Вверху: Втулка верхнего несущего винта вертолета Ка-15:1- телескопический аммортизатор, 2- двухплечевая качалка.
Внизу: Колонка несущих винтов вертолета Ка-26
Один из главных параметров колонки – расстояние между втулками верхнего и нижнего винтов. Чем оно больше, тем меньше, при прочих равных условиях, сближение лопастей. Чем оно меньше, тем совершеннее винтокрылый соосный аппарат, то есть меньше его вредное сопротивление и масса. Для втулок с шарнирно подвешенными лопастями компромиссное решение обычно находится в пределах 9-10% от величины диаметра несущего винта. На вертолете Ка-15 данное расстояние окончательно было выбрано равным 8,6%. Обоснованность этой величины подверглась серьезной проверке в 1959-1960 годах после нескольких случаев соударения лопастей верхнего и нижнего несущих винтов вертолета Ка-15 в полете.
В 1960-1961 годах ОКБ Н.И. Камова совместно с ЛИИ провело большой объем летных исследований махового движения лопастей вертолета Ка-15 в целях разработки конструктивного решения для предотвращения опасных сближений лопастей в практике летной эксплуатации. В этой работе активное участие приняли М.А. Купфер, начальник бригады аэродинамики JI.A. Поташник, бортинженер Т.В. Руссиян, ведущий прочнист ЛИИ Р.А. Михеев, летчики- испытатели В.В. Виницкий (ЛИИ) и В.В. Громов (ОКБ). На основе анализа материалов испытаний Л.А. Поташником были сформулированы два важных вывода:
– при существующей тогда конструкции системы управления циклическим шагом лопастей, при наличии в колонке «ползушек» с прямыми качалками любое отклонение ручки управления вертолетом от нейтрального положения приводит к уменьшению расстояния между лопастями верхнего и нижнего винтов;
– чтобы при различных положениях данной ручки не уменьшалось расстояние между концами лопастей, необходимо обеспечить угол опережения взмаха в цепях продольного и поперечного управления, равный углу фазового отставания махового движения при любых значениях угла регулятора взмаха.
Поташник предложил новую простую доработку конструкции колонки. Для уменьшения сближения лопастей верхнего и нижнего винтов и предотвращения их соударения в колонке соосных несущих винтов вертолета были применены двухплечевые шарнирно укрепленные на «ползушках» качалки. Одно плечо качалок было связано с автоматом перекоса, а второе – с поводком лопасти.
Двухплечевая качалка для колонки вертолета Ка-15 была внедрена в 1961 году и затем использовалась на всех колонках камовских соосных машин. Это был важный шаг в решении проблемы предотвращения опасного сближения лопастей в процессе эксплуатации.
В 1959 году инженер-конструктор Ю.Э. Савинский для придания вертикальным и осевым шарнирам дополнительного демпфирующего эффекта и уменьшения в колонке числа точек смазки начал разработку принципиально новых подшипников скольжения сухого трения, способных заменить подшипники качения в узлах с колебательным характером движения. В подготовке чертежей участвовал ведущий конструктор B.C. Альтфельд, за технологию изготовления подшипников отвечали начальник технологической экспериментальной лаборатории А.С. Кизиляев, ведущий технолог Р.Б. Большаков и начальник производственно-экспериментального участка В.Г. Шмаков, стендовые испытания обеспечивал начальник сектора Н.Г. Демин. Научную поддержку окаэал доктор технических наук, заведующий лабораторией износостойкости Института машиноведения АН СССР А.П. Семенов.
Вверху: Колонка несущих винтов вертолета Ка-32
Внизу: Вертолет Ка-27ПС с лопастями несущих винтов в походном положении
Были созданы втулочные, шаровые и упорные металлофторопластовые подшипники, способные работать без смазки в тяжелонагруженных узлах кинематики колонки. В 1964 году результаты исследования свойств подшипников и их влияния на динамическую прочность вертолета, автоколебания типа «флаттер» и «земной резонанс» были представлены на конференции в ЦАГИ. Подшипник-демпфер вертикального шарнира получил первое признание. Серийное производство этих подшипников было организовано на Уфимском моторном заводе при энергичной поддержке заместителя главного конструктора И.А. Эрлиха. В 1968 году их применили на втулках винтов вертолета Ка-25. За счет большего, чем у роликовых, трения подшипники скольжения одновременно выполняли функцию демпфера вертикального шарнира, что существенно повысило устойчивость вертолета к возникновению автоколебаний типа «земной резонанс». 19 сентября 1968 года в свой первый поход в Средиземное море вышел авианесущий крейсер «Москва». Он нес на борту 14 вертолетов Ка-25, оснащенных металлофторопластовыми подшипниками. Опыт создания подшипников был использован при освоении серийного производства металлофторопластового материала на Кусковском машиностроительном заводе и при разработке отраслевых стандартов на такого типа подшипники в авиационной, автомобильной и текстильной промышленности. Постановлением Совета Министров Союза ССР от 28 апреля 1984 года за разработку материала и способов изготовления металлофторопластовых подшипников и широкое внедрение их в различные отрасли промышленности Ю.Э. Савинский был удостоен премии Совета Министров СССР.
Колонка соосных винтов вертолета Ка-50
Вертолет Ка-50 «Черная акула»
Позднее для подшипников сухого трения с повышенными демпфирующими свойствами стали использовать литьевой материал на основе сополимера формальдегида с диаксоланом (СФД). В создании этого материала, получившего название К0МП0Н0Р Р0М/РТРЕ-АФ1, наряду с Ю.Э. Савинским, А.С. Кизиляевым, Р.Б. Большаковым, ведущим конструктором Ю.А. Лазаренко, конструкторами-технологами Т.А. Пономаревой и Г.Б. Рипсом, приняли участие специалисты НИИПМ и Кусковского химкомбината. Такого типа подшипник-демпфер применили во втулках верхнего винта вертолетов Ка-27, Ка-32 и других. Была подтверждена работоспособность колонки, в вертикальных шарнирах которой отсутствуют специальные демпфирующие устройства.
В начале 80-х годов ведущий конструктор В.П. Вагис продолжил разработку подшипников сухого трения на основе тканей с волокнами из политетрафторэтилена, химическое название которого – фторопласт-4. К сотрудничеству по этой теме привлекли Ростовский государственный университет (руководитель темы Г.П. Барчан) и ВИАМ (начальник лаборатории доктор химических наук Г.П. Машинская, руководитель темы В.Л. Мамонтов). Подшипники-демпферы, изготовленные с применением тканевого антифрикционного материала, удачно вписались в вертикальные шарниры втулок нижнего несущего винта вертолетов Ка-27 и Ка-32, не требующих создания большого демпфирующего эффекта. На подшипниковом заводе в городе Саратове на основе тканевого материала освоили серийный выпуск шарнирных (сферических) подшипников ШЛТ. Использование подшипников-демпферов вместо специальных демпфирующих устройств упростило процесс складывания лопастей.
Корабельное базирование вертолетов требует быстрого и надежного складывания лопастей несущих винтов при минимальном участии технического состава. Конструкторы B.C. Альтфельд и В.П. Вагис по схеме, предложенной А.И. Власенко, спроектировали на вертолетах Ка-25, Ка-27, Ка-32 проводку управления углами установки лопастей таким образом, что стало возможным поворачивать лопасти относительно вертикального шарнира без рассоединения кинематической цепи. Для этого они ввели в проводку управления дополнительный шарнир, ось которого совпадает с осью вертикального шарнира. Таким способом была обеспечена также возможность отклонения рычагов управления вертолетом для перемещения органов управления при сложенных лопастях и проведения проверки работоспособности систем вертолета в трюмах кораблей.