Как создаются вертолеты будущего
- Механики компании Sikorsky трудятся в ангаре, расположенном в штате Флорида, над S-97 Raider, первым готовым к производству прототипом комбинированного вертолета с несущим винтом, выполненным по соосной схеме.
Само строение ничем не примечательно — это один из нескольких раскаленных неутомимым флоридским солнцем невзрачных ангаров, выстроившихся на протяжении взлетно-посадочной полосы — за ней начинается широкий болотистый край Эверглейдс. Но как раз тут расположен центр Территории 31, где компания Sikorsky Aircraft трудится над самыми технологически продвинутыми проектами винтокрылых автомобилей.
Тут, как и в более известной Территории 51, принадлежащей ВВС Соеденненых Штатов и находящейся в пустыне Невада, строят и испытывают летательные аппараты. Загадочные разработки прячут не только от чужестранцев, но и от местных авиастроителей-соперников. Ставка высока — миллионы, а возможно, и миллиарды долларов.
Как раз исходя из этого компания Sikorsky весьма нехотя пускает на объект журналистов и соглашается только на такие пресс-туры, каковые обставлены множеством ограничений — как на передвижения по территории, так и на фото/видеосъемку.
- Более ранний прототип компании Sikorsky — X2 — развил в 2010 году скорость 466 км/ч, доказав тем самым, что схема комбинированного вертолета с соосными роторами в праве на существование
Взор в будущее
В ангар залит броским светом от висящих под потолком блоков промышленных флюоресцентных ламп. В этом сиянии возможно прекрасно рассмотреть фюзеляж цвета тёмной патоки, на хвосте которого закреплены две аэродинамические плоскости — вертикальные стабилизаторы со встроенными рулями поворота. Кроме того беглого взора хватает, чтобы выяснить, что перед нами что-то совсем новое.
Это S-97 Raider, машина, которая в первый раз встанет в атмосферу в 2015 году и станет в то время первой готовой к производству моделью аппарата нового типа — комбинированного вертолета (винтокрыла) с несущим винтом, выполненным по соосной схеме. У S-97 два основных ротора, расположенных по одной оси и вращающихся в противоположных направлениях. На корме установлен толкающий винт. Такая конструкция разрешит развивать до 460 км/ч, что на 100 км/ч больше скорости, дешёвой существующим вертолетам.
Радиус действия наряду с этим увеличится в два раза. S-97 принадлежит к нарождающемуся новейшему поколению летательных аппаратов, которым суждено радикально поменять вид авиации с вертикальным взлетом.
- Вертолет UH-60 Black Hawk употребляется в таможенной и пограничной работах США
В 2011 году армия США начала финансирование программы Joint MultiRole Rotorcraft Technology Demonstrator (JMR-TD), которая стала первым шагом по пути к полной замене наличного парка армейских вертолетов. Первыми в отставку уйдут UH-60 Black Hawk — самое раннее к 2030 году их заменит аппарат под условным заглавием Future Vertical Lift Medium (FVL, перспективный транспорт с вертикальным взлетом среднего класса).
Для FLV раскрывается огромная ниша. Сейчас Black Hawk снабжает главную потребность в вертолетах для армии, ВМС, Корпуса морской Береговой охраны и пехоты США. Машина была принята на вооружение во второй половине 70-ых годов двадцатого века, и с того времени выпущено около 2300 «тёмных ястребов», каковые широко применялись в Соединенных Штатах и других государствах мира.
Вертолет в различных модификациях зарекомендовал себя с лучшей стороны, но его скорость ограничена 294 км/ч.
Не считая FLV Medium, Пентагон собирается принять на вооружение три вторых класса винтокрылых автомобилей, спроектированных в рамках той же программы. FVL Light (легкий) придет на смену разведывательному вертолету Kiowa, FVL Heavy (тяжелый) займет место могучего двухроторного Chinook, и, наконец, FVL Ultra станет первым представителем нового типа летательных аппаратов — они будут сочетать грузоподъемность транспортных самолетов типа С-130 со свойством к вертикальным посадке и взлёту. В случае если все замыслы американского минобороны будут выполнены, любой из сейчас эксплуатирующихся вертолетов отыщет себе замену.
Погоня за неуязвимостью
Неприятность еще и в том, что перемены на современном поле боя делают классические вертолеты все более уязвимыми. Из-за того что дальность тактических ракет растет, на грани выясняются вертолетные площадки подскока, расположенные на кораблях и сухопутных базах вблизи территории военных действий. Исходя из этого самолет, летающий стремительнее и имеющий больший радиус действия, подвергается меньшему риску.
Но в случае если винтокрылые автомобили нарастят дальность и скорость, то в полной мере смогут соперничать со штурмовиками.
На сегодня самым технологически продвинутым аппаратом с вертикальным взлетом можно считать V-22 Osprey. Эта машина способна разворачивать собственные турбовинтовые двигатели на 90 градусов и взлетать вертикально, как вертолет, а позже продолжать полет по-самолетному. Но на данный момент армии нужен не тяжеловоз типа V-22, а аппарат с вертикальным взлетом меньшего размера.
Прототип в рамках программы JMR-TD сможет перевозить 11 человек, если сравнивать с 24, которых вмещает Osprey.
Имеется еще самолеты с вертикальным взлетом, к примеру AV-8B Harrier и F-35B Lightning II, в которых употребляется поворотное сопло для перенаправления вниз реактивной струи. Но для военных операций такие автомобили непригодны, поскольку жгут через чур много топлива и не хватает маневренны, дабы функционировать вблизи земной поверхности.
Задача, поставленная в рамках программы JMR-TD, содержится в том, дабы создать летательный аппарат, что функционально не уступит вертолету Black Hawk, но сможет летать на большую дальность 3380? км. Представители вертолетостроительных компаний заверяют, что это быть может, и, дабы проверить их утверждения, Пентагон и запустил программу JMR-TD. «Это инвестиции, каковые мы делаем для того, — растолковывает директор программы со стороны армейского ведомства Дэн Бейли, — дабы создать представление обо всех дешёвых на сегодня разработках. Нам нужен качественный скачок в возможностях вертолетной техники».
Гонка четырех
В прошедшем сезоне армейские сократили до четырех количество компаний, каковые взяли право предложить собственные соперничающие проекты в рамках программы JMR-TD. В это число вошли два гиганта — Sikorsky (Стрэтфорд, штат Коннектикут) и Bell Helicopter (Херст, штат Техас), и две маленькие компании — AVX Aircraft Company (Бенбрук, Техас) и Karem Aircraft (Лейк-Форест, Калифорния). Каждой из компаний было выдано по шесть миллионов долларов на подготовку дизайн-проекта.
Этим летом из четверки отсеются два кандидата, а два вторых возьмут финансирование для того чтобы в металле, с тем дабы совершить их летные опробования в 2017—2019 годах.
Наряду с этим армейские объявили, что кроме того та компания, которая будет выбрана победителем, вовсе не обязательно станет обладателем 100-миллиардного договора на постройку 4000 новых вертолетов. Но, иначе, в распоряжении финалистов в любом случае окажутся летающие прототипы, выстроенные за счет бюджета, и их возможно будет применять при проектировании гражданской продукции.
Всего через пара десятилетий винтокрылые автомобили с футуристическим, на сегодняшний взор, дизайном станут такими же привычными в небе, как Сейчас простые современные вертолеты.
«Это будет большой ход вперед, — говорит Стив Уайнер, директор по инженерным наукам в компании Sikorsky. — Что-то наподобие перехода авиации с фиксированным крылом от поршневых двигателей к турбореактивным».
Польза для гражданки
Само собой разумеется, вертолеты нового поколения будут намного более функциональными, чем нынешние, но и стоить они будут заметно дороже. Дабы летать стремительнее, необходимо тратить больше топлива и потребуются более замечательные двигатели, каковые сами по себе добавят аппарату веса и повысят его в цене. «Если вы желаете разогнаться на вертолете выше 280 км/ч, вам нужно будет понести дополнительные затраты в размере 50 либо кроме того 100%", — растолковывает Ричард Абулафия, летный аналитик из Teal Group.
Программа создания демонстратора, финансируемая Пентагоном, позволяет производителям отработать все тонкости новых разработок и в следствии опустить цену на конечную продукцию. «В случае если посмотреть вперед, в будущее, — говорит Кит Флэйл из компании Bell, — то у новых разработок просматривается и коммерческое использование». «Одним из рынков может стать нефтедобыча на буровых платформах, — излагает собственную точку зрения Абулафия. — Добыча уходит все дальше в море, и возможность взять новый вертолет, талантливый за единицу времени совершить в два раза больше рейсов, чем простой, и привезти на платформу вдвое больше рабочих, сможет примирить энергетические компании с новым ценником».
Вторым потенциальным рынком, согласно точки зрения Абулафии, смогут стать VIP-перевозки. Топ-менеджеры корпораций и просто богатые люди и по сей день часто применяют вертолеты для полетов на маленькое расстояние, но с возникновением винтокрылых автомобилей нового поколения состоятельные клиенты возьмут возможность выполнять более долгие путешествия (до 800? км), избегая наряду с этим поездок в аэропорт и обратно.
Отдельная тема — экстренная медицинская эвакуация, в то время, когда потерянное время может стоить пострадавшему судьбы. «Имеется такое понятие «золотой час», — говорит Трой Гэффи из компании AVX. — В случае если за это время успеть доставить больного в поликлинику, его шансы выжить выясняются значительно выше!»
В случае если новая техника освоит хотя бы эти рынки, то в будущем ей найдется много других применений. на данный момент летательные аппараты с вертикальным взлетом представлены по большей части вертолетами, кроме этого существуют маленькие ниши для конвертопланов типа V-22 и реактивных истребителей, талантливых взлетать на отклоненной вниз реактивной струе. Но будущее открывает больше возможностей винтокрылам с толкающим винтом и тем же конвертопланам. «Соотношение типов аппаратов будет изменяться, — с уверенностью предвещает Флэйл. — Эволюция неизбежна».
Из-за чего вертолеты летают так медлительно?
Дело в том, что для вертолета хорошей конструкции существует физический предел повышения скорости. До тех пор пока вертолет зависает над одной точкой земной поверхности, скорость перемещения всех его лопастей довольно набегающего потока воздуха однообразна. Но когда аппарат начинает двигаться вперед, появляется неравномерность скоростей. В тот момент, в то время, когда лопасть, вращаясь, уходит в сторону, противоположную перемещению вертолета, ее скорость довольно набегающего потока падает.
В случае если вертолет разогнать выше 330−340 км/ч, при определенном угле атаки лопасти (он все время изменяется) эта скорость может упасть до скорости сваливания, что приведет к трагедии.
Соперники
Модель SB-1 Defiant создана компанией Sikorsky в рамках программы замены вертолетов Black Hawk. Она сможет развивать скорость более чем 570 км/ч и будет стремительнее созданного Sikorsky за счет собственного финансирования винтокрыла S-97 Raider. В машине применены два соосных основных ротора, каковые вращаются в противоположных направлениях, в следствии чего в любую секунду времени на каждой стороне вертолета находится лопасть, двигающаяся вперед.
Так негативные последствия срыва потока с «уходящей лопасти» компенсируются.
Поступательное перемещение по большей части снабжает расположенный на корме толкающий винт. «Это немыслимое чувство, — говорит летчик-испытатель Кевин Бреденбек, — в то время, когда ты наподобие летишь на вертолете с крейсерской скоростью, но эта скорость 400 км/ч!»
Конвертоплан Bell готовит собственный проект — V-280 Valor, опираясь на личный опыт постройки V-22 Osprey. Мелкий и юркий аппарат сможет перевезти 11 солдат на 420 км и возвратиться обратно со скоростью 514 км/ч. Никаких неприятностей с «уходящей» лопастью: по окончании взлета два ротора поворачиваются на 90° и преобразовываются в пропеллеры, тянущие машину вперед. Наряду с этим двигатели будут постоянно оставаться в горизонтальном положении.
Лопасти роторов сделаны эластичными, что даст преимущество в маневренности на малых скоростях. Вместе с тем машина возьмёт радиус действия и топливную эффективность, несравнимые с нынешними вертолетами.
Боковые двери. При высадке тактического десанта крайне важно, дабы воины имели возможность видеть, что происходит по бокам автомобили и при необходимости вести пламя по сопернику. Громадные боковые двери будут этому содействовать.
Ротор с оптимизированной частотой вращения. Конвертоплан компании Karem Aircraft будет оснащен двумя роторами с переменным вектором тяги и сможет достигать в горизонтальном полете скорости 675 км/ч. Karem Aircraft создала разработку Optimum Speed Tiltrotor, благодаря которой частота вращения винтов будет изменяться в зависимости от режимов полета.
Это снизит шум и повысит топливную эффективность автомобили.
Винты в кольцевых обтекателях. Проект компании AVX представляет собой комбинированный вертолет (винтокрыл) с соосным размещением двух несущих роторов. Это похоже на проект Sikorsky, но роторы тут эластичные и более легкие, что снижает требования к мощности двигателя.
Дополнительную тягу снабжают два расположенных на корме винта в кольцевых обтекателях. В итоге машина сможет разгоняться до 425 км/ч.
Крылья по схеме «утка».В крейсерском режиме главную часть подъемной силы будут создавать две консоли крыла, размещенные по схеме «утка», другими словами рядом с носом аппарата. «В соответствии с отечественным расчетам, — говорит президент AVX Трой Гэффи, — комбинированный вертолет существенно превзойдет простой при сопоставимых затратах».
Статья «Тайное поколение винтокрылых» размещена в издании «Популярная механика» (№141, июль 2014).
<
h4>