Ка-22 (Проект «X») — советский винтокрыл

В середине 50-х годов ОКБ принимает революционное решение строить по тактико-техническим требованиям, заданным Министерством обороны, экспериментальный винтокрыл Ка-22 поперечной схемы с двумя несущими винтами на концах консолей крыла и двумя тянущими винтами.

Это был новый для отечественной авиации тип летательного аппарата, сочетающего в себе достоинства вертолета, способного выполнять вертикальные взлет и посадку, и самолета, имеющего большие, по сравнению с вертолетом, грузоподъемность, дальность и скорость полета.

Главное внимание коллектива создателей винтокрыла Н.И.Камов сосредоточил на конструировании скоростных несущих винтов, определявших возможность достижения комбинированным летательным аппаратом скорости 400…450км/ч. На больших скоростях полета крыло аппарата должно было максимально разгрузить несущие винты, обеспечив малые коэффициенты сопротивления. Это позволяло иметь окружную скорость концов лопастей, равную скорости звука, а несущему винту работать на режиме, близком к режиму авторотации. Принципиально важным оказалось решение Н.И.Камова на больших скоростях полета машины сохранить на несущих винтах минимально необходимую нагрузку, достаточную для демпфирования их колебаний и обеспечения устойчивого поведения при маневрировании.

Создание и доводка Ка-22 потребовали выполнения большого объема теоретических и экспериментальных исследований. Под руководством С.Я.Финкеля был разработан пакет методик выбора параметров и основных летных характеристик аппарата, аэродинамического расчета, компоновки лопастей несущего винта машины, расчета внешних нагрузок, балансировки и др. Проводились специальные исследования для обеспечения оптимальных характеристик переходных режимов полета винтокрыла, подбора жесткостных характеристик элементов конструкции, предотвращения флаттера лопастей несущих винтов и явления «земного резонанса». Большое внимание было уделено решению проблем, связанных с устойчивостью и управляемостью комбинированного летательного аппарата. Результаты теоретических методов расчета удалось подтвердить на многочисленных моделях, стендах и специальных установках, а также в процессе летных испытаний.

Необычный летательный аппарат первым поднял в воздух 15 августа 1959 года летчик—испытатель Д.К.Ефремов.
В 1961 году экипаж ОКБ во главе с Д.К.Ефремовым установил на Ка—22 восемь мировых рекордов, в том числе рекорды скорости — 356.3км/ч, и максимальной массы груза, поднятого на высоту 2000м — 16485кг, которые не побиты до настоящего времени. В этой связи обращают на себя внимание данные винтокрыла: максимальная взлетная масса — 42500кг; размеры грузовой кабины: длина — 17.9м; высота — 2.8м; ширина — 3.1м. Чтобы представить масштабность решенной ОКБ задачи, достаточно сравнить максимальную взлетную массу Ка—22 (42500кг) и самого большого, к тому времени, вертолета Ка-25 (7000кг).
К сожалению, роковую роль в судьбе Ка—22 сыграли два тяжелых летных происшествия, причину которых в то время так и не удалось установить однозначно. Руководство ВВС после этого не смогло преодолеть возникшее недоверие к летательному аппарату и не предоставило ОКБ возможность довести машину. Тем не менее проектирование, строительство и испытания такого сложного и большеразмерного винтокрылого аппарата позволили специалистам фирмы подняться на новый, более высокий научно-технический уровень.

Экспериментальный винтокрыл Ка—22 представляет собой комбинированный летательный аппарат, занимающий промежуточное положение между вертолетом и самолетом по принципам создания подъемной силы и управления ею. Этот десантно—транспортный аппарат планировалось использовать для перевозки людей, крупногабаритных грузов и техники в большеразмерной грузовой кабине, по объему превосходящей кабину десантно—транспортного самолета Ан—12.

Отдельное направление работ было связано с созданием скоростных несущих винтов винтокрыла и обоснованием его динамической компоновки. Была построена механизированная модель винтокрыла с работающими несущими винтами. Испытания модели проводились в аэродинамической трубе в ЦАГИ. Скорость потока воздуха в трубе доводили до 125м/с. При этом безразмерная тангенциальная составляющая скорости воздуха в плоскости винта достигала 0.58, а скорость концов лопастей — скорости звука.

Несущая система летательного аппарата комбинированного типа состоит из крыла и двух несущих винтов на его концах. Несущие винты, создавая необходимую тягу, обеспечивают взлет и посадку по—вертолетному, а также полет на малых скоростях. Большие по площади закрылки на режимах висения и полета на малых скоростях отклоняются вниз на 90°, уменьшая потери тяги от обдувки крыла винтами. По мере увеличения скорости подъемная сила крыла возрастает, разгружая несущие винты. На больших скоростях результирующая подъемная сила на 80…90% создается крылом, пропульсивная сила несущих винтов имеет минимальное значение, а продольная сила практически полностью формируется тянущими винтами с изменяемым шагом. Это позволяет достичь на винтокрыле существенно больших, чем на вертолете, скоростей полета. В испытательном полете винтокрыл развивал скорость 370км/ч.

На этапе летных испытаний при освоении поступательного движения машины на стандартные управляющие действия пилота винтокрыл отвечал непредсказуемой реакцией. Моделирование поведения винтокрыла помогло разобраться в этом явлении. После тщательного анализа результатов испытаний на винтокрыле и тренажере система управления была подвергнута существенной переделке. Ввели механизмы отключения самолетных и вертолетных органов управления на определенных режимах полета. Элероны жестко зафиксировали и исключили из системы поперечного управления. Изменили диапазон отклонения органов управления. Проведенные доработки системы управления существенно улучшили управляемость винтокрыла, однако на некоторых режимах полета она оставалась неудовлетворительной. Было принято решение об установке на Ка—22 дифференциального автопилота, завершившего формирование системы управления аппаратом.

Таким образом в результате моделирования, экспериментальных исследований на тренажере и летающей лаборатории, летных испытаний машины были достигнуты приемлемые характеристики устойчивости и управляемости винтокрыла Ка—22. Это подтвердили и успешно завершившиеся заводские испытания винтокрыла, а затем и установленные на нем восемь мировых рекордов.