Жизнь поставила перед конструкторами новую задачу, которая была связана уже не с устранением принципиальных технических недостатков машин, а с решением вопросов экономики. "Года два назад перед нами со всей остротой встал вопрос о том, что созданные с таким трудом и с большим вложением сил и средств всей страны вертолеты, которые использовались к тому времени достаточно широко в ВВС, очень мало применяются в народном хозяйстве. Наши попытки предложить вертолеты для использования в гражданском воздушном флоте встретили в свое время большое сопротивление. Это не было безыдейной оппозицией вертолетам, нет, возражения ГВФ базировались на вопросах, связанных с экономикой, на вопросах рентабельности, - говорил М. Л. Миль, выступая на первой конференции по вертолетостроению в 1957 году. - В народном хозяйстве не может применяться даже самая великолепная техника только потому, что она необходима, если это экономически не оправданно. Поставив вопрос о более широком применении вертолетов в народном хозяйстве, мы вынуждены были принять на себя обязательство значительно увеличить ресурс наших вертолетов. Это и заставило нас заняться проблемами экономики, в первую очередь - ресурсом… При рассмотрении вопросов экономики со всей остротой ставится вопрос о модернизации двигательных установок, применяемых на вертолетах, ибо ближайший наиболее крупный шаг в отношении повышения экономичности (то есть снижения стоимости тонно-километра и пассажиро-километра перевозок на вертолете) - это применение более совершенных турбовинтовых двигателей".
В 1957 году поднялся в небо вертолет-гигант Ми-6 с переделанным для вертолета самолетным турбинным двигателем конструкции Соловьева. Так было и при модернизации вертолета Ми-4: был переделан в вертолетный вариант выпущенный для самолетов турбовинтовой двигатель АИ-24 мощностью 1900 л.с. конструкции А. Г. Ивченко.
Успех Ми-4 позволил с использованием той же несущей системы перейти к созданию вертолетов второго поколения с турбовинтовыми двигателями. Вместо 1,6 т (16 десантников) на расстояние 400 км теперь можно было перевезти 2,5–3 т груза или 25–28 десантников. Для этого необходимо было увеличить фюзеляж вертолета, его энерговооруженность. Чтобы убедить военных заказать такой вертолет и получить финансирование, М. Л. Милю пришлось прибегнуть к хитрости: представить проект как модернизацию вертолета Ми-4 с газотурбинной установкой. При этом несущая система, рулевой винт и большинство других агрегатов оставались неизменными.
Специалисты ЦАГИ предлагали создавать военно-транспортную машину по продольной схеме, как это делали американцы. М. Л. Милю пришлось бороться на два фронта: убеждать и ЦАГИ, и военных. Военные настаивали на создании вертолета типа S-61, а ЦАГИ - типа V-107. Миль был вынужден согласиться на однодвигательный вариант прототипа В-8 (Ми-8).
Конструктор полагал, что со временем "вертолеты будут в большей степени использоваться для транспортных целей, в связи с чем установятся некоторые определенные типы или, вернее, классы машин, как это имело место в автотранспорте. Только освоенные или доведенные образцы того или иного класса будут затем приспосабливать и для выполнения дальнейших специальных задач, подобно тому, как освоенный тип автомобиля приспосабливается для перевозки молока или уборки улиц". По замыслу М. Л. Миля, будущий вертолет Ми-8 должен был на внутренних авиалиниях заменить легкие самолеты, доставляя пассажиров на расстояния до 400 км, или в военном варианте перевозить взвод из 24 десантников с вооружением. Время показало, что М. Л. Миль угадал наиболее востребованный в практической жизни типоразмер вертолета среднего класса, способного поднимать груз весом 3 т, перевозить 25–30 человек. Удачно выбранными оказались также внутренние размеры грузовой кабины: высота 1,8 м, ширина 2,3 м, длина 5,34/6,36 м. Человек среднего роста спокойно, не нагибаясь, входил внутрь салона. Высота хвостовой балки была достаточной для проезда внутрь грузовой кабины автомобиля. Легкие откидывающиеся створки и откидывающийся трап облегчали въезд. Вместительная и удобная грузовая кабина обеспечила успех вертолета при выполнении специальных работ в различных областях народного хозяйства.
Начальник отдела весов ОКБ Владимир Вячеславович Кронштадтов вспоминал, что "проектирование вертолета началось в 1957–1958 годах, задолго до изготовления турбовинтового двигателя и утвержденного заказчиком задания. Делали предварительные расчеты при разных мощностях двигателя, выбирали диаметр несущего винта, длину хвостовой балки. Считали весовые характеристики до начала эскизного проектирования - выбирали вариант при наибольшей весовой отдаче. Аэродинамики рассчитывали тягу. В то время конструкторское бюро разрабатывало также вертолет Ми-6 с двумя турбовинтовыми двигателями. Методика аэродинамических расчетов была усовершенствована в процессе испытаний вертолета Ми-6. Прежнюю методику расчета по классической теории Глауэрта было невозможно применить из-за больших окружных скоростей лопасти и скоростей полета. Следует отметить, что все достижения конструкторского бюро Миля были использованы при проектировании вертолетов второго поколения Ми-2 и Ми-8".
Конструкторское бюро, занятое разработкой тяжелых вертолетов Ми-6 и Ми-10, долго не могло приступить к модернизации легких и средних вертолетов Ми-1 и Ми-4 из-за отсутствия подходящих турбинных двигателей. М. Л. Миль в своей работе "Экономичность авиационной техники" показал, что применение турбинных двигателей на вертолете дает этому типу летательных аппаратов больше преимуществ, чем самолетам: "Применение турбовинтовых двигателей произведет в вертолетостроении революцию, более бурную, чем в самолетостроении". Новая силовая установка вертолета оказалась в 4–5 раз легче прежней. Снижение веса двигателей автоматически потянуло за собой снижение веса конструкции самого вертолета.
Первый вариант вертолета Ми-8 строился с одним газотурбинным двигателем АИ-24В конструкции ОКБ Ивченко. Мощность двигателя - 1900 л.с. Самолетный АИ-24, модернизированный для вертолетов, имел недостаточно высокую весовую отдачу и большой удельный расход топлива.
Первый полет вертолета состоялся 24 июня 1961 года. Однако М. Л. Миль добивается решения правительства о разработке нового турбовинтового двигателя мощностью 1200 л.с. специально для вертолета. Надо отметить, что Михаил Леонтьевич много внимания уделял вопросам создания двигателей, обосновывая необходимость разработки более экономичных двигателей по весовой отдаче и удельному расходу топлива. "Невозможно дальнейшее развитие авиации как количественное (по размерам), так и качественное, по весовой отдаче, без дальнейшего совершенствования двигателей по удельному весу и экономичности… Вертолет… с более тяжелым двигателем дороже не только в производстве, но - неминуемо и в большей степени - в эксплуатации за счет более высокой стоимости амортизации и большего расхода топлива".
На одном из листов дневника Миль сравнивает удельный расход топлива на вертолетах S-65 и Ми-8. Конструктор предлагает увеличить степень сжатия камеры и число ступеней двигателя как минимум на 2 для получения мощности 1700 л.с. Здесь же М. Л. Миль показывает вариант модернизации вертолета с увеличенной на метр длиной кабины. Позже это предложение было реализовано на вертолете Ми-18.
Новые двигатели ТВ2-117 и главный редуктор, разработанные в ОКБ С. П. Изотова, позволили создать двухдвигательный вариант Ми-8. Двигатели развивали взлетную мощность по 1500 л. с, и их суммарная мощность позволяла выполнять горизонтальный полет без снижения при отказе одного из двигателей. Полет В-8 с двумя двигателями ТВ2-117 состоялся год спустя - 17 сентября 1962 года.
М. Л. Миль думал о проблеме уменьшения вибраций на Ми-8. На страничке из дневника показано, как он предлагает изменить наклон оси несущего винта для изменения центровки, использовать амортизационные кресла для пилотов, разместить приборные доски. Следует отметить, что и сегодня, когда требования к вибрационным и шумовым характеристикам возросли, у вертолета Ми-8 они находятся в пределах нормы.
В отличие от американских конструкторов, ориентированных на применение техники в военной области, М. Л. Миль думал об использовании вертолетов в народном хозяйстве. Вертолет Ми-8 создавался как машина двойного назначения: через задние створки могли въехать и автомобиль, и пушка.
Для вертолета Ми-8 был спроектирован пятилопастный винт с лопастью, разработанной для Ми-4. Некоторые узлы лопасти заменили на более прочные, появилась электротепловая противообледенительная система и др. В дневнике М. Л. Миль предлагает новую конструкцию лопасти Ми-8.
Лопасть была спроектирована с большим запасом прочности. Об этом говорит тот факт, что конструкция цельнометаллической лопасти сохранена и сегодня, ее ресурс значительно увеличен за счет усовершенствования технологии изготовления. Несмотря на то что мощность двигателей вертолетов увеличилась в 1,5 раза, диаметр винта остался прежним - 21,3 м. Вертолет проектировался конструктором словно "на вырост".
Сам М. Л. Миль очень высоко оценивал значение своей работы по созданию вертолетов второго поколения. "Если бы удалось эти машины (Ми-2 и Ми-8) довести и внедрить в серию, то жизнь была бы прожита не зря, а главное, страна получила бы на долгие годы работоспособные и экономически выгодные машины"… Жизнь показала, что в этом своем прогнозе Михаил Леонтьевич был абсолютно прав: вот уже более 40 лет Ми-8 служат людям не только в нашей стране, но и далеко за ее пределами и будут служить и впредь.
Время показало, что "восьмерка" занимает особое место в развитии отечественного, да и не только отечественного вертолетостроения. По общему числу выпущенных машин (свыше 12 тысяч, около 8 тысяч в Казани и свыше 4 тысяч в Улан-Уде) вертолет Ми-8 не имеет аналогов среди машин своего класса. Знаменитая фирма "Сикорский" со своими многочисленными дочерними предприятиями построила 1,5 тысячи вертолетов S-61 и свыше 2 тысяч S-70, могущественная "Боинг" совместно с японскими компаниями выпустила только 760 вертолетов V-107. По количеству изготовленных машин Ми-8 уступают только американским легким вертолетам Bell. По степени распространения в мире вертолету Ми-8 нет равных, практически уже нет страны, в которой бы не эксплуатировался "летающий грузовик" М. Л. Миля.
Московский вертолетный заводим. М. Л. Миля вместе с серийными заводами продолжает модифицировать Ми-8.
Ми-2. Вертолет-универсал
История создания вертолета Ми-2, написанная М. Л. Милем:
"Наше авиационное конструкторское бюро было организовано двадцать лет тому назад для создания трехместного вертолета одновинтовой схемы. Этой машине, названной впоследствии Ми-1, посчастливилось стать первым советским серийным вертолетом. На Ми-1 был установлен двигатель АИ-26ГРФ мощностью 575 л. с., сконструированный коллективом, которым руководит А. Г. Ивченко.
Самолет поднимается в воздух на значительной скорости, набранной при разгоне по земле. Вертолет же должен взлетать без разбега, при нулевой скорости. Значит, самолету требуется намного меньшая мощность на единицу веса, чем вертолету. Вот почему вертолет, пригодный для практического использования, то есть имеющий существенную полезную нагрузку, появился гораздо позже самолета. Именно тогда, когда авиационные двигатели достигли определенного совершенства.
У вертолета тяга несущего воздушного винта в равной степени зависит как от его диаметра, так и от мощности двигателя. Вес двигателя и трансмиссии прямо пропорционален мощности. А тяга винта с повышением мощности возрастает лишь в степени 3. И хотя повышение мощности приводит к росту подъемной силы, вес конструкции возрастает в большей мере. В результате весовая отдача машины снижается. То же самое происходит и в случае увеличения диаметра несущего винта.
Двигатель и трансмиссия вертолета Ми-1 составляли 25 процентов веса машины, несущий винт - 12. Поэтому необходимую тягу старались получить прежде всего за счет размеров винта, а не за счет повышения мощности двигателя, Приходилось, как тогда говорили, "летать на винте". Да так, впрочем, в основном на крыльях летали и первые самолеты. Позволить себе большую нагрузку на площадь крыла и, следовательно, большую скорость полета можно было только с появлением новых авиационных двигателей. Причем не столько более мощных, сколько, и это главное, имеющих меньший вес на одну лошадиную силу мощности.
Нетрудно догадаться, что создание турбовинтовых двигателей с удельным весом, в два-три раза меньшим по сравнению с поршневыми, должно было произвести в вертолетостроении революцию. Даже более бурную, чем в самолетостроении. Наша машина Ми-6, поднявшаяся в воздух в 1957 году, оказалась первым вертолетом, оснащенным двумя газотурбинными двигателями со свободными турбинами. Модификации Ми-6, вертолету Ми-10, принадлежит абсолютный мировой рекорд грузоподъемности - 25 000 килограммов. Конструирование такого вертолета весом 40 тонн с силовой установкой мощностью в 11 тысяч л. с. на базе поршневых двигателей было бы просто невозможно.
Весовая отдача - отношение полезной нагрузки к весу аппарата - да еще скорость полета - это основа рентабельности транспортной машины. Ясно было, что применение турбовинтовых двигателей вместо поршневых сможет поднять отношение полезной нагрузки к весу машины вдвое, а скорость полета увеличить в полтора раза. Если считать, что стоимость вертолета и его ремонтов пропорциональна весу машины, то естественно ожидать уменьшения основных амортизационных расходов по меньшей мере втрое. Эти соображения и повлекли за собой модификацию вертолета Ми-1.
На Ми-2 мы решили установить два газотурбинных двигателя конструкции С. П. Изотова. Развивая суммарную мощность в 800 л. с., они оба весят вдвое меньше одного 575-сильного поршневого двигателя вертолета Ми-1. Только разница в весе позволяла удвоить число пассажиров - вместо трех брать на борт шесть человек. А предстояло еще реализовать и дополнительную мощность.
Все, что было сказано ранее о выборе рациональной нагрузки на квадратный метр ометаемой винтом площади в зависимости от удельного веса двигателя, верно и в данном случае. Более легкие двигатели позволили повысить нагрузку на площадь винта. Открылась возможность увеличить полетный вес нового вертолета, сохранив неизменным диаметр несущего винта и опыт его налаженного серийного производства.
К тому периоду количество вертолетов Ми-1 в стране измерялось тысячами. Примерно треть их была занята на сезонных авиационно-химических работах - в садах и на виноградниках. А зимой, чтобы вертолеты не простаивали, им надо было изыскивать специальные задания. Обычная же перевозка пассажиров или груза на трехместной машине нерентабельна. Поэтому мы задумывали Ми-2 как многоцелевой вертолет - сельскохозяйственный, пассажирский и санитарно-транспортный. Сельскохозяйственное оборудование надо было делать навесным, чтобы переоснащение машины в любой из этих вариантов не занимало более двух часов.
Известно, что вертолет управляется с помощью отклонения равнодействующей подъемной силы относительно центра тяжести аппарата. Допустимые углы отклонения равнодействующей ограничены. Следовательно, ограничено перемещение центра тяжести, вызываемое изменениями расположения и величины полезной нагрузки вертолета. Как же разместить в маленьком аппарате от одного до восьми пассажиров и таким образом, чтобы центровка во всех случаях находилась в пределах нормы? Для вертолетов этот компоновочный вопрос всегда был очень острым.
Вынужденно длинный хвост одновинтового вертолета увенчивается хвостовым винтом. Он уравновешивает реактивный момент несущего винта. Уравновешивание достигается либо вынесенной вперед кабиной пилота и грузовой кабиной, когда силовая установка размещена сзади, либо, кроме того, и самими двигателями, если они впереди несущего винта.
Допустим, двигатели расположены позади оси несущего винта, тогда центр грузовой кабины окажется впереди центра тяжести. И изменение полезной нагрузки неминуемо отразится на центровке. Чтобы она была постоянной, конструктор вынужден сокращать протяженность кабины и размещать пассажиров не вдоль, а поперек фюзеляжа. Так скомпонован, например, американский вертолет "Белл-Ирокез" с двигателем мощностью 1100 л. с. Пассажиры сидят в кабине в два ряда, по четыре и пять человек в ряд, что не совсем удобно в эксплуатации.
Компоновка Ми-2 строилась нами по другому принципу. Еще раньше на вертолете Ми-6 мы не только поместили двигатели впереди, но и вынесли их с помощью трехметровых трансмиссионных валов далеко вперед. Это дало возможность расположить центр длинной, 12-метровой, грузовой кабины под центром тяжести аппарата. Точно так же размещены двигатели на вертолете Ми-2.
Установка двух двигателей значительно повышает безопасность полетов: в случае отказа одного из них на взлетном режиме с нормальным полетным весом можно продолжать горизонтальный полет. При этом обеспечивается автоматический перевод работающего двигателя на повышенный режим.
Развив пол в средней части фюзеляжа, мы образовали кессон, который одновременно служит опорой для шасси, контейнером мягкого бака для топлива и сиденьем для пассажиров. Они располагаются по обе стороны кессона по трое, спиной друг к другу, седьмой пассажир находится рядом с пилотом, а восьмой - у задней стенки. При такой компоновке центровка в любом варианте загрузки практически не изменяется от начала до конца полета.
Откинутые сиденья вместе с поверхностью топливного бака, представляющей собой трехслойную плиту с сотовым заполнителем, могут составить широкую платформу. Она размещается строго в центре тяжести аппарата и приспособлена для груза весом до 10ОО килограммов, в том числе для бочек с дополнительным топливом. Баки для химикатов навешиваются по бортам вертолета. Это позволяет сохранить нетронутой пассажирскую или грузовую кабину при переоборудовании Ми-2 в сельскохозяйственный вариант.
Фюзеляж вертолета сделан из клеесварных дюралюминиевых панелей.
Втулка несущего винта, разработанная под руководством инженера М. А. Лейканда, имеет гидравлические демпферы колебаний лопастей в плоскости вращения вместо фрикционных, как было на Ми-1. Это упрощает эксплуатацию, потому что гидравлические демпферы не приходится регулировать перед полетом. Кроме того, гарантируется меньшая восприимчивость машины к земному резонансу и исключается самозатягивание, которое при фрикционных демпферах могло приводить к неприятным последствиям.
Лопасти несущего винта в плане прямоугольной формы. Изготавливаются они целиком из легких сплавов и состоят из прессованного силового элемента-лонжерона и хвостовых частей в виде блоков из алюминиевых сот, собранных на клею. На носке каждой лопасти приклеена панель электротепловой антиобледенительной системы, питаемой от генератора переменного тока мощностью в девять киловатт. Вся сборка проводится без болтов или заклепок на новом отечественном клее для металла типа ВК-3. Прочность соединения - 250 килограммов на квадратный сантиметр. Такая конструкция обеспечивает безотказную работу лопастей в течение 2000 летных часов. Специальный сигнализатор контролирует появление в лонжеронах металлургических, или усталостных, трещин.