Иван Павлович Братухин

Все вертолеты мира | Авиационный музей

Иван Павлович Братухин
( ???? - ???? )
В истории отечественной авиации особая роль принадлежит Ивану Павловичу Братухину — главному конструктору, под руководством которого разработан ряд оригинальных винтокрылых аппаратов, и выдающемуся ученому, воспитателю инженеров-вертолетчиков в Московском авиационном институте, где более 25 лет он руководил кафедрой “Конструкция и проектирование вертолетов”.

Свой путь в авиастроение Братухин начал в 1926 году, когда пришел в Центральный Аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) в качестве стажера-практиканта Московского Высшего Технического училища. Надо сказать, что в дальнейшем Иван Павлович успешно совмещал деятельность инженера и преподавателя. После окончания МВТУ он становится в 1930 году первым аспирантом МАИ, а в 1932 году Братухина зачисляют на должность доцента — также одного из первых в этом институте.

В ЦАГИ Иван Павлович поступает в экспериментально-аэродинамический отдел (ЭАО), руководитель которого, профессор Б.Н.Юрьев ( ученик Н.Е.Жуковского) создал специальную геликоптерную группу. Туда вошли молодые инженеры, чьи фамилии впоследствии составили золотой фонд отечественного вертолетостроения: И.П.Братухин, К.А.Бункин, А.М.Изаксон, А.М.Черемухин и другие.

Наш стажер сразу попадает в творческую атмосферу, способствующую поиску новых решений. Он стремится расширить свои познания, слушает лекции ведущих ученых ЦАГИ — профессоров В.В.Голубева, А.Н.Некрасова, Г.М.Мусиянца и Б.Н.Юрьева. Сам выступает в печати с научными статьями. В 1928 году Братухина вместе с другими студентами МВТУ направляют в трехмесячную зарубежную командировку на преддипломную практику — для ознакомления с конструкцией автожиров, методом их расчетов и результатами летных испытаний.

Геликоптерную группу ЦАГИ в 1928 году преобразуют в сектор особых конструкций (СОК), и там начинается проектирование первого отечественного геликоптера, получившего название ЦАГИ 1-ЭА (ЭА - экспериментальный аппарат). Он был выполнен по одновинтовой схеме с четырехлопастным несущим винтом и двумя ротативными поршневыми двигателями. Реактивный крутящий момент несущего винта уравновешивался с помощью четырех рулевых винтов, установленных попарно в носовой и хвостовой части форменного фюзеляжа. Постройкой аппарата руководил А.М.Черемухин (впоследствии известный ученый-прочнист), который совершил и все 88 полетов на этой необычной машине. Летчик настолько освоил управление геликоптером, что 14 августа 1932 года ему удалось достичь наибольшей высоты в 605 метров. Этот результат стал неофициальным мировым рекордом, не превзойденным еще долгие годы. Например, признанный рекорд высоты, установленный на итальянском вертолете “Асканио” в 1934 году, составлял лишь 18 метров.

Иван Павлович активно участвовал в проектировании отдельных агрегатов ЦАГИ 1-ЭА и в проведении экспериментальных работ. За выполнение теоретического исследования по определению сил, действующих на автомат перекоса, его отметили в 1932 году благодарностью и премией. Развитием экспериментальной машины ЦАГИ 1-ЭА стал модифицированный вертолет ЦАГИ 5-ЭА, имеющий такие же фюзеляж, двигатели и шасси. Новым был несущий винт, принципиальную схему которого предложил И.П.Братухин — руководитель всех проектных работ по этому аппарату. Для повышения устойчивости вертолета и обеспечения безопасности полета конструктор решил разделить функции создания подъемной силы и управления, для чего скомбинировал два трехлопастных винта. Три большие лопасти образовали несущий винт диаметром 12м, а три малые лопасти, закрепленные на втулке между большими лопастями и имевшие в диаметре 7.8м, предназначались для управления вертолетом в продольном и поперечном направлениях.

Летные испытания ЦАГИ 5-ЭА, последовавшие после проведения наземных испытаний, продолжались с 1933 по 1936 год. Вертолет неизменно пилотировал Черемухин. Поэтому конструкторы получили полное представление о работе комбинированного винта, который обеспечил значительное повышение устойчивости машины и надежную управляемость.

Одновременно с проектированием вертолетов 1-ЭА и 5-ЭА Братухин уделял много внимания изучению теории несущего винта с учетом махового движения лопастей на режимах горизонтального полета. Основополагающей тогда была теория, разработанная для расчета автожиров английскими учеными-аэродинамиками Глауэртом и Локком. Изучив их труды, проведя собственные теоретические и экспериментальные исследования, Братухин подготовил обобщающую работу “Автожиры. Теория и расчеты”, которая после опубликования в Оборонгизе в 1934 году стала на долгие годы основным пособием по теории винтокрылых аппаратов. Характерно, что сам Иван Павлович всю жизнь оставался верен вертолетам, считая их более перспективными летательными аппаратами, чем автожиры.

Проектирование следующего вертолета - ЦАГИ 11-ЭА - началось в 1934 году. Для него Братухин предложил оригинальную комбинированную схему, позволяющую сочетать возможности вертикального взлета и посадки с большой скоростью самолета. Двухместный вертолет имел несущий винт, аналогичный винту на ЦАГИ 5-ЭА.

Фюзеляж ферменной конструкции с трехстоечным шасси сваривался из хромомолибденовых труб и обшивался дюралевыми листами (моторный отсек), фанерой и полотном. К фюзеляжу крепились крылья площадью 11.3м², на которых стояли рулевые металлические трехлопастные винты. В пе-редней части фюзеляжа находился двигатель жидкостного охлаждения “Кертисс-Конкверер” мощностью 630лс. Аппарат имел нормальное самолетное управление - киль с рулем поворота и стабилизатор с рулем высоты. По-вертолетному ЦАГИ 11-ЭА управлялся с помощью автомата перекоса (менялся шаг несущего винта) и рулевых винтов.

В 1936 году постройку ЦАГИ 11-ЭА закончили и перешли к испытаниям на привязи. В дальнейшем машину модифицировали, присвоив ей обозначение ЦАГИ 11-ЭА ПВ (пропульсивный вариант). Доработанный вертолет получил новый несущий винт с цельнометаллическими лопастями, а крыло заменили на ферму из сварных труб. Вместо двух рулевых винтов установили четыре меньшего диаметра, но с большим разносом (11 метров вместо 8).

Летные испытания начались в 1940 году. После многочисленных рулежек на земле летчик Д.И.Савельев в октябре совершил и первый настоящий полет. К весне 1941 года возможности вертолета в основном были выявлены, однако достигнутые результаты не удовлетворяли проектировщиков. Наибольшая высота полета составила 50м, а максимальная горизонтальная скорость была около 60км/ч. Эти показатели могли быть значительно выше, поскольку вертолет обладал хорошей управляемостью и удовлетворительной устойчивостью - помешал небольшой ресурс двигателя.

Тем временем И.П.Братухин вместе с Б.Н.Юрьевым трудились над принципиально новым проектом вертолета двухвинтовой поперечной схемы. В январе 1940 года при Московском авиационном институте создали опытно-конструкторское бюро (ОКБ-3), которым до марта того же года руководил Юрьев. Затем его возглавил Братухин. Ядро коллектива составили инженеры и конструкторы, работавшие прежде по вертолетной тематике в секторе особых конструкций ЦАГИ.

Первый эскизный проект вертолета “Омега” был рассмотрен и утвержден 27 июля 1940 года. Эта машина имела форменный фюзеляж из труб, обшитый полотном. В носовой части располагалась двухместная кабина с фонарем — летчик и пассажир сидели друг за другом. К фюзеляжу крепились фермы, на концах которых стояли мотогондолы с двигателями воздушного охлаждения МВ-6 мощностью 220лс каждый (по одному на несущий винт). Двигатели через редукторы вращали в разные стороны цельнометаллические трехлопастные винты диаметром семь метров. Редукторы были связаны валом синхронизации, что позволяло уравновесить реактивные крутящие моменты винтов. Это обеспечивало продолжение полета при выходе из строя одного из двигателей и на режиме авторотации. Заводские летные испытания “Омеги” начал в августе 1941 года летчик К.И.Пономарев. Они проходили успешно, но были прерваны в связи с эвакуацией МАИ. Полеты возобновились через полгода в Средней Азии, под Алма-Атой. Из-за жаркой погоды и ненадежной работы двигателей полностью снять летные характеристики не удалось. Однако машина показала себя достаточно устойчивой, а система управления — работоспособной и надежной. Можно сказать, что именно тогда открылась дорога новому поколению вертолетов двухвинтовой поперечной схемы.

В сентябре 1944 года, уже в Москве, завершили постройку вертолета “Омега II” с двумя звездообразными двигателями воздушного охлаждения МГ-31Ф взлетной мощностью по 350лс, показавшего во время испытаний вполне удовлетворительные пилотажные свойства и летные данные. В 1946 году летчик М.К.Байкалов продемонстрировал эту необычную машину на авиационном параде в Тушино.

Москвичи тогда могли увидеть и вертолет Г-3 ( в варианте артиллерийского корректировщика), который сохранил принципиальную схему и большую часть агрегатов “Омеги II”, отличаясь двигателями Pratt-Whitney К-985 со взлетной мощностью 450лс. Это была первая серийная машина ОКБ-3, хотя серию сделали опытной и небольшой — всего пять экземпляров. Во время летных испытаний один из Г-3 потерпел 7 января 1947 года аварию из-за усталостной поломки вала несущего винта. Вертолет разбился, но летчики А.К.Долгов и В.В.Ковынев остались живы — правда, оба получили травму позвоночника.

“Тройка” оказалась в самом начале ряда вертолетов, поступивших на вооружение строевых частей ВВС. В 1948 году под Серпуховым организовали вертолетную эскадрилью, где летчиков тренировали на двух Г-3. В целях безопасности на полеты этих машин ввели существенные ограничения: высота — не более 10 метров, скорость — не выше 30км/ч.

Запасы импортных “Пратт-Уитни” полностью исчерпались, и для продолжения серийного выпуска Г-3 конструкторы модифицировали его под двигатели отечественного производства АИ-26ГР конструкции А.И.Ивченко (взлетной мощностью 500лс). Это был первый советский мотор, предназначенный специально для винтокрылых машин и снабженный вентилятором для охлаждения на режиме висения. Новая машина получила индекс Г-4.

Заводские испытания проводил в октябре 1947 года М.К.Байкалов. Планировали впервые в СССР совершить посадку на авторотации, но из-за ошибки летчика 28 января 1948 года случилась авария, и программу испытаний на вертолете закончить не успели.

Второй Г-4 начал летать под управлением К.И.Пономарева с ноября 1947 года. За два месяца на машине выполнили 44 полета, включая и посадки на авторотации. В период, когда летал дублер Г-4, агрегаты вертолета прошли 100-часовые ресурсные испытания — таково было требование заказчика. В дальнейшем подобные испытания стали непременным условием доводки каждого опытного вертолета.

На воздушном параде в Тушино в 1947 году успешно демонстрировались уже три вертолета ОКБ-3: два Г-3 и один Г-4. На автора этих строк — молодого человека, только что поступившего в МАИ — это зрелище произвело неизгладимое впечатление, определив будущую привязанность к винтокрылой технике на всю жизнь.

Вертолет Г-4 собирались построить опытной партией в десять экземпляров. Однако со стапелей сошло лишь четыре машины, а с 1948 года дальнейшие работы по “четверке” были приостановлены. В ОКБ-3 думали уже о более крупных вертолетах — многоцелевых летательных аппаратах, способных решать различные задачи: перевозить людей и грузы, проводить авиаразведку и другие.

В 1945 году началось проектирование опытного шестиместного пассажирского вертолета Б-5, который также выполнялся по двухвинтовой поперечной схеме, но, в отличие от своих предшественников, имел большие размеры и грузоподъемность. Особенностью этой машины было использование крыла, соединяющего фюзеляж и гондолы двигателей и разгружающего на 25% несущие винты в горизонтальном полете. Б-5 оснащался парой двигателей АИ-26ГРФ (взлетной мощностью 550лс) и имел фюзеляж самолетного типа с обычным оперением. Построили вертолет в 1947 году и в течение года провели несколько коротких полетов на небольшой высоте.

В том же году со стапелей сошел санитарный Б-9 (аналогичный Б-5), в кабине которого, кроме двух летчиков, могли разместиться два пассажира и больной на носилках в сопровождении санитара. При необходимости количество транспортируемых больных предполагалось увеличить до четырех человек.

Одновременно с названными машинами строили летающий наблюдательный пункт — вертолет Б-10. Экипаж этой машины состоял из летчика, штурмана и наблюдателя. В средней части фюзеляжа находился отсек для фото- и радиооборудования. Внешне Б-10 отличался от Б-5 и Б-9 по подкосам на крыле, двухкилевому хвостовому оборудованию и шарообразному блистеру над кабиной для наблюдения и фотосъемки.

Постепенно взгляды на практическое применение вертолетов изменились. Как следствие, решено было все работы по Б-5, Б-9 и Б-10 прекратить и построить на их базе новый аппарат, который получил индекс Б-11. Его конструкцию усовершенствовали, установили два двигателя АИ-26В4 и увеличили взлетную массу до 4150кг. Выпустили два таких вертолета в варианте для связи. При испытаниях выявилась приверженность этих машин вибрациям, что стало причиной катастрофы — 13 декабря 1948 года из-за отрыва лопасти разбился один из Б-11. Погибли летчик-испытатель К.И.Пономарев и бортрадист И.Г.Нилус. В ходе дальнейших доработок вибрации удалось устранить.

Вертолет Б-11 — это наиболее доведенная из всех машин ОКБ-3. На нем провели ресурсные испытания планера и многих агрегатов, уточнили методы аэродинамического расчета, выбрали оптимальное направление вращения винтов и создали цельнометаллические лопасти.

Однако принятые для несущих винтов большие нагрузки на сметаемую площадь (23-26кг/м²), впоследствии ставшие обычными для вертолетов и позволявшие увеличивать весовую отдачу, в то время сочли опасными. Поэтому в 1950 году предложение о дальнейшей модификации Б-11 поддержки не получило, и все работы по нему прекратились.

Упомяну еще несколько оригинальных проектов, имевшихся в активе ОКБ-3:

многоцелевой вертолет поперечной схемы с взлетной массой 2500кг, снабженный двумя двигателями М-14;

комбинированный вертолет поперечной схемы с взлетной массой 5800кг и парой тянущих винтов (позднее подобная схема была реализована в проекте винтокрыла Ка-22);

легкие вертолеты одновинтовой схемы с рулевым винтом;

экспериментальная машина с реактивным приводом несущего винта с помощью двух ПВРД, установленных на концах лопастей (ее испытания провели на специальном стенде).

Эти разработки также не получили поддержки, а вскоре ОКБ-3 вообще ликвидировали.

Решение о расформировании конструкторского бюро И.П.Братухина приняли после известного совещания в октябре 1951 года в Кремле, где И.В.Сталин собрал всех авиаконструкторов и поставил перед ними цель: создать в кратчайшие сроки тяжелый десантный вертолет. В итоге задание на постройку требуемых машин получили лишь два ОКБ — М.Л.Миля и А.С.Яковлева. Оставшийся не у дел коллектив И.П.Братухина освободил помещения на Рыбинской улице в Москве для “милевцев”, к которым перешли некоторые сотрудники ОКБ-3. Остальные перевелись в ЦАГИ, вслед за Иваном Павловичем — его назначили на пост начальника вертолетного отдела Бюро научно-технической информации (БНТИ).

За 11 лет плодотворной работы в ОКБ-3 было создано более двадцати проектов вертолетов различных типов, построено 11 опытных машин и 9 серийных. Повторюсь, что именно братухинские машины Г-3 стали первым серийными вертолетами в СССР и первыми винтокрылыми аппаратами, которые поступили в строевые части ВВС, положив начало широкому применению их в армии.

В стенах ОКБ-3 профессионально выросли и сформировались ведущие специалисты советского вертолетостроения, такие как В.Я.Жеребцов, Д.Т.Маницкий, Г.В.Ремезов, Г.Н.Самусенко и многие другие. Опыт, накопленный коллективом И. П. Братухина, оказал громадное влияние на развитие отечественной авиации.

В БНТИ ЦАГИ Иван Павлович приступил к работе над монографией “Проектирование и конструкция вертолетов”, где обобщил собственный богатый опыт проектирования винтокрылых машин. Книгу издали в 1955 году, и долгое время она являлась основным учебным пособием для студентов авиационных вузов, специализирующихся в области вертолетостроения.

В 1952 году Братухин по поручению руководства МАП изучал конструкцию американского вертолета S-51 Сикорского. Машину доставили из Кореи, где она совершила вынужденную посадку, повредив несущий винт.

Под руководством Ивана Павловича исследования провела группа студентов, среди которых был и автор настоящей статьи. Эта работа засчиталась нам как преддипломная практика.

С подробным отчетом по конструкции S-51 ознакомились специалисты ОКБ М.Л.Миля и Н.И.Камова. Несомненно, что позже они использовали полученые материалы при создании своих машин.

В 1953 году Братухин возглавил начавшиеся в ЦАГИ (при участии ЦИАМ и МАП) параметрические исследования перспективных тяжелых транспортных вертолетов и вертолетов-кранов грузоподъемностью до 60 тонн с реактивным компрессорным приводом несущего винта и с ТРД на концах лопастей. Оценивались их технико-экономические характеристики. Эти исследования позволили выявить преимущества и недостатки различных видов реактивного привода и определить технический уровень, необходимый для создания тяжелых транспортных вертолетов с приводом такого типа. В 1954 году на кафедре “Конструкция и проектирование вертолетов” Московского авиационного института организовали конструкторскую группу для разработки десантно-транспортного СВВП (самолет с вертикальным взлетом и посадкой). Проект выполнялся под руководством академика Б.Н.Юрьева и И.П.Братухина совместно с Всесоюзным электротехническим институтом, где директором в то время был академик А.Г.Иосифьянц.

Для СВВП выбрали силовую установку из четырех ТВД НК-12МВ мощностью по 12000лс, которые использовались на бомбардировщике Ту-95. Планировалось, что двигатели будут приводить в движение соосные воздушные винты диаметром 6 метров.

Конструкторы предложили оригинальную компоновочную схему СВВП с вертикальным расположением фюзеляжа на взлете и посадке. Четыре ТВД располагались в гондолах на концах крестообразного крыла малого удлинения (угол между консолями равнялся 90 градусам), фюзеляж имел прямоугольное сечение. В его носовой части находилась двухместная кабина экипажа, а за ней три грузовых отсека. Кресла хотели установить на шарнирах с фиксацией, чтобы обеспечить комфортность экипажу и десантникам при изменении положения фюзеляжа в процессе взлета и посадки.

Расчетная взлетная масса СВВП составляла 50-60 тонн в зависимости от условий полета, а максимальная взлетная тяга четырех соосных винтов — 90 тонн. Самолет совершал вертикальный взлет, имея достаточную для набора высоты тяговооруженность (1.2-1.5), а затем должен был перейти к горизонтальному полету.

Проект СВВП отличался оригинальностью компоновки и новизной предлагаемых технических решений. Некоторые из них были запатентованы. Важнейшей особенностью этой разработки стала электрическая схема трансмиссии, заменившая традиционную механическую — с редукторами, валами и муфтами.

В 1955-1956 годах, вновь под руководством И.П.Братухина, в БНТИ ЦАГИ проводились исследования транспортных СВВП с воздушными винтами — определялись возможности создания подобных аппаратов. Для обеспечения вертикального взлета и посадки в сочетании с большой скоростью крейсерского полета была предложена схема СВВП с приводимыми ТРД соосными воздушными винтами. При взлете и посадке они должны были поворачиваться на 90 градусов вместе с крылом. Это позволяло сохранить горизонтальное положение фюзеляжа, облегчая размещение и транспортировку грузов.

Конструкция СВВП являлась типовой для того времени. Поворотное крыло выбрали малого удлинения — чтобы вся его поверхность располагалась в потоке от воздушных винтов. Тем самым уменьшалась возможность срыва потока на больших углах атаки, что особенно важно на переходных режимах. Силовая установка состояла из двух ТВД НК-12 MB мощностью по 12000лс. Это обеспечивало транспортировку груза весом 5т при крейсерской скорости 700км/ч и дальности 1250км. Расчетная взлетная масса СВВП равнялась 30 тоннам.

В ЦАГИ исследовались также схемы СВВП с двумя, четырьмя и даже шестью соосными винтами, установленными на поворотном крыле. Рассматривалась и схема с двумя поворотными крыльями, расположенными тандемом с установленными на них винтами. Позже схемы подобных аппаратов исследовались в США фирмой Hiller и в ФРГ фирмой Boelkow (летали опытные СВВП).

С 1951 года Иван Павлович активно занимается педагогической деятельностью в МАИ, где с 1955 года в звании профессора читает лекции и работает с дипломниками на кафедре “Конструкция и проектирование вертолетов”. После смерти Б.Н.Юрьева в 1957 году он возглавляет кафедру вплоть до 1984 года. Кроме того, с 1958 по 1968 год Братухин одновременно является проректором МАИ по научной работе.

В 1962 году за оригинальную работу по определению границ срыва на лопасти несущего винта И.П.Братухину присуждается степень доктора технических наук, а в 1970 году — звание заслуженного деятеля науки и техники РСФСР.

Под руководством Братухина на кафедре велись серьезные и в большом объеме научно-исследовательские работы, готовились научные кадры, создавались учебные пособия и учебники и, главное, получили прекрасную подготовку сотни студентов-вертолетчиков. Среди выпускников и аспирантов МАИ — генеральные конструкторы вертолетов М.Н.Тищенко, С.В.Михеев, М.А.Вайнберг и Г.А.Синельщиков; их заместители А.Н.Иванов, В.А.Касьянников, Е.В.Яблонский; руководители вертолетных отделений ЦАГИ и ЛИИ Е.С.Вождаев и Л.И.Акимов; профессора МАИ В.И.Шайдаков и Ю.С.Богданов. И многие, многие другие благодарные ученики, среди которых автор этой статьи, имевший счастье работать с Иваном Павловичем Братухиным с 1951 года в МАИ и ЦАГИ.

Источник: Авиаконструктор и ученый, статья Е.Ружицкого в журнале "Самолеты мира", 3,4-6 1998-99

Все вертолеты мира | Авиационный музей