Вертолет 2002 03

Колонка соосных винтов вертолета Ка-8

1. Втулка верхнего винта 2. Вгулка нижнего винта 3. Верхний АП 4. Нижний АП 5. Распределительный редуктор 6. Горизонтальный шарнир 7. Вертикальный шарнир 8. Осевой шарнир 9. Лопасть 10. Вал верхнего винта 11. Вал нижнего винта 12. /13 Тяги 14,15. Хомуты 16. Кольцо верхнего АП 17. Кольцо связи 18. 19. Поводки 20. Кольцо нижнего АП 21. Упорный подшипник 22. Ролик

На вертолете Ка-8 Н.И. Камов реализовал одно из своих первых изобретений – ротор геликоптера. Формула изобретения гласила:

«1. Ротор геликоптера, заключающий в себе два соосных винта и два автомата перекоса, служащих для циклического изменения шага лопастей, отличающийся тем, что с целью изменения общего шага лопастей любого винта и обоих винтов одновременно, автоматы перекоса выполнены неподвижными в осевом направлении, а втулки винтов выполнены переставными в осевом направлении с помощью тяг, концентрически расположенных внутри полых валов.

2. Форма выполнения ротора по п. 1 отличается тем, что втулки валов соединены с валами шлицевыми соединениями».

Ролики и резьбовой механизм общего и дифференциального шага геликоптера были соединены с корпусами верхней и нижней втулок несущих винтов концентрическими тягами. Возможность такого соединения обеспечивалась пазами, проделанными в стенке вала верхнего винта. При одновременном повороте роликов тросами, соединенными с рычагом управления общим шагом, втулки обоих винтов синхронно перемещались вверх или вниз, одинаково изменяя общий шаг всех лопастей. При повороте роликов от воздействия педалей втулка одного винта поднималась, а втулка другого опускалась, благодаря чему достигалось дифференциальное изменение углов установки лопастей. В описании изобретения говорилось: «Нижний автомат перекоса с тягами управления является первичным органом циклического кругового управления обоими винтами. Тяги продольного и поперечного управления действуют на внутреннее кольцо нижнего автомата перекоса и вызывают его наклон в любом азимутальном направлении. Благодаря связи нижнего и верхнего автоматов перекоса с помощью поводка наклон нижнего автомата перекоса вызывает такой же наклон и верхнего автомата перекоса».

На реальной конструкции верхний и нижний автоматы перекоса соединялись двумя тягами «параллельности», расположенными под углом 90° в плане. В горизонтальном и осевом шарнирах применялись шариковые подшипники. В вертикальном шарнире устанавливался бронзовый подшипник скольжения. По такой же схеме была выполнена и первая колонка вертолета Ка-10. Во время испытаний этой несколько более тяжелой машины проявился недостаток такой колонки: при перемещении втулок несущих винтов (вдоль оси вала) летчику приходилось преодолевать тягу несущих винтов, а также трение в шлицах. Чрезмерно возросли нагрузки на педалях, особенно – на рычаге общего шага.

Предложенная Н.И. Камовым, В.Н. Ивановым и А.И. Власенко «Система управления соосным двухвинтовым вертолетом» решила задачу снижения нагрузок. В этой системе устройство для изменения шага лопастей было выполнено в виде двух переставных в осевом направлении концентрично охватывающих валы вспомогательных втулок, связанных с тягами управления и с рычажной системой механизма поворота лопастей винтов, втулки которых закреплены на валах неподвижно. Чтобы изменить положение рычага общего шага, теперь достаточно было преодолеть шарнирные моменты лопастей. Вспомогательные втулки в чертежах получили название «ползушек». В реальной колонке их впервые применили на Ка-10М – модификации вертолета Ка-10. Появление «ползушек» придало колонкам соосных вертолетов характерные особенности, которые сохранились до настоящего времени.

В период создания вертолетов Ка-10 и Ка-15 начальник бригады механизмов А.И. Власенко и летчик-испытатель Д.К. Ефремов предложили ряд важных решений, улучшающих колонку. В сотрудничестве с Н.И. Камовым была разработана новая подвеска верхнего автомата перекоса, позволяющая ему перемещаться вдоль оси вала верхнего винта. Параллельность автоматов перекоса обеспечивалась тремя соединительными тягами, расположенными через 120° на виде в плане. Это упростило статическую и динамическую балансировки несущей системы. Этим же авторам принадлежит идея устройства «буферный треугольник» для демпфирования колебаний лопастей верхнего несущего винта вертолета соосной схемы. Данное устройство предусматривало соединение рукавов втулок несущих винтов подпружиненными телескопическими амортизаторами. Это уменьшало отклонение лопастей от положения 120° по отношению друг к другу и понижало вибрации.

Благодаря наблюдательности А.И. Власенко родилось одно из самых оригинальных изобретений машиностроения – сепаратор упорного роликового подшипника, сконструированный им совместно с Н.И. Камовым и В.Б. Баршевским. А.И. Власенко заметил, что при характерном для осевого шарнира колебательном движении контакт роликов с упорными кольцами осуществлялся на небольших участках, ограниченных углами колебания, и при этом происходило быстрое поверхностное выкрашивание подшипника. Отклонение оси одного или нескольких гнезд сепаратора от обычного радиального положения превращало симметричные колебания сепаратора в колебания с несимметричной амплитудой, что придавало ему медленное вращение. В этом случае в работу равномерно включались все рабочие элементы подшипника, и долговечность осевого шарнира повышалась на порядок.

На вертолете Ка-15 в осевом, горизонтальном и вертикальном шарнирах А.И. Власенко применил роликовые подшипники вместо шариковых и ввел жидкую смазку с герметизацией узлов трения. Этим был обеспечен 500-часовой ресурс подшипников. Для предотвращения автоколебаний типа «земной резонанс» в вертикальные шарниры втулки нижнего винта установили регулируемый фрикционный дисковый демпфер. Увеличению запасов устойчивости к возникновению указанного явления и снижению вибраций способствовало также введение третьей опоры вала верхнего винта (на верхнем конце вала нижнего винта), что существенно повысило его изгибную жесткость.

Начиная с Ка-15 вопросами, возникающими при проектировании колонки, стал заниматься и заместитель главного конструктора М.А. Купфер. Особенно часто за советом и поддержкой приходил к Купферу Д.К. Ефремов. Этот замечательный летчик-испытатель всегда принимал участие в решении самых сложных конструкторских задач. Со своими задумками шли к Марку Александровичу и такие маститые конструкторы, как А.И. Власенко, В.Н. Иванов, А.Г. Сатаров, B.C. Альтфельд. М.А. Купфер подписывал чертежи колонки, вникая в каждую мелочь. Предметом его особого внимания была культура весового проектирования. Он помогал конструктору так «довести» деталь, чтобы в ней не было ничего лишнего.