Первый серийный вертолёт Николая Камова
Ка-15 стал первым вертолётом ОКБ Камова, выпущенным крупной серией. Эта винтокрылая машина изначально разрабатывалась для нужд морской авиации, в качестве противолодочного вертолёта, корабельного разведчика и связного. Именно Ка-15 стал первым штатным вертолетом на кораблях советского ВМФ.
Сегодня некоторые любители авиации порой задаются вопросом: "Почему наши военные моряки недоведенную в то время соосную схему винтокрылой машины предпочли привычному одновинтовому вертолету с рулевым винтом? Зачем нужно было идти на такой высокий технический риск?" Действительно, ведь еще раньше, благодаря успехам маститого авиационного конструктора И.И. Сикорского в США, вертолет с рулевым винтом уже начал применяться в самых разнообразных сферах деятельности человека, в том числе и в военно-морском флоте.
Необходимо заметить, что производство вертолетов с рулевым винтом началось в невиданном масштабе. Американский конструктор вертолетов А. Янг в первой половине сороковых годов только в США насчитал более 340 фирм, занимающихся разработкой и постройкой вертолетов данной схемы. В конце пятидесятых годов в нашей стране, в ОКБ А.С. Яковлева и М.Л. Миля, на конкурсной основе построили одновинтовые вертолеты, соответственно Як-100 и ГМ-1 (в серии — Ми-1) с максимальной взлетной массой порядка 2500 кг. Предпочтение было отдано Ми-1, который строился крупной серией. Однако для службы в отечественном ВМФ он не подошел. Почему же?
Ответ достаточно прост. В США вертолеты на флоте стали использоваться на авианесущих кораблях. Проблем с размещением, обеспечением взлетов и посадки у вертолетов классической схемы на крупных кораблях не было. В СССР же, не имевшем в то время подобных кораблей, применение вертолетов в ВМФ планировалось начать на судах малых водоизмещений. Эти суда могли быть оборудованы малоразмерными взлетно-посадочными площадками (ВППл), окаймленными уже существовавшими корабельными надстройками, что существенно ограничивало подходы к ним при выполнении полетов.
Тем временем в ОКБ Н.И. Камова уже имелся определенный опыт создания соосных вертолетов. С выпуском и доводкой первых сверхлегких корабельных одноместных вертолетов соосной схемы Ка-10 и Ка-10М завершилось становление молодого ОКБ. Войсковые испытания легкого Ка-10, проведенные на Черном море, выявили необходимость постройки для ВМФ более грузоподъемной и более независимого от погодных условий геликоптера. Такой машиной и стал Ка-15 — вертолет многоцелевого назначения, спроектированный также по выбранной Камовым соосной схеме.
Новый вертолет был двухместной машиной, в кабине которого справа от летчика располагалось кресло оператора. Суда малых водоизмещении, как известно, подвержены значительной по величине бортовой и килевой качке. Мощный турбулентный поток воздуха, наличие разнообразных надстроек и качка корабля вызвали недоверие у наших военных моряков к вертолету с рулевым винтом, чувствительному к скорости и направлению ветра.
Чтобы окончательно убедиться в своей правоте, позднее они провели даже сравнительные испытания соосного Ка-15 и одновинтового Ми-1 на артиллерийском крейсере "Михаил Кутузов". Благодаря минимальным размерам и более высокой маневренности, соосный Ка-15 успешно взлетал с небольшой ВППл и приземлялся на нее даже при шестибалльном волнении моря. В этих условиях Ми-1 с длинной хвостовой балкой и рулевым винтом, которые значительно ограничивали возможности его эксплуатации, не мог эксплуатироваться при существовании высокой турбулентности воздушного потока и качки корабля-носителя. Таким образом, соосная схема вертолета в СССР была востребована ВМФ.
Надо сказать, что соосная схема винтокрылых машин привлекала к себе внимание своими очевидными достоинствами не только отечественных моряков, но и проектировщиков всего мира. Практически вся мощность силовой установки здесь используется для создания тяги несущих винтов. Кроме того реактивные моменты создаваемые винтами взаимно уравновешиваются в главном редукторе и на фюзеляж летательного аппарата не передаются. Все усилия и моменты сил от несущей системы вертолета замыкаются на коротком отсеке фюзеляжа, расположенном между двумя силовыми шпангоутами, на котором сверху располагается редуктор и несущая система, а снизу, с двух сторон, крепится шасси. Более компактную схему для винтокрылого аппарата создать практически невозможно. Именно поэтому многие известные зарубежные авиаконструкторы, такие как Л. Бреге, Д. Перри, С. Хиллер, Г. Берлинер, А. Асканио и другие, а также авиационные фирмы, в том числе отечественное ОКБ А.С. Яковлева, пытались освоить соосную схему вертолета. В числе построенных во второй половине 40-х годов по этому принципу вертолетов можно назвать "Roteron", "Brantly В-1", "Benlix К", "Dorand G-20", Bell "Molel 49", «Breguet G-11-E» и "Breguet G-111", а также экспериментальный вертолет ОКБ Яковлева.
Некоторые из созданных в 40-х — 50-х годах геликоптеров, например, "Breguet G-111" (Франция), Bell "Molel 49" (США) и другие обладали прекрасными для того периода летно-техническими характеристиками. Однако все иностранные кампании и ОКБ Яковлева отказались от совершенствования и развития этой перспективной схемы из-за большого количества встретившихся проблем.
ОКБ Камова в ходе разработки, постройки, испытаний и доводочных работ Ка-15 также встретилось с рядом трудностей, обусловленных отсутствием научной и экспериментальной базы в области аэромеханики соосных несущих винтов. Конструкторы и ученые ОКБ успешно справились с множеством проблем. Под руководством Николая Камова была сформирована уникальная школа научного проектирования и практического конструирования винтокрылых аппаратов различных схем и, в первую очередь, соосной схемы. Другая проблема, с которой всегда встречаются конструкторы при проектировании новых машин, — правильный выбор размерности летательного аппарата.
Главный конструктор Камов считал, что после Ка-10 с взлетной массой менее 400 кг новый вертолет Ка-15, весом 1500 кг, в наибольшей степени будет удовлетворять широкому спектру противоречивых интересов. По-видимому, к конструированию вертолета в более тяжелой весовой категории он внутренне не был в то время готов. Соратники Камова пытались убедить его в том, что в этом классе уже существует вертолет Ми-1, заполнивший нишу в интересах военного ведомства и народного хозяйства, и у Ка-15 окажется весьма узкая корабельная сфера применения. В 1951 году по заданию правительства ОКБ Миля приступило к разработке вертолета Ми-4 с взлетной массой 7000-8000 кг, который в 1952-м стал выпускаться серийно. Переубедить Камова тогда не удалось. В связи с этим его ОКБ потеряло темп и возможность занять лидирующее положение в стране по числу серийно выпускаемых вертолетов с шифром "Ка" в классе винтокрылых аппаратов до 10000 кг.
Защита эскизного проекта Ка-15 состоялась в 1951 году. В декабре был построен натурный макет машины. Первый подъем вертолета в воздух состоялся в апреле 1953 года. Серийное производство вертолета было начато на авиазаводе в Улан-Удэ в 1956 году.
Сравним основные данные вертолетов соосной и одновинтовой схемы. Из приведенных данных следует, что соосный Ка-15 при вдвое меньшей мощности двигателя перевозит груз примерно такой же массы в грузовой кабине, что и знаменитый одновинтовой Ми-1, на котором было установлено около 30 мировых рекордов. При этом Ка-15 на 1000 кг легче, а его длина с учетом вращающихся винтов меньше, чем у Ми-1 почти в 1,7 раза. Именно эти неоспоримые достоинства компактного Ка-15 в сочетании с высочайшей маневренностью давали возможность вертолету успешно выполнять главное предназначение: успешно вести разведку надводной обстановки и обеспечивать связь между судами и береговыми базами в интересах ВМФ.
Еще на Ка-10 соосную схему несущих винтов и систему управления довели до практической реализации. Она включала два автомата перекоса, механизмы общего и дифференциального шага и ряд других элементов. Конечно, все это предстояло совершенствовать в ходе доводки нового вертолета. Совместную работу двигателя и несущих винтов объединяла система управления, которая в кабине пилота имела командный рычаг "шаг-газ" с вращающейся рукояткой для коррекции режима работы двигателя.
Кстати, на милевском вертолете ГМ-1 такая система отсутствовала, и управлять машиной в полете было весьма сложно. Рычагом общего шага пилот изменял углы установки лопастей несущего винта, а рычагом управления двигателем (РУД) подбирал необходимый режим работы двигателя. Эту систему Миль ввел позднее, уже на модификации вертолета ГМ-1, получившей обозначение Ми-1.
Одной из самых сложных задач, которую следовало решать конструкторам, — изучение природы вибраций на соосном вертолете и разработка рекомендаций и методов доведения их до приемлемого уровня. Для уменьшения воздействия внешних аэродинамических периодических сил еще в 1947 году энтузиасты во главе с Камовым, при постройке первого соосного вертолета Ка-8, разработали методику статической и динамической регулировки несущей системы. В ходе стендовых и заводских испытаний Ка-15 в содружестве с ЦАГИ и ЛИИ был выполнен ряд его конструктивных доработок, направленных на преодоление автоколебаний земного резонанса и флаттера лопастей несущих винтов. Совокупность некоторых конструктивных мер позволила успешно справиться с проблемой резонанса на Ка-15. Другим, не менее опасным видом автоколебаний, был флаттер лопастей винта в полете, который специалисты ОКБ обнаружили у Ка-15 в 1953 году. Устранили его путем монтажа на лопасти противовесов оригинального рогового типа, смещавших ее центровку вперед на необходимую величину.
Однако эксплуатация вертолета в условиях морского влажного климата вскоре преподнесла неожиданный сюрприз: флаттер снова стал выдавать о себе сигналы в полете. Оказалось, что при эксплуатации происходит набухание древесины лопасти и скопление влаги в пространстве отсеков между верхней и нижней обшивками. Это приводило к смещению центровки назад и вызывало появление флаттера. Вскоре удалось обнаружить явления флаттера из-за смещения центровки лопасти назад не от ее набухания, а в результате ремонтов, выполнявшихся в условиях эксплуатирующих подразделений. Для предотвращения появления автоколебаний лопастей винта в технологию их создания ввели нормируемый запас эффективности центровки. Он позволил окончательно взять под контроль флаттер лопастей несущего винта.
После запуска Ка-15 в серию фронт работ по увеличению ресурса машин и расширению возможностей их применения значительно изменился. На заводе вступили в строй многочисленные стенды для испытания узлов и наиболее нагруженных деталей в условиях динамических напряжений. Продолжились длительные ресурсные испытания. Осуществлялись летные исследования по изучению "вихревого кольца" и отработке рекомендаций пилоту по предотвращению попадания в это явление вертолета и методиками выхода из него. Завершились испытания Ка-15 на режиме авторотации винтов несущей системы, в том числе по выполнению посадок на аэродром и водную поверхность (с баллонными шасси) при неработающих двигателях.
Морские испытания корабельного вертолета начались в 1956 году, на Балтике с базирований на борту эсминца "Светлый". В 1957-1958 годах были созданы первые подразделения корабельных Ка-15. В 1958-м началось оснащение миноносца "Светлый" ВППл, а в 1961 году флот пополнился восемью ракетными кораблями проекта "57" с ВППл, емкостями для хранения авиационных ГСМ, каютами для авиаторов, специальным оборудованием для обеспечения эксплуатации винтокрылых машин.
В народном хозяйстве Ка-15 использовался в роли разведчика морских зверей на кораблях тралового флота. В противолодочной модификации Ка-15 мог нести два радиогидроакустических буя РГБ-Н или приемное устройство СПАРУ. В этом случае пара вертолетов работала совместно: один сбрасывал в рабочем квадрате акватории буи, а другой осуществлял их прослушивание с помощью СПАРУ для обнаружения подводной лодки, а для ее уничтожения использовался Ка-15 в ударном варианте, оборудованный прицелом ОПБ-1Р и снаряженный двумя глубинными бомбами массой по 50 кг.
Вариант Ка-15М имел доработки по совершенствованию кинематики управления несущей системы, повышение надежности аппарата и эффективности его эксплуатационной технологичности. Ка-15М использовался в различных версиях и имел соответствующее оборудование: агрегаты опрыскивания, опыления, аппараты генерации аэрозолей, специальные подвесные контейнеры для доставки почты и небольших грузов, спасательные лодки, съемные боковые гондолы для транспортировки лежачих больных и многое другое.
Учебно-тренировочный УКа-15 потребовался для обучения летчиков и тренировочных полетов. Он имел двойное управление, а также дополнительное пилотажное оборудование и шторки для выполнения тренировочных и учебных полетов по приборам. Построили вертолет в 1956 году на авиационном заводе в г. Улан-Удэ. В 1957-м он успешно прошел госиспытания и затем выпускался серийно. Всего Ка-«пятнадцатых» было построено 354 экземпляра различных модификаций.
Ка-18 — дальнейшая модификация Ка-15М. Он предназначался для перевозки пассажиров, почты и грузов, для транспортировки больных и пострадавших в стационарные медицинские учреждения. Наряду с Ка-15М он использовался также на авиационно-химических работах. Опытную машину изготовили в 1956 году, а в 1957-м она успешно выдержала государственные испытания. Ка-18 производился серийно, и был в эксплуатации порядка 20 лет. Построено было более 110 машин.
От базового Ка-15 гражданский Ка-18 отличался кабиной увеличенного размера, вмещающей летчика, трех пассажиров или одного больного на носилках и сопровождающего медика. Для удобства погрузки в вертолет санитарных носилок сделан люк в носовом обтекателе фюзеляжа.
Под руководством Камова в 1958-1963 годах группой конструкторов, технологов и ученых впервые в мире были созданы, испытаны и запущены в крупносерийное производство лопасти винтов новаторской конструкции из полимерных композитов, они повысили аэродинамическое качество несущих винтов и существенно увеличили ресурс лопастей. На электровинтовом стенде ОКБ в одинаковых условиях были проведены сравнительные испытания 11 комплектов обычных деревянных лопастей ЛД-10М и 6 комплектов новых стеклопластиковых лопастей Б-7. При этом у несущих винтов с лопастями Б-7 поляры практически совпадали, а у винтов с деревянными лопастями наблюдался их существенный разброс.
Конструкция и технология изготовления лопастей из полимерных композитов были запатентованы в пяти, ведущих в области вертолётостроения, зарубежных государствах. Они послужили основой для создания более совершенных лопастей несущих винтов нового поколения. Летчиком-испытателем В. Виницким в 1958-1959 годах были установлены на Ка-15М два мировых рекорда скорости. А в 1958 году на всемирной выставке в Брюсселе Ка-18 получил золотую медаль. Тем не менее, большая заслуга в этом принадлежит базовому Ка-15, на котором предварительно разработали все системы, позволившие добиться успеха и на Ка-18.
Именно с Ка-"пятнадцатого" началась широкая практическая эксплуатация вертолетов соосной схемы в ВМФ и ГВФ.
Источники:
Баршевский К. Ка-15 — многоцелевой корабельный вертолет // Самолеты мира. 1996. №5-6. С. 31-36.
Кузнецов К. Первенцы соосной схемы // Крылья Родины. 2000. №11. С.11-14.
Артемьев А. Ка-15 открывает путь на корабли // Крылья Родины. 2002. №5. С.14-17.
Якубович Н. По заданию флота // Крылья Родины. 2002. №5. С.12-14.
Артемьев. А. Охотники за субмаринами // Авиация и космонавтика. 1996. №7. С.42-43.
Информация