Вертолет 2001 04 - Журнал Вертолет (читаемые книги читать онлайн бесплатно полные .txt) 📗
Евгений ВОЖДАЕВ
заместитель директора ЦАГИ, лауреат Государственной премии СССР
Записки научного работника ЦАГИ
.. .Когда я возглавил лабораторию, передо мной прежде всего встала задача создания экспериментального оборудования для исследования вертолетов. Это оборудование, строго говоря, отсутствовало или было в самом «зачаточном состоянии». Весь коллектив лаборатории помещался в здании вертикальной трубы: было очень тесно и для сотрудников, и для приборов. Вертолет – очень сложный и в то время сравнительно мало изученный летательный аппарат. Необходимо было начинать целый ряд новых работ по исследованию схемы аппарата, его аэродинамики и динамики. Словом, положение было очень трудное.
Но, как бывает иногда в подобных положениях, поддержка пришла неожиданно. Корейская война показала очень ценные боевые свойства вертолетов. Министр авиационной промышленности дал серьезное указание по развертыванию вертолетостроения. Должны были строиться вертолеты Ми-4 взлетной массой 6950 кг в ОКБ Миля, и вертолеты Як-24 взлетной массой 14270 кг в ОКБ Яковлева. Процесс создания этих вертолетов нужно было обеспечить исследовательской работой в ЦАГИ, ЦИАМе, ЛИИ и других институтах МАП.
Создавались условия, при которых можно было расширять работы по аэродинамике и динамике вертолета. Было получено разрешение на постройку специального нового корпуса, в котором можно было располагать натурные и крупномасштабные объекты – препараторскую, мастерскую с возможностью монтажа и опробования натурных объектов, специальные рабочие помещения для проведения работ по электротехнике и электронике, мастерские механические и слесарные, помещения для размещения конструкторов и комнаты для научных и технических работников. Был создан проект четырехэтажного корпуса, значительная часть которого была предназначена и для исследований по прочности вертолета. Неподалеку от строящегося корпуса были расположены две площадки для наземных испытаний несущих винтов, снабженные мощным силовым полом и ограждением по периферии на случай возможного отрыва лопасти несущего винта или ее части.
Остро встал вопрос о создании экспериментального оборудования. Мы задумали целую серию приборов для исследования вертолетов как в аэродинамической трубе Т-105, так и в больших трубах ЦАГИ. Ряд приборов было поручено изготовлять заводам, которые создавали вертолеты. Был привлечен ЦИАМ. Одним словом, наши возможности проведения работ более широким, чем ранее, фронтом существенно возросли.
В пятидесятые годы аэродинамическая труба Т-105 была оснащена рядом экспериментальных установок, имевших шифр МВП: МВП-1, МВП-2 и т.д., что означало модельный вертолетный прибор (с очередным номером). Создано было четыре прибора, их комплекс позволял исследовать модели практически всех схем расположения винтов на вертолете, рассматривавшихся нашей промышленностью. Самое важное заключается в том, что наша лаборатория первой в институте перешла на исключительное использование тензометрии при измерении всех 6 компонентов сил и моментов. Устройства, спроектированные нашими конструкторами, несомненно, очень сложные, ведь весы измеряют силы и моменты в условиях вращения, необходимо создать надежные устройства для передачи сигналов с вращающихся частей аэродинамических весов на неподвижные части. Очень серьезной трудностью при создании приборов для исследования несущих винтов является проблема колебаний. Все эти трудности были преодолены, и аэродинамическую трубу Т-105 оснастили набором приборов для исследования моделей несущих винтов и вертолетов в целом.
Сложнее было с созданием стендов для натурных объектов и крупномасштабных моделей. Фактически создание стенда для натурного объекта мало чем отличается от создания натурного вертолета: отсутствует эксплуатационное оборудование и вооружение, но добавляются измерительные устройства. Вместо газотурбинного или поршневого двигателя внутреннего сгорания чаще всего устанавливается электродвигатель со специальной системой питания. Для обеспечения безопасности при проведении опытов на площадке для наземных испытаний и в аэродинамической трубе во всех стендах было создано дистанционное управление как несущим винтом, так и стендом в целом.
В течение пятидесятых и шестидесятых годов было построено четыре стенда, комплекс которых позволял проводить исследования и несущих винтов натурного размера, и их крупных моделей.
Когда я пришел в 5 лабораторию (я говорю о ее вертолетной части), тематика научной работы находилась еще в стадии становления. Ряд направлений был намечен М.Л. Милем, но все они имели прицел на обеспечение его будущего вертолета необходимыми расчетными и экспериментальными материалами.
Таким образом, помимо создания экспериментальной базы, о которой я уже говорил выше, необходимо было ставить новые направления деятельности лаборатории. Прежде всего, решено было передать в лабораторию прочности ЦАГИ те задачи, которые были включены в тематику нашей лаборатории и не были ей свойственны как аэродинамической лаборатории. С известными трудностями это удалось сделать за исключением проблемы «земного резонанса». Эта тематика так и осталась за вертолетной аэродинамической лабораторией и присутствовала в планах лаборатории еще целый ряд лет.
Расчет несущего винта и разработка методики его проектирования для различных весовых категорий и схем вертолетов занимали значительную часть тематики лаборатории. Это направление возглавлял Л.С. Вильдгрубе – работник с заводским опытом. Он и его группа вели, в основном, расчетные работы со схемой вихрей в форме плоской вихревой пелены. Как известно, эта схема оправдывается при полетах на сравнительно больших скоростях, конечно, без учета влияния сжимаемости среды. Обширные эксперименты на вновь созданных приборах в аэродинамической трубе Т-105 имели своей целью проверку и подтверждение разработанных расчетных методов. Таким образом, совершенствовалась и уточнялась чисто индуктивная сторона явления. Я же, исходя из своего самолетного опыта, считал, что необходимо уделять большое внимание профилю лопасти и пытался привлечь к этой проблеме Л.С. Вильдгрубе и его коллектив. Однако это направление исследований не развивалось, и только пришедшего в группу Вильдгрубе Е.С. Вождаева, моего ученика по МАИ, мне удалось заинтересовать этой темой. Впоследствии, в семидесятые годы, был получен ряд очень удачных профилей для лопастей несущих винтов, нашедших успешное применение на практике.
Другим направлением, которое я хотел с самого начала развить, было определение перемещения и деформаций лопастей в своем крайне прихотливом движении. Интересно было знать, каков же профиль винта при работе и как он расположен. Эта чрезвычайно трудная задача решалась различными способами – тензометрированием лопасти, а также при помощи киноосциллографа. Однако все это было малоэффективно, и существенный сдвиг в решении проблемы произошел только после внедрения в практику лазерной оптики.
Для аэродинамической трубы Т-105 были созданы ЛИИС (лазерные информационно-измерительные системы) «Рельеф» и «Конус», позволившие фиксировать на фотопластинке или экране телевизора картины распределения интерференционных полос на лопасти. Эти картины после расшифровки позволяли мгновенно получить информацию о деформации или перемещениях отдельных элементов лопасти при ее определенном азимутальном положении.
Таким образом, был создан экспериментальный метод, позволяющий определять реальный местный угол установки и реальную деформацию любого профиля лопасти. И геометрия совершенного профиля, и истинная картина притекания потока к определенному сечению лопасти винта могли быть найденными с удовлетворительной точностью.
…В силу особенностей вертолета, у которого несущий винт совмещает источники подъемной силы, продольного перемещения и управления, стало необходимо вводить автоматику, бустерные устройства, автопилоты. Нужно было обеспечивать устойчивость, так как на ряде режимов аппарат неустойчив. Нужно было снижать усилия при управлении, так как на тяжелой машине, а также при росте скорости полета усилия на ручке летчика росли неимоверно. Поэтому, помимо расчетных исследований, необходимо было создавать специальную лабораторию, позволяющую моделировать различные движения винтокрылого аппарата. Это требовало использования аналоговых вычислительных машин, сопрягавшихся с реальными устройствами, взятыми непосредственно с летательного аппарата. Аналоговые вычислительные машины отечественного производства имели дефекты и требовали много времени и усилий для доводки и мелкого ремонта.
