Вертолёт, 2010 №02

На первых серийных вертолетах Ми-4 впервые в полетах проявилось опасное явление, заключавшиеся в том, что при повышенных оборотах несущего винта и скорости полета, близкой к максимальной, значительно увеличивались вибрации вертолета, появлялась прогрессирующая тряска, сопровождавшаяся «размывом конуса винта». По имени летчика-испытателя Калиберного, впервые наблюдавшего такое поведение лопастей, это явление среди специалистов получило название «эффект Калиберного». Причина этого явления заключалась в возникновении поворотно-махового флаттера лопастей несущего винта вертолета.

По инициативе М.Л. Миля один из первых серийных вертолетов Ми-4, на котором проявился флаттер несущего винта, был передан в ЛИИ для всесторонних исследований. К работе были привлечены ведущие ученые по аэроупругости конструкции вертолетов Р.А. Михеев (ЛИИ), В.Д. Ильичев (ЦАГИ), А.В. Некрасов (МВЗ). Летные исследования показали, что при отсутствии флаттера все лопасти на каждом обороте винта совершают идентичное маховое движение по первой и второй гармонике. При сдвиге кривых махового движения всех лопастей по азимуту на конструктивные углы между лопастями относительно одной из рассматриваемых лопастей кривые в = /(у) практически не расходятся между собой. Поэтому летчики в полете видят одну линию, по которой двигаются концы всех лопастей. При появлении первых признаков флаттера (начало флаттера) отмечается заметное расхождение махового движения всех лопастей, совмещенного по азимуту.

При определенном сочетании оборотов винта и скорости полета изменение по азимуту махового движения каждой лопасти приобретает вид биений. А поскольку на каждом обороте несущего винта закон изменения махового движения лопастей неодинаковый, то при совмещении махового движения лопастей по азимуту на конструктивные углы между лопастями кривые β = ƒ(ψ) значительно расходятся между собой. Именно поэтому летчик видит впереди «размыв конуса» несущего винта.

По аналогичному закону изменяются шарнирные моменты лопастей. При этом на корпус вертолета передаются значительные вибрации, которые летчик квалифицирует как «тряску». При флаттере лопастей несущего винта значительно, почти на 50%, увеличиваются постоянные и переменные составляющие шарнирных моментов лопастей, что является небезопасным. В результате анализа махового движения и шарнирных моментов лопастей определена частота флаттера винта вертолета Ми-4, равная ƒ_ф = 5,1 Гц. Частота вибраций, передаваемых на корпус вертолета ƒ_к, при возникновении флаттера равна: ƒ_к = ƒ_ф + η_в , где η = 3,2 – частота вращения несущего винта, Гц. Таким образом, частота вибраций корпуса и других невращающихся частей вертолета Ми-4 при флаттере равна примерно 8,3 Гц.

Из уравнений махового флаттера лопасти шарнирного несущего винта следует, что главное влияние на критическую по флаттеру частоту вращения лопасти оказывают: положение по хорде центров тяжести сечений и фокусов профилей, величина компенсатора взмаха, жесткость проводки управления и скорость полета.

Разработанная методика определения запасов до флаттера лопастей винта при на земных испытаниях заключается в раскрутке несущего винта до максимально допустимой частоты вращения винта η в полете в η_max исходном варианте и со смещением эффективной центровки Х_ф = Х_ф/Ь концевой части лопасти на 2-3% назад путем установки провоцирующих грузов на триммеры лопастей. Режимы выполняются с отклонением ручки циклического управления от нейтрального положения примерно на 75% хода. Если на таких режимах флаттер не возникает, то вертолет считается безопасным по флаттеру. В летных испытаниях установлено, что увеличение скорости полета от 0 до 250-300 км/ч по своему влиянию на критическую по флаттеру частоту вращения винта эквивалентно смещению назад эффективной центровки на величину около 2%. По такой методике и в настоящее время проводят испытания на флаттер всех лопастей несущего винта при их производстве.

Выполнение сложного пилотажа на вертолете Ми-4

В середине 50-х годов летчик-испытатель В.В. Виницкий выступил с предложением отработать в полете демонстрационный каскад фигур сложного пилотажа на вертолете Ми-4. Цель этого предложения заключалась в показе военным и гражданским эксплуатантам маневренных возможностей вертолетов, которые могут использоваться при их эксплуатации. Предварительно была проработана схема комплекса фигур сложного пилотажа и определены расширенные ограничения параметров на этих режимах. М.Л. Миль поддержал выполнение такой работы, которую рассматривал как средство более глубокого понимания возможностей нового типа летательного аппарата, особенно для военного применения. Для отработки режимов сложного пилотажа вертолет был оборудован экспериментальной аппаратурой для регистрации параметров полета, отклонений органов управления, режимов работы двигателя и характерных параметров при маневрировании.