Вертолёт, 2005 № 02

Ми-26: посадка на авторотации

Статья посвящается памяти безвременно ушедших коллег по испытаниям вертолета Ми-26 В.А. Изаксону-Елизарову и Б.И. Мешкову

В августе 2005 года исполняется 25лет со дня окончания государственных испытаний вертолета Ми-26. Программу испытаний вертолет прошел за удивительно короткий срок, не только подтвердив заявленные характеристики, но и во многом превзойдя их. Эта уникальная машина, созданная под руководством талантливого конструктора Марата Николаевича Тищенко, по праву стала гордостью российского вертолетостроения и национальным достоянием России.

Вертолет выкатили из сборочного цеха Московского вертолетного завода имени М.Л. Миля 31 октября 1977 года, в декабре бытло выполнено первое висение, 21 февраля 1978 года состоялся первый полет Ми-26. В сентябре 1980 было получено заключение государственной комиссии, рекомендовавшей принять вертолет на вооружение.

К середине 1980 года государственные испытания вертолета Ми-26 подошли к заключительному этапу, на котором должны были проводиться посадки на режиме авторотации с выключенными двигателями. В соответствии с требованиями Норм летной годности каждый новый и внедряемый в эксплуатацию вертолет (вне зависимости от количества двигателей) должен проходить испытания по посадкам на режиме авторотации с выключенными двигателями. Хотя вероятность одновременного отказа двух двигателей и составляет 10-10, однако анализ летных происшествий показывает, что такие отказы случаются, особенно в боевой обстановке.

Ми-26 имеет ряд серьезных отличий не только от других, более легких, вертолетов, но и от достаточно близкого к нему по своим габаритам и массовым характеристикам вертолета Ми-6. Эти отличия в основном определяются следующими параметрами:

1) широким диапазоном эксплуатационных полетных масс — от 30 до 56 т и, соответственно, более широким диапазоном нагрузки на ометаемую площадь: от 37,5 до 69,7 кг/м2;

2) большим количеством лопастей несущего винта и большим коэффициентом заполнения s;

Рис. 1. График уменьшения частоты вращения несущего винта в случае отказа двух двигателей

3) высокой массовой характеристикой лопастей g = 7, которая в 1,5–2 раза выше, чем у других отечественных и зарубежных вертолетов;

4) меньшим относительным моментом инерции вращающихся деталей, что обеспечивается за счет конструктивного совершенства агрегатов несущей системы;

5) меньшим значением величины максимального общего шага несущего винта по сравнению с другими вертолетами.

Теоретические исследования и результаты моделирования показывали, что все вышеперечисленные особенности вертолета Ми-26 и его несущего винта увеличивают вертикальную скорость приземления при заданной поступательной скорости и сокращают время посадки от начала торможения до приземления, делая ее очень динамичной.

Впервые в мировой практике вертолетостроения предстояло выполнить посадки с полетной массой 50 т, что, учитывая особенности вертолета Ми-26, представляло сложную задачу. Позитивные результаты испытаний должны были поставить все точки над i, означая признание вертолета Ми-26 и его запуск в серийное производство.

При выполнении безопасных посадок необходимо соблюдать ряд эксплуатационных ограничений, определяющих посадочные характеристики вертолетов при отказе двигателей. К ним относятся:

— поступательная скорость посадки в момент касания по условиям прочности должна быть ограничена максимально допустимой скоростью касания (V _{кас. макс. доп.});

— вертикальная скорость приземления не должна превышать максимально допустимую (Vy макс. доп.), для того чтобы обеспечить вертикальную перегрузку не выше нормированной;

— при приземлении вертолет должен иметь посадочный тангаж, нулевой крен, не иметь сноса, а угловые скорости по всем осям должны быть близки к нулю.

Возможность выполнения этих требований при посадках на авторотации зависит не только от аэродинамических, конструктивных и массовых характеристик несущего винта вертолета и характеристик управляемости (в особенности на заключительном этапе при «подрыве» общего шага несущего винта), но и от режима полета, определяемого высотой, поступательными и вертикальными скоростями, при которых происходит отказ двигателей.

Как известно, допустимые горизонтальные скорости приземления и установившиеся скорости снижения на авторотации связаны между собой, так как обязательное условие безопасной посадки гласит, что поступательная скорость перед началом предпосадочного маневра не должна быть меньше минимальной поступательной скорости планирования (V _{x мин}).

Это обусловлено значительным увеличением вертикальной скорости снижения на малых поступательных скоростях и снижением на них эффективности торможения из-за уменьшения производной тяги по углу атаки. Кроме того, даже при оптимальной технике выполнения «подрыва» несущего винта вертикальную скорость можно уменьшить на ограниченную величину. Таким образом, при скоростях, меньших минимальной скорости планирования (V_{пл. мин.} ), невозможно обеспечить допустимую вертикальную скорость приземления (V_{y доп}.) с необходимым запасом, обусловленным отклонениями техники пилотирования от оптимальной.

Снижение при заходе на посадку на режиме авторотации можно в принципе производить на любой скорости, большей V_{пл. мин.} Однако при скорости планирования, большей экономической (V_экон.), трудно добиться уменьшения скорости до максимальной скорости касания (V_{макс. кас.}), определяемой требованиями прочности шасси, так как при этом еще существенно усложняется техника пилотирования.

На основании опыта летных испытаний оптимальная с точки зрения простоты пилотирования и получения приемлемых поступательных и вертикальных скоростей приземления скорость установившегося планирования лежит в пределах V_{пл. мин.} и V_экон.. Поэтому планирование и начальное торможение перед посадкой необходимо начинать именно на этой скорости.

При выполнении посадок на Ми-26 при отказе двух двигателей необходимо было учесть ряд аспектов, определяющих безопасность проведения таких посадок. К ним, в частности, относятся:

— уменьшение частоты вращения несущего винта и высоты полета после отказа;

— зависимость вертикальных скоростей на установившейся авторотации от поступательной скорости и частоты вращения несущего винта;

— оптимальная техника пилотирования при выполнении посадки на режиме авторотации несущего винта.

Рис. 2. График зависимости отклонения ручки управления при увеличении утла тангажа от полетной массы

Рис. 3. График зависимости частоты вращения НБ вертолета Ми-26 на скорости авторотации 130–150 км/ч от полетной массы и величины общего шага

Типовая техника пилотирования при одновременном отказе двух двигателей, рекомендованная практически для всех одновинтовых вертолетов, связана с уменьшением общего шага несущего винта до минимального значения с последующим увеличением угла тангажа на кабрирование для уменьшения поступательной скорости.

Теоретические исследования и результаты моделирования показали:

1) падение частоты вращения НВ после отказа двух двигателей при такой технике перехода на авторотацию у вертолета Ми-26 идет более динамично (рис. 1). Маховое движение лопастей при отклонении ручки управления на себя для торможения поступательной скорости увеличивается больше, чем на других вертолетах. Так, в горизонтальном полете на скорости 200 км/ч величина Мкр /1нв для вертолета Ми-26 составляет 1,91 1/рад, а для Ми-6 — 1,1 1/рад, на скорости 270 км/ч эти величины соответственно равны 2,5 и 1,41 1/рад;

2) уменьшение тяги несущего винта по мере уменьшения общего шага при полете с перегрузкой меньше 1 после отказа двигателей вызывает увеличение махового движения лопастей. Это, в свою очередь, требует не только отклонения органов управления для парирования появляющихся разбалансировочных моментов, но и дополнительной коррекции возмущений из-за махового движения лопастей при снижении эффективности управления. Достаточно большие отклонения органов управления на Ми-26 связаны еще и с установкой неуправляемого стабилизатора, что приводит к продольной статической неустойчивости по скорости в горизонтальном полете и на режиме авторотации. Эта особенность подтверждается не только теоретическими расчетами, но и материалами летных испытаний.

При переходе на режим авторотации для сохранения постоянной поступательной скорости необходимо довольно значительное отклонение ручки управления на себя для парирования возникающего пикирующего момента. Так, например, для перехода на режим авторотации на постоянной скорости 170 км/ч автомат перекоса отклоняется на 1,5°, что соответствует отклонению ручки управления на себя примерно на 50 мм. При переходе на авторотацию с созданием положительного тангажа для гашения скорости эти отклонения еще больше увеличиваются.

Для создания угла тангажа 15° на кабрирование требуется отклонение автомата перекоса на 2,5°. При этом маховое движение лопасти увеличивается, и в заднем положении угол взмаха равен -2°, а в переднем положении —20°. На вертолете Ми-6 эти величины соответственно составляют: 0° в заднем положении и -12° в переднем;

3) из-за большей нагрузки на ометаемую площадь увеличивается вертикальная скорость снижения. Процесс снижения происходит быстрее и с большей потерей высоты. Это приводит к тому, что посадка вертолета происходит при большей поступательной скорости, чем на вертолете Ми-6.

С учетом результатов теоретических исследований и летных испытаний для вертолета Ми-26 была рекомендована усовершенствованная техника перехода на режим авторотации. Она заключается (как и при отказе одного двигателя на скоростях полета более 200 км/ч) в первоначальном создании угла тангажа на кабрирование с практически одновременным (или с небольшим запаздыванием до 1 с) уменьшением общего шага несущего винта. Такая техника перехода на режим авторотации увеличивает угол атаки несущего винта, создавая благоприятные условия для его раскрутки.

Уменьшение частоты вращения НВ приводит к незначительному снижению эффективности управления. Маховое движение лопастей хотя и увеличивается, но ненамного, что не требует чрезмерных отклонений органов управления, его запасы, следовательно, остаются приемлемыми. Потеря высоты незначительна.

Исследования, проведенные на других вертолетах, показали, что даже летчик средней квалификации уже через 0,7 с замечает резкое изменение мощности, а у опытных летчиков это время еще меньше. Такую технику перехода на режим самовращения при отказе двух двигателей нетрудно освоить, если следовать основному правилу поддержания частоты вращения НВ. Эти особенности перехода на режим самовращения несущего винта при отказе двух двигателей проявляются при всех значениях полетных масс, но для полетных масс, близких к максимальным, ситуация в первоначальный момент после отказа усугубляется.

Рис. 4. График зависимости вертикальной скорости снижения на режиме авторотации от скорости полета

В процессе летных испытаний были определены основные характеристики установившегося самовращения во всем диапазоне эксплуатационных полетных масс, которые выявили следующие особенности:

— во-первых, наличие зависимости частоты вращения НВ от полетной массы. Как видно из рис. 3, изменение полетной массы вертолета на 1000 кг приводит к изменению скорости вращения несущего винта на 1 %.

При изменении полетной массы от нормальной до минимальной частота вращения несущего винта снижается почти на 20 %, что приводит к такому же уменьшению эффективности управления, как и в момент отказа двигателей (рис. 1, 2). При минимальной полетной массе потребные отклонения продольного управления увеличиваются почти в полтора раза по сравнению с отклонениями при нормальной полетной массе;

— во-вторых, значительное увеличение вертикальной скорости снижения при поступательных скоростях менее 120 км/ч, что увеличивает крутизну траектории планирования и усложняет условия посадки. Поэтому минимальные скорости планирования выбраны такими, чтобы вертикальные скорости снижения были не более 15–17 м/с при всех значениях эксплуатационных полетных масс. Максимальные скорости на авторотации были приняты равными крейсерским скоростям для каждой полетной массы вертолета. Зависимость Vy =i(V_пр) для вертолетов Ми-6 и Ми-26 представлена на графике рис. 4.

В полетах по определению зависимости Vy =|(V_пр) при скоростях менее 100 км/ч из- за больших аэродинамических поправок в показаниях скоростей (при существовавшей тогда компоновке приемников ПВД) было выполнено несколько режимов вертикальной авторотации, скорость снижения на которых достигала -35 м/с. Полет на этих режимах характеризовался очень высокой степенью устойчивости вертолета, особенно в продольном отношении, что требовало больших отклонений ручки управления от себя (более чем на 3/4 хода).

Гурген КАРАПЕТЯН, заместитель генерального директора ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля», Герой Советского Союза, заслуженный летчик-испытатель СССР (Продолжение в следующем номере)