Эра гигантов. Тяжелые вертолеты СССР — предшественники Ми-26
С начала 60-х гг. в СССР класс винтокрылых тяжеловесов блистательно представлял Ми-6, который к концу десятилетия был доведен до совершенства.
На закате эры гигантов
Однако к началу 70-х гг. сложность и масштабы стоявших перед вертолетным парком задач существенно возросли, и существовавшие машины перестали справляться с ними в полном объеме, как в Вооруженных Силах, так и в народном хозяйстве.
В результате проведенного анализа была выявлена тенденция увеличения потребности перевозки крупногабаритных грузов массой 15-20 т на дальность 500-800 км. Среди них 80-90% приходилось на долю новых и перспективных образцов вооружений мотострелковых дивизий, причем высотность местности, где предстояло проводить операции, могла достигать 1000-1500 м над уровнем моря. В тот же период после устойчивого роста размеров винтокрылых машин наметился спад. Как в СССР, так и в США, еще до выхода на этап серийного производства, были свернуты программы создания сверхтяжелых вертолетов В-12 и ХСН-62 по причинам скорее экономического и оперативного характера, чем из-за технологических ограничений.
Одновременно с постройкой В-12, в соответствии с изначально намеченным планом развития тяжелого вертолетостроения, в ОКБ М.Л. Миля велась разработка сверхтяжелого винтокрылого аппарата В-16 грузоподъемностью 40-50 т. Он предназначался для перевозки неразъемных народнохозяйственных грузов, танков, а также должен был служить «кочующим стартом межконтинентальных ракет». Вертолет В-16 рассматривался как дальнейшее развитие В-12. Первоначально планировалось его строить по трехвинтовой схеме с шестью двигателями Д-25ВФ, но потом появился проект вертолета поперечной схемы, оснащенного двумя мощными газотурбинными двигателями с тихоходными свободными турбинами и вертикальными валами.
На основе проекта В-16 в 1966 году милевцы разработали вариант В-12 под обозначением Ми-12М. Предполагалось заменить четыре двигателя Д-25ВФ двумя новейшими двигателями Д-30В мощностью по 15000 кВт конструкции ОКБ П.А. Соловьева и увеличить число лопастей на каждом несущем винте до шести. Ми-12М должен был перевозить груз массой 25 т на расстояние 500 км, а массой 40 т на расстояние 200 км. Предложение получило правительственную поддержку, но из-за прекращения программы В-12 разработка Ми-12М прервалась на стадии постройки натурного макета.
Свертывание этих программ свидетельствовало о закате эры гигантов. В таких условиях Московский вертолетный завод (МВЗ) имени М.Л. Миля, который после смерти основателя фирмы в 1970 г. возглавил главный конструктор М.Н. Тищенко, приступил к разработке следующего поколения тяжелых вертолетов. Появление в ОКБ форсированного варианта двигателя Д-25В П.А. Соловьева для Ми-12, привело конструкторов к мысли осуществить глубокую модернизацию вертолета Ми-6, по аналогии с программой Ми-8М. В 1967 г. было проведено предварительное проектирование, и 28 ноября того же года ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление о модернизации и дальнейшем развитии среднего военно-транспортного вертолета Ми-6М с грузоподъемностью 11 20 т и дальностью полета 800 1200 км.
В ОКБ им. Н.И. Камова (Ухтомский вертолетный завод), несмотря на неудачу с Ка-22, также велись работы по новому винтокрылу, получившему индекс «В». В результате появились проекты тяжелых военно-транспортных винтокрылов поперечной схемы: Ка-34 с четырьмя ТВД НК-12, приводящими в движение соосные тянущие и несущие винты; и Ка-35 с взлетной массой в 71500 кг. Предполагалось, что максимальная масса перевозимых грузов будет около 20 т, дальность — до 1000 км, при крейсерской скорости в 500 км/ч. Предложение по нему было рассмотрено на заседании технического совета в конце 1964 г., одобрено, признано реальным и рекомендовано к представлению в ГКАТ и заказчику. Был разработан в инициативном порядке эскизный проект и изготовлена демонстрационная модель, которые были представлены министру обороны СССР Д.Ф. Устинову. Новая машина должна была быть несколько больше Ка-22, иметь перекрещивающиеся вращающиеся винты, а в составе силовой установки два маршевых реактивных двигателя П.А. Соловьева с большой степенью двухконтурности под крылом и четыре очень легких и компактных подъемных двигателя П.А. Колесова Д-36-35, расположенных попарно в кабанах несущих винтов вертикально. На десантной версии винтокрыла предполагалось наличие носовой дистанционно-управляемой пушки и ПТУР на обтекателях шасси. Для загрузки и выгрузки должен был использоваться задний люк-рампа.
После представления Устинову, 20.07.66 г., был издан приказ министра о разработке эскизного проекта объекта «В» и проведении работ по его обоснованию, что и было сделано в 1967 г. под руководством В. Баршевского и ведущего конструктора Ю.С. Брагинского.
Но работы по пректу были прекращены, т.к. из двух представленных командованию ВВС предложений — вертолета Ми и винтокрыла Ка, разработки Ухтомского вертолетного завода, — военные выбрали милевскую машину. Предварительный анализ показал, что использование в силовой установке двух Д-25ВФ, форсированных до мощности 6500 л.с. каждый, позволяло увеличить максимальную коммерческую нагрузку Ми-6М только до 13…14 т. На этом исчерпывались все возможности пятилопастного несущего винта Ми-6.
Дальнейший рост грузоподъемности и взлетной массы требовал не только увеличения суммарной мощности двигателей, но и существенных изменений в конструкции большинства агрегатов и систем, что вело к созданию практически новой машины.
Вначале было решено использовать для новых машин основные агрегаты от Ми-6 и В-12. Изучались варианты: одновинтового вертолета с несущим винтом диаметром 35 м; двухвинтового поперечной схемы с винтами диаметром 23 и 35 м; двухвинтового продольной схемы с несущими винтами диаметром 35 м.
Казалось, что оптимальной будет продольная схема, на которой остановились и создатели ХСН-62.
Она сулила ряд преимуществ: уменьшение диаметра несущих винтов и мощности, передаваемой главными редукторами (не более 10000 л.с. каждый), а следовательно, уменьшение их массы, габаритов, а также упрощение проектирования и производства. Не требовалось бы решать и проблемы большого рулевого винта. Однако результаты исследований показали, что в целом такой вертолет получился бы значительно тяжелее и сложнее, в частности, из-за наличия трансмиссии между главными редукторами. Существенные трудности могли также возникнуть из-за характерных для продольной схемы вибрационных проблем. Предварительные расчеты показали, что стремление применить на новой машине узлы и агрегаты ранее созданных вертолетов вряд ли приведет к успеху, причем независимо от выбранной схемы, т.к. все они имели одни и те же недостатки — несоответствие параметров техническому заданию, низкую весовую отдачу и большую взлетную массу, а следовательно, низкие летно-технические характеристики.
Взлетная масса нового вертолета могла приблизиться к 70 т, и аналитики фирмы пришли к выводу, что для решения проблемы недостаточно ограничиться выбором оптимальных параметров — требовалось радикально изменить подходы к проектированию и использовать нетрадиционные методы, чтобы снизить эту величину примерно на 20 т.
При этом необходимо было отказаться как от использования серийных агрегатов, так и от применения общепринятых конструкторских решений.
Ситуация осложнялась тем, что мировой опыт создания машин, подобных Ми-6М, отсутствовал, поэтому коллективу ОКБ пришлось начинать работу «с нуля». В 1970 г. ответственным ведущим конструктором по разработке нового тяжелого вертолета был назначен О.П. Бахов. Во всех подразделениях фирмы были проведены исследования путей повышения эффективности нового проекта. Предложения рассматривались и оценивались на заседаниях НТС. Кроме того, были созданы конкурирующие группы сотрудников, занимавшиеся проработкой разных схем.
В качестве главных критериев были выбраны: скорость полета, весовая отдача и приведенная производительность (критерий, предложенный Тищенко). Для выбора параметров вертолета и агрегатов ученые и руководители программы разработали метод определения массы и других характеристик всех основных агрегатов и систем. Также был изобретен оригинальный метод проектирования сложных динамических систем (лопастей, втулок, трансмиссии и т.п.) фюзеляжа и шасси, который обеспечивал создание облегченных и высоконадежных конструкций. Этот метод требовал глубокого анализа и большого объема предварительных испытаний, которые провели ведущие специалисты ОКБ, производства и испытательного комплекса. В результате удалось оптимизировать параметры вертолетов всех трех рассматривавшихся схем. Всего было исследовано девять вариантов компоновок вертолетов. Применение новой концепции проектирования, в частности параллельной проработки трех схем вертолета, позволило значительно снизить массу вертолетов всех схем, а весовую отдачу довести до уровня, соответствующего мировым стандартам. К обсуждению вариантов были привлечены представители НИИ МАП и заказчика. На отраслевой конференции М.Н. Тищенко, А.В. Некрасов и О.П. Бахов сделали итоговый доклад ОКБ по результатам всех проработок.
К середине 1971 г. завершились все необходимые исследования. На их основе в качестве базового варианта была выбрана классическая одновинтовая схема.
Диаметр несущего винта определен в 32 м, а нормальная взлетная масса — 48 т. При существующем в то время уровне науки и техники одновинтовая схема позволяла наиболее полно обеспечить требуемые летно-технические и экономические показатели.
Тяжелый вертолет нового поколения получил обозначение Ми-26 («изделие 90»). Получив положительное заключение от НИИ МАП, коллектив «МВЗ им. М.Л. Миля» в августе 1971 г. приступил к разработке аванпроекта, который был одобрен научно-техническим советом МАП в декабре 1971 г. К этому времени военный заказчик внес изменения в технические требования к вертолету — увеличил массу максимальной коммерческой нагрузки с 15 до 18 т. Проект был переработан. Проектирование предполагало проведение большого объема научно-исследовательских, конструкторских и технологических работ, а также разработку нового оборудования. В короткие сроки предусматривалось создать и построить агрегаты и системы с малыми относительными массами и высокими ресурсами, стендовую базу, провести испытания узлов и агрегатов, изучить свойства конструкций из новых материалов, исследовать новые профили лопастей, аэродинамические характеристики вертолета, устойчивость облегченных лопастей и т.д. В связи с этим «МВЗ им. М.Л. Миля» привлек к тесному сотрудничеству ЦАГИ, ЛИИ, ВИАМ, НИАТ, ЦИАМ и другие организации.
Согласно требованиям заказчика, вертолет должен был перевозить грузы массой до 20 т на расстояние 400 км при обеспечении статического потолка более 1500 м.
Чтобы достичь эти характеристики, требовалась силовая установка мощностью не менее 20…24 тыс. л.с. В процессе предварительной проработки Ми-6М конструкторы столкнулись и с трудностями в выборе силовой установки. Все изученные варианты двигателей Д-35А, НК-12МВ и Д-30В оказались неоптимальными. Стала очевидной необходимость проектирования новых. Их проработку и проектирование руководство Министерства авиационной промышленности поручило ОКБ, которыми руководили главные конструкторы С.П. Изотов, П.А. Соловьев и В.А. Лотарев.
В итоге в качестве силовой установки было решено использовать два газотурбинных двигателя Д-136, разрабатываемые по двухвальной схеме в ОКБ В.А. Лотарева «Прогресс», на базе внутреннего контура «самолетного» турбовентиляторного Д-36. Работа велась под непосредственным руководством главного конструктора Ф.М. Муравченко. Д-136 обладал наилучшими характеристиками: при массе 1200 кг он у земли в стандартных атмосферных условиях развивал мощность 11400 л.с. при удельном расходе топлива всего 0,196 г/(л.с.*ч). Достижение столь низких значений удельного расхода топлива и удельного веса было выдающимся успехом ОКБ В.А. Лотарева.
Модульно-блочная конструкция двигателей со средствами обнаружения неисправностей и отказов на ранней стадии обещала существенно облегчить их ремонт и обслуживание. Неотъемлемой частью силовой установки должна была стать система автоматического поддержания оборотов несущего винта и синхронизации мощности, призванная обеспечить при отказе одного из двигателей автоматический выход другого на «максимал». В этом случае мощности в 11400 э.л.с. одного Д-136 должно было хватить, чтобы обеспечить вертолету полет с набором высоты и даже возможность зависнуть у земли, если при этом его масса не будет превышать 40 т.
В 1972 г. «МВЗ им. М.Л. Миля» получил положительные заключения институтов авиационной промышленностии министерства обороны.
Важным этапом проектирования вертолета стало грамотное составление технического задания. Заказчик первоначально требовал установки на вертолет привода колес, тяжелого вооружения, герметизации грузовой кабины, обеспечения работы двигателей на автотракторных топливах и тому подобных усовершенствований, влекущих за собой значительное утяжеление конструкции. Инженеры нашли разумный компромисс — второстепенные требования были отклонены, а основные — выполнены. В результате была сделана новая компоновка кабины, что позволяло увеличить экипаж с четырех до пяти человек; высота грузовой кабины, в отличие от первоначального проекта, стала одинаковой по всей длине. Доработкам подверглась конструкция и некоторых других частей вертолета.
К концу 1972 г. эскизный проект был практически закончен, и в сборочном цехе МВЗ под руководством заместителя главного конструктора И.С. Дмитриева и нового ответственного ведущего Н.А. Назарова началась постройка макета, на котором отрабатывалось расположение основных агрегатов и систем. В результате турбоагрегат запуска был перенесен с потолка фюзеляжа под пол кабины экипажа, в хвостовой балке сделан проход к хвостовому редуктору, изменена конструкция киля и т.д.
В 1974 г. облик тяжелого вертолета Ми-26 практически полностью сформировался. Он имел классическую для милевских транспортных вертолетов компоновку: почти все системы силовой установки находились над грузовой кабиной; вынесенные вперед относительно главного редуктора двигатели и расположенная в носовой части кабина экипажа уравновешивали хвостовую часть. При проектировании вертолета впервые расчет обводов фюзеляжа производился методом задания поверхностей кривыми второго порядка, благодаря чему цельнометаллический полумонококовый фюзеляж Ми-26 получил свои характерные удобообтекаемые «дельфинообразные» формы. В его конструкции изначально предусматривалось применять панельную сборку и клее-сварные соединения каркаса.
Большое внимание специалисты МВЗ уделили выбору оптимальных параметров несущего винта (НВ). После проведенных совместно с ЦАГИ исследований были созданы металлопластиковые лопасти, которые обеспечили значительное увеличение КПД винта. Сам винт конструкторы спроектировали 8-лопастным, диаметром 28 м. При этом он получился почти на 40% легче по сравнению с пятилопастным 35-метровым НВ вертолета Ми-6 и обеспечивал на 30% большую свободную тягу. Впервые для изготовления втулки НВ столь больших размеров решили использовать титановый сплав, что обеспечило ее высокую усталостную прочность и снижение массы на 15% по сравнению с втулкой Ми-6. Не менее революционной была и конструкция рулевого винта, лопасти которого решили целиком делать из стеклопластика (у Ми-6 они были цельнодеревянными). В конечном итоге удалось получить пятилопастный агрегат, который при большей в два раза тяге и большем на 1,4 м диаметре обладал одинаковой массой с рулевым винтом Ми-6.
Основную трудность представляла проблема передачи к НВ огромной мощности двух Д-136, которая была успешно преодолена при создании главного редуктора ВР-26. При этом прервалась давняя традиция: его спроектировали и построили недвигателисты, как это было раньше, а непосредственно фирма Миля. В конструкции редуктора тяжелая планетарная схема была заменена принципиально новой 3-ступенчатой многопоточной. Это и ряд других новшеств позволили добиться передачи на несущий винт большей в два раза по сравнению с Ми-6 мощности и в полтора раза большего крутящего момента, заплатив за это лишь незначительным (8,5%) увеличением массы редуктора.
В борьбе за весовое совершенство конструкции не отставали от своих коллег и разработчики фюзеляжа самого большого в мире одновинтового вертолета. Новый подход к задачам обеспечения его жесткости и прочности позволил милевцам уложиться в весовые пределы Ми-6, при этом добиться увеличения допустимых нагрузок на силовые элементы и объема грузовой кабины в два раза.
При проектировании Ми-26 специалисты МВЗ постарались максимально учесть опыт эксплуатации его предшественников. В первую очередь следует отметить решение разместить перед воздухозаборниками двигателей пылезащитные устройства (ПЗУ) грибкового типа со степенью очистки 65…70%, использующие центробежный эффект для улавливания посторонних частиц. Это позволило в дальнейшем вертолету работать с пыльных площадок практически без уменьшения ресурса двигателей при минимальном снижении их мощности. Чтобы обходиться без аэродромных источников электропитания и сжатого воздуха, вертолет оснастили ВСУ. А чтобы не прибегать при наземном обслуживании к стремянкам и тому подобному оборудованию, откидные капоты и панели силовой установки выполнили в виде рабочих площадок, а внутри хвостовой балки и киля организовали проход к рулевому винту.
Были улучшены и средства механизации погрузочно-разгрузочных работ. Так, вертолет оборудовали двумя электролебедками и тельфером грузоподъемностью до 5 т. Грузовой трап стал подниматься и опускаться с помощью гидравлической системы, а управлять им стало возможно не только с рабочего места бортмеханика или из грузовой кабины, но и снаружи фюзеляжа. Трап можно фиксировать в горизонтальном положении, что позволяет транспортировать внутри фюзеляжа длинномеры. На земле его можно установить и зафиксировать вровень с кузовом автомобиля или наземным приспособлением, используемым при погрузке. Конструкция основных опор шасси позволяет менять на стоянке клиренс, приподнимая заднюю часть фюзеляжа, что дает возможность максимально приблизить груз к трапу. Чтобы не мешать подходу техники к заднему люку, хвостовая опора подтягивается к хвостовой балке. Как и на других вертолетах, на Ми-26 предусмотрели систему внешней подвески, позволяющую доставлять крупногабаритные грузы массой до 20 т.
Продолжение следует