В конце 1951 года перед конструкторами поставили задачу, которая напрямую противоречила запасу прочности тогдашнего советского металла и возможностям станкостроения. Стране жестко потребовался тяжелый аппарат, способный забросить на 400 километров две тонны оборудования или дивизионные пушки с расчетом. Одиночный винт с такой массой тогда не справлялся — не существовало ни лопастей нужной длины и жесткости, ни автоматов перекоса, способных переварить гигантские нагрузки. И тогда, под давлением жестких сроков профильного министерства, КБ Яковлева решилось на крайность — засунуть в один фюзеляж два могучих мотора и два огромных винта по продольной схеме. Этот прагматичный выбор превратил доводку первого советского «летающего вагона» в настоящий инженерный ад.
Заложник продольной схемы
Так родился Як-24 — машина, сотканная из суровых технологических компромиссов. В эпоху, когда авиационный бензин лили рекой, а технологи на заводах бились за каждый процент брака при отливке сложных картеров, использовать наработки американца Пясецкого было огромным риском. Продольное расположение винтов решало главную проблему — оно давало колоссальный объем грузовой кабины без нарушения центровки.
Можно было загонять внутрь ГАЗ-69, закатывать артиллерию, не боясь, что тяжело груженый вертолет клюнет носом. Но за эту ровную палубу пришлось заплатить сложнейшей, капризной и тяжелой кинематикой.
Два звездообразных мотора — один сразу за кабиной пилотов, второй в самом хвосте — выдавали огромный крутящий момент. Звук их работы сворачивал кровь: оглушительный низкочастотный рев, плотно смешанный с металлическим лязгом тяжелых шестерен. Внутри корпуса стоял стойкий, въедливый запах перегретого авиамасла, жженой резины и солярки. Но главной головной болью инженеров были не моторы. Куда сложнее было заставить два гигантских несущих винта, чьи диски вращения пересекались в пространстве, работать как единый монолитный механизм.
Хроническая болезнь трансмиссии
Узким местом конструкции предсказуемо стал синхронизирующий вал. Если у классического вертолета длинный хвостовой вал крутит лишь легкий рулевой винтик, то здесь многометровая толстостенная труба, проходящая прямо под потолком грузовой кабины, жестко связывала два могучих главных редуктора.
Если один из винтов дрогнет и собьется с такта хоть на долю секунды — лопасти намертво схлестнутся. Четырнадцать тонн металла неизбежно превратятся в падающий огненный шар из-за банального сбоя в шестернях. Металл отчаянно сопротивлялся. Скручивающие нагрузки на этот вал при перегазовках и резких изменениях шага были запредельными.
Фюзеляж вертолета в полете неизбежно «дышал» — ферма изгибалась под нагрузкой, меняя геометрию корпуса. Опоры вала смещались, шлицевые соединения начинало закусывать на сухую. Допуски, которые на чертежах казались идеальными, в суровой реальности серийного завода начинали безжалостно гулять. Во время госиспытаний сырой металл показал свой характер: на одном из переходных режимов промежуточные узлы трансмиссии не выдержали крутильного резонанса и разлетелись, перебив топливные магистрали, из-за чего одна из опытных машин сгорела дотла.
Срезать шлицы или порвать муфту в воздухе означало верную смерть. Инженерам приходилось на ходу утолщать стенки, менять марки легированных сталей и усиливать промежуточные опоры, жертвуя драгоценными килограммами полезной нагрузки. Для летчиков это было вопросом элементарного выживания, а для завода — единственным способом не остановить конвейер в условиях жесточайшего дефицита зуборезных станков высокого класса точности.
Физика вибрации и подрезка лопастей
Второй тяжелый удар нанесла аэродинамика продольной схемы. Як-24 трясло так, что у пилотов темнело в глазах от перегрузок. Специфический вой раздатки и жесткая, выматывающая дробь по всему фюзеляжу стали визитной карточкой аппарата. Проблема крылась в самой сути аэродинамики: на крейсерской скорости мощный, закрученный воздушный поток от переднего винта уходил назад и бил точно по лопастям заднего ротора.
Возникал тяжелый эффект наложения частот. Чугунные цилиндры моторов, стальные трубы несущей фермы, дюралевая обшивка — все это моментально входило в жесткий резонанс.
Машина буквально пыталась разобрать саму себя на заклепки прямо в воздухе.
Красивая теория разбивалась о заводскую практику. Инженерам пришлось отложить расчеты и начать лечить вертолет «хирургическим» путем прямо на продуваемом полигоне. Лопасти несущих винтов тупо обрубили на полметра каждую, чтобы принудительно изменить частоту собственных колебаний. Углы установки огромного V-образного оперения перекраивали заново с помощью болгарок и сварки. Тяжелая, холодная работа по переборке узлов с кувалдой и динамометрическим ключом дала свой результат — к 1955 году вибрацию удалось силой загнать в тесные рамки советских допусков.
Тросовая паутина и тепловой ад
Управлять этой махиной было отдельным видом физического труда. Если на обычном вертолете ручка циклического шага просто наклоняет диск ротора, то здесь пилот через сложнейшую механику заставлял один винт тянуть сильнее другого. Чтобы полететь вперед, нужно было филигранно изменить общий шаг: передний чуть разгрузить, задний нагрузить.
Вся эта кинематика висела на сотнях метров стальных тросов, качалок и жестких тяг, протянутых через весь ледяной, вибрирующий фюзеляж. Малейший износ или люфт в шарнирах — и вертолет начинал рыскать по курсу, требуя от летчика постоянной работы тугими педалями.
Скрытой проблемой, о которой помалкивали в отчетах, был тепловой режим хвостового узла. Задний мотор стоял высоко в глухом отсеке под потолком. Если передний двигатель хоть как-то обдувался набегающим потоком сквозь жалюзи, то хвостовой агрегат варился в собственном соку, особенно на режимах висения, когда скорость потока падала до нуля. Термопары показывали критические значения, масло начинало стремительно гореть и коксоваться.
Отремонтировать эту махину в поле — задача для людей со стальными суставами. Попробуйте снять прогоревший цилиндр с заднего мотора, балансируя на шаткой стремянке на пронизывающем ветру, когда инструмент так и норовит сорваться в бездонное нутро фюзеляжа. Доступ к тягам автоматов перекоса, намертво зажатым между массивными картерами редукторов, требовал от механиков невероятной изворотливости.
Кто сам центровал длинные составные валы между редукторами на отечественной тяжелой технике — сколько монтировок и мата уходило, чтобы поймать соосность опор и не угробить шлицы при первом же пуске?