Крылья Сикорского

ВЕРТОЛЕТЫ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

Вторая половина 50-х годов знаменуется в истории мирового вертолетостроения созданием первых вертолетов нового, второго поколения. К этому времени были в целом решены основные проблемы предыдущего периода: обеспечение надежности частей и деталей конструкции и улучшение пилотажных характеристик вертолета. Получена достаточная статическая и динамическая прочность конструкции. Ресурс основных ее частей доведен до 1000 ч. Создана методика отстройки от резонансов и устранения различных видов автоколебаний. Задача улучшения пилотажных характеристик решалась установкой надежных автопилотов, совершенствованием системы управления вертолетом. Теперь же на первое место вышла проблема повышения экономичности вертолета.

Возникающие в полете срыв на лопастях несущего винта, движущихся назад, и волновое сопротивление у движущихся вперед ограничивали скорость полета вертолета. Низкое по сравнению с самолетом эквивалентное аэродинамическое качество вертолета существенно ухудшало его летно-технические характеристики. Невысокая весовая отдача снижала производительность вертолета. Дорогим оставалось производство и эксплуатация. Все это требовало внесения существенных изменений в конструкции новых машин. Иначе нельзя было рассчитывать на расширение производства и использования вертолетов. Особенно важно было улучшить производительность, упростить обслуживание для гражданского применения, ибо компании, наладившие регулярное пассажирское сообщение, были убыточными и нуждались в государственных дотациях.

В соответствии с новыми требованиями повышения экономичности изменились, усложнились и критерии оценки производительности. На смену критериям, учитывающим только весовую отдачу и скорость полета, пришли более комплексные, учитывающие расход топлива и аэродинамическое совершенство вертолета, требования к безопасности и комфорт в пассажирской кабине.

Основной отличительной чертой вертолетов второго поколения было оснащение их газотурбинными двигателями (ГТД) вместо поршневых. ГТД были значительно легче, они обеспечивали существенное увеличение весовой отдачи, имели значительно меньшие габариты, что облегчало компоновку. Новые двигатели можно было свободно располагать над фюзеляжем, а меньший мидель улучшал аэродинамические характеристики вертолета. Для ГТД использовался менее пожароопасный по сравнению с бензином керосин, двигатели были проще в эксплуатации. Большую роль в их освоении сыграл опыт, полученный при испытаниях вертолета Сикорского S-59 с двигателем Шидловского. Он позволил выработать к ним ряд необходимых требований.

Отличительной особенностью вертолетов второго поколения были их улучшенные аэродинамические характеристики. Улучшение достигалось по двум направлениям: совершенствование аэродинамики несущих винтов и уменьшение вредного сопротивления ненесущих элементов. Если на вертолетах первого поколения эквивалентное аэродинамическое качество не превышало 3, то на аппаратах второго поколения оно достигло уже 5. Совершенствование конструкции, освоение новых технологий позволили упростить производство и эксплуатацию.

Освоение производства новых вертолетов второго поколения, обладающих высокими технико-экономическими показателями, позволило значительно расширить их область применения, долю в общем парке летательных аппаратов. В 1967 г. в США производство вертолетов для вооруженных сил уже превзошло производство самолетов.

И. И. Сикорский вплоть до своей кончины 26 октября 1972 г. от сердечного приступа оставался консультантом фирмы. Еще за день до смерти он работал в своем кабинете. Оставив место руководителя, конструктор продолжал быть в курсе дел фирмы, оказывал влияние на разработку новых вертолетов.

Создав парк машин различных классов первого поколения, Игорь Иванович во второй половине 50-х годов приступил к разработке вертолетов второго поколения. К моменту создания вертолетов конструктор уже был на пенсии, но строились они по концепции, разработаны конструкторским коллективом при непосредственном руководстве Сикорского. В результате в 11-месячный период 1958-1959 гг. было построено три вертолета: уже отмеченный S-60, а также S-61 и S-62.

Первым из вертолетов второго поколения взлетел 10 мая 1958 г. легкий многоцелевой S-62, предназначавшийся для замены S-55. На вертолете использовались отработанные и доведенные несущий винт, система управления и трансмиссия от S-55. Это значительно упростило и ускорило разработку S-62, серийное производство которого началось уже в 1959 г. S-62 имел тот же взлетный вес, что и S-55, но отличался от него значительно улучшенными технико-экономическими характеристиками. Этому способствовали установка газотурбинного двигателя и новая конструкция фюзеляжа с облагороженными аэродинамическими формами. Нижняя часть фюзеляжа вертолета впервые представляла собой лодку, обеспечивающую безопасную посадку на воду. Здесь пригодился опыт, накопленный фирмой в 30-е годы.

Вертолеты S-62 хорошо зарекомендовали себя в качестве пассажирских, но особенно эффективными они оказались в поисково-спасательных операциях. Когда в 1965 г. разрушительный ураган Бетси пронесся над Новым Орлеаном, с помощью S-62 Береговой охраны США в течение нескольких дней было спасено свыше 1000 человек.

Наиболее распространенной машиной фирмы Сикорского, одной из самых лучших в мировом вертолетостроении стала S-61 «Си Кинг». Первый полет она совершила 11 марта 1959 г. Ненамного превосходя S-62 по размерам, S-61 по грузоподъемности превосходила ее более чем вдвое. Эта машина предназначалась для замены S-58. Мощные газотурбинные двигатели, несущий винт с высоким КПД, удобообтекаемый фюзеляж обеспечили существенное улучшение технико-экономических показателей. По сравнению с S-58 S-61 обладал более высокой весовой отдачей, грузоподъемностью, скоростью, дальностью и продолжительностью полета. В 1961-1962 гг. на S-61 установлено пять мировых рекордов скорости, в том числе 7 февраля 1962 г. абсолютный - 339 км/ч на базе 19 км. На внешней подвеске S-61 мог поднимать 3175 кг. Нормальная продолжительность полета достигала 4 ч, нормальная дальность - 870 км.

В марте 1965 г. на S-61 установлен мировой рекорд дальности полета по прямой - 3389 км. С 1965 г. начались испытания системы дозаправки S-61 в полете. Благодаря таким дозаправкам продолжительность полета стала практически неограниченной. В июне 1967 г. на поисково-спасательном S-61 (НН-3) впервые был осуществлен при девяти дозаправках беспосадочный трансокеанский перелет через Атлантику. Два S-61, стартовав в Нью-Йорке, приземлились в Париже. Дальность полета составила 6710 км со средней скоростью 221 км/ч, продолжительность - 30 ч 46 мин. Заправка в воздухе осуществлялась от «Летающего танкера» «Локхид» НН-130. Используя механизацию крыла, самолет снижал скорость почти до посадочной. С концов его крыльев выпускались гибкие шланги с конусами-уловителями. Из носа S-61 выдвигалась за пределы диаметра несущего винта телескопическая штанга с установленным на конце топливоприемником.

Для облегчения пилотирования S-61 на вертолет были установлены автопилот, система автоматической стабилизации при висении над точкой, система автоматического захода на посадку на палубу корабля. S-61 мог, как и S-58, эксплуатироваться всепогодно в любое время суток.

Два двигателя и лодочное днище повысили безопасность вертолета. Водонепроницаемый низ фюзеляжа был разделен на отсеки. В конструкции фюзеляжа использовался новый авиационный материал -титан. Впервые для несиловых элементов применены композиционные материалы. Для улучшения мореходных качеств днище фюзеляжа имело скулы, редан, килева-тость. По бокам фюзеляжа установлены дополнительные поплавки, в которые убирались колеса. В поплавках же размещались дополнительные надувающиеся баллоны. У воздухозаборников двигателей был установлен щиток для предохранения от забрызгивания. Внутри фюзеляжа вертолета-амфибии хватало места для размещения 16 десантников. Для улучшения эргономических характеристик на вертолете обеспечено хорошее звукопоглощение, а в 1969 г. S-61 был оснащен гасителями вибраций. На противолодочных вариантах одиночного базирования была впервые установлена система «Беакап» («медвежий капкан») принудительного притяга, фиксации на палубе и транспортировки в ангар.

Первоначально лопасти несущего винта, как и на предыдущих вертолетах Сикорского. имели D-образ-ный прессованный алюминиевый лонжерон с прикрепленными к нему хвостовыми отсеками с сотовым заполнителем. С начала 70-х годов HaS-61 устанавливаются стеклопластиковые лопасти. Лопасти и хвостовая балка складывались.

Особенностью S-61 было большое число модификаций - полтора десятка. Помимо основных модификаций, имевших компактный узкий лодочный фюзеляж, получивших наименование SH-3 «Сикинг» и предназначавшихся в первую очередь для противолодочных операций, был создан ряд других модификаций, отличавшихся формой и размерами фюзеляжа. Таким образом воплощалась в жизнь концепция использования единой отработанной динамической системы (несущий и рулевые винты, силовая установка, система управления, трансмиссия) и разных в зависимости от назначения типов фюзеляжей.

Вслед за созданием S-61 с лодочным фюзеляжем были построены сухопутные варианты (SH-3) с большими габаритами грузовой кабины, задним грузовым люком и рампой. Он мог перевозить 26 солдат или груз в 2,6 т. На базе транспортных вариантов созданы поисково-спасательные (НН-3)«Джоли Грин Джаент» («Веселый зеленый гигант») и «Пеликан» с системой дозаправки в воздухе и дополнительными топливными баками. В 1965 г. девять противолодочных амфибий SH-3A были переделаны в специализированные вертолеты-тральщики RH-3A. Кроме модификаций военного назначения выпускались и гражданские варианты. Например, все президентские вертолеты VH-3, как ранее и S-58, создавались на базе S-61, что говорит о надежности машин Сикорского.

Пассажирские модификации S-61L и S-61N предназначались для перевозок 28-30 пассажиров. S-61L стал первым вертолетом, оснащенным двумя газотурбинными двигателями, на который был выдан гражданский сертификат летной годности. Гражданские варианты S-61 широко используются для пассажирских перевозок многочисленными авиакомпаниями всего мира, успешно применяются при освоении нефтяных месторождений. Особенно незаменимыми S-61N оказались в сложных условиях нефте раз работок на Севере Аляски и в Северном море. На его базе была создана специальная модификация для краново-монтажных работ.

Вертолет S-61 строился кроме США в Великобритании, Италии и Японии, собирался в Канаде. Производство модификации S-61 вертолета «Командо» продолжается на фирме «Уэстленд» и в настоящее время. Всего построено около 1500 вертолетов S-61 в разных модификациях. Опыт разработки S-61 был использован французскими вертолетостроителями при создании самого тяжелого европейского вертолета «Аэроспасьяль» SA-321 «Супер Фрелон».

В середине 60-х годов на базе S-61 были проведены интересные экспериментальные исследования. Летные испытания и теоретические исследования показали, что при уровне техники того времени на «чистых» вертолетах достичь скоростей свыше 370 км/ч невозможно. Необходимы дополнительные пропульсивные установки и крылья, разгружающие в полете несущий винт. Один из таких импровизированных винтокрылов и был построен на базе S-61. Винтокрыл S-61F отличался от прототипа более обтекаемым фюзеляжем, двумя дополнительными турбореактивными двигателями, установленными по бокам, крылом размахом 9,75 м, несущим винтом с шестью лопастями, более мощным ста-билизатором и рулем поворота на килевидной хвостовой балке, т. е. S-61F был похож на самолет с установленным над ним несущим винтом. Первый полет ›тот аппарат совершил 21 мая 1965 г., а в июне он уже достиг скорости 390 км/ч.

В процессе испытаний исследовались летно-технические и пилотажные характеристики винтокрыла, замерялась потребная мощность на различных скоростях полета, эффективность несущего винта на большой скорости, взаимовлияние несущего винта, крыла, реактивных двигателей, фюзеляжа и т. д. Испытания S-61F и других винтокрылов, созданных аналогичным способом, доказали возможность достижения на них скоростей до 500 км/ч, но и показали нерациональность установки дополнительных турбореактивных двигателей, которые потребляли много топлива, создавали дополнительный вес и усложняли конструкцию. Из-за этого такие винтокрылы практически не несли платной нагрузки, поэтому для объявленного вскоре военным ведомством конкурса на маневренный и скоростной боевой винтокрылый летательный аппарат были предложены проекты винтокрылов с толкающими пропеллерами.

* Конкурент S-61 вертолет продольной схемы «Боинг-Вертол» V-107 (СН-46 «Си Найт»), уступавший ему по своим характеристикам, был выпущен в 740 экземплярах и имел ограниченную сферу применения.

В конкурсе проектов на такой винтокрыл победили фирмы Сикорского и «Локхид». Если в проекте фирмы * Локхид» предполагался винтокрыл обычной одновинтовой схемы с хвостовым рулевым винтом и толкающим пропеллером, то на разработанном фирмой Сикорского винтокрыле S-66 предполагалось совмещение функций рулевого винта и пропеллера на одном винте, названном *ротопропом».На режимах висения и малых скоростей ротопроп должен был выполнять функции рулевого винта, а при достижении скорости 130 км/ч, когда реактивный момент уже надежно балансировался килем, ось винта поворачивалась назад и ротопроп превращался в толкающий пропеллер. Таким совмещением функций достигался существенный выигрыш в весе конструкции. Ротопроп был испытан в 1965-1966 гг. на специально оборудованном S-61. Была доказана его полная работоспособность, однако военные предпочли более привычную схему «Локхи-да». S-66 остался в стадии проекта. Построенный же в 1967 г. фирмой «Локхид» АН-56 оказался перетяжеленным и показал невысокие летно-технические характеристики. Наличие дополнительного крыла существенно снижало весовую отдачу винтокрылов. С конца 60-х годов их постройку прекратили. Было признано целесообразным увеличивать скорость полета винтокрылых летательных аппаратов путем создания новых типов несущих винтов, позволяющих обойтись без крыльев, или путем разработки преобразуемых самолетов-вертолетов. Единственным исключением стал созданный в 1976 г. фирмой Сикорского экспериментальный аппарат S-72, предназначенный для испытания новых скоростных несущих винтов, т.е. этот винтокрыл специально был создан для того, чтобы «погубить» винтокрылы.

В 1964 г. был создан S-65. Он совершил свой первый полет 14 октября, а с 1965 г. пошел в серию. Подобно своему предшественнику S-56, он предназначался для военно-транспортных перевозок, в частности мог поднимать 12,9 т, перевозить 9 т на 195 км, 10,9 т на 92 км или от 36 до 65 десантников, буксировать корабль водоизмещением 16 тыс. т. Вертолет, как и кран S-64, являлся самой тяжелой в западном вертолетостроении машиной. В конструкции S-65 были использованы части и детали, опробованные ранее на S-64. В данном случае в отличие от истории с S-56 и S-60 «причина» и «следствие» поменялись местами: из «крана» S-64 был сделан удачный «фюзеляжный» вертолет. Особенностью конструкции S-65 было достаточно широкое использование титана. Например, из титана была изготовлена втулка.

S-65, как и положено «палубнику», имел складывающиеся лопасти и хвост. Герметичный фюзеляж обеспечивал посадку на воду. Для облегчения погрузочно-раз-грузочных работ на вертолет было установлено специальное оборудование. Высокая энерговооруженность и хорошие аэродинамические характеристики позволили S-65 установить в конце 60-х - начале 70-х годов мировые рекорды скорости и скороподъемности. В октябре 1968 г. на этом вертолете были выполнены фигуры высшего пилотажа - петли и бочки. При вводе в петлю перегрузка составляла 1,2-2,5, а при выводе - 2,8. Петля выполнялась за 18-25 с. S-65 крутил по нескольку бочек подряд. Зрелище было фантастическое. Машина по своим технико-экономическим показателям превосходила своего конкурента «Боинг-Вертол» V-114 «Чинук». Вертолет выпускался до 1973 г. Всего было построено 440 экземпляров различных модификаций. Например, оборудованный дополнительными топливными баками S-65 имел перегоночную дальность 6500 км, а поисково-спасательный НН-53Сс системой дозаправки в воздухе имел практически неограниченную дальность. В конце 1970 г. два таких вертолета совершили беспосадочный перелет с. аэродрома Эглин во Флориде на военную базу Дананг во Вьетнаме, покрыв расстояние 14 000 км, большей частью над Тихим океаном, за 54,4 ч со средней скоростью 266 км/ч. Поисково-спасательные S-65 (НН-53В и НН-53С) прекрасно зарекомендовали себя во Вьетнаме. Тысячи американских военнослужащих были спасены ими в непроходимых джунглях и открытом море. В 1974 г. несколько транспортных S-65 (СН-53) были эффективно использованы для разминирования Суэцкого канала. Минно-тральная модификация RH-53D стала последней в семействе S-65. Именно этот вертолет был впервые признан американскими военными целиком соответствующим требованиям, предъявляемым к «воздушному тральщику».

В конце 60-х годов на базе S-61 началась разработка нового вертолета S-67. Свой первый полет он совершил 27 августа 1970 г. Вначале S-67 предназначался для исследований возможности высокоманевренного и скоростного полета, а затем предполагался как боевой. S-67 имел двигатель, винты и трансмиссию S-61, но отличался хорошими аэродинамическими обводами узкого фюзеляжа. Сиденья летчиков располагались тандемом. Летчик-стрелок для улучшения обзора находился впереди пилота. За кабиной летчиков размещалась грузовая кабина, вмещавшая до отделения солдат. Для выполнения штурмовых операций, борьбы с танками вертолет мог быть вооружен 30-мм пушкой, 6-18 ПТУР и до 114 НУР. Аппарат оснащался также дополнительным оборудованием для ведения разведки и спасательных работ. Для улучшения аэродинамических характеристик втулка несущего винта была закрыта специальными обтекателями, особую форму имели воздухозаборники двигателей. Для достижения больших скоростей лопасти несущего винта имели стреловидные законцовки. Съемное крыло предназначалось для разгрузки несущего винта при больших скоростях полета, а для улучшения маневренности на нем впервые были установлены воздушные тормоза. Улучшению устойчивости способствовал и стабилизатор большой площади, который на висении во избежание потерь на обдувку устанавливался вертикально. Вертолет предполагалось эксплуатировать с высокими для того времени скоростями: максимальной горизонтальной - 310-320, крейсерской 300-315 и в пологом пикировании - 370 км/ч. 19 декабря 1970 г. на S-67 был установлен абсолютный рекорд скорости вертолетов - 355,5 км/ч, продержавшийся до 1978 г., когда он был побит советским вертолетом Ми-24.

S-67 обладал прекрасной маневренностью, выполнял фигуры высшего пилотажа - петли, бочки и др. При этом перегрузки достигали самолетных - 4. Несмотря на высокие характеристики, S-67 в серию не пошел (не нашлось заказчика), однако эффективно использовался как экспериментальный. На одном из образцов S-67 в 1973 г. в США впервые испытывался вместо обычного хвостового рулевого винта вентилятор в кольце, именуемый «фенестроном».Фенестрон обеспечивал лучшую безопасность для вертолета и наземного персонала, но потреблял большие мощности на висении. Поэтому было признано, что он целесообразен только для легких вертолетов, у которых опасность поломки лопастей и попаданий в рулевой винт выше.

Опыт, накопленный при создании и испытании S-67, был использован при разработке вертолетов нового, третьего поколения.

Завершая рассмотрение вертолетов фирмы Сикорского, созданных при жизни конструктора, отметим разработанный в 1970 г. проект легкого бронированного вертолета-разведчика S-68, использующего концепцию ABC, о которой речь пойдет ниже. Натурный макет вертолета был подвергнут баллистическим испытаниям, но постройка натурного аппарата была отложена до проверки работоспособности концепции ABC.

Подводя итог разработки и производства вертолетов второго поколения на фирме Сикорского, можно отметить, что конструкторы продолжали придерживаться курса, взятого их лидером, на создание аппаратов большой грузоподъемнрсти и пассажировместимости. По-прежнему фирме принадлежал приоритет в постройке самых больших на Западе вертолетов. Доказаны широкие возможности классической одновинтовой схемы, обеспечивающей прекрасные летно-технические характеристики. Было разработано уникальное семейство вертолетов на базе S-61, имевших единую динамическую систему и разные фюзеляжи, оптимизированные под конкретные области применения. На вертолетах второго поколения установлено несколько мировых рекордов, в том числе и абсолютных.

Вертолеты с крылатым «S» на борту совершили первые беспосадочные межконтинентальные перелеты через Атлантический и Тихий океаны.

Однако, оценивая успехи фирмы с конца 50-х до начала 70-х годов, нужно отметить утерю ее некоторых позиций в мировом вертолетостроении после ухода И. И. Сикорского с поста главного конструктора. Сократилось годовое производство, уменьшилась численность сотрудников. Многие заказы перехватили фирмы «Белл», «Боинг-Вертол» и «Каман». Такова роль личности.