Опубликовано: 30.04.2003, 14:15
 

Живи, вертушка, воюй и побеждай

О некоторых особенностях боевого применения современных вертолетов


К идее применения вертолета в качестве маневренного средства поражения бронированной техники многие военные долгое время относились как к сомнительной фантазии. Благодаря опыту использования во Вьетнаме и других локальных конфликтах американских боевых вертолетов "Кобра" и транспортно-боевых Ми-24 сомнения были преодолены.

Изучением вопросов маневренности боевых вертолетов, особенно при полетах на предельно малых высотах (ПМВ) в ОАО "МВЗ имени М.Л.Миля" вплотную занялись в конце 70-х - начале 80-х годов минувшего века. В частности, война в Афганистане предъявила свои требования к выполнению маневренных режимов на вертолетах Ми-24 и Ми-8 (Ми-8МТ, Ми-8МТВ) в условиях высокогорья, при высоких температурах наружного воздуха.

В то время были проведены уникальные испытания маневренности вертолетов Ми-8 и Ми-24, позволившие существенно расширить диапазон эксплуатационных ограничений и дать рекомендации для решения выявленных проблем прочности конструкции.

Дальнейшим развитием концепции высокоэффективных и маневренных вертолетов для армейской авиации с учетом всех новейших требований, опыта локальных войн стало создание вертолета Ми-28 - высокоманевренного ударно-боевого комплекса XXI века. Опыт боевого применения вертолетов, в том числе в "горячих точках", позволил сделать следующие выводы. Во-первых, из-за насыщенности современных ТВД высокоэффективными средствами ПВО вертолеты должны летать на задание по так называемым коридорам безопасности на предельно малых высотах (Н = 5-15 м). Во-вторых, принципиально новым элементом боевого применения вертолетов стали воздушные бои между ними. И наконец, боевое применение винтокрылых машин практически всегда происходит с выходом за пределы ограничений по перегрузкам, углам крена и тангажа, максимальным скоростям полета и некоторым другим параметрам.Первый вывод был подтвержден не только многочисленными локальными конфликтами того времени, но и полигонными испытаниями в нашей стране и за рубежом. Например, во время тендерных испытаний Ми-28 в 1995 году в Швеции на реальном тактическом фоне с использованием современных средств ПВО инструментально было установлено и документально зафиксировано, что при действии вертолета на ПМВ (Н=5-15 м) вероятность его поражения практически сводится к нулю (из 28 случаев Ми-28 был обнаружен средствами ПВО только один раз, и то на время, недостаточное для его поражения зенитно-ракетным комплексом). При этом, действуя на высотах более 15 метров, он обнаруживался и условно поражался с вероятностью приблизительно 85-90 проц. на дальностях 5-10 км, т.е. на предельных дальностях применения управляемых ракет.

Первые воздушные бои между вертолетами были зафиксированы во время ирано-иракского конфликта, когда Ми-24 сбили 54 машины американского производства (десять из которых - боевые вертолеты "Кобра"). Кроме того, Ми-24 стал первым вертолетом в мире, сбившим в воздушном бою сверхзвуковой истребитель F-4 "Фантом".

Эти обстоятельства заставили совершенно по-новому подойти к вопросам маневренности боевых вертолетов при полетах на ПМВ с целью увеличения их выживаемости на поле боя и в воздушных схватках.

Оказалось, что выполнение стандартных маневров в вертикальной плоскости, даже не с максимальными перегрузками, приводит к выходу вертолета на высоты более 15м на время, вполне достаточное для поражения его современными средствами ПВО.

Стандартные маневры в горизонтальной плоскости, как установившиеся, так и не установившиеся (например, виражи и форсированные развороты с предельными значениями крена, а следовательно, и перегрузками), значительно ужесточают требования к точности пилотирования, хотя и не увеличивают высоту полета. В этом случае на постоянных высотах в коридоре безопасности минимальное расстояние от концов лопастей до земли существенно уменьшается и может допускаться только безрассудными летчиками.

Поэтому некоординированные маневры на ПМВ приобретают первоочередную важность, обеспечивая максимальную маневренность в горизонтальной плоскости без выхода на высоты более 15 м и предельные значения углов крена и тангажа. В то же время стандартные координированные маневры с предельными перегрузками и, соответственно, максимальными угловыми скоростями крена и тангажа становятся менее важными на этих высотах, хотя их значение, например, в маневренном воздушном бою, бесспорно.

Этот фундаментальный вывод, сделанный в конце 70-х годов, еще на этапе проектирования Ми-28, обусловил новые требования к системам и агрегатам вертолета и заставил по-другому рассмотреть вопросы прочности, устойчивости и управляемости, а также конструкцию системы управления для гарантированного обеспечения минимально потребных зазоров между лопастями несущего и хвостового винтов и элементами фюзеляжа.

Из этих требований, ввиду громадного дефицита времени на принятие решения, больших психофизиологических нагрузок на летчика, обеспечения повышенной точности пилотирования вытекала необходимость практически полного исключения перекрестных связей в управлении, которые присущи вертолетам одновинтовой схемы. Кроме того, требовалась разработка принципиально новой автоматической системы улучшения устойчивости и управляемости (СУУУ), которая в сочетании с подобранными силовыми характеристиками и гармонией системы управления в значительной степени приблизила бы динамику пилотирования к желаемой для маневренного вертолета. Ведь при полетах на ПМВ недопустимо отвлекать летчика как недостаточной, так и избыточной управляемостью - на всех режимах она должна быть оптимальной.

ВСЕ эти мероприятия на вертолете реализовывались в конечном счете для того, чтобы обеспечить выживаемость на поле боя (при значительном усилении средств ПВО) в принципиально новом элементе применения - воздушных боях между вертолетами, и безопасного выполнения боевых задач менее квалифицированным летным составом.

В аспекте безопасности полетов одновинтовых вертолетов одна из основных проблем - обеспечение безопасных зазоров между лопастями несущего винта и элементами фюзеляжа. Для вертолетов соосной схемы - взаимное сближение концов лопастей верхнего и нижнего винтов, приводящее на определенных режимах к их "схлестыванию" и катастрофе. Это явление, по утверждению специалистов, присуще только вертолетам соосной схемы.

В первоначальный период боевого применения вертолетов Ми-8 в Афганистане были зафиксированы единичные случаи соударения лопастей несущего винта с хвостовой балкой. На Ми-24 имело место касание лопастей несущего и хвостового винтов соответственно с хвостовой и килевой балками.

Изучение этих происшествий показало, что на Ми-8 большинство из них происходило: на земле -при рулении и на пробеге после посадки "по самолетному", при достаточно больших отклонениях ручки управления на себя и минимальном общем шаге, а в полете -при выходе из "горки" с одновременным, почти полным, отклонением ручки управления на себя и уменьшением общего шага, когда лопасти несущего винта, имеющие повышенное маховое движение в условиях полета при перегрузке Пу < 1, и хвостовая балка движутся навстречу друг другу.

На вертолете Ми-24 такие случаи были зафиксированы только в полете при энергичном вводе в пикирование и выходе за пределы ограничений по минимальной перегрузке, а также при стрельбе из 30-мм пушки на пикировании при больших и несвоевременных отклонениях ручки продольного управления для парирования возникающего пикирующего момента.

Касание лопастями хвостового винта килевой балки происходило при выполнении поворотов на "горке" с реализацией больших значений угловых скоростей путем энергичного отклонения педалей с выключенным гидравлическим демпфером ножного управления, что запрещено инструкциями.

Все эти случаи, несмотря на то, что вертолет Ми-8 создавался как транспортный и на нем вообще не предполагалось выполнение маневров, указывали на необходимость проведения соответствующих конструктивных доработок в системах управления Ми-8 и Ми-24 для обеспечения гарантированных зазоров при выполнении маневров даже за пределами ограничений. Кроме этого, требовалось расширение диапазона действующих эксплуатационных ограничений по боевому маневрированию, т.к. практически всегда применение вертолетов происходило с существенным превышением установленных ограничений по углам крена, тангажа и вертикальной перегрузке, некоторым другим параметрам. И потому нужна была специальная подготовка летного состава для полетов на боевое применение в условиях высокогорья, ввиду того, что почти все летчики имели достаточную подготовку только на равнинной местности.

Для изучения вопросов увеличения боевой эффективности и живучести вертолетов Ми-8 и Ми-24, применявшихся в Афганистане, и выдачи соответствующих рекомендаций была создана комиссия специалистов в составе семи человек, в которую включили и автора этих строк.

Последовательное проведение на данных вертолетах всех мероприятий по доработкам систем управления, рекомендованных созданной комиссией, расширение диапазонов эксплуатационных ограничений и организация на одном из высокогорных полигонов страны специальной подготовки по вводу в строй направляемого в Афганистан летного состава способствовали повышению эффективности действий вертолетных частей, снижению неоправданных боевых и эксплуатационных потерь. А до этого, в апреле 1980 года, непосредственно в Афганистане, по указанию командующего 40-й армией, мною на вертолете Ми-24 было проведено обучение инструкторского состава оптимальной технике пилотирования при выполнении маневров в условиях высокогорья...

В статье Героя Советского Союза, заслуженного летчика-испытателя СССР Н.Бездетнова "Осторожно, прецессия" ("АС". 2001. N7) рассматривались вопросы взаимного сближения лопастей и возможное их соударение с последующим разрушением при энергичном запредельном маневрировании вертолетов соосной схемы. По мнению автора, проблема обеспечения безопасности при запредельном маневрировании возникает из-за больших угловых скоростей, что в гораздо большей степени присуще соосным вертолетам, на которых возможно получить высокие угловые скорости. Достаточно существенный разнос верхнего и нижнего винтов, в результате чего возрастает эффективная центровка, и меньшие моменты инерции относительно всех осей - основные обстоятельства, увеличивающие мощность управления соосного вертолета относительно продольной и поперечных осей.

В ПЕРВЫЕ фигуры высшего пилотажа, такие, как "петля Нестерова" и "бочка" (при их выполнении реализуются значительные величины угловых скоростей) были осуществлены на одновинтовом вертолете Ми-34 летчиком-испытателем Б.Савиновым в 1988 году. Созданная и реализованная математическая модель позволила летчику перед выполнением полетов пройти полную подготовку на пилотажном стенде. Последующий анализ и сравнение материалов испытаний с выбранной математической моделью показали правильность выполненных расчетов в соответствии с теорией несущего винта при криволинейном движении, по которой рассчитывается маховое движение лопастей, динамика движения летательного аппарата, его динамическая устойчивость и управляемость, другие параметры.

При впервые реализованных на отечественных одновинтовых вертолетах максимальных значениях суммарной угловой скорости (при выполнении правой "бочки", где зазоры должны быть наименьшими) минимальные зазоры между лопастями несущего винта и хвостовой балкой составляли более одного метра. В безразмерных величинах это соответствует маховому движению бета приблизительно равно 10 град. (без учета упругих деформаций), т.е. до соударения с хвостовой балкой лопасти несущего винта необходимо взмахнуть на угол около 10 град.

В 1993 году я участвовал в испытаниях на подтверждение маневренных характеристик вертолета Ми-28, включавших в себя выполнение "петель", "бочек", "переворотов", "полупетель" и другие фигуры. Эти испытания проводились не только для того, чтобы продемонстрировать маневренные возможности Ми-28, а, в основном, чтобы показать, что вертолеты одновинтовой схемы ограничений по выполнению пространственных маневров не имеют.

Летные испытания подтвердили расчеты: при реализации больших значений суммарных угловых скоростей, т.е. при выполнении "петель", "переворотов", "полупетель" и особенно "бочек", перебалансировка вертолета в продольном отношении довольно значительна, что напрямую связано с зазорами между лопастями несущего винта, хвостовой балкой и элементами конструкции фонаря кабины летчика.

Одна из особенностей вертолета Ми-28 - небольшая строительная высота, обусловленная габаритными требованиями по авиатранспортабельности. Эти ограничения по высоте, уменьшив эффективную центровку вертолета, ввели дополнительные сложности при решении не только вопросов устойчивости и управляемости, но и проблем безопасных зазоров между лопастями несущего винта, элементами конструкции фонаря кабины и хвостовой балкой.

Конструктивные решения в системе управления полностью закрыли вопрос зазоров на всех эксплуатационных режимах полета, сделали вертолет симметричным в управлении и сняли проблему устойчивости и управляемости. В конечном итоге, полученные характеристики устойчивости и управляемости позволили сделать вывод о возможности выполнения боевого задания и всех маневров как с включенным, так и с выключенным автопилотом.

Реализованная во время испытаний суммарная угловая скорость омега(2) = омега(x) + омега(z) приблизительно равно 90 град./сек, а с учетом угловой скорости рыскания чуть более 117 град/сек, обеспечила безопасные зазоры между лопастями и элементами фюзеляжа (хвостовой балкой и фонарем кабины). Для примера, на вертолете Ми-28 может быть получена максимальная угловая скорость крена (омега(x)) более 100 град/сек.

Минимальное расстояние между лопастями и хвостовой балкой (L мин = 1250 мм) было получено при проведении государственных испытаний Ми-28 путем создания минимальной перегрузки при выходе из "горки" далеко за пределами ограничений по этому параметру (на всех других режимах, включая "петли", "бочки", "перевороты", "полупетли" - зазоры больше). Максимально допустимое маховое движение лопасти до соударения с хвостовой балкой в этом случае составляет бета приблизительно равно 8 град. 27 мин (без учета упругости лопастей).

Таким образом, проведенные специальные испытания показали, что одновинтовые вертолеты Ми-34 и Ми-28 ограничений по выполнению пространственных маневров не имеют: ни по зазорам лопастей до элементов конструкции фюзеляжа, ни по угловым скоростям выполняемых маневров, ни по многим другим параметрам.

Сегодня в нашей стране только на одновинтовых вертолетах Ми-34 и Ми-28 выполняется полный комплекс фигур высшего пилотажа, включая "петли", "полупетли", "бочки" и "перевороты".

Величина взмаха до соударения лопастей друг с другом на соосном вертолете или с элементами фюзеляжа на одновинтовом при режимах максимального сближения - один из критериев, определяющий боевую живучесть машины. Решающую роль при этом играет возможное боевое повреждение лопастей, которое нельзя исключать на всех режимах полета, особенно при выполнении предельных маневров.

Очевидно, что боевая живучесть выше на том вертолете, который "допускает" возможность лопастям совершать большее (по абсолютной величине) маховое движение до соударения с элементами конструкции при их боевом повреждении. Как говорилось выше, на одновинтовом вертолете величина взмаха лопасти до соударения более чем в пять раз превосходит аналогичный параметр соосного вертолета.

АЛНАЛИЗ уязвимости несущих винтов вертолетов Ми-8 и Ми-24, применявшихся в "горячих точках" показал, что на несущий и рулевой винты приходится около 50 проц. всех повреждений. При этом, основные виды боевых увечий лопастей этих винтов - повреждения хвостовых отсеков и лонжеронов.

Как показывает анализ боевых действий, для вертолетов одновинтовой схемы наибольший интерес в плане выживаемости представляет повреждение лонжерона. Поражение хвостовых отсеков и даже полный отрыв нескольких из них в подавляющем большинстве случаев не является критичным для одновинтового вертолета и не перерастает в аварийную (катастрофическую) ситуацию. Хотя, как правило, при частичном повреждении хвостовых отсеков, особенно при их полном отрыве, маховое движение лопастей достигает значительных величин.

И в Афганистане, и в Чечне зарегистрированы случаи боевых повреждений лопастей несущих винтов, имевших до 20 пробоин в лонжеронах и хвостовых отсеках от различных средств поражения. В то же время, как показывает статистика, на лопасти хвостовых винтов приходится, очень малый процент боевых повреждений. В Чечне, например, не зарегистрировано ни одного случая перерастания особой ситуации в катастрофическую - все вертолеты благополучно возвращались на базы или совершали посадки на выбранные площадки..

Для вертолетов соосной схемы, в случае боевого повреждения лопастей, необходимо рассматривать не динамику поведения изолированного (поврежденного) несущего винта, как в одновинтовой схеме, а динамику системы двух несущих винтов с малыми углами взмаха лопастей каждого винта, при которой особая ситуация (из-за схлестывания лопастей) мгновенно может перерасти в аварийную (катастрофическую). Поэтому оба вида боевых повреждений критичны для выживаемости соосного вертолета.

Получается, при одинаковой боевой живучести лопастей вертолетов Ка-50 "Черная акула" и Ми-28, не самое опасное само по себе повреждение хвостовых отсеков у соосного вертолета с большой долей вероятности, чем у одновинтового, может перерасти в катастрофу.

Безопасность при маневрировании определяется не только величиной зазоров. У всех высокоманевренных американских боевых вертолетов "Кобра", "Апач", как и у российских Ми-24, Ми-28, Ка-50 и даже транспортных- "Блэк Хоук", "Пума", Ми-8, в отличие от самых маневренных самолетов - очень велика кривизна траектории, значительные угловые скорости маневрирования.

Специфика боевого применения вертолетов на ПМВ, при высоком уровне линейных и угловых ускорений, позволяет говорить о том, что психофизиологические нагрузки на летчика вертолета в настоящее время превышают аналогичный уровень у современных высокоманевренных самолетов. Эти обстоятельства требуют от него не только отличной техники пилотирования, но и глубокого понимания особенностей выполняемого маневра, знания основ прочности вертолета.

И еще один момент, о котором нужно помнить вертолетчику. В отличие от самолета, на который действуют, в основном, статические нагрузки, вертолет всегда подвержен не только постоянным, но и переменным напряжениям, влияющим на уровень повреждаемости конструкции, которая определяет ресурс основных агрегатов и систем машин (лопасти несущего и хвостового винта, втулки автомата перекоса, трансмиссия и т.д.). Главное при этом состоит в том, что, даже имея гарантированные зазоры между винтами у соосного вертолета и несущим винтом и элементами фюзеляжа на одновинтовых, при выполнении некоторого количества неразумных маневров (иногда одного), вследствие возникновения разрушительных постоянных и переменных напряжений, можно исчерпать весь ресурс, обычно исчисляемый (при грамотной эксплуатации) тысячами часов. Да еще потерять "вертушку" и погибнуть без воздейстия противника.

Такова природа вертолета, его объективная реальность, вне зависимости от того, в какой стране он спроектирован - на фирме "Белл" или "Сикорский", "Камов" или ОАО "МВЗ имени М.Л.Миля". Законы физики, аэродинамики и прочности везде одинаковы и их пока никто не отменял. Об этом вертолетчик должен помнить всегда.

 
Ссылки по теме:
Дайджест прессы за 30 апреля 2003 года | Дайджест публикаций за 30 апреля 2003 года
Авторские права на данный материал принадлежат журналу «Армейский сборник». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Связи: Ми-28, Ка-50, Камов, АС (в процессе тестирования)