработана методика измерения угла сближения лопастей. По этой методике на осциллографе с помощью потенциометрических датчиков отображаются углы взмаха лопастей верхнего и нижнего винтов. В местах их прохождения относительно друг друга замеряли разницу углов взмаха, умножали эту разницу на радиус винта и определяли, насколько сблизились лопасти. При этом предполагалось, что лопасти в плоскости взмаха не изгибаются. От ЛИИ ведущим летчиком испытаний был назначен В.В. Виницкий – один из самых опытных вертолетчиков страны. На методическом совете института много спорили о том, на какой высоте проводить испытания. Большинство было за высоту 800-1000 м, чтобы в случае схлестывания лопастей летчик мог воспользоваться парашютом. В.В. Виницкий настаивал на выполнении полетов в самых сложных режимах на высоте не более 3-5 м, и методический совет согласился с его доводами (фактически он выполнял эти полеты на высоте до 1 м).