[ezup]

Sikorsky S-69

Несмотря на неудачу в конкурсе на создание нового ударного вертолета, способного развивать большие скорости, компания «Сикорский» не прекратила изыскания по теме винтокрылов. Основной целью новых исследований было решение проблемы движения вертолета на больших скоростях. Дело в том, что при достижении определенной скорости полета крайние части лопастей несущего винта начинают двигаться со сверхзвуковой скоростью относительно неподвижного воздуха. Из-за этого резко снижаются несущие свойства винта, что в конечном итоге может привести к потере достаточной подъемной силе и аварии или даже катастрофе. Работы в этом направлении получили название ABC (Advancing Blade Concept – Передовая концепция лопастей). Со временем к программе ABC было подключено несколько других фирм и организаций.

В 1972 году программа ABC дошла до стадии создания первого летного прототипа. К этому времени фирма Sikorsky закончила проектирование экспериментального летательного аппарата S-69. Для минимизирования последствий высокой скорости движения лопастей относительно воздуха при полете с горизонтальной скоростью выше 300-350 километров в час инженеры компании нашли сравнительно простое и оригинальное решение. Предыдущие винтокрылы, строившиеся в разных странах, в большинстве своем не оснащались полноценным автоматом перекоса. Подразумевалось, что такие машины должны менять шаг всех лопастей одновременно и на одинаковый угол. Такое техническое решение объяснялось возможностью упрощения конструкции и наличием дополнительных движителей, обеспечивающих горизонтальный полет. Однако в ходе многочисленных теоретических расчетов и продувок в аэродинамических трубах сотрудники NASA и Sikorsky пришли к выводу, что подобная схема устарела и мешает достижению высоких скоростных характеристик. Для уменьшения последствий высокой скорости движения лопастей нужно было постоянно подстраивать циклический шаг винта, в зависимости от текущей горизонтальной скорости и, как следствие, характера обтекания лопастей на том или ином участке ометаемого диска. Поэтому S-69 имел полноценный автомат перекоса, способный регулировать и общий шаг несущего винта, и циклический.

Предыдущий винтокрыл от «Сикорского» – S-66 – имел сложную систему поворота хвостового винта, который при полете «по-вертолетному» компенсировал реактивный момент винта несущего, а при горизонтальном скоростном движении толкал машину вперед. После ряда подробных рассмотрений такая схема была признана слишком сложной и, как следствие, бесперспективной. Кроме того, для упрощения трансмиссии и повышения эффективности силовой установки было решено оснастить новый S-69 двумя турбореактивными двигателями для горизонтального движения. Одновременно с этим из конструкции был выведен рулевой винт, а несущий «удвоился». В результате S-69 стал представлять собой привычный вертолет сосной схемы с установленными на бортах турбореактивными двигателями. Таким образом, внутри обтекаемого фюзеляжа, приспособленного к большим скоростям полета, разместился один турбовальный двигатель Pratt & Whitney Canada PT6T-3 мощностью до полутора тысяч лошадиных сил. Через редуктор он приводил в движение оба несущих винта. Трехлопастные винты были разнесены по вертикали на 762 миллиметра (30 дюймов), а в зазоре между ними находился обтекатель. По бокам фюзеляжа установили две мотогондолы с турбореактивными двигателями Pratt & Whitney J60-P-3A с тягой по 1350 кгс.

Экспериментальный винтокрыл S-69 получился сравнительно небольшим. Длина фюзеляжа в 12,4 метра, диаметр несущих винтов немногим менее 11 метров и общая высота всего в 4 метра. Примечательно, что S-69 в аэродинамическом плане серьезно отличался от других винтокрылов: единственной несущей плоскостью был хвостовой стабилизатор. Эффективный винт, спроектированный по концепции ABC, не требовал какой-либо разгрузки при помощи дополнительных крыльев. По этой причине готовый летательный аппарат фактически представлял собой обычный вертолет сосной схемы с установленными на нем дополнительными турбореактивными двигателями. Кроме того, отсутствие крыльев позволило сэкономить некоторый вес. Максимальный взлетный вес S-69 равнялся пяти тоннам.

Первый прототип S-69 впервые поднялся в воздух 26 июля 1973 года. Винтокрыл показал неплохую управляемость в режиме висения и движении с малой скоростью без использования турбореактивных двигателей. Первые полеты, в ходе которых проверялась работа турбореактивных двигателей, завершились аварией. Меньше чем через месяц после первого полета – 24 августа – опытный S-69 потерпел крушение. Каркас и обшивка винтокрыла вскоре были восстановлены, однако о его полетах речи больше не шло. Несколько лет спустя, в ходе следующего этапа программы ABC, первый прототип использовался в качестве полноразмерной продувочной модели.

Полеты второго опытного экземпляра начались в июле 1975 года. По результатам расследования аварии первого прототипа была значительно изменена летная программа испытаний. До марта 77-го года второй прототип не только летал исключительно «по-вертолетному», но и не оснащался турбореактивными двигателями. Вместо них к концу первого этапа испытаний «некомплектный» винтокрыл возил груз необходимой массы. При помощи одних только несущих винтов S-69 в полете без турбореактивных двигателей смог достичь скорости в 296 километров в час. Дальнейший разгон был небезопасен, а кроме того, не нужен ввиду наличия отдельной силовой установки для создания горизонтальной тяги. К концу семидесятых годов был установлен новый рекорд скорости: при помощи турбореактивных двигателей второй прототип S-69 разогнался до 488 километров в час. При этом крейсерская скорость винтокрыла не дотягивала даже до 200 км/ч, что было обусловлено большим расходом топлива трех одновременно работающих двигателей.

Польза системы ABC была налицо. В то же время, испытания помогли выявить ряд недостатков конструктивного характера. В частности, во время тестовых полетов много нареканий вызвала вибрация конструкций, возникавшая на больших скоростях полета. Изучение проблемы показало, что для ликвидации этой тряски требовалась доводка винтов, а также некоторое изменение конструкции всего винтокрыла. В самом конце семидесятых начались работы по созданию обновленного винтокрыла S-69B. Первый вариант, в свою очередь, прибавил к своему названию литеру «A».

В S-69B был переоборудован второй прототип винтокрыла. Во время переделки с него сняли мотогондолы турбовинтового двигателя, установили два новых турбовальных мотора General Electric T700s по 1500 л.с. каждый, новые несущие винты с новыми лопастями и большим диаметром, а также серьезно переделали трансмиссию. Винтокрыл получил обновленный редуктор несущих винтов. Кроме того, в состав трансмиссии ввели отдельный вал, который уходил в хвостовую часть фюзеляжа. Там разместили толкающий винт в кольцевом обтекателе. С новым толкающим винтом S-69B смог еще больше приблизиться к планке скорости в 500 км/ч. Однако главной причиной изменения проекта все же было усовершенствование конструкции и отработка новой версии концепции ABC. Из-за новых несущих винтов вибрации при полете на определенных скоростях пропали вообще, а на других – значительно уменьшились.

В 1982 году все испытания винтокрыла S-69B завершились. Sikorsky, NASA и другие организации получили всю необходимую информацию и оставшийся летающий прототип был отправлен в авиационный музей базы Форт-Ракер. Первый прототип, пострадавший при испытаниях и использовавшийся в качестве продувочной модели, хранится в Исследовательском центре Эймса (NASA). Наработки, полученные при создании и испытаниях винтокрылов S-69, в дальнейшем использовались в новых проектах аналогичного назначения.

Sikorsky X2

После закрытия проекта S-69 несколько лет ушло на дальнейшие исследования по теме ABC и только во второй половине двухтысячных годов новые и старые наработки дошли до стадии строительства нового винтокрыла. Проект Sikorsky X2 в некоторой мере напоминает предыдущий винтокрыл этой же фирмы, однако сходство заканчивается на нескольких деталях внешнего вида. При создании нового винтокрыла инженеры компании «Сикорский» отталкивались от технического облика S-69B. По этой причине X2 получил соосный несущий винт, «ужатый» обтекаемый фюзеляж и толкающий винт в хвостовой части.

Стоит отметить, что при создании нового винтокрыла было решено сделать его немного меньшим, чем S-69. Причиной такого решения была необходимость отработки технологий без применения каких-либо сложных решений, связанных с планером. В результате несущие винты X2 имеют диаметр около десяти метров, а максимальный взлетный вес не превышает 3600 килограмм. При таком небольшом весе новый винтокрыл оснащается турбовальным двигателем LHTEC T800-LHT-801 мощностью до 1800 л.с. Через оригинальную трансмиссию вращающий момент распределяется на два четырехлопастных несущих винта и на хвостовой толкающий (шесть лопастей). X2 стал первым в мире винтокрылом, оснащенным электродистанционной системой управления. Благодаря применению такой электроники, значительно упростилось управление машиной. После предварительной проработки и настройки системы управления автоматика берет на себя большинство задач по стабилизации полета. Пилоту остается только подавать соответствующие команды и следить за состоянием систем.

Последние достижения программы ABC вместе с электродистанционной системой управления позволили значительно снизить вибрации, в том числе и при полете на больших скоростях. Что касается аэродинамического облика, то X2 имеет эллиптические обтекатели втулки винта; вал между винтами никак не прикрыт, что компенсируется правильным размещением тяг и других деталей. Одновременно с этим винтокрыл получил вытянутый фюзеляж сравнительно небольшого сечения. Общая компоновка фюзеляжа досталась X2 от обычных вертолетов сосной схемы. В передней части находится двухместная кабина с рабочими местами пилотов, расположенными одно за другим. В средней части, под втулкой винта, размещены двигатель и главный редуктор. Вверх от него уходят валы несущих винтов, назад – приводной вал винта толкающего. Интересна примененная система шасси. В средней части фюзеляжа имеются две основные стойки, убираемые в полете. Хвостовое колесо убирается в киль, расположенный снизу хвостовой части фюзеляжа. Кроме этого киля хвостовое оперение X2 состоит из стабилизатора и двух концевых шайб. Какие-либо крылья по бокам фюзеляжа отсутствуют.

27 августа 2007 года получасовым полетом началась четырехэтапная программа испытаний. Как и все другие винтокрылы, X2 сперва начал летать «по-вертолетному». В ходе таких полетов проверялись общие характеристики машины. При этом, в отличие от того же S-69, пилоты не могли выключить движитель горизонтальной тяги: управление хвостовым винтом осуществлялось путем изменения его шага. Такое техническое решение было принято для упрощения конструкции трансмиссии, в которую не стали вводить разобщающую муфту. Тем не менее, и без отключаемого хвостового толкающего винта X2 показал хорошие характеристики, свойственные вертолетам. Начиная с мая 2010 года, стали поступать сообщения о достижении винтокрылом X2 рекордных скоростей. Сперва новая машина достигла отметки в 335 км/ч. В сентябре того же года пилот К. Бреденбек разогнал X2 до скорости в 480 километров в час. Это было немного меньше чем у S-69, однако значительно больше максимальной скорости любого из существующих вертолетов.

В середине июля 2011 года было официально заявлено, что проект X2 завершен. За 23 полета общей продолжительностью порядка 22 часов было собрано огромное количество информации о работе всех систем винтокрыла, а также о его аэродинамических параметрах. Несмотря на сравнительно небольшую программу летных испытаний, контрольно-записывающая аппаратура экспериментального летательного аппарата позволила значительно сократить время, необходимое на сбор всех необходимых данных. Винтокрыл Sikorsky X2, будучи изначально летающей лабораторией, в итоге стал основой для нового проекта той же фирмы, уже имеющего определенные практические перспективы.

Eurocopter X3

В 2010 году европейский концерн Eurocopter объявил о своем проекте винтокрыла, имеющего экспериментальное назначение. В ходе проекта X3 (альтернативные названия X3 и X-Cube) планировалось проверить собственные идеи в отношении разгона летательного аппарата с несущим винтом до высоких скоростей. Интерес представляет облик проекта X3, в котором почти не чувствуется влияния американских и советских программ. Фактически, Eurocopter X3 представляет собой изрядно доработанный вертолет классической схемы.

За основу для нового винтокрыла был взят многоцелевой вертолет Eurocopter EC155. Отработанная конструкция этой машины позволила в кратчайшие сроки спроектировать X3 и переоборудовать в него серийный EC155. Во время переделки родные двигатели вертолета были заменены двумя турбовальными моторами Rolls-Royce Turbomeca RTM322 мощностью по 2270 лошадиных сил. Двигатели передают крутящий момент на оригинальный редуктор, который разводит его на приводы трех винтов. Вверх уходит приводной вал несущего винта с разъединительной муфтой. Еще два вала расходятся в стороны и приводят в движение два пятилопастных тянущих винта, размещенные на специальных гондолах по бокам средней части фюзеляжа. Эти гондолы установлены на небольшие крылья. В отличие от оригинального EC155, винтокрыл X3 не оснащен хвостовым винтом в кольцевом канале, что повлекло за собой удаление из конструкции соответствующих приводных механизмов. Из-за отсутствия рулевого винта парирование реактивного момента при включенном приводе несущего винта осуществляется при помощи одного из тянущих движителей.

Изъятие из конструкции хвостового винта с приводом в весовом плане было компенсировано новым стабилизатором с двумя шайбами килей и агрегатами тянущих винтов. В результате взлетный вес X3 остался примерно таким же, как у исходного EC155. При максимальной загрузке топливом и измерительной аппаратурой X3 весит не более 4900-5000 килограмм. При этом изменение системы винтов сказалось на потолке полетов – в ходе испытаний удалось подняться только на 3800 метров.

6 сентября 2010 года начались испытания прототипа винтокрыла X3. В отличие от общего облика конструкции, ход испытаний оказался схож с тем, как тестировались советские и американские винтокрылы. Сперва пилоты-испытатели проверяли возможности летательного аппарата по вертикальному взлету и посадке, а также маневренность и устойчивость в полете «по-вертолетному». Дальнейшие месяцы ушли на ликвидацию обнаруженных проблем и на постепенное увеличение скорости полета с отключенным приводом несущего винта и включенными тянущими агрегатами. 12 мая 2011 года прототип X3 установил «личный рекорд»: в течение нескольких минут он уверенно держал скорость около 430 километров в час. За последующие полтора года не было новостей о покорении новых отметок скорости, но это, похоже, вызвано необходимостью поиска оптимальных режимов полета. Испытания винтокрыла Eucopter X3 идут до сих пор. Появление первых летательных аппаратов на его основе, пригодных для массового практического использования, ожидается после 2020 года.

Sikorsky S-97 Raider

В то время, когда европейские авиастроители уже полным ходом вели испытания винтокрыла X3, сотрудники фирмы «Сикорский» продолжали исследования по теме ABC с целью создания нового винтокрыла, который может использоваться в реальных условиях. В октябре 2010 года было официально объявлено о начале проекта S-97 Raider. Перед началом разработки нового винтокрыла концепция ABC претерпела небольшие изменения. По результатам исследований в ходе программы X2 выяснилось, что для эффективного поддержания винтокрыла в воздухе при больших скоростях полета можно не только изменять циклический шаг несущего винта, но и замедлять его вращение. При правильном расчете несущего винта замедление ощутимо сдвинет в сторону увеличения порог горизонтальной скорости, при котором начинаются проблемы с подъемной силой. Расчеты показали, что винтокрыл сохраняет необходимую подъемную силу несущего винта даже при его замедлении на 20%. Именно такую идею в Sikorsky решили проверить в ходе дальнейших исследований и практических испытаний.

фото http://pkk-avia.livejournal.com

В остальном винтокрыл S-97 в значительной мере похож на предыдущий X2. Согласно имеющимся сейчас данным, новая машина будет иметь сравнительно небольшие размеры: длину не более 11 метров и диаметр несущих винтов порядка десяти. Сохранилась общая концепция размещения винтов. Так, S-97 Raider будет оснащаться двумя соосными несущими винтами с тщательно закрытой обтекателями втулкой. В задней части обтекаемого фюзеляжа будет размещаться пятилопастный толкающий винт. При этом уже на ранних рисунках предполагаемого облика перспективного винтокрыла было заметно изменение обводов фюзеляжа и изменение конструкции хвостового оперения.

До определенного времени об облике «Рейдера» можно было судить только по отрывочным сведениям, ставшим достоянием общественности, а также по немногочисленным рисункам. Однако еще до появления технических подробностей проекта стало известно, что он примет участие в программе Пентагона AAS (Armed Aerial Scout – Вооруженный воздушный разведчик). Победитель конкурса в ближайшие годы станет основным летательным аппаратом американской армии, предназначенным для ведения воздушной разведки на небольших расстояниях от линии фронта. Кроме того, Пентагон желает обеспечить разведчик возможностью не только выявлять цели, но и поражать их самостоятельно. Точный состав требуемого вооружения пока не объявлялся, но, исходя из предоставленных рисунков перспективного S-97, можно сделать примерные выводы. На небольших крыльях по бокам фюзеляжа может быть установлено два блока с вооружением. Вероятно, это будут блоки неуправляемых ракет или противотанковые управляемые боеприпасы. Также в ряде источников упоминается возможность установки на винтокрыл подвижной турели с крупнокалиберным пулеметом Браунинг M2HB.

На прошедшем в этом году салоне EAA AirVenture Oshkosh компания «Сикорский» впервые представила публике полноразмерный макет своего нового винтокрыла S-97. Этот макет, за исключением нескольких незначительных деталей, повторяет облик летательного аппарата, изображенного на более ранних рисунках. Кроме того, в этом году были уточнены предполагаемые технические данные машины. Так, стало известно, что первые прототипы S-97 будут оснащаться турбовальными двигателям семейства General Electric T700. Однако в дальнейшем следующие опытные образцы, а вслед за ними и серийные винтокрылы получат новые двигатели, разрабатываемые в настоящее время по программе AATE. С новым двигателем S-97 при взлетном весе порядка пяти тонн сможет разгоняться до 440-450 километров в час. При этом дальность полета будет превышать 500 километров.

Некоторые вопросы вызывает компоновка нового винтокрыла. Турбовальный двигатель требует отдельного воздухозаборника. На S-97 имеется два таких отверстия. При этом оба они размещены в средней части фюзеляжа, ближе к хвосту. Этот факт и обводы фюзеляжа могут намекать на расположение двигателя в хвостовой части винтокрыла. Однако в таком случае не совсем понятно, как именно разведены приводные валы несущего и толкающего винтов. Другие же элементы облика перспективного S-97 вполне понятны и говорят о намерении авторов проекта обеспечить ему высокую скорость полета. Среди прочего можно отметить фюзеляж вытянутой каплевидной формы и аккуратные обтекатели втулки несущего винта.

Также интерес представляет внутреннее оснащение винтокрыла. На имеющихся фото макета S-97 видно оборудование кабины пилотов. Благодаря большим лобовым стеклам, два летчика имеют хороший обзор вперед и вниз в сторону. На приборной доске винтокрыла размещено два цветных многофункциональных дисплея и некая панель с кнопками. Вероятно, состав оборудования кабины может быть расширен другими панелями управления, размещенными, к примеру, на потолке или между креслами пилотов. Конструкторы фирмы Sikorsky интересно решили проблему размещения органов управления. На макете S-97, как видно на фото, полностью отсутствуют педали, а на их местах расположены небольшие подставки для ног. Управление полетом, по-видимому, планируется осуществлять при помощи двух ручек на подлокотниках пилотского кресла. Скорее всего, правая ручка управляет циклическим шагом несущего винта, а левая отвечает за его общий шаг и мощность двигателя. Пока не совсем понятно, как планируется регулировать скорость горизонтального полета. Ввиду того, что пока представлен только макет, есть все основания предполагать неоднократное изменение состава оборудования кабины, в том числе и органов управления.

Сразу за кабиной пилотов расположен объем, предназначенный для перевозки пассажиров или груза. На макете в этой кабине установили три сиденья для десанта и некий металлический короб, вероятно, для размещения каких-либо небольших грузов. Доступ в грузопассажирскую кабину осуществляется через две сдвижные двери по бокам фюзеляжа. Возможно, в будущем новые двигатели или другие технические решения позволят увеличить объем грузопассажирской кабины и, например, установить в ней большее количество сидений для бойцов. Кроме того, по опыту многоцелевых вертолетов похожего класса грузоподъемности задняя кабина может быть оснащена приспособлениями для крепления какого-либо оружия для ведения огня по наземным целям.

Не стоит забывать, что на AirVenture Oshkosh был показан только макет. Первый полет прототипа винтокрыла S-97 Raider запланирован на 2014 год, поэтому некоторые нюансы конструкции и оборудования могут быть изменены. Что касается рекордов скорости, то они появятся еще позже, ориентировочно в конце 2014 года или даже в 2015-м.

Перспективные российские проекты

В нашей стране активнее всех тематикой винтокрылов занимается ОАО «Камов». Наибольшие перспективы в настоящее время имеет его проект Ка-92. Этот многоцелевой винтокрыл представляет собой доработанный вертолет с соосной схемой несущих винтов и соосными же винтами толкающими. По предварительным расчетам, два турбовальных двигателя (примерная мощность не оглашалась) смогут разогнать машину до скорости около 500 км/ч. С такой скоростью винтокрыл Ка-92 будет способен перевозить до 30 пассажиров на расстояние около 1400 километров. Проект Ка-92 по своим целям напоминает английский Fairey Rotodyne: он должен стать винтокрылым транспортным средством с низкими требованиями к размеру площадки для взлета и посадки. Одновременно с этим он должен иметь летные данные, с которыми сможет конкурировать с пассажирскими самолетами малой дальности.

Другой проект фирмы «Камов» – Ка-90 – не имеет таких больших практических перспектив и фактически является экспериментальной работой. Представленная в 2008 году концепция может помочь винтокрылым машинам разогнаться не только до 450-500 километров в час, но и взять планку в 700-800 км/ч. Для этого предлагается создавать горизонтальную тягу турбореактивным двигателем, а также изменить конструкцию лопастей и втулки несущего винта. Согласно проекту Ка-90, две лопасти несущего винта должны иметь сравнительно большую ширину и малую толщину. Такой винтокрыл взлетает вертикально или с небольшим разбегом, далее при помощи турбореактивного двигателя разгоняется до скорости порядка 400 км/ч. После выхода на такую скорость винтокрыл останавливает несущий винт и фиксирует его в перпендикулярном к потоку положении. Теперь винт выполняет функции крыла. При дальнейшем разгоне специальный механизм во втулке несущего винта постепенно увеличивает стреловидность такого «крыла» до тех пор, пока лопасти винта не оказываются сложены вдоль фюзеляжа. Интересно, что в фантастическом фильме «6-й день» (2000 год, режиссер Р. Споттисвуд) фигурировали летательные аппараты именно с таким способом совмещения лучших черт самолета и вертолета. В то же время, Whispercraft из фильма не складывал лопасти полностью и осуществлял скоростной полет в конфигурации стреловидного «крыла». Перспективы Ка-90 до конца не ясны. Даже если работы над этим проектом продолжаются до сих пор, уже несколько лет не поступало никаких новых сведений. Возможно, слишком смелый и до определенного времени бесполезный проект попросту был заморожен, что называется, до лучших времен.

Одновременно с Ка-92 и Ка-90 МКЗ им. М.Л. Миля представил собственный проект, принадлежащий к тому же классу техники. Проект Ми-Х1 подразумевает создание многоцелевого винтокрыла со взлетной массой 10-12 тонн. Летательный аппарат, оснащенный двумя двигателями ВК-2500, должен перевозить до 25 пассажиров или до четырех тонн груза. Целью проекта является достижение крейсерской скорости полета не менее 450-470 километров в час. Максимальные показатели скорости, в свою очередь, должны превышать 500 км/ч. Проектная дальность полета – 1500 километров. Винтокрыл Ми-Х1 в значительной мере похож на Ка-92, однако имеет лишь один несущий винт. Главной сложностью проекта является обеспечение правильного обтекания лопастей несущего винта. Для решения этого вопроса в свое время начались исследования и конструкторские работы по поводу подавления срыва потока на отступающей лопасти. Продувки в аэродинамических трубах, теоретические расчеты и другие научные изыскания по проекту Ми-Х1 достаточно сложны, поэтому даже в 2008 году первый полет прототипа нового винтокрыла относили к 2014-15 годам.

По материалам сайтов:
http://sikorsky.com/
http://eurocopter.com/
http://kamov.ru/
http://militaryparitet.com/
http://airwar.ru/
http://aviastar.org/
http://globalsecurity.org/
http://airventure.org/
http://pkk-avia.livejournal.com/
http://3dnews.ru/
http://infuture.ru/

Автор Рябов Кирилл