VS-300
Разработка вертолета началась со стендовых испытаний. Использовалась два стенда: один для испытания несущих винтов, другой - системы управления. Первый представлял собой тележку с установленным на ней мотором, приводящим в движение испытуемый винт. Второй - подвешенное пилотское кресло, соединенное с тремя рулевыми винтами. Один винт обеспечивал управление креслом по крену, другой - по тангажу, третий - по рысканию. Находясь в таком кресле-тренажере, Игорь Иванович и другие исследователи отрабатывали навыки пилотирования. Работа продвигалась медленно. Только в марте 1939 г. после получения Сикорским убедительных результатов правление концерна дало разрешение на разработку чертежей. В июле началась постройка вертолета. Число чертежей было сведено к минимуму - только для системы управления и втулки. Изготовление же всех других частей и деталей осуществлялось по устным указаниям прямо на рабочих местах. Для облегчения последующих изменений и замены деталей конструкция разрабатываемого экспериментального вертолета намеренно выбиралась как можно проще. Так, например, ременная передача от двигателя к редуктору давала возможность без проблем изменять передаточное отношение заменой шкивов. Фюзеляж в виде фермы из стальных труб позволял быстро осуществлять переделки и доработки.
В сентябре 1939 г. постройка вертолета Воут-Сикорский VS-300 (S-46) была завершена. Он имел совершенно примитивный вид. Простой ферменный фюзеляж не был обтянут даже полотном. Летчик открыто сидел на маленьком кресле спереди двигателя. Первоначально использовался небольшой двигатель «Лайкоминг» в 65 л.с. Мощность от него передавалась посредством клиновых ремней вверх на редуктор, от которого приводился простой по конструкции трехлопастный и трех шарнирный несущий винт, оснащенный фрикционными демпферами. Хвостовой однолопастный рулевой винт устанавливался на длинной коробкообразной балке, склепанной из листовой стали. Четыре свободно ориентирующихся колеса шасси располагались ромбом.
При первой же раскрутке несущего винта конструктор встретился с необходимостью отстройки резонансов в конструкции. С этого момента проблема обеспечения динамической прочности конструкции сопровождала Сикорского постоянно. 14 сентября 1939 г. И. И. Сикорский наконец оторвал VS-300 от земли.
14 сентября 1939 г. Первый отрыв от земли
Позднее, в 1943 г., когда VS-300 уже готовился к передаче в музей, Игоря Ивановича спросили, что он чувствовал, впервые поднимая машину в воздух, удовлетворение или разочарование. Конструктор ответил просто - и то, и другое. Конечно, он надеялся, что машина взлетит и будет послушна пилоту, но, как водится, не все надежды осуществляются. Вертолет был тяжел в управлении и сильно вибрировал. С присущим ему юмором Сикорский добавил, что сам он дрожал всем телом и ему казалось, что люди на земле вместо вертолета видят какое-то размытое пятно. Мощности явно недоставало для перетяжеленной машины. Она, едва подпрыгнув, через две-три секунды плюхнулась обратно на землю.
Первые подъемы на привязи породили и первые изменения в конструкции - увеличена база шасси для улучшения устойчивости на земле, на хвостовой балке установлена поверхность в индуктивном потоке несущего винта, предназначенная для разгрузки рулевого винта. Несколько позднее была увеличена колея шасси, а в носу закреплена балка с центровочным грузом. По программе вертолет осуществлял лишь кратковременные, 1-2 минуты, подъемы на привязи. В первых же отрывах от земли проявилось отсутствие опыта в разработке автомата перекоса, подборе его кинематики. Был неправильно выбран, с ошибкой почти на 30°, фазовый сдвиг при управлении циклическим шагом несущего винта. Это существенно осложняло управление вертолетом, приводило к раскачке его летчиком. В конце концов в декабре 1939 г. вертолет опрокинулся и сильно поломался, что было весьма некстати, так как именно в это время военные начали распределять деньги, выделенные по биллю Дорси.
В начале 1940 г. Сикорский решил отказаться от автомата перекоса и управление обеспечивать, как на стенде-тренажере, т.е. тремя рулевыми винтами. На хвосте рядом с вертикальным установили два горизонтальных рулевых винта с вертикальными осями. Одновременное изменение общего шага этих горизонтальных винтов должно было обеспечить управление по тангажу, а дифференциальное - по крену. Тогда же был введен механизм коррекции между шагом несущего винта, дросселем двигателя и шагом рулевых винтов. Хвостовая балка приняла форму крестообразной ферменной конструкции. Поверхность в индуктивном потоке сняли.
VS-300. Вариант с двумя рулевыми винтами
Прежде чем начать подъемы, новый вариант VS-300 закрепили на шарнирном основании. На таком оригинальном тренажере была опробована эффективность рулевых винтов, получен опыт управления вертолетом новой модификации. В этой конфигурации VS-300 показал хорошую управляемость, и 13 мая 1940 г. Сикорский осуществил первый подъем в воздух без привязи. Затем попробовали небольшие перемещения. Вначале во избежание опрокидывания, как это было в декабре 1939 г., механики подстраховывали вертолет, держась за веревки, но потом, после накопления опыта пилотирования начались, полностью свободные полеты.
Успехи были столь впечатляющи, что Сикорский предложил армии проект дальнейшего развития VS-300 - двухместного вертолета VS-316. В проекте предусматривалось управление посредством трех рулевых винтов. Однако армия предпочла в июле 1940 г. проект Платта и ЛеПейджа - вертолета поперечной схемы, который был принят к разработке как XR-1 (X - экспериментальный, R - rotary - винтокрылый, 1 - первый военный контракт). Несмотря на отказ в поддержке со стороны официальных властей, американские военные летчики с этого времени стали проявлять интерес к работам Сикорского. Горячим его сторонником стал подполковник Ф. Грегори. Этому интересу способствовала и первая публичная демонстрация VS-300, которая состоялась 20 мая 1940 г. в Бриджпорте. Сначала Сикорский вкратце рассказал приглашенным историю вертолетостроения, описал принцип работы вертолета и затем показал его в действии. На присутствующих демонстрация произвела сильное впечатление. Вертолет перемещался вверх, вниз, вбок, назад, неподвижно зависал, разворачивался на месте, правда, не летал вперед. На вопрос президента «Юнайтед Эркрафт», почему он видит только полеты вверх, вбок и назад, но не видит полетов вперед, Игорь Иванович ответил: «Мистер Уилсон, это одна из незначительных инженерных проблем, которую мы пока не решили». Конечно, всю глубину «незначительности» конструктор прекрасно понимал. Как вспоминал впоследствии Сикорский с юмором: «Вертолет проявил такое нежелание летать вперед, что мы даже рассматривали возможность развернуть кресло пилота и позволить ему летать задом наперед».
В июле 1940 г. «Лайкоминг» мощностью 65 л.с. был заменен на «Франклин» в 90 л.с. Вертолет осуществлял уверенные полеты вбок и назад, но при полете вперед по-прежнему оставался необузданным - как выразился Сикорский. Вскоре выяснилась причина этого недостатка. Из-за попадания рулевых винтов в индуктивный поток несущего винта при полете со скоростью 30 - 40 км/ч вертолет становился неустойчивым и почти неуправляемым. Характеристики машины при полете вперед были улучшены путем подъема рулевых винтов и вынесения их из зоны влияния несущего винта. Теперь вертолет мог развивать большую скорость, а 9 августа 1940 г. был совершен первый полет на дальность 250 м.
В кабине VS-300 конструктор. На голове шляпа-талисман - неизменный спутник всех испытаний
С помощью Сикорского Ф. Грегори первым из военных летчиков освоил вертолет, правда, не сразу. Ему не удавалось уловить темп и направления отклонения ручки управления, чтобы удерживать машину в заданном положении. Вертолет все время норовил раскачиваться. Грегори после каждой попытки вытирал пот на посеревшем лице. Сикорский с улыбкой утешал пилота, приговаривая, что слово «геликоптер» (по-английски «хеликоптер») происходит вовсе не от «гели», т.е. винт, а от «хиил» - крениться, валиться, и не стоит огорчаться - аппарат вполне оправдывает свое название. Тем не менее военные летчики смогли обуздать «мустанга» и достаточно быстро освоили воздушное родео.
Интерес Грегори к вертолету Сикорского был не простым любопытством. Командование Воздушного корпуса поручило ему отбор проектов вертолетов для армии. Как результат визитов Грегори, Сикорский вскоре получил деньги на разработку VS-316 - двухместного тренировочного вертолета, который мог использоваться для наблюдения, корректировки артиллерийского огня и связи.
С целью улучшения вибрационных характеристик у VS-300 однолопастные рулевые винты были заменены на двухлопастные. Однако полеты по-прежнему сопровождались большими вибрациями. 10 октября 1940 г. при полете со скоростью 30 км/ч на высоте четырех метров произошло усталостное разрушение одного из горизонтальных рулевых винтов. Вертолет накренился и с треском упал на землю. Невредимый Сикорский вылез из-под обломков, постоял несколько минут и сказал: «Я думаю, мы отправим его теперь домой». Через месяц вертолет был полностью восстановлен.
Для улучшения вибрационных характеристик, устранения возможности воздушного резонанса консоли хвостовых рулевых винтов были усилены. Устранено поперечное V консолей горизонтальных рулевых винтов в, а сами винты вынесены из потока несущего винта за счет удлинения их валов. Также был поднят и вертикальный хвостовой рулевой винт. В ноябре полеты возобновились, но характеристики при движении вперед по-прежнему оставались неудовлетворительными. Несущий винт отрицательно влиял на эффективность двух задних горизонтальных рулевых. Продолжались аварии из-за воздушного резонанса, что было вызвано недостаточной жесткостью хвостовых консолей. В довершение всего в феврале в полете отказал двигатель. При падении сломались оба рулевых винта. Новый двигатель был получен только в апреле.
Несмотря на все трудности с доводкой VS-300, в начале 1941 г., деятельность компании Сикорского была по достоинству оценена. Руководство ВВС США пришло к выводу, что не стоит рисковать с поддержкой только одного вертолета Платт - Ле Пейджа. В Европе и Азии уже вовсю бушевала война. В случае неудачи Платта и Ле Пейджа американская армия могла остаться без вертолета. Поэтому высокие армейские чины решили поддержать разработку вертолетов двух разных схем и выделили средства на разработку проекта VS-316 (S-47), получившего армейское обозначение XR-4, и постройку одного образца (номера XR-2 и XR-3 были присвоены автожирам фирм «Питкерн» и «Келлетт», также получившим поддержку по биллю Дорси). Учитывая большой объем предстоящей работы и ее особую ответственность, Сикорский после соответствующего отбора пригласил в фирму профессионального летчика-испытателя. Им стал Чарльз Лестер Моррис, или, как звали его друзья, Лес. Работая в фирме Сикорского, он много сделал для доводки вертолетов, большинству из них открыл дорогу в небо.