Легкий вертолет в-7.

Разработчик: ОКБ Миля
Страна: СССР
Первый полет: 1962 г.

В середине 1950-х годов, в то время, когда по большей части завершилось проектирование вертолета Ми-6, конструкторы ОКБ имени М.Л.Миля приступили к поиску дорог предстоящего повышения грузоподъемности винтокрылых летательных аппаратов. Одним из самые приоритетных направлений в те годы считалось создание винтокрылых автомобилей с приводом несущего винта (НВ) от реактивных двигателей, установленных на финишах лопастей.

Ожидалось, что отсутствие механической трансмиссии не только упростит и облегчит конструкцию вертолета, но и существенно повысит его весовое совершенство. Так как при таком приводе реактивный момент НВ отсутствует, то исчезает и надобность в энергоемких и громоздких средствах его парирования, что кроме этого упрощает центровку и компоновку вертолета. Из всех видов реактивного привода самоё экономичным представлялась установка с ТРД.

Конструкторы разглядывали эскизный проект сверхтяжелого вертолета-крана с несущим винтом диаметром около 60 м, но перед тем как приступить к его более тщательной проработке М.Л.Миль решил выстроить мелкий умелый четырехместный вертолет, на котором опробовать данную концепцию и купить нужный опыт. Приобрел помощь ГВФ и военных. В декабре 1956 года правительство издало распоряжение о разработке умелого вертолета В-7 с реактивным приводом несущего винта.

строительство и Проектирование винтокрылого аппарата, самого мелкого и легкого из когда-либо выстроенных милевцами, двигалось весьма скоро. В декабре 1957 года рабочее проектирование было по большей части закончено и в умелом производстве 329-го завода заложили сходу серию из пяти автомобилей. Ведущим конструктором по В-7 прописали сперва А.В.Кочкина, а после этого Г.Г.Лазарева.

Базу конструкции составлял цельнометаллический каплевидный фюзеляж полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части силовых шпангоутов монтировалась на болтах литая плита. К фланцу плиты крепился редуктор, складывавшийся из вала НВ (на его оси смонтировали втулку несущего винта с лопастями и автомат перекоса) и приводов агрегатов. К переднему торцу плиты присоединялся кронштейн с гидроусилителями и качалками управления.

По бокам фюзеляжа пребывало три двери.

В кабине кроме летчика имели возможность разместиться три пассажира либо носилки с больным и сопровождающий медработник. Под полом был топливный бак. Помпа подавала горючее в топливный регулятор, после этого в коллектор вала НВ и оттуда центробежная сила гнала керосин к ТРД на финишах двухлопастного несущего винта.

Лопасти прямоугольной формы имели металлической лонжерон с фанерной обшивкой и деревянным каркасом. Они крепились к втулке при помощи осевых и неспециализированного горизонтального шарниров. В носке лопастей были проложены две трубки топливопитания.

Электропроводка проходила в лонжерона. Вверху на финише вала НВ монтировался токосъемник устройств силовой установки.

Конструкторы вертолета при разработке совокупности путевого управления собирались обойтись хвостовым оперением в индуктивном потоке, но сопровождавшие разработку В-7 изучения моделей в аэродинамической трубе продемонстрировали необходимость сохранения рулевого винта. Его установили позади фюзеляжа, на маленькой трубчатой ферме. Так, избежать установки на вертолет трансмиссии не удалось.

На В-7 конструкторы в первый раз применили шасси полозкового типа. Смонтированные на задних поперечных трубах гидроамортизаторы служили для предупреждения земного резонанса В-7 оснащался облегченным набором приборного оборудования, предусматривалось его оснащение в армейском варианте и навесной совокупностью оружия.

Одной из непростых задач при доводке и строительстве В-7 стала сильная зависимость от смежников — создателей силовой установки. Успешное воплощение идеи вертолета с реактивным приводом НВ зависело, первым делом, от разработки достаточно легких и малогабаритных двигателей, талантливых надежно действующий при действии центробежных больших перегрузок и сил, и систем топливопитания и управления ими.

Из многих начальников авиамоторных ОКБ, привлеченных к решению проблемы, за создание ТРД взялся лишь основной конструктор А.Г.Ивченко. Под его управлением создали ТРД АИ-7 с центробежным компрессором и одноступенчатой турбиной. Для уравновешивания гироскопических моментов ТРД оснастили тремя маховиками, вращавшимися в сторону, противоположную турбине.

Ответ было несложным, но как продемонстрировали предстоящие события, не верным.

Двигатели АИ-7 поступили на 329-й завод в декабре 1959 года, в то время, когда вертолет уже собрали. Сразу после первого запуска ТРД появились проблемы с силовой установкой: двигатель не выходил на рабочие обороты и не развивал заданную тягу, перегревалась маслосистема. Обстоятельством малых оборотов была громадная потребная мощность для вращения маховиков.

Исходя из этого их было нужно снять с двигателей.

Для улучшения охлаждения в ОКБ спроектировали неповторимый трубчатый маслорадиатор, установленный около воздухозаборника. Сейчас АИ-7 начал развивать расчетную тягу, но все нагрузки от гироскопического момента перешли на несущую совокупность вертолета.

Вертолет с реактивным приводом НВ был существенно сложней, чем предполагалось. Доводка В-7 и его силовой установки растянулась на многие годы. Для совершенствования АИ-7 привлекли экспертов и испытательные лаборатории ЦИАМ.

Пара лет ушло на обеспечение работы двигателей при действии центробежных сил, и лишь 19 февраля 1962 года предприняли попытку подъема в атмосферу на привязи. В-7 не смог оторваться от почвы. Под действием гироскопического момента двигателей лопасти НВ закручивались на отрицательный угол, их обшивка покрывалась гофрами, что вместе с незакапотированными двигателями создавало громадное сопротивление вращению.

Помимо этого, гидроусилитель в совокупности управления неспециализированным шагом НВ был недостаточным для преодоления нагрузок. Вибрации вертолета были громадные. Снова потребовались многие доводки и месяцы переделок.

Двигатели посланы на доработку, лопасти отремонтированы, гидроусилитель совокупности управления неспециализированным шагом заменен на более замечательный. Для двигателей спроектированы капоты.

Самым несложным ответом привода несущего винта (НВ) вертолета была бы установка движителей на его лопастях как на В-7. Но тут конструктор сталкивается с тяжёлой проблемой — обеспечения требуемого запаса прочности двигателя. Установлено, что его удельный вес при работе в поле центробежных сил будет расти, потому, что двигателю приходится выдерживать 300-кратные центробежные перегрузки и большие гироскопические моменты от вращающихся компрессора и турбины.

Расчеты говорят о том, что с повышением диаметра НВ и грузоподъемности вертолета гироскопический момент и центробежная перегрузка падают. Это происходит вследствие того что, сохраняя линейную скорость финишей лопастей НВ постоянной, обороты винта приходится уменьшать. Благодаря этого появляется возможность упростить конструкцию ТРД.

Но это не все, на ротор двигателя действуют переменные силы от центробежной перегрузки. Подробности силовой установки подвергаются действию переменных сил от маховых движений и циклического шага лопастей. Кстати, последние уменьшаются под действием центробежной силы от двигателей, снижая переменные нагрузки на несущей совокупности. У вертолетов трансмиссионной схемы переменные напряжения в лопастях НВ снижают, размещая в их законцовках особые грузы.

Достаточно заявить, что у Ми-6 их неспециализированный вес достигает 250 кг. В случае если центробежная сила от веса силовой установки вся переходит на втулку и лопасть НВ, то гироскопический момент от ротора ТРД, по большей части, возможно погасить в силовой установки. К примеру, у двигателей с противоположным вращением компрессора и турбины, среди них и двухвального. На практике удалось опробовать только первый вариант, в двигателе МД-3 для В-7.

Но самая перспективной конструкцией лопастного двигателя все же есть двухвальный ТРД (среди них и двухконтурный). Такая конструкция ТРД будет в один момент облегчать его запуск, и разгружать подшипники. Эта схема двигателя стала самая предпочтительной.

Как продемонстрировал инженер С.И.Слободкин (ЗМКБ «Прогресс»), главным лимитирующим звеном двигателей, действующий при громадных центробежных перегрузках, являются подшипники. Удельный вес лопастного ТРД будет расти если сравнивать с самолетным, в зависимости от центробежной его размерности и перегрузки. При создании лопастного двигателя круг неприятностей растет как снежный ком. Не исключением есть и маслосистема.

В случае если в неподвижном ТРД масло в картерах подшипников и баке стекает вниз, то при вращении НВ оно будет отбрасывается к внешней боковой стенке. Это также накладывает собственный отпечаток на компоновку и конструкцию силовой установки. Если сравнивать с самолетным, температура масла у лопастного двигателя возрастает, приблизительно, вдвое.

Так у МД-3 и АИ-7 тепловыделение в масло на взлетном режиме достигало 120 и 220 ккал/мин соответственно и на кольцевой трубчатый маслорадиатор, расположенный около входа двигателя вертолета В-7, затрачивалось 17% взлетной тяги. Исходя из этого охлаждать масло на лопастном двигателе нужно посредством поверхностного маслорадиатора, являющегося одновременно и противообледенительным устройством воздухозаборника ТРД и лопасти НВ. Это диктует размещение маслобака на входе в двигатель, а маслорадиатора — в носке лопасти.

Неравномерный расход масла в лопастных двигателях может привести к повышению вибраций вертолета, что отмечалось при опробованиях В-7. Отличие в один килограмм на двигателях АИ-7 приводила к неуравновешенной силе в 300 кг. И эта отличие возможно неизменно. Исходя из этого для лопастных двигателей требуется постоянная подпитка маслом, стравливая его излишки через дренаж. Как продемонстрировали опыты на В-7, при работе в поле центробежных сил удельный расход горючего двигателей АИ-7 возрастал на 3%.

Разумеется, это было связано с ростом трения в подшипниках и ухудшением смесеобразования в камере сгорания. Ухудшение работы последней в первый раз распознали на лопастных прямоточных двигателях, исследовавшихся в ОКБ И.П.Братухина. При вращении НВ двигатели не выдавали расчетной тяги. Посредством стробоскопа установили, что пламя в камере сгорания при вращении смещалось к крайней от оси вращения стенке сопла и камеры.

Только по окончании трансформации размещения форсунок удалось взять расчетную тягу.

В созданных лопастных двигателях использовалось два вида запуска: посредством съемного электростартера на двигателе АИ-7 и воздушный запуск на МД-3. Сжатый воздушное пространство из фюзеляжа через несущую совокупность подавался на лопатки компрессора двигателя МД-3, раскручивая его. Схема весьма успешная, поскольку для размещения сжатого воздуха возможно применять трубы лонжеронов лопастей НВ.

Такие «хранилища» в один момент смогут стать сигнализаторами появления трещин в главном силовом элементе. Отработка несущей совокупности реактивного вертолета в аэродинамических трубах ЦАГИ продемонстрировала, что при малых коэффициентах тяги НВ аэродинамические характеристики винта с мотогондолами хуже, а при громадных коэффициентах тяги — лучше, чем у винта без мотогондол. Последнее связано с созданием мотогондолой результата концевой шайбы.

С ростом грузоподъемности реактивных вертолетов относительные размеры двигателя на лопасти будут уменьшаться и хороший эффект от мотогондолы начнёт проявляться при меньших коэффициентах тяги.

Для получения минимального сопротивления мотогондолы на всех углах установки НВ угол ее установки к концевой хорде лопасти выбран — 6°, дабы на большом шаге он не превышал 7°. При громадных углах сопротивление мотогондолы быстро возрастает. Ухудшение авторотационных черт реактивного НВ с лихвой компенсируется громадным запасом кинетической энергии более тяжелого реактивного винта.

Это разрешит не только тихо посадить вертолет на авторотации, но и осуществлять взлет перегруженной автомобили прыжком с ограниченных площадок, исключающих разбег. К примеру, у В-7 момент инерции НВ в пять раза больше, чем у для того чтобы же, но хорошего винта. Благодаря чему, лишь за счет понижения оборотов НВ с больших до обычных вертолет В-7 при повышении шага НВ с двойным нужным грузом имел возможность бы взлететь на высоту 40 метров.

Для тяжелых реактивных вертолетов отличие в моментах инерции НВ, если сравнивать с трансмиссионными, будет меньшей. К примеру, при диаметре НВ 50 м она снизится в 3 раза.

На двухдвигательном В-7 падение мощности двигателей из-за попадания в них выхлопных газов не наблюдалось. Повышение окружной скорости и числа лопастей НВ приведет к большей возможности данного явления. Нехорошим режимом полета реактивного вертолета будет висение в штиль с малым взлетным весом, в то время, когда ход НВ равен 6°.

В этом случае ось ТРД окажется в плоскости вращения винта. Расчеты говорят о том, что у шестилопастного НВ край выхлопной струи с избытком температуры +70°С будет пребывать на расстоянии 1,7 м. При меньшем числе лопастей и на вторых режимах выхлопные струи будут удаляться от двигателей. Прорабатывая возможность создания реактивного вертолета, целесообразно сравнить ожидаемый уровень шума с трансмиссионным вертолетом.

Так как экология может перечеркнуть все хорошие стороны реактивного вертолета. Сравнение Ми-6 (взлетный вес 50 т), Ми-12 (взлетный вес 80 т) и тяжелого реактивного вертолета с весом 75 т с ТРД и ДТРД на лопастях продемонстрировало, что главным источником шума есть НВ. У реактивного вертолета уровень шума от винта и двигателей близки, а на удалении 50 м вниз и вверх у всех типов вертолетов, приблизительно, однообразен.

Но в фюзеляже и кабине значительно тише, что связано с удалением двигателей от фюзеляжа и отсутствием силового редуктора. Низкий уровень шума чувствовался и в кабине В-7. В ней возможно было вольно говорить.

Последнее важно для пассажирской автомобили.

Изучения продемонстрировали возможность создания лопастного ТРД, действующий при 200-кратной центробежной перегрузке, открывая путь для сверхтяжелых реактивных вертолетов. Одним из вариантов таковой автомобили может стать четырехлопастный вертолет грузоподъемностью 40 т и нагрузкой на ометаемую площадь винта не более 36 кг/м2, как у Ми-6 на висении с полной загрузкой на протяжении крановых работ. Расчеты говорят о том, что у таковой автомобили при диаметре НВ 50 м, потребная взлетная тяга ТРД составит 1600 кгс.

Наряду с этим удельный вес ТРД ожидается 0,18 кг/кгс, а ДТРД — 0,25 кг/кгс при удельном расходе на рабочих оборотах НВ и взлетном режиме двигателей 1,22 и 1,05 кг/кгс час соответственно. Весовая отдача рассмотренного тяжелого реактивного вертолета окажется в пределах 67-72%. Относительный вес нужного груза на крановых работах с учетом висения с одним отказавшим двигателем увеличится с ростом числа лопастей с 35% — у двухдвигательного, до 57% — у шестидвигательного.

Наряду с этим экономическая эффективность будет близка к транспортным самолетам и, что самое необычное — к машинам, движущимся по распутью. Остается сохранять надежду, что в возможности таковой вертолет станет вправду универсальным транспортным средством.

В апреле 1965 г. опробования В-7 на привязи снова возобновились, но при первой раскрутке заклинило один из двигателей. Было нужно его возвращать на завод-изготовитель. Наконец, 20 сентября испытателям удалось два раза добиться устойчивого зависания. Опробования проводил механик В.А.Колосков.

Висение происходило на пониженных оборотах НВ, поскольку в этом случае двигатели создавали меньший крутящий лопасти и момент не деформировались.

В 1965 году испытатели должны были проверить фактическую мощность на разных оборотах НВ, но текущий год стал последним в истории разработки В-7. На протяжении опробования на взлётном режиме и максимальных оборотах двигателей 11 ноября 1965 г. случилось разрушение практически в один момент обеих силовых установок. Как выяснилось позднее, взлетные обороты АИ-7 были критическими.

Компрессоры вошли в резонансные колебания и, выломав корпуса, улетели вместе с задними частями двигателей. Вертолет без повреждений медлено опустился на землю.

Конструкторы вынуждены были признать предстоящую доводку АИ-7 бесперспективной. Надежды они возлагали на созданный в ЦИАМ новый ТРД МД-3, гироскопический момент на котором уравновешивался за счет противоположного вращения компрессора и турбины. Но и данный двигатель нуждался в долгой доводке, как, но, и многие другие элементы вертолета.

Расход горючего при схеме с реактивным приводом несущего винта был намного больше, чем ожидалось. Велик был и уровень шума. Увеличивать грузоподъемность вертолетов в 60-е годы М.Л.Миль посчитал более целесообразным методом применения многовинтовых схем с механической трансмиссией.

Доводку В-7 прекратили.

В-7 есть первым и уникальным реактивным вертолетом с ТРД на финишах лопастей. Милевцы купили бесценный опыт в создании винтокрылых летательных аппаратов для того чтобы типа. На базе совершённых опробований они сделали вывод о действительности постройки в будущем вертолета с ТРД на финишах лопастей.

Преимущества для того чтобы вертолета будут расти с повышением его размерности.

ЛТХ:

Модификация: В-7
Диаметр несущего винта, м: 11,60
Протяженность, м: 6,23
Высота, м: 2,91
Масса, кг
-безлюдного: 730
-обычная взлетная: 835
-большая взлетная: 1050
Тип двигателя: 2 х ТРД АИ-7
Тяга, кгс: 2 х 56
Практический потолок, м: —
Экипаж, чел: 1
Нужная нагрузка: 3 пассажира.

Легкий вертолет В-7.

В-7 на опробованиях. Раскрутка несущего винта.

В-7 в Музее ВВС Монино.

Двигатель АИ-7 на лопасти В-7.

Хвостовой винт В-7.

Проекции В-7.

Перечень источников:
История конструкций самолетов в СССР 1951-1965 гг.
Крылья Отчизны. Геннадий Лазарев. Вертолет XXI века.
Крылья Отчизны. Владимир Михеев. Первый реактивный вертолет.

В Подмосковье испытали самый легкий вертолет в мире

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: