Геннадий Катышев - Авиаконструктор Игорь Иванович Сикорский 1889-1972
Классическая одновинтовая схема привлекала простотой и легкостью конструкции, особенно системы управления и трансмиссии, упрощавшей и удешевлявшей производство и эксплуатацию, давала большую надежность вертолету. Рулевой винт обеспечивал эффективное путевое управление. Несмотря на успехи вертолетов одновинтовой схемы, в 40-е годы были выявлены и свойственные ей проблемы, осложнявшие разработку и последующую эксплуатацию вертолетов такой схемы. Главными из них были сложность создания легких несущих винтов большого диаметра, редукторов, способных пропускать большую мощность, легких хвостовых трансмиссий, большой свес лопастей и ограниченный диапазон центровок, усложнявшие компоновку вертолета. Многочисленные проблемы были связаны с рулевым винтом – характерной особенностью схемы. К ним относили большие затраты мощности на привод рулевого винта; длинная хвостовая балка, рулевой винт и трансмиссия увеличивали массу машины, осложняли центровку. Разработка рулевого винта в 40-е годы считалась по сложности равной несущему. С самого начала эксплуатации вертолетов в рулевой винт стали попадать люди. Рулевой винт оказался легко уязвимым при задевании за препятствия, ломался при посадках на авторотации при большом угле кабрирования.
Большинство вертолетостроителей 40-х-начала 50-х годов (среди них такие авторитеты, как Б.Н. Юрьев, X. Хафнер, Ф. Пясецкий, Л. Бреге, А. Янг) считали, что при повышении грузоподъемности вертолетов и сохранении при этом одновинтовой схемы с увеличением диаметра несущего винта растет удельный вес несущего винта, трансмиссии, рулевого винта, мощность, затрачиваемая на рулевой винт, усложняется центровка и компоновка вертолета.
Все эти недостатки, по их мнению, должна была устранить продольная схема. Отсутствие затрат мощности на рулевой винт, более низкая удельная нагрузка на несущий винт должны были обеспечить хорошую весовую отдачу, улучшить характеристики высотности и аварийной посадки. Длинный, удобнообтекаемый фюзеляж считался более выгодным с точки зрения аэродинамики. Фюзеляж получался большего объема, обеспечивал доступ к двигателю, облегчал загрузку. Разнос несущих винтов на большие плечи должен был обеспечить хорошую продольную устойчивость, управляемость и центровку. Продольная схема считалась наиболее целесообразной для удвоения грузоподъемности посредством соединения двух опробованных на одновинтовом вертолете винтомоторных групп. Таким образом, например в СССР, решали проблему создания вертолета продольной схемы Як-24, применив на нем две винтомоторные группы одновинтового вертолета Ми-4.
По всему миру, даже на Тайване, как эпидемия началась разработка вертолетов продольной схемы. Некоторые из них создавались удвоением винтомоторных групп. Общепринятым также было мнение, что одновинтовая схема целесообразна только для легких вертолетов. Основной конкурент Сикорского в постройке одновинтовых вертолетов конструктор А. Янг в 1949 г. определил предел для взлетного веса одновинтового вертолета в 2700 кг. Данная точка зрения была столь живуча, что выдающийся британский авиаконструктор Р. Хафнер и позже, в 1955 г., несмотря на все успехи Сикорского, считал таким пределом 9 т.
И.И. Сикорский был единственным на Западе, кто скептически относился к продольной схеме и твердо верил в большие возможности одновинтовой. Он хорошо помнил, сколько проблем вызвала обдувка несущим винтом установленных сзади рулевых винтов на вертолете VS-300/ Поэтому, в отличие от многих своих современников, он не бросился продольно удваивать винтомоторные группы. Игорь Иванович решил опробовать возможность использования продольной установки винтов на экспериментальной летающей лаборатории. Для этого в декабре 1948 г. на одном из S-47 (R-4) на конце хвостовой балки вместо рулевого вертикального винта был установлен на специальном пилоне горизонтальный винт меньшего, чем несущий, диаметра.
Вертолет оригинальной ”полупродольной” схемы, получивший обозначение S-54, провел в воздухе только 4 ч 25 мин. Этого было достаточно, чтобы прийти к выводу, что энергетические затраты при полете на крейсерском режиме на привод рулевого винта при одновинтовой схеме не превышают потерь от взаимовлияния несущих винтов при продольной схеме. Кроме того, Сикорский предвидел при применении продольной схемы и ряд других отрицательных последствий. Больше Сикорский продольную схему не рассматривал. Объясняя свою позицию в отношении двух винтомоторных групп, он шутил: ”Одна женщина на кухне – это великолепно, две – уже согласия нет, каждая стремится вести хозяйство по-своему”.
К постройке более тяжелого вертолета S-55 Сикорский приступил, используя одновинтовую схему. Освоение в производстве металлических лопастей способствовало увеличению диаметров несущих винтов. Для S-55 были созданы лопасти с D-образным прессованным лонжероном из алюминиевого сплава в форме носка профиля. К нему сзади приклеивалась хвостовая секция с сотовым заполнителем из фольги. Впоследствии этот тип лопастей стал основным в мировом вертолетостроении. В течение многих лет такими лопастями оснащались почти все вертолеты самых различных категорий, спроектированных ведущими конструкторами мира. Таким образом, создание работоспособного, с большим ресурсом и хорошими аэродинамическими характеристиками несущего винта – важнейшей части вертолета – является несомненной заслугой фирмы Сикорского.
Втулка, как и на предыдущих моделях, имела совмещенные вертикальный и горизонтальный шарниры со сравнительно большим разносом. В связи с увеличившимися размерами и возникновением значительных нагрузок при управлении впервые были установлены гидравлические бустеры. Гидроусилители крепились на редукторе непосредственно перед автоматом перекоса. Надежность частей и деталей конструкции была столь высокой, что к 1955 г. впервые достигнут ресурс основных агрегатов в 1000 ч.
Компоновка вертолета S-55 была разработана довольно оригинально. Первоначально рассматривалась возможность установки двигателя сзади кабины, как на S-47 и S-53, но при этом не удалось обеспечить необходимый диапазон центровок, поэтому грузопассажирскую кабину решили разместить непосредственно под осью несущего винта. Теперь изменение ее загрузки практически не влияло на положение центра тяжести вертолета. Двигатель же разместили в носу вертолета, где он уравновешивал хвостовую балку и был легко доступен для обслуживания. Двухместная кабина пилотов находилась над грузопассажирской и обеспечивала великолепный обзор. Трансмиссионный вал от двигателя к редуктору проходил между сидениями пилотов. Такая компоновка впоследствии была применена на S-58 и различных их лицензионных повторениях. Просторная грузопассажирская кабина вмещала от шести до восьми человек и имела большую боковую дверь, облегчавшую загрузку и выгрузку. Грузоподъемность первых S-55 составляла 600-800 кг, а впоследствии была увеличена до тонны. На вертолете также устанавливалась система внешней подвески и боковая лебедка рядом с дверью для обеспечения спасательных работ. В кабине можно было разместить дополнительные топливные баки, что увеличивало дальность полета до 1600 км. На S-55 (армейское обозначение Н-19) впервые осуществлен перелет через океан. В 1952 г. два S-55, каждый с экипажем из двух летчиков, стартовали из Массачусетса и перелетели в Шотландию с промежуточными посадками на палубы авианосцев, а затем в Висбаден (ФРГ). Перелет занял 52 ч летного времени. Так на практике была доказана возможность перелета вертолетов через океан.
Первый полет S-55 совершил 10 ноября 1949 г., а серийное производство началось в 1951 г. Всего за 12 лет было построено 1282 вертолета в США и свыше 530 по лицензии в Англии, Франции и Японии. В 1952 г. с S-55 началось серийное вертолетостроение Франции.
S-55 широко применялся в различных областях и различных точках планеты. Он окончательно вытеснил с рынка своих конкурентов в лице вертолетов Пясецкого PV-3 и PV-17, которых, для сравнения, было выпущено только 30 экземпляров. S-55 превосходил их по всем показателям. Попытка фирмы ”Белл” построить в 1949 г. аналогичный S-55 вертолет ”Белл-48” не увенчалась успехом. Столь же неудачные были попытки создания похожего вертолета и у других конкурентов.
Единственным достойным конкурентом И.И. Сикорского был советский авиаконструктор М.Л. Миль. Являясь, подобно Сикорскому, убежденным сторонником одновинтовой схемы, Миль также был вынужден бороться с ее противниками и довольно успешно. В 1952 г. им был построен вертолет Ми-4. Эта машина превосходила S-55 по взлетному весу и грузоподъемности более чем в два раза.
Построив S-55, И.И. Сикорский не считал, что схема исчерпала свои возможности. Цельнометаллические лопасти позволяли освоить большие диаметры несущих винтов. Опыт проектирования лопастей, посадок на авторотации с подрывом позволял увеличить нагрузки на несущие винты. Поэтому Сикорский приступил в 1951 г. к проектированию тяжелого транспортного вертолета S-56 со взлетным весом и грузоподъемностью почти в пять раз больше своего предшественника. S-56 были приданы размеры популярного тогда транспортного самолета С-47 ”Дакота”. Просторный фюзеляж вмещал 26 солдат или три ”джипа”. Для облегчения загрузки и выгрузки в носу фюзеляжа располагались грузовой люк и рампа. Кабина пилотов располагалась сверху. Техника могла въезжать в вертолет своим ходом. Для того чтобы освободить весь фюзеляж под грузовую кабину, два мощных поршневых двигателя ”Пратт-Уитни” в мотогондолах вынесли по бокам фюзеляжа на горизонтальных пилонах. Пилоны имели форму крыльев и создавали в полете подъемную силу и разгружали несущий винт. Внутри пилонов находились топливные баки. Посредством трансмиссионных валов мощность от двигателя передавалась на главный редуктор и оттуда на несущий винт диаметром 22 м, впервые имевший пять лопастей. Винт был оборудован системой автоматического складывания лопастей. Для достижения больших скоростей на S-56 впервые установлено убирающееся шасси. Главные колеса убирались в мотогондолы, заднее колесо подтягивалось к фюзеляжу.
