Вертолет 2002 03

На реальной конструкции верхний и нижний автоматы перекоса соединялись двумя тягами «параллельности», расположенными под углом 90° в плане. В горизонтальном и осевом шарнирах применялись шариковые подшипники. В вертикальном шарнире устанавливался бронзовый подшипник скольжения. По такой же схеме была выполнена и первая колонка вертолета Ка-10. Во время испытаний этой несколько более тяжелой машины проявился недостаток такой колонки: при перемещении втулок несущих винтов (вдоль оси вала) летчику приходилось преодолевать тягу несущих винтов, а также трение в шлицах. Чрезмерно возросли нагрузки на педалях, особенно – на рычаге общего шага.

Предложенная Н.И. Камовым, В.Н. Ивановым и А.И. Власенко «Система управления соосным двухвинтовым вертолетом» решила задачу снижения нагрузок. В этой системе устройство для изменения шага лопастей было выполнено в виде двух переставных в осевом направлении концентрично охватывающих валы вспомогательных втулок, связанных с тягами управления и с рычажной системой механизма поворота лопастей винтов, втулки которых закреплены на валах неподвижно. Чтобы изменить положение рычага общего шага, теперь достаточно было преодолеть шарнирные моменты лопастей. Вспомогательные втулки в чертежах получили название «ползушек». В реальной колонке их впервые применили на Ка-10М – модификации вертолета Ка-10. Появление «ползушек» придало колонкам соосных вертолетов характерные особенности, которые сохранились до настоящего времени.

В период создания вертолетов Ка-10 и Ка-15 начальник бригады механизмов А.И. Власенко и летчик-испытатель Д.К. Ефремов предложили ряд важных решений, улучшающих колонку. В сотрудничестве с Н.И. Камовым была разработана новая подвеска верхнего автомата перекоса, позволяющая ему перемещаться вдоль оси вала верхнего винта. Параллельность автоматов перекоса обеспечивалась тремя соединительными тягами, расположенными через 120° на виде в плане. Это упростило статическую и динамическую балансировки несущей системы. Этим же авторам принадлежит идея устройства «буферный треугольник» для демпфирования колебаний лопастей верхнего несущего винта вертолета соосной схемы. Данное устройство предусматривало соединение рукавов втулок несущих винтов подпружиненными телескопическими амортизаторами. Это уменьшало отклонение лопастей от положения 120° по отношению друг к другу и понижало вибрации.

Благодаря наблюдательности А.И. Власенко родилось одно из самых оригинальных изобретений машиностроения – сепаратор упорного роликового подшипника, сконструированный им совместно с Н.И. Камовым и В.Б. Баршевским. А.И. Власенко заметил, что при характерном для осевого шарнира колебательном движении контакт роликов с упорными кольцами осуществлялся на небольших участках, ограниченных углами колебания, и при этом происходило быстрое поверхностное выкрашивание подшипника. Отклонение оси одного или нескольких гнезд сепаратора от обычного радиального положения превращало симметричные колебания сепаратора в колебания с несимметричной амплитудой, что придавало ему медленное вращение. В этом случае в работу равномерно включались все рабочие элементы подшипника, и долговечность осевого шарнира повышалась на порядок.

На вертолете Ка-15 в осевом, горизонтальном и вертикальном шарнирах А.И. Власенко применил роликовые подшипники вместо шариковых и ввел жидкую смазку с герметизацией узлов трения. Этим был обеспечен 500-часовой ресурс подшипников. Для предотвращения автоколебаний типа «земной резонанс» в вертикальные шарниры втулки нижнего винта установили регулируемый фрикционный дисковый демпфер. Увеличению запасов устойчивости к возникновению указанного явления и снижению вибраций способствовало также введение третьей опоры вала верхнего винта (на верхнем конце вала нижнего винта), что существенно повысило его изгибную жесткость.

Начиная с Ка-15 вопросами, возникающими при проектировании колонки, стал заниматься и заместитель главного конструктора М.А. Купфер. Особенно часто за советом и поддержкой приходил к Купферу Д.К. Ефремов. Этот замечательный летчик-испытатель всегда принимал участие в решении самых сложных конструкторских задач. Со своими задумками шли к Марку Александровичу и такие маститые конструкторы, как А.И. Власенко, В.Н. Иванов, А.Г. Сатаров, B.C. Альтфельд. М.А. Купфер подписывал чертежи колонки, вникая в каждую мелочь. Предметом его особого внимания была культура весового проектирования. Он помогал конструктору так «довести» деталь, чтобы в ней не было ничего лишнего.

Вверху: Втулка верхнего несущего винта вертолета Ка-15:1- телескопический аммортизатор, 2- двухплечевая качалка.

Внизу: Колонка несущих винтов вертолета Ка-26

Один из главных параметров колонки – расстояние между втулками верхнего и нижнего винтов. Чем оно больше, тем меньше, при прочих равных условиях, сближение лопастей. Чем оно меньше, тем совершеннее винтокрылый соосный аппарат, то есть меньше его вредное сопротивление и масса. Для втулок с шарнирно подвешенными лопастями компромиссное решение обычно находится в пределах 9-10% от величины диаметра несущего винта. На вертолете Ка-15 данное расстояние окончательно было выбрано равным 8,6%. Обоснованность этой величины подверглась серьезной проверке в 1959-1960 годах после нескольких случаев соударения лопастей верхнего и нижнего несущих винтов вертолета Ка-15 в полете.

В 1960-1961 годах ОКБ Н.И. Камова совместно с ЛИИ провело большой объем летных исследований махового движения лопастей вертолета Ка-15 в целях разработки конструктивного решения для предотвращения опасных сближений лопастей в практике летной эксплуатации. В этой работе активное участие приняли М.А. Купфер, начальник бригады аэродинамики JI.A. Поташник, бортинженер Т.В. Руссиян, ведущий прочнист ЛИИ Р.А. Михеев, летчики- испытатели В.В. Виницкий (ЛИИ) и В.В. Громов (ОКБ). На основе анализа материалов испытаний Л.А. Поташником были сформулированы два важных вывода:

– при существующей тогда конструкции системы управления циклическим шагом лопастей, при наличии в колонке «ползушек» с прямыми качалками любое отклонение ручки управления вертолетом от нейтрального положения приводит к уменьшению расстояния между лопастями верхнего и нижнего винтов;

– чтобы при различных положениях данной ручки не уменьшалось расстояние между концами лопастей, необходимо обеспечить угол опережения взмаха в цепях продольного и поперечного управления, равный углу фазового отставания махового движения при любых значениях угла регулятора взмаха.

Поташник предложил новую простую доработку конструкции колонки. Для уменьшения сближения лопастей верхнего и нижнего винтов и предотвращения их соударения в колонке соосных несущих винтов вертолета были применены двухплечевые шарнирно укрепленные на «ползушках» качалки. Одно плечо качалок было связано с автоматом перекоса, а второе – с поводком лопасти.

Двухплечевая качалка для колонки вертолета Ка-15 была внедрена в 1961 году и затем использовалась на всех колонках камовских соосных машин. Это был важный шаг в решении проблемы предотвращения опасного сближения лопастей в процессе эксплуатации.

В 1959 году инженер-конструктор Ю.Э. Савинский для придания вертикальным и осевым шарнирам дополнительного демпфирующего эффекта и уменьшения в колонке числа точек смазки начал разработку принципиально новых подшипников скольжения сухого трения, способных заменить подшипники качения в узлах с колебательным характером движения. В подготовке чертежей участвовал ведущий конструктор B.C. Альтфельд, за технологию изготовления подшипников отвечали начальник технологической экспериментальной лаборатории А.С. Кизиляев, ведущий технолог Р.Б. Большаков и начальник производственно-экспериментального участка В.Г. Шмаков, стендовые испытания обеспечивал начальник сектора Н.Г. Демин. Научную поддержку окаэал доктор технических наук, заведующий лабораторией износостойкости Института машиноведения АН СССР А.П. Семенов.