В авиации Дмитрий оказался в военные годы. Став, силой обстоятельств, летчиком-испытателем вертолета, он полюбил этот необычный для тех лет летательный аппарат, и, когда учил его первым шагам, одновременно пытался понять, почему что-то получается не так, предлагал конструкторам свое видение проблемы, свои решения.
Он родился в Москве 30 октября 1920 года в семье служащего мануфактурного магазина Константина Николаевича Ефремова 1889 года рождения. Мать Дмитрия, Воронцова Раиса Ильинична, родилась в Москве в 1895 году и тоже была служащей.
В 1928 году Дима поступил в среднюю школу. Материальное положение семьи нелегкое, к тому же заболела мать. В 1938 году, не доучившись, он поступил слесарем на авиационный завод. Война застает его курсантом Бауманского аэроклуба. Клуб направляет его в Саратовскую Военную Авиационную планерную школу. После окончания летных курсов с 1942 года Ефремов участвует в боях в качестве пилота-планериста, летает в тыл врага с боеприпасами для попавших в окружение, вывозит раненых. Заслуги боевого планериста отмечены медалью “За отвагу”. В конце войны он становится летчиком-испытателем, затем, в 1946 году летчиком-инструктором Военно-авиационной школы ВДВ в Славгороде. В 1946 году Ефремов женится на метеорологе Екатерине Васильевне Макушкиной. В 1948 и 1951годах в молодой семье появляются дети Михаил и Ирина. В январе 1948 года, после демобилизации, Ефремов устраивается на работу техником в ЦАГИ.
В ноябре 1948 года его переводят в только что созданное ОКБ Н. И. Камова. Здесь в качестве авиационного механика он проводит ресурсные испытания вертолета Ка-8. Ни на минуту его не оставляет желание летать. Выполнить это желание помогает изобретенный летчиком М. Д. Гуровым тренажер “треле”, который позволяет вертолету подниматься на небольшую высоту и перемещаться вперед и назад в пределах, допускаемых тросовой привязью. Забравшись в кресло пилота, Ефремов поднимает вертолет на несколько метров от земли, приобретая навыки управления.
Тренажер становится его летной школой. В сентябре 1949 года Камов назначает Ефремова летчиком – испытателем и вскоре подключает его к летным испытаниям второго экземпляра вертолета Ка-10. За 27 дней октября 1950 года Ефремову удалось завершить программу заводских испытаний, которая до этого выполнялась несколько месяцев. В ноябре 1950 года Ефремов участвует в проведении государственных испытаний Ка-10, которые проходят на Тиш-озере под Ригой.
В 1951 году на праздновании дня Военно-Морского флота пилоты Ефремов и Гредюшко продемонстрировали “парное катание”: эффектную картину синхронного полета двух вертолетов Ка-10 с посадкой и взлетом с движущихся кораблей.
В конце 1952 года Камов направляет Ефремова для проведения испытаний Ка-10 на кораблях Черноморского флота.
Опыт эксплуатации вертолета Ка-10 в приближенных к боевым условиях стал незаменим при разработке вертолета Ка-15 - двухместного, с закрытой кабиной корабельного вертолета, оснащенного современным оборудованием, - вертолета, о котором мечтал Ефремов во время своего новороссийского похода. Работа над эскизным проектом Ка-15 началась весной 1951 года. В свободное от летной работы время Ефремов шел со своими мыслями к конструкторам, аэродинамикам. Его предложения находили полное понимание и поддержку у Камова и его ближайших помощников.
14 апреля 1953 года Ефремов совершил первый полет на вертолете Ка-15. С этой машиной Камов связывал много надежд, поскольку она была призвана удовлетворить важные запросы авиации Военно-Морского флота и народного хозяйства. На ранее разработанных вертолетах Ка-8 и Ка-10 диаметр несущего винта составлял 5,6 м, на вертолете Ка-10М он был увеличен до 6,12 м, а диаметр несущего винта вертолета Ка-15 достиг величины 9,96 м. Увеличение размерности машины породило ряд новых технических трудностей, особенно острой стала проблема вибраций. В борьбу с “тряской” вертолета Ка-15 Ефремов включил не только свое мастерство летчика, но и аналитический ум инженера и ученого. Летные испытания машины Ефремов предварял анализом и расчетами.
Летчики - народ разный. У одного после полета не добьешься лишнего слова - он молча уходит в летную комнату, пишет свои замечания и уходит. Другой словоохотлив, подробно описывает поведение машины, свои ощущения.
У Ефремова, после того как он сажал машину, работа только начиналась. Вертолетчикам всегда досаждала вибрация. В ходу была шутка: «вертолет летает, потому что трясется». Ефремов не только тщательно анализирует поведение вертолета в полете и описывает характер вибраций, но пытается разобраться в физике явлений. После полета он идет в конструкторское бюро, допытывается до сути увиденных и прочувствованных явлений, предлагает свои рецепты лечения вибраций, все более уверенно отстаивает свои предложения.
Ефремов впервые описал особенности вибраций соосного вертолета и дал предложения по балансировке и регулировке его несущей системы. Он рассматривает “ударную” тряску, вызываемую ударами лопастей об ограничители, обосновывает оптимальные углы установки этих ограничителей, анализирует роль отдельных, влияющих на вибрации элементов, в том числе вертикальных шарниров, затяжки фрикционных демпферов, люфтов в управлении, деформаций вала верхнего винта, состояния поверхностей лопастей, не идентичности их форм, различное закручивание лопастей под действием аэродинамических сил, неточности изготовления вращающихся частей - втулок, автоматов перекоса, шлиц-шарниров. По расчетам Ефремова каждый градус закрутки лопасти уводит лопасть из конуса на 10 мм, что эквивалентно 15 минутам установочного угла лопасти. Для определения направления действующей несбалансированной силы он предлагает методику весовой балансировки несущих винтов с навеской в определенном порядке различных по весу грузов на различные лопасти, с замером вибраций для каждого варианта навесок и построением “розы вибраций”. Важный вывод Ефремова - несущая система вертолета практически не может быть сбалансирована и отрегулирована только статическими методами. Считая, что основной причиной вибраций является нарушение углов между лопастями в плоскости их вращения - “центрального” угла - Ефремов разрабатывает метод точного регулирования этого угла и метод “сведения лопастей в одну” при помощи стробоскопа, обороты которого устанавливаются равными утроенной частоте оборотов несущего винта. При этом лопасти различаются по наклеенным на концевые части лопастей хвостикам, а чтобы при наблюдении хвостики не казались размытыми, щель в стробоскопе выбирается достаточно узкой (0,1 - 0,15 мм).
На вертолете Ка-15 процесс регулировки несущей системы представлял собой довольно мучительную операцию. Причина состояла в том, что карданная подвеска верхнего автомата перекоса жестко закреплялась на валу верхнего винта, а карданная подвеска нижнего автомата перекоса жестко крепилась к валу нижнего винта. Расстояние между местами посадки автоматов - перекоса “гуляло” в пределах люфтов редуктора и могло не совпадать с длиной тяг, соединяющих автоматы перекоса. Пришлось в эти соединительные тяги вставлять винтовые пары, чтобы они могли регулироваться по длине. При этом нарушалась взаимная параллельность автоматов перекоса, и возникал еще один источник вибраций.
Чтобы упростить регулировку несущей системы Ефремов предложил так изменить конструкцию колонки, чтобы карданная подвеска верхнего автомата перекоса получила возможность свободно перемещаться вдоль вала верхнего винта. При этом, чтобы обеспечить взаимную параллельность автоматов перекоса, надо было всего лишь изготовить соединительные тяги одинаковой длины.
Реализовать эту идею Ефремову помогли Камов и ведущий конструктор несущей системы Александр Иванович Власенко. Трем авторам выдали авторское свидетельство №128302 на изобретение “Подвеска автоматов перекоса несущих винтов вертолетов соосной схемы” с приоритетом от 27 октября 1959 года.
С использованием этого изобретения выполнены все существующие колонки соосных вертолетов. Другим изобретением Ефремова с теми же соавторами стало “Устройство для демпфирования колебаний лопастей верхнего несущего винта вертолета соосной схемы” (а. с. №128301 с приоритетом от 27 октября 1959 года). Это устройство, названное в техническом обиходе “треугольником”, представляло собой систему трех механических демпферов, соединяющих лопасти винта в плоскости их вращения. Выполненные в виде подпружиненных телескопически смонтированных штанг и корпусов, демпферы сочленялись с вилками лопастей при помощи регулируемых шарнирных наконечников. “Треугольник” центрировал лопасти, препятствовал смещению общего центра тяжести лопастей от оси их вращения. При этом уменьшались оборотные вибрации, а также повышались запасы устойчивости по отношению к автоколебаниям типа “земной резонанс”.
Одно из наблюдений Ефремова: “Вал верхнего винта на нашей машине под действием силы в 5 кг прогибается на 2-3 мм, что совершенно недопустимо”.
Конструкторы редуктора ввели третью опору вала; длину самого вала уменьшили на 150 мм.
Ефремов провел большое число испытаний по земному резонансу, флаттеру, сближению, определению характеристик устойчивости и управляемости вертолета во всем диапазоне эксплуатационных режимов. Одним из первых летчиков Ефремов исследовал наиболее опасные режимы полета соосного вертолета: посадку на авторотации и спуск в режиме “вихревого кольца”. Разработанные им рекомендации по действиям пилота в этих условиях легли в основу Руководств по летной эксплуатации вертолетов Ка-15, Ка-18.
Пилот Ефремов фактически стал соавтором вертолетов Ка-15 и Ка-18, помог довести их до стадии серийного производства и эксплуатации.
Другая машина, в испытаниях которой Ефремов проявил творческие способности - винтокрыл Ка-22. Ефремов стал первым пилотом первого в России комбинированного летательного аппарата. Перед началом полетов Ефремов осторожно прощупывал поведение машины в наземных испытаниях и испытаниях на привязи. 17 июня 1959 года на кинопленке зафиксирован первый отрыв винтокрыла от земли. 15 августа Ефремов три раза поднял винтокрыл на высоту 2-3 метра. Шаг за шагом Ефремов осваивал технику полета. Управлять машиной было сложно, к тому же мешали технические неполадки и отказы. По рекомендациям Ефремова в ходе испытаний в конструкцию винтокрыла вносились многочисленные изменения. Наконец, 20 апреля 1960 года Ефремов вместе с летчиком В.М. Евдокимовым совершает первый полет винтокрыла по кругу. Полет оказался не вполне удачным - при наборе высоты с лопасти правого несущего винта в районе триммера сорвалась обшивка хвостика. Конструкцию лопасти улучшили, испытания продолжили.
Одновременно с выполнением летных испытаний винтокрыла Ефремов принимает участие в доводке первого отечественного вертолетного тренажера.
9 июля 1961 года Ефремов демонстрирует винтокрыл на воздушном параде в Тушино. 7 октября 1961 года на замкнутом 100-километровом маршруте пилотируемая им машина развила рекордную скорость - 336, 76 км/час, причем на отдельных участках скорость полета доходила до 375 км/ч. 24 ноября этого же года Ефремов установил сразу 6 мировых рекордов грузоподъемности. Винтокрыл поднял 16,5 тонн на высоту два с половиной километра.
Ефремов погиб не во время испытательного полета. Впрочем, в те времена каждый полет на летательном аппарате необычной схемы мог считаться испытательным. Катастрофа случилась при перегоне серийного винтокрыла, изготовленного в Ташкенте, на летную станцию Ухтомского вертолетного завода. Из семи членов экипажа не спасся никто. На штурвале разрушенной машины осталась кисть руки Ефремова, разжать которую не смогла даже смерть. Он боролся до последнего...