Начались сравнительные испытания по сложной программе: индийцам нужна машина для работы в Гималаях. События приобретают драматический характер. Терпит аварию первая американская машина. Вертолет Ми-4 совершает вынужденную посадку высоко в горах на высоте порядка 4000 м. Западная техническая пресса пытается раздуть сенсацию вокруг этого случая. По мнению английского журнала "Флайт", опасность "красного экспорта" была устранена. Тяжелое происшествие с американской машиной замалчивается. Фирма Сикорский для продолжения испытаний посылает второй вертолет S-62B. ОКБ М. Л. Миля командирует в Индию своих специалистов. На вертолете Ми-4 заменяется фильтр маслосистемы, и он благополучно взлетаете места вынужденной посадки. Причина происшествия - использование масла несоответствующего сорта, из-за чего на фильтре образовалась пленка и плохо работал регулятор смеси. Соревнования продолжаются. Ми-4 летает выше, возит больше груза и оказывается победителем. За вертолетом Ми-4 среди иностранных заказчиков закрепляется репутация лучшей машины для полетов в горах.
За создание этого вертолета и за решение ряда принципиальных проблем вертолетостроения группе работников ОКБ во главе с М. Л. Милем в 1958 году присуждается Ленинская премия.
Лауреатами Ленинской премии стали: М. Л. Миль, Н. Г. Русанович, А. Э. Малаховский, А. К. Котиков, В. А. Кузнецов, Г. В. Козельков, И. С. Дмитриев, М. П. Андриашев и И.В, Ананьев.
Ми-4 находился в производстве на Казанском вертолетном заводе до 1966 года. Всего в Казани было изготовлено 3155 экземпляров. Несколько лет Ми-4 оставался самым грузоподъемным вертолетом мира. На нем были установлены 8 мировых рекордов высоты и скорости полета.
Вертолет Ми-6
Новый крупнейший советский вертолет Ми-6 в начале ноября 1957 года установил два мировых рекорда грузоподъемности и одновременно высоты полета с грузом. Поднимал новый вертолет летчик Рафаил Иванович Капрелян.
Это была первая в мире большая турбовинтовая машина. Ми-6 сразу пошла в серийное производство в 1961 году, и больших затруднений при ее конструировании, как с Ми-4, не было. Стране нужен был грузовой вертолет, способный перевозить тяжелое оборудование, грузовые машины, военные грузы, и конструкторское бюро вместе с М.Л. смело ринулось в бой. Совершенно новым в машине было то, что, как у самолета, раскрывался сзади люк, куда по трапу вкатывались машины или грузы. Стал вопрос о серии. Правительство заказало большую партию вертолетов. Для построения вертолетов дали хороший завод в Ростове во главе с директором Чумаченко, с которым Михаил Леонтьевич работал в тесном контакте. Встал вопрос об увеличении ресурса лопастей. Решили делать металлические лопасти совершенно оригинальной конструкции.
Вертолет Ми-6 разработан на базе конструкторского и эксплуатационного опыта, полученного на двух серийных машинах Ми-1 и Ми-4. Однако новый вертолет отличался не только габаритами и грузоподъемностью, но и имел в своей конструкции много нового.
Эта машина снабжена двумя турбовинтовыми двигателями, сконструированными под руководством главного конструктора Павла Александровича Соловьева. Двигатели выполнены по двухвальной схеме с газовой передачей на свободную турбину, передающую мощность через промежуточный редуктор на несущий винт. В двигателях такого типа, как известно, имеется не менее чем две турбины. Одна из них связана с компрессором и всю свою энергию передает на его вращение. Вторая же турбина, стоящая в газовом потоке первой турбины, соединена валом с редуктором несущего винта. Это обеспечивает плавное включение громадного несущего винта и исключает необходимость в сложной муфте сцепления, так как свободная турбина является как бы газодинамической бесступенчатой коробкой скоростей с бесконечным числом передач. Оба двигателя вертолета через редуктор передают полезную мощность пятилопастному воздушному винту.
Несмотря на большие размеры и грузоподъемность, вертолет Ми-6 имел так же, как и его предшественники, один несущий винт. Для уравновешивания реактивного момента несущего винта сзади на балке установлен хвостовой винт.
Управление тяжелым вертолетом во многом было сходно с управлением вертолета Ми-4, поэтому летчикам не представляло особого труда научиться управлению новой машиной.
Испытания вертолета были проведены в чрезвычайно короткие сроки. С момента навески лопастей и до первого полета по кругу такой небывалой по величине машины прошло всего десять суток. "И это не случайная удача, а результат большой технической зрелости коллектива", - писал М. Л. Миль в связи с проектированием вертолета В-6 (Ми-6).
"Вертолетостроение - одна из наиболее сложных отраслей авиационной техники. Хотя идея полета с помощью несущего винта на несколько столетий старше принципа полета с помощью крыльев, создать летающие вертолеты удалось на десятилетия позже того, как в воздухе появились первые самолеты. А пригодные для практического использования образцы этого типа летательных аппаратов насчитывают всего 10 лет своего существования. Объясняется это отнюдь не малой ценностью и привлекательностью полета с помощью винта. Ведь в отличие от самолета вертолет может остановиться и висеть в воздухе, чего самолет не способен сделать. А это освобождает вертолет от потребности в аэродромах - он становится самым универсальным средством транспорта.
Трудность заключалась в том, что в отличие от самолета, крылья которого жестко заделаны и неподвижны относительно фюзеляжа, лопасти винта вертолета не только вращаются, но и машут во время полета, так как они шарнирно закреплены на втулке. Хотя вертолеты летают не так быстро, как современные самолеты, концы лопастей их несущих винтов движутся со скоростями, достигающими 1000 км/час.
Основную сложность и составляет на вертолете создание прочных и надежных лопастей. Детали конструкции вертолета испытывают не только повторяющиеся сотни раз статические перегрузки, как детали самолета, но и значительные знакопеременные нагрузки, действующие миллионы раз, - так называемые усталостные нагрузки.
Обычное средство самолетного конструктора для повышения прочности - увеличение сечения или прочности применяемого материала - здесь не всегда достигает цели. Поэтому обеспечение усталостной прочности деталей требует новой совершенной технологии: создания длинных труб с переменными диаметром и толщиной стенки, отказа от болтовых или заклепочных соединений, применения клеев, склеивающих металлы, и специальных методов повышения твердости поверхности.
Другой трудностью является борьба со всякого рода вибрациями и колебаниями низкой частоты. Возбудитель их - огромный маховик, несущий винт.
Не просто решается и задача обеспечения длительного ресурса и надежности сложных редукторов. Они превращают многие тысячи оборотов на валах газотурбинных двигателей в медленное вращение главного вала, совершающего всего десятки оборотов в минуту.
Летчик, управляя вертолетом, легко изменяет углы атаки лопастей, на которые действуют многие тысячи килограммов их центробежной силы. Такая легкость объясняется тем, что все нагрузки от этих сил берет на себя система гидравлического управления.
При создании вертолета Ми-4 много забот и трудностей представила задача справиться с флаттером несущих лопастей: именно тогда - при переходе от 14-метрового винта вертолета Ми-1 к 21-метровому несущему винту вертолета Ми-4 - столкнулись с ним вплотную. Благодаря разработанной в коллективе ОКБ молодыми инженерами учеными А. В. Некрасовым и Л. Н. Гродко теории этого сложнейшего явления, а также большим экспериментальным работам, проведенным в научном институте ЦАГИ, эта проблема оказалась решенной. Даже при таком необычайном увеличении размерностей, как это имеет место сейчас на вертолете Ми-6, конструкторы не испытали значительных затруднений в создании его лопастей.
То же самое следует сказать и в отношении других типов вибраций, например так называемого земного резонанса, которого не оказалось на большой машине не случайно, а благодаря точному расчету всех необходимых параметров.
Творческое участие в создании новой машины принимали не только старейшие работники вертолетостроения Н. Г. Русанович, Ю. В. Козельков, В. А. Кузнецов, начальник бригады редукторов и трансмиссий А. К. Котиков, ведущий конструктор А. Э. Малаховский, конструктор гидросистемы вертолета И. С. Дмитриев, ведущие инженеры М. Н. Пивоваров и Д. Т. Мацицкий, но и молодые, выросшие в коллективе, способные инженеры М. А. Лейканд, А, С. Браверман и многие другие.
Велика заслуга и советских ученых, сотрудников научных институтов - М. В. Ананьева, В. А. Федулова, Г. П. Маслова, профессора Масленникова и др. Они плодотворно трудились вместе с нашим коллективом.
Работали с большим подъемом. Последний этап - летные испытания вертолета - приходился на 40-й год Советской власти, и всем нам хотелось встретить великую годовщину Октябрьской революции подарком - созданием новой машины. Сегодня, в предпраздничные дни, мы испытываем большую радость за наш народ, за родную Коммунистическую партию, которая постоянно проявляет огромную заботу о советских людях - строителях коммунизма".
Павел Александрович Соловьев, конструктор двигателя и редуктора для вертолета Ми-6 (В-6), вспоминал о посещении фирмы М. Л. Миля: "Миль смелый был конструктор. А фирма у него была несолидная. Где-то на Рыбинской улице на окраине Москвы. Когда мы с министром Дементьевым приехали к нему, вертолет Ми-6 стоял в сарае, не помещался весь - хвост торчал наружу. Дементьев спрашивает Миля:
- Вы думаете, это полетит?
- Полетит, еще как высоко, - ответил Миль.
Проектирование самого грузоподъемного вертолета
В течение 1952–1954 годов ОКБ М. Л. Миля занимается работами, связанными с доводкой и развитием вертолетов Ми-1 и Ми-4. Но одновременно главный конструктор работает над перспективами дальнейшего развития отечественного вертолетостроения. В общих видах уже появляются предварительные компоновки - прообразы нового вертолета Ми-6.
Какой должна быть эта машина? Какой комплекс данных прежде всего и быстрее всего нужен военным заказчикам и какой позволяет получить достигнутый уровень техники? Следует ли идти по пути совершенствования и достижения более высоких данных у вертолетов класса Ми-1 или Ми-4 или же нужно строить еще более тяжелую машину?
Логика развития концепции десантирования войск приводила главного конструктора к выводу, что армия должна будет стремиться к полной независимости от дорог. Поэтому ответ на вопрос о размерности нового вертолета нужно искать в размерном ряду наземных транспортных средств, которыми пользуются войска и которые необходимо перебрасывать по воздуху. Поскольку обычное вооружение того времени, главным образом артиллерийское, перевозимое тягачами, по весу близко к весу самих тягачей, то размеры грузовой кабины и десантная нагрузка вновь проектируемого вертолета должны были определяться габаритами и весовой категорией самоходной установки, стоящей в размерном ряду наземных транспортных средств следующей по весу.
Следующими же после перевозимых вертолетами Ми-4 и Як-24 были тягачи весом около 6 т (АТЛ, ДТП, грузовой автомобиль ЗИС-151 и др.).
Среди множества важнейших анализируемых проблем главными были проблемы выбора силовой установки и параметров несущего винта.
В это время уже появляются турбовинтовые двигатели, вначале для военных, а затем и для пассажирских самолетов. Но ни одного отечественного двигателя со свободной турбиной, как это нужно для вертолета, еще нет. В этих условиях наиболее рациональным признается путь не создания совершенно нового двигателя для вертолета, а использования газодинамической части уже проверенного двигателя. Главный конструктор П. А. Соловьев берется выполнить эту работу на основе турбовинтового двигателя Н. Д. Кузнецова ТВ-2 мощностью 5500 л.с.
Несущий винт для вертолета столь большой грузоподъемности можно было создать только путем существенного увеличения его заполнения и соответственно нагрузки на ометаемую винтом площадь. В противном случае его диаметр чрезвычайно увеличивался. Было решено создавать пятилопастный несущий винт. В то время ни пятилопастных, ни шестилопастных несущих винтов в эксплуатации в мировой практике еще не было. (Вертолет S-56 с пятилопастным несущим винтом совершил первый полет только в конце 1953 года.) Предполагалось резко увеличить нагрузку на ометаемую площадь: с 20 кг/м у Ми-4 до почти 40 кг/м у нового вертолета. С такой нагрузкой тогда еще не было опыта применения вертолетов, и, естественно, возникали опасения, можно ли будет эксплуатировать вертолет, винт которого будет отбрасывать воздух со скоростью почти в 1,5 раза большей, чем на известных вертолетах.
Очень сильно приходилось увеличивать и хорду лопасти, что вызывало опасность резкого увеличения шарнирных моментов.
Учитывая все эти трудности, главный конструктор принял решение о создании небывалого в мировой практике пятилопастного несущего винта диаметром 35 м. Еще больше уменьшить диаметр винта было уже невозможно.
Вертолет уже эксплуатировался, однако находились критики, которые, опираясь на современные, часто довольно отвлеченные теоретические исследования, утверждали, что нужно было делать вертолет с большей энерговооруженностью, а его винт более многолопастным (восьми- или десятилопастным), при этом не учитывая, что создание втулки и системы управления для такого винта в то время являлось проблемой. Большую же энерговооруженность обеспечить было невозможно, так как просто не было подходящих двигателей большей мощности.
Опираясь не на абстрактные теоретические выкладки, а учитывая реальные возможности осуществления конструкции, рассмотренные уже с позиции сегодняшнего дня, представляется несомненным, что параметры несущего винта вертолета Ми-6 выбраны были М. Л. Милем совершенно правильно.
С этой разработкой М. Л. Миль выступает уже в конце 1953 года. Проект принимается, и 11 июня 1954 года. ОКБ дается задание на разработку нового тяжелого десантно-транспортного вертолета Ми-6 с турбинными двигателями П. А. Соловьева.
Одновременно ОКБ Н. И. Камова дается задание построить винтокрыл Ка-22 с теми же двигателями, предназначенный для применения примерно в тех же условиях.
Уже в самом начале проектирования перед конструкторским бюро М. Л. Миля встало множество трудных проблем, и на первом месте среди них - создание большого несущего винта диаметром 35 м и главного редуктора, который должен передавать необычно высокую для вертолетостроения того времени мощность 11000 л.с. с крутящим моментом на выходе до 60 000 кгм (главный редуктор вертолета S-56 был рассчитан на передачу мощности 4000 л.с.).
В процессе проектирования все эти проблемы были успешно разрешены.
В ОКБ П. А. Соловьева было предложено применить двухступенчатый дифференциальный планетарный редуктор. Это предложение было принято, и впервые в вертолетной практике был создан такой редуктор. Рабочее проектирование, изготовление и все доводочные работы были выполнены в ОКБ П. А. Соловьева под руководством Г. П. Калашникова.
Наиболее острой была проблема создания лопастей несущего винта.
М. Л. Милем была предложена принципиально новая конструкция лопастей, состоящая из стального лонжерона с отдельными секциями каркаса, крепящимися к лонжерону только в одной средней точке и поэтому не участвующими в общем изгибе лопасти. Это освобождало каркас от значительных переменных нагрузок и позволяло применить для него обычную самолетную конструкцию с заклепочными соединениями. Эта конструкция явилась дальнейшим развитием идеи М. Л. Миля, примененной еще при создании первой опытной цельнометаллической лопасти Ми-4, в которой освободить каркас от нагрузок при изгибе лопасти так и не удалось.
Быстро освоить производство лонжерона лопасти из одной трубы в то время металлургическая промышленность не могла, и было решено сделать его из трех состыкованных труб. О применении заклепочных стыков не могло быть и речи. Их прочность была явно недостаточной. Решение было найдено после того, как А. Э. Малаховским были предложены фланцевые стыки с предварительной затяжкой через упругую гайку.
После анализа данных многих профилей для концевой части лопасти был принят профиль ЦАГИ, предложенный Я. М. Серебрийским.
Было очевидно, что при высоких относительных скоростях полета вертолета и больших окружных скоростях вращения лопасти применявшаяся ранее для расчетов теория Глауэрта - Локка дает большую ошибку. Поэтому нужно было создать фактически новые методы расчета и получить достаточно надежные экспериментальные данные. Для этого в ЦАГИ на натурной вертолетной установке НГУ М. К. Сперанским были проведены испытания модели несущего винта Ми-6 диаметром 12,5 м.
При расчетах летных данных вертолета Ми-6 с комбинированной несущей системой использовались уже новые методы аэродинамического расчета, разработанные в ОКБ М. Л. Милем и А. С. Браверманом. На базе этих работ в основном были выполнены заданные вертолету Ми-6 летные данные.
Значительные трудности были преодолены при проектировании втулки несущего винта и автомата перекоса.
Впервые на втулке Ми-6 были применены гидравлические демпферы.
Удалось удачно решить конструкцию основных узлов этих уникальных по размерам агрегатов, воспринимающих в полете большие нагрузки и работающих в условиях повышенных деформаций. Этому способствовали новые конструктивные решения (применение в осевых шарнирах упорных подшипников с "повернутыми" бомбинированными роликами, разработка быстродействующих центробежных ограничителей свеса, размещенных внутри узлов вертикальных шарниров, подбор жесткостных характеристик элементов, влияющих на распределение нагрузки по длине игольчатых роликов многорядных подшипников горизонтальных и вертикальных шарниров), а также новые уточненные методы расчета подшипниковых узлов, разработанные М. А. Лейкандом.
Весной 1957 года из цеха выкатили первый вертолет Ми-8 (заводское обозначение В-6). Постройкой вертолета руководил ведущий конструктор М. Н. Пивоваров.
Ведущим инженером по летным испытаниям стал Д. Т. Мацицкий. Заместителем главного конструктора по вертолету Ми-6 был Н. Г. Русанович.
В июне того же года вертолет Ми-6 совершил свой первый полет. Летные испытания вертолета начались с измерений напряжений в наиболее ответственных узлах, и прежде всего в лопастях несущего винта. Вначале напряжения на лонжероне оказались очень большими, но путем различных доработок лопасти (установка грузов, введение ступенчатой аэродинамической крутки лопасти и, наконец, изменение конфигурации и толщин стенок труб лонжерона) удалось довести их до приемлемых величин.
30 октября 1957 года на вертолете Ми-6 во время испытательного полета был установлен первый мировой рекорд. Груз в 12 тонн поднят на высоту 2432 метра. Это в два раза больше того, что смогли показать американцы на своем самом большом в то время вертолете Сикорского S-56. Позже (в сентябре 1962 г.) на вертолете Ми-8 был поднят еще больший груз - 20,1 тонна на высоту 2738 метров.
Зарубежная авиационная пресса воспринимает сообщение о первом рекорде Ми-6 как сенсацию.