Реферат: Sikorsky CH-37 Mojave

Разработчик: Sikorsky
Страна: США

Первый полет: 1953
Тип: Многоцелевой транспортный вертолет

В 1951-м в американском вертолете-строениипроизошло знаменательное событие. Ф.Пясецкий завершил постройку тяжелого вертолета PV-22 (H-21A), продолжавшего линию "воздушных бананов" PV-3 и PV-17 и названного "воздушной лошадкой". Действительно, машина, казалось, имела все шансы стать таковой. Фирма едва успевала принимать заказы. Вертолет при взлетном весе 6800 кг мог в просторной грузовой кабине перевозить до 2000 кг груза или двадцать солдат в полном боевом снаряжении.
В 1953-м PV-22 поразил не только обывателей, но и специалистов, установив во время национального авиационного праздника абсолютные мировые рекорды скорости 236,2 км/ч и высоты - 6769 м, принадлежавшие ранее S-52. Пясецкий опять был на коне, т.е. на "летающей лошадке". Посыпались титулы, почетные звания. Его избрали президентом Американского вертолетного общества. Однако президент, находясь в зените славы, неизменно подчеркивал свое особое уважение к патриарху вертолетостроения и своему давнему конкуренту И.И.Сикорскому. Именно он настоял, чтобы первый же утвержденный Обществом почетный приз имени Александра Клемина был торжественно вручен в 1951-м году "основателю мирового вертолетостроения". Сикорский, признавая несомненный конструкторский успех своего молодого коллеги, вовсе не собирался уступать Пясецкому в соревновании по созданию тяжелых вертолетов. В публичных выступлениях он неоднократно отмечал реальность пассажирского вертолета с вместимостью до 100 человек. Выпустив S-55, конструктор отнюдь не считал, что классическая одновинтовая схема исчерпала свои возможности.
Уже с середины 1940-х он прорабатывал проекты многомоторных вертолетов со взлетным весом в 20 т. Мечтая о широком внедрении винтокрылых машин в повседневную жизнь, Игорь Иванович уже тогда наметил наиболее целесообразную сферу применения подобных гигантов - экспресс-автобусы для доставки пассажиров с периферии в центр крупных городов. Однако сильные мира сего отвели вертолетам-гигантам совсем другую сферу - высадку десантов и транспортировку боевой техники.
Освоение в производстве цельнометаллических лопастей позволило увеличить диаметр несущего винта (НВ). Достижения в проектировании НВ, в частности, обеспечение безотрывного обтекания воздушным потоком лопастей и посадка на авторотации с подрывом, позволяли увеличить нагрузку на ометаемый диск. Сикорский принял смелое решение перейти на нагрузки, в два раза превышавшие обычные. Это позволяло получить значительный прирост подъемной силы при сравнительно небольшом увеличении диаметра несущего винта (до 22м).
В том же 1951-м, триумфальном для Пясецкого году, Сикорский приступил к проектированию тяжелого транспортного вертолета S-56, взлетный вес и грузоподъемность которого почти в пять раз превышали своего предшественника. Кроме того, предполагалось на 40% увеличить скорость машины. Разработка велась в соответствии с требованиями, предъявляемыми к машине Корпусом морской пехоты (КМП). Будущий S-56 рассчитывался на перевозку двух боевых отделений солдат или трех тонн груза, при этом учитывался опыт боевых действий в Корее. В марте 1951-го из многочисленных проектов военные выбрали предложения фирм "Сикорский" и "МакДоннелл". Заказ КМП поддержали сухопутные войска и ВМФ. Сикорский получил деньги на постройку пяти опытных образцов XHR2S-1 для морской пехоты, с условием, чтобы первый полет состоялся не позднее мая 1953-го. Вслед за этим последовал заказ на опытные YH-37 и от сухопутных войск США. Одновременно с военным разрабатывался и коммерческий вариант S-56.
И.И.Сикорский придал новой машине размеры популярного самолета DC-3 "Дакота". Разрабатывая компоновку и общий вид, конструктор в очередной раз продемонстрировал свою удивительную способность к нестандартным решениям, при этом он учитывал опыт создания не только вертолетов, но и десантно-транспортных штурмовых кораблей. Чтобы освободить весь фюзеляж под грузовую кабину, сделав ее более объемной, конструктор разместил два мощных двигателя "Пратт-Уитни" R-2800 в мотогондолах на горизонтальных пилонах по бокам фюзеляжа. Пилоны имели форму крыльев и в полете создавали подъемную силу, разгружая несущий винт. Внутри пилонов находились топливные баки и маслорадиаторы.
Такая компоновка создавала благоприятные условия для работы двигателей в полете и упрощала доступ к ним при обслуживании на земле. В соответствии с модной в то время концепцией винтокрыла, Игорь Иванович Сикорский предусмотрел возможность и такой модернизации S-56. Для этого требовалось лишь установить по тянущему воздушному винту перед мотогондолами и дополнительные крылья на них. По бокам фюзеляжа могли подвешиваться два внешних топливных бака. Вращение несущего винта осуществлялось через трансмиссионные валы, связанные с главным редуктором, расположенным в пилоне над грузовой кабиной, а рулевого винта - посредством трансмиссионные валы через промежуточный и хвостовой редукторы. Валы получились очень длинными и при доводке машины ее создатели столкнулись с их резонансом. В 1956-м на S-56 впервые установили, так называемые, "закритические трансмиссионные валы".
НВ впервые в истории имел пять лопастей. Его конструкция не отличалась от винта S-55, но размеры значительно возросли. Диаметр несущего винта на момент создания машины был самым большим в мире. Удачная, отработанная на S-55, конструкция позволила Сикорскому добиться несомненного успеха. Четырехпопастный рулевой винт размещался на концевой балке, впервые имевшей форму киля с триммером. Балка-киль позволяла при полете с большой скоростью полностью разгрузить рулевой винт, повысить ресурс его и трансмиссии, а также уменьшить расход топлива. Сзади на фюзеляже крепился управляемый стабилизатор.
Первоначально на пилонах мотогондол предусматривались закрылки для уменьшения потерь от обдувки на висении, но потом от этой идей отказались. На S-56 впервые установили систему автоматического складывания лопастей НВ и концевой балки. Этим достигалась компактность при палубном базировании. Удобообтекаемый фюзеляж, выполненный целиком из магниевых сплавов с грузовой кабиной длиной 9,24 м, высотой 2,03 м, шириной 2,36 м и объемом 42,5 м³ (для сравнения S-55 - 8,9 м³, PV-22 - 17 м³). В ней размещались до 36 морских пехотинцев или три джипа. Для загрузки и выгрузки в носу фюзеляжа предусмотрели люк с двумя створками, открывавшимися вбок, и трап. Техника могла въезжать в вертолет своим ходом. Кроме того, по бокам фюзеляжа располагались две двери. Грузовая и двухместная пилотская кабины связывались люком. Крупногабаритные грузы (например, танкетку М-56) S-56 мог перевозить на внешней подвеске.
"Самолетный" фюзеляж не только улучшал аэродинамические и динамические характеристики машины, но и способствовал применению шасси с хвостовым колесом, облегчавшим передвижение по земле. Вертолет был устойчив на пробеге после посадки на авторотации и, кроме того, устранялась опасность удара лопасти о балку - распространенного недостатка машин одновинтовой схемы. Для достижения больших скоростей на S-56 впервые предусмотрели убирающееся шасси. Главные опоры подтягивались в мотогондолы, а задняя - в фюзеляж.
Складывание лопастей, концевой балки, уборка и выпуск шасси, открытие створок грузового люка и подача трапа осуществлялись с помощью гидравлических приводов. Конструкторам пришлось поработать и над системой совместного и раздельного управления двигателями. Вообще, все узлы и агрегаты машины невиданных размеров получились уникальными, не имевшими аналогов в мировой практике.
Первый полет S-56 (XHR2S-1) совершил 18 декабря 1953-го. Его доводка затянулась. Создатели вертолета при испытаниях столкнулись с громадными трудностями. Основные проблемы заключались в больших перегрузках, возникавших в системе управления, в упругой реакции НВ, а также в перетяжелении конструкции после ее доработок. О многом конструкторы даже не подозревали.
Например, первоначально для обеспечения необходимых характеристик на висении при ограниченном диаметре несущего винта (из условий палубной эксплуатации) выбрали крутку его лопастей с углом 16⁰. 0 влиянии крутки на рост напряжений в лопастях при поступательном движении вертолета тогда еще не знали. В ходе испытаний выяснилось, что необходимо искать компромисс между характеристиками на висении и ограничениями скорости, связанными с прочностью лопастей. Пришлось уменьшить крутку до 8°, а диаметр увеличить более, чем на метр.
Конструкторы не умели еще определять нагрузки по высоким гармоникам вибраций НВ. Например, от шестой гармоники на пятилопастном винте возникали большие переменные нагрузки в невращающейся части системы управления. Ее пришлось проектировать заново. Перетяжеление конструкции потребовало форсирования двигателя с 2050 до 2500 л.с., что снизило его ресурс, увеличило расход топлива и, как следствие, уменьшило дальность. Недостаточная путевая устойчивость заставила Сикорского дополнить хвостовую балку килевой поверхностью, что потребовало коренной переделки устройства складывания хвоста. Короче, любая доработка влекла за собой неизбежные и бесконечные новые и новые изменения в конструкции. Уникальная машина требовала и соотвествующих усилий по доводке.
Создание столь тяжелого геликоптера велось на пределе возможного, как когда-то в России при создании гигантского "Гранда". Летные испытания приносили все новые и новые проблемы. И семидесятилетнему Сикорскому удалось решить задачу, над которой "сломался" не один талантливый конструктор - создать четырнадцатитонный вертолет с поршневыми двигателями. В 1956-м S-56 довели до состояния, годного для практического применения.
Напомним, что доводка столь же эпохального гиганта Ми-6 заняла почти семь лет. Трудности с доводкой "поршневого" S-56 доказали, что его построили на самом пределе, или даже за гранью возможного. Только Сикорский смог сделать такое. Это подтверждает выдающийся талант нашего великого соотечественника. Он выжал из вертолетов первого поколения все. Хлопоты с доводкой не прошли бесследно для "Сикорский Эркрафт". Стала очевидной необходимость иметь на фирме мощную научную базу. Так, в 1953-м Сикорский создал в КБ научно-исследовательский отдел, одним из руководителей которого на протяжении многих лет оставался племянник авиаконструктора - И.А.Сикорский. С начала 1950-х для трудоемких параметрических исследований и решения сложнейших аэромеханических задач Игорь Иванович стал активно внедрять на фирме вычислительную технику. Это позволило, в частности, впервые более полно оценить процессы, происходящие на несущем винте в полете.
Одновременно широко внедрялись модельные исследования. В аэродинамической трубе исследовательской лаборатории "Юнайтед Эркрафт" в середине 1950-х провели серию испытаний двухметровой модели НВ. Эти исследования не только позволяли глубже оценить особенности работы вертолетного винта, но и для сравнения с расчетами дали необходимую базу экспериментальных данных, более широкую, чем получали в летных испытаниях. Во многом под влиянием И.И.Сикорского в НАСА еще в 1952-м создали специальный подкомитет по винтокрылой технике. Из-за затянувшейся доводки поставки S-56 заказчику начались только в 1956-м. В армейской авиации он именовался Н-37А "Мохав", однако это название индейского племени не привилось. За свой необычный внешний вид и довольно непокладистый характер машина получила в войсках прозвище "Черт". Тем не менее, вертолет сыграл важную роль в становлении тяжелой вертолетной авиации США, подняв уровень десантно-транспортных операций на новую ступень.
Переоснащенные на S-56 роты армейской авиации переименовали из легких в средние. Состоявшие на их вооружении вертолеты эффектно участвовали в различных маневрах, учениях и демонстрационных полетах. В частности, в сентябре 1958-го, на маневрах в Форте Блис, где американские армейские Н-37А впервые предстали специалистам в качестве носителей различного вооружения. Три машины продемонстрировали расширение мобильности базирования тактических ракет "Онест Джон", перенеся на внешней подвеске их с пусковыми установками.
Всего сухопутные войска США приобрели 91 "Мохав". В начале 1960-х большую часть вертолетов переделали в вариант Н-37В с автопилотом, усиленными створками носового грузового люка, ударобезопасными топливными баками и более совершенным пилотажным оборудованием. В 1962-м Н-37А и Н-37В переименовали в СН-37А и СН-37В. Армейским "Мохавам" довелось ступить и на "тропу войны". В мае 1963-го первые четыре СН-37В заменили вертолеты Пясецкого СН-21 "Шани" в отряде "А" 19-й авиационной роты сухопутных войск США во Вьетнаме. Затем винтокрылые гиганты ввели в состав и других рот армейской авиации действующей армии. Они оказались исключительно эффективны в операциях по эвакуации сбитых противником летательных аппаратов. Грузоподъемность машины позволяла вывозить поврежденную технику без предварительной разборки с территории, занятой противником. С осени 1963-го до 1965-го только два "Мохава", приданных 611-й роте, эвакуировали 139 поврежденных аппаратов, в том числе 97 вертолетов "Белл" UH-1 "Ирокез" и 54 СН-21 "Шани".
Корпус морской пехоты получил 55 S-56 под обозначением HR2S-1 (с 1962-го СН-37С). Флот США - две машины радиолокационного наблюдения и раннего предупреждения HR2S-1W в палубном варианте. На них установили самые большие (из имевшихся на флоте) РЛС "Дженерал Электрик" AN/APS-20E. Их антенны монтировались под пилотской кабиной в выпирающем грибовидном пластиковом обтекателе. S-56 долгое время считался самым большим и грузоподъемным серийным вертолетом первого поколения. В рекордном полете в ноябре 1956-го армейский Н-37А поднял груз весом 6000 кг на высоту 2000 м и 5000 кг - на 3688 м. Мощные двигатели и хорошая аэродинамика позволили ему тогда же установить и абсолютный рекорд скорости - 262 км/ч. Сочетание удивительное. Самый грузоподъемный вертолет стал и самым быстрым.
"Сикорский Эркрафт" выпустила за семь лет 156 S-56 всех модификаций, включая опытные. Задержка с поставками отрицательно сказалась на заказах. Вертолетостроение стояло накануне перехода на принципиально новые машины с газотурбинными двигателями, и вооруженные силы США предпочли сохранить деньги для более совершенных летательных аппаратов. Остался нереализованным ряд очень интересных модификаций, в частности, пассажирского и тяжелого противолодочного. Эти машины Сикорский и его преемники построили уже с использованием ГТД. Постройка S-56 стала выдающимся событием в истории вертолетостроения. Она многому научила американских конструкторов, подняла науку о вертолетах на новую высоту. Непосредственно на базе S-56 построили летающий кран S-60. Британская фирма "Уэстленд" приобрела у "Сикорский Эркрафт" права на производство несущего и рулевого винтов, а также трансмиссии S-56. Их применили при создании в 1958-м 16-тонного вертолета "Уэстминстер" с двумя газотурбинными двигателями по 3150 л.с. каждый.
Достижения S-56 вместе с рекордами, установленными ранее на маленьком S-59, восстановили полное господство фирмы Сикорского в этой области. Они же и подтвердили правильность выбора классической одновинтовой схемы. Эти рекорды были побиты только вертолетами второго поколения. Оснащенные газотурбинными двигателями, они позволяли достичь значительно лучших летно-технических характеристик. Наступила новая эра в вертолетостроении. Этим во многом определялось ограниченное число построенных S-56.
Конкурент Сикорского в конкурсе, объявленном Корпусом морской пехоты, гигантский одновинтовой вертолет фирмы "МакДоннелл" с реактивным компрессорным приводом НВ так и остался на бумаге. Предпринятая в конце 1940-х - начале 1950-х годов фирмой "Хьюз" попытка создать подобную машину также оказалась неудачной. Реактивный привод, предназначавшийся для устранения сложной механической трансмиссии и парирования реактивного момента несущего винта, оказался неэкономичным. И.И.Сикорский считал его применение целесообразным только для вертолетов очень большой грузоподъемности (этот вывод подтвердили и отечественные исследователи - при.авт.). Для перевозки необходимых в те годы грузов, по его мнению, вполне можно было обойтись и машинами с механической трансмиссией. Правота конструктора, его прозорливость подтвердила история.
Главный конкурент Сикорского по тяжелым машинам Пясецкий разрабатывал одновременно с S-56 геликоптер продольной схемы PV-15 (YH-16) Построенный в 1953-м, он, наряду с советским Як-24, стал самым большим вертолетом первого поколения. Однако в серийное производство PV-15 не пошел. Попытка улучшить характеристики машины посредством замены поршневых двигателей на газотурбинные закончилась в 1956-м катастрофой. Построенный А.Янгом в 1953-м тяжелый винтокрылый аппарат продольной схемы "Белл-61" запустили в серию через год, но он оказался очень неудачным и вскоре был снят с производства. Не стал исключением и Як-24. Их суммарный выпуск оказался меньше, чем S-56. Основной причиной неудачи разработки вертолетов продольной схемы стала вредная интерференция НВ, прозорливо предсказанная Сикорским.
Испытания показали невозможность использования продольной схемы для удвоения грузоподъемности, соединением одинаковых винтомоторных групп. Как признал известный авторитет в вертолетостроении Р.Хафнер, "умер миф о симметрии продольной схемы и идентичности НВ на высоком "пилоне". Хотя продольная схема и обеспечивала значительный статический потолок, но ее динамический потолок, скороподъемность, авторотационные качества оказались хуже. Из-за интерференции ресурсы заднего винта и редуктора значительно снизились по сравнению с передним.
Для разгрузки заднего винта приходилось делать машину с передним расположением центра тяжести, что осложняло компоновку и опровергало мнение о большом диапазоне центровок продольной схемы. Интерференция осложняла проблему борьбы со срывом воздушного потока с лопастей несущего винта, ухудшала продольную и путевую устойчивость, а также управляемость. Постоянное нагружение трансмиссии обусловило ее большой вес и малый ресурс. Все это уменьшило привлекательность продольной схемы.
Кроме фирмы Пясецкого, никому не удалось наладить стабильное серийное производство подобных вертолетов. К началу 1960-х работа в этом направлении прекратилась всеми предприятиями, за исключением "Боинг-Вертол" (так после ухода в 1955-м Пясецкого стала именоваться его фирма). В 1950-е Пясецкий наладил выпуск средних транспортных вертолетов PV-22 (Н-21) в различных модификациях. В 1960-е под обозначением V-44 выпускалась их дальнейшая модификация, но и у него имелся соответствующий одновинтовой аналог Сикорского - S-58.

Летно-технические характеристики

Модификация	CH-37A
Диаметр главного винта, м	21.95
Диаметр хвостового винта, м	4.57
Длина,м	19.58
Высота ,м	6.71
Масса, кг
пустого	9449
нормальная взлетная	14062
Внутренние топливо, л	1514 + опционально 2271
Тип двигателя	2 ПДPratt Whitney R-2800-54
Мощность, кВт	2 х 1566
Максимальная скорость, км/ч	209
Крейсерская скорость, км/ч	185
Дальность действия, км	233
Скороподъемность, м/мин	277
Практический потолок, м	2650
Статический потолок, м	335
Экипаж, чел	3
Полезная нагрузка:	36 солдат или 24 носилки или 4536 кг груза в кабине или на подвеске

Литература

Крылья Родины. Вадим Михеев. Победа одновинтовой схемы
Максим Старостин. Все вертолеты мира. Sikorsky S-56
Das Flugzeug Archiv. Sikorsky S-56
S.Harding. U.S.Army Aircraft since 1947
G.Apostolo. The Illustrated Encyclopedia of Helicopters