Схема трех проекций 1-ЭА
Испытания летательных аппаратов носят кропотливый, а порою и рутинный характер. При этом большое значение придается подробной фиксации всех этапов работ, осуществленных измерений, выявленных недостатков. Это прекрасно понимали специалисты геликоптерной группы ЦАГИ, о чем свидетельствует дневник, в который записывалось все, на что обратили внимание экспериментаторы. Особого уважения заслуживает тот факт, что для документальной регистрации работ использовалась также киносъемка. Отснятые кинокадры позволили смонтировать позднее технический фильм о ходе испытаний первого отечественного геликоптера. В состав испытательной бригады, как теперь принято именовать этот временно создаваемый коллектив, входили руководитель геликоптерной групп А.М. Черемухин, А.М. Изаксон, К.А. Бункин, И.Д. Иванов, С.А. Трефилов, кинорегистрацию осуществлял И.В. Будде. В летных испытаниях машины принимали участие И.П. Братухин, Г.И. Солнцев, А.Ф. Маурин и некоторые другие конструкторы.
Наземные испытания предусматривали отработку системы запуска, обкатку трансмиссии. При испытаниях машины на привязи Черемухин, располагаясь на сиденье пилота, осторожно отклонял ручку управления и рычаг общего шага, прощупывал ответную реакцию несущего винта на управляющие воздействия оператора. Дальнейшие испытания планировались на Ухтомском аэродроме в Подмосковье (ныне это территория фирмы «Камов»). Перебазирование аппарата по условиям режима секретности работ было осуществлено ночью, оно завершилось ранним августовским утром 1930 года.
Для того чтобы не разбить машину случайно при выполнении гонок двигателей и опробовании трансмиссии, а также осуществлении необходимых тренировок будущего пилота А.М. Черемухин предложил оборудовать якорную стоянку с «привязью». Способ испытаний геликоптера на привязи ограничивал висение аппарата над поверхностью стоянки высотой около полуметра. В дальнейшем якорная стоянка сыграла важнейшую роль для выполнения контрольных проверок 1-ЭА после любых доработок, ремонтов и переделок перед каждым свободным полетом. Следует отметить, что данный уникальный способ доводки и освоения винтокрылой машины будет применяться в нашей стране длительное время.
Уже после постройки геликоптера возник вопрос о кандидатуре летчика. Ни у кого не возникало сомнения в том, что первым пилотом далекого от совершенства винтокрылого аппарата мог стать только Черемухин — профессиональный летчик, ученик Н.Е. Жуковского, успешно окончивший механический факультет МВТУ. Поведение аппарата в воздухе, методы управления им на специфических геликоптерных режимах в то время еще не были известны. Для понимания физической сути поведения машины в процессе наземных и предстоящих летных испытаний Алексей Михайлович выполнил расчеты по оценке устойчивости и управляемости геликоптера, руководствуясь теми методами, которые имелись в 1930 году.
Перед тренировками экспериментаторы решили определить тяговые характеристики геликоптера и потребную мощность для привода несущего винта. Под опоры шасси устанавливались весы, а машина загружалась до достижения силы тяжести, несколько превосходящей расчетное значение тяги, развиваемой несущим винтом. Определение потребляемой несущим винтом мощности производилось путем измерения реактивного крутящего момента. С этой целью рулевые винты снимались, а хвостовая часть фюзеляжа расчаливалась тросом с динамометром. Полученные замеры тяги несущего винта подтверждали наличие необходимого ее избытка для осуществления свободного полета. Расчетно-экспериментальным путем удалось получить следующее распределение располагаемой мощности двигателей: несущий винт расходовал 80,2 % мощности, рулевые винты потребляли 12,47 %, а потери в трансмиссии составили 7,33 %.
В процессе выполнения этих испытаний с помощью динамометра замерялись усилия на ручке рычага управления геликоптером и на рукоятке рычага общего шага. Усилия на последнем оказались большими. Пришлось разбираться в происхождении этих усилий, которые, как оказалось, были обусловлены наличием шарнирных моментов на лопастях несущего винта при его вращении. Усилия на рычаге общего шага удалось довести до приемлемых величин путем установки для каждой лопасти на втулке несущего винта регулируемого пружинного устройства. С этой непростой задачей успешно справился И.П. Братухин.
Алексей Михайлович Черемухин вспоминал: «Первая задача была — суметь держаться на аппарате с работающим винтом в пределах ограничений привязи. Конечно, это далось не сразу. Системы управления общим шагом и автоматом перекоса сразу не работали, как следовало. Их приходилось доводить и ставить пружины, чтобы сделать усилия на ручке приемлемыми. Приходилось также учиться управлять этой новой машиной. С общим шагом у нас был целый ряд затруднений. Затруднения были и с начальной регулировкой положения ручки. Эти пробы на месте научили нас многому и через некоторое время позволили перейти к свободным полетам».
В один из сентябрьских дней 1930 года геликоптер разместили на якорной стоянке. Запущены двигатели, последнее предполетное опробование всех механизмов, последние тренировочные подъемы на привязи. Затем машина выводится на старт. «Время для этого полета было выбрано рано утром, примерно с восходом солнца, пока в воздухе еще был приятный для моторов утренний холодок и спокойная атмосфера, крайне необходимая для такого ответственного начала полетов. Я сел на место пилота, проверил, что было можно, и дал команду запустить моторы. Вот моторы запущены, винты вращаются, механики отошли от аппарата. Можно взлетать. Понемногу прибавляю, и аппарат начинает как бы облегчаться и отделяться от земли. Еще газу. Аппарат поднялся на 3–4 метра и как бы остановился на этой высоте, все время покачиваясь со стороны на сторону, но поддаваясь управлению. Попробовал чуть убавить газ — аппарат снизился и завис над самой землей. Опять прибавил газу и, поднявшись на несколько метров, продержался некоторое время над землей, стараясь прочувствовать и понять, как реагирует машина на движение ручки управления, что трясется и как держатся обороты мотора. После этих нескольких напряженных минут — спуск на землю, мягкий, почти без толчка. Сразу сбрасываю газ, выключаю моторы и слезаю на землю.». Так вспоминал о первом полете сам Черемухин.
Может сложиться превратное представление, что первые исследовательские полеты дались пилоту легко. На самом деле все обстояло далеко не просто. Вертолет по своей природе, особенно на висении, при перемещениях и на небольших скоростях полета, — неустойчивый летательный аппарат, и осваивать его предстояло методом проб и ошибок. Академик Б.Н. Юрьев писал впоследствии: «Черемухин был вообще первым в мире летчиком, начавшим летать на геликоптерах».
А.М. Черемухин
Полученных навыков в управлении геликоптером на привязи было явно недостаточно для пилотирования машины в свободном полете. В ходе испытаний были и поломки, и аварии, в том числе от разрушения элементов конструкции динамически нагруженных систем, методами расчета которых геликоптерщики тогда не располагали. Только благодаря профессиональной интуиции пилота удавалось избегать катастрофических ситуаций. Полеты по программам испытаний и исследований на 1-ЭА производились в течение 19301934 гг. Бессменным летчиком-испытателем геликоптера оставался Черемухин.
В историю отечественного и мирового вертолетостроения вошел полет 14 августа 1932 года, в котором на геликоптере 1-ЭА была достигнута рекордная для этого времени высота полета 605 м. Официально зарегистрированный рекорд высоты полета геликоптера итальянского конструктора Асканио был всего лишь 18 метров. Даже 4 года спустя мировой рекорд высоты полета геликоптера, пилотируемого Бреге Дораном, составил только 158 м. К сожалению, по условиям секретности работ рекорд Черемухина не был официально зарегистрирован.
Набор высоты на геликоптере осуществлялся на режиме полета, близком к вертикальному. Это было обусловлено стремлением наиболее полно исследовать режим полета, присущий только геликоптеру. Максимальное значение скорости горизонтального полета ограничивалось возможностью наклона оси вращения несущего винта с жестким креплением лопастей для получения горизонтальной составляющей развиваемой им тяги. В поступательном движении аппарата несущий винт переходил на режим «косой обдувки», что сопровождалось появлением продольного кабрирующего и поперечного моментов влево, так как винт при виде сверху вращался по часовой стрелке.