воскресенье, 19 июля 2015 г.

ВЫШЕ, ДАЛЬШЕ, ЛУЧШЕ И БЫСТРЕЙ

АВИАЦИЯ И КОСМОНАВТИКА
Стартующий тилтротор Bell V-22 и спутные струи на концах его роторов. 

На сегодняшний день, по состоянию на 2015 год, можно сказать, что из всего «зоопарка» систем СВВП (VTOL — vertical take-off and landing, вертикальный взлёт и посадка) победили две концепции компоновки систем, достаточно скоростных по сравнению с вертолётами и при этом, тем не менее, способных осуществлять вертикальный взлёт и посадку:

- Конвертопланы с поворотным ротором (англ. tiltrotor);
- Винтокрылы с несущим ротором и толкающим или тянущим винтом (англ. gyrodyne);

Третья схема, получившая наибольшее развитие в 1960е-1980е годы, и представленная самолётами вертикального взлёта с управлением вектором тяги (англ. liftjet and vectored thrust), в итоге оказалась тупиковой: такой вариант обеспечения вертикального взлёта оказался наиболее прожорливым, в силу чего такие летательные аппараты так и не смогли поднять свой радиус действия сколь-либо выше 500 км, даже с использованием доступного для них сверхзвукового полёта.
Сегодня возрождение схемы liftjet-а представляется достаточно сложным и многотрудным — последним самолётом с вертикальным взлётом в СССР/России стал Як-141, в Великобритании — «Харриер», а в США программа СВВП для перспективного истребителя F-35 уже стала просто-таки притчей во языцех.
В частности, вариант F-35 с укороченным взлётом и вертикальной посадкой сразу же запланирован с запасом топлива, на 4 480 кг меньшим и с усечённым набором вооружения. Ну и, как понимаете, сами слова «укороченный взлёт» уже показывают кризис концепции СВВП в варианте взлёта самолёта с управлением вектором тяги.

Поэтому, рассмотрим эти «победившие» системы, винтокрылы и конвертопланы с поворотным ротором, подробнее, с учётом их конструктивных особенностей и перечислим основные перспективы их дальнейшего развития.


В классификации систем СВВП очень наглядно помогает график, который показывает, насколько нагружен ротор или выхлопная струя летательного аппарата в момент его старта. Я уже приводил его впрошлом материале, и потом объяснял, почему воздух при старте желательно откидывать максимально «нежно», конечно же, насколько это возможно.



Именно эта неприятная особенность и определяет в итоге, насколько эффективной будет ваша система СВВП: можно построить самолёт практически идеальных аэродинамических форм, но стартовать он будет на суперпрожорливых, тяжёлых и мощных двигателях, которые будут совершенно избыточны для его горизонтального полёта.
С другой стороны, можно построить практически идеальный вертолёт с громадным винтом, для которого взлёт и посадка может быть осуществлена с минимальными энергозатратами и с использованием лёгкого и экономичного двигателя, но который столкнтся с тем, что на высоких скоростях его вертолётный ротор превратится в лишнюю обузу и бесполезный узел.
Ну и, наконец, можно построить нечно среднее между вертолётом и самолётом, что будет избыточно мощным для взлёта и посадки (за счёт более нагруженных, уменьшенных винтов-роторов), но и не дотянет до параметров обычного самолёта по скорости (уже в силу того, что его «полувертолётные» винты окажутся слишком крупными для горизонтального полёта)

Для иллюстрации данной нехитрой дилеммы я приведу три реализованных в металле концепции: конвертоплана-тилтротора «Белл» V-22 Osprey, тяжёлого транспортного вертолёта Ми-6 и обычного, классического транспортного самолёта «Аления» C-27 Spartan.

«Аления» C-27 Spartan

Ми-6

Сразу скажу — подобрать абсолютно идентичные и по технологическому уровню, и по техническим параметрам системы в разных классах летательных аппаратов достаточно сложно, поэтому данная иллюстрация скорее служит грубым наброском того, что можно в практике «выжать» из концепции конвертоплана-тилтротора по сравнению с вертолётом и классическим самолётом.


Тип ЛА Название Взлётный вес Мощность двигателей Нагрузка на ротор Максимальная скорость
Вертолёт Ми-6 42 500 кг 2 х 4 100 кВт 44,17 кг/м2 320 км/час
Конвертоплан «Белл» V-22 Osprey 27 400 кг 2 х 4 590 кВт 102,23 кг/м2 509 км/час
Самолёт «Аления» C-27 Spartan 30 500 кг 2 х 3 460 кВт - 602 км/час

Как видите, за возможность садиться «по-вертолётному» конвертоплану приходится платить гораздо большей мощностью двигателей, как по сравнению с вертолётом, так и по сравнению с классическим самолётом, а желание летать «по-самолётному», с громадными по меркам самолётов винтами-роторами, оборачивается в потерю практически 100 км/час в максимальной скорости.
Хотя, конечно, такой результат получается всё равно на 200 км/час лучше, чем даже у скоростных вертолётов переходной к винтокрылам схемы, к которым и относится Ми-6.

На сегодняшний день V-22 Osprey является вершиной практически полувекового пути компании «Белл» в совершенствовании схемы конвертоплана-тилтротора.

Первым самолётом «Белл», построенным по такой схеме, был комически выглядевший «Белл» Модель 65, который за его оригинальный внешний вид прозвали «бочколётом» или «развозчиком пива»:

«Белл» Модель 65 в режиме зависания.

Однако, поднявшийся в воздух в 1954-м году «Белл» Модель 65 был первым турбореактивным самолётом вертикального взлёта и посадки — «бочки из под пива» были двумя турборективными двигателями на вращающемся подвесе, которые обеспечивали и вертикальный взлёт, и движение по прямой. Интересно, что Модель 65 была собрана инженерами «Белла» буквально из подручных материалов: в ней минимально использовались оригинальные детали, а большая часть конструкций была просто позаимствована из серийных небольших самолётов выпуска 1950-х годов.

Однако, уже в 1966 году «Белл» собирает конвертолёт Х-22, уже гораздо более футуристическо вида, который впоследствии будет долго вдохновлять фантастов и создателей компьютерных игр.

Х-22 в полёте. 1966-й год.

На сегодня далёкий потомок X-22, конвертоплан-тилтротор V-22 Osprey уже производится серийно для нужд Пентагона, с годовым выпуском от 20 до 40 машин, всего по контракту от 2005 года должно быть произведено 458 машин и ещё около 100 штук V-22 США собирается продать своим союзникам.
Кроме того, на основе военного V-22 уже сделан и значительно уменьшенный и упрощённый гражданский вариант, получивший название «Аугуста-Вестленд» AW609:


Пока что озвученная цена AW609 далека от «народной»: за возможность перевозки 9 пассажиров со скоростью в 500 км/час надо заплатить около 20 миллионов долларов, хотя компания и обещает снизить стоимость конвертоплана до отметки в 10 и даже 8 миллионов долларов.
Для сравнения, похожий по пассажировместимости и скорости (343 км/час) самолёт «Цессна» Caravanна сегодняшний день обходится заказчику всего лишь в 2 милиона долларов.

В планах же у самого «Белла» — продолжение «окучивания» Пентагона на предмет новых военных заказов на конвертопланы. Всё-таки, как ни крути, а военный и государственный заказ по-прежнему является двигателем прогресса, а за каждый построенный V-22 компания получает больше 100 миллионов долларов.

Новый конвертоплан совместной разработки «Белла» и «Боинга» получил рабочее название Quad TiltRotor (QTR) и должен быть как минимум в полтора раза больше V-22, имея взлётный вес в 45 000 кг. Пока что окончательный облик машины, создаваемой по контракту от 2005 года, ещё не определён, но массу эскизных проработок и испытаний аэродинамических моделей QTR в сети уже найти можно:



Понятное дело, в силу секвестра военного бюджета США все сроки по созданию QTR уже «плывут» в сторону увеличения, но, в целом, судя по сообщениям работы понемногу движутся вперёд.

А что происходит на другом фланге «битвы за скорость и за вертикальный взлёт»?

Тут у нас продолжают развиваться сразу несколько проектов скоростных винтокрылов «вертолётной» компановки.

В России о создании своих моделей винтокрылов объявили оба ведущих производителя вертолётов — конструкторские бюро Миля и Камова.
В КБ Миля предполагается реализовать концепт Ми X1, а конструкторское бюро Камова предлагает свой проект винтокрыла, тяжёлый винтокрыл Ка-92.
Оба концепта пока что представлены разработчиками только в виде масштабных моделей, информация о каких-либо натурных испытаниях пока что в открытой печати отсутствует.

Ми Х1

Ка-92

Машина КБ Камова использует привычную для данного конструкторского бюро соосную схему роторов и толкающий задний винт, который разгружает главные роторы от работы по горизонтальному ускорению вертолёта в скоростном полёте. Ка-92 должен перевозить до 30 пассажиров со скоростью от 420 до 430 км/час и иметь взлётный вес около 16 тонн. Учитывая использование соосной схемы, которая лишена недостатков однороторной, поставленные перед машиной задачи в целом являются реальными.

Более интересен концепт, заложенный в Ми Х1. Машина тоже имеет толкающий винт в хвосте, однако какие-либо дополнительные аэродинамические поверхности (например, крылья, как на Ми-6) на ней отсутствуют. Что, в общем-то, означает, что подъёмную силу на высоких скоростях движения вынужденно будет обеспечивать только единственный ротор винтокрыла, что при однороторной схеме, используемой традиционно на машинах КБ Миля, влечёт массу проблем и физических ограничений.
Отсюда и весьма смелым видится заявление представителей КБ Миля о том, что Ми Х1 способен будет перевозить 25 пассажиров при скорости от 495 до 520 км/час, да ещё и имея взлётный вес всего в 10 тонн...
В общем, как-то повеяло «деревянными самолётами и картонными реакторами», вы уж извините, если что...

Тем временем в США работы по созданию скоростных винтокрылов уже вышли на финишную прямую. 22 мая 2015 года был успешно испытан скоростной винтокрыл «Сикорский» S-97 Raider. Это уже не демонстратор технологий, как S-69, не летающая лаборатория, как S-72 и даже не экспериментальный вертолёт, как Х2.
S-97 — полноценный скоростной винтокрыл-разведчик, который достиг скорости в 444 км/час и с подвешенным вооружением вполне сможет держать крейсерскую скорость в 407 км/час.
Это как минимум на 50-100 км/час быстрее, чем скорости современных ударных вертолётов (таких, как Ми-28 или Ка-52) и почти что на 200 км/час быстрее, чем скорость предыдущего штатного разведчикаПентагона, вертолёта «Белл» OH-58 Kiowa.
Это даёт S-97 значительное преимущество в воздушном противостоянии: разведчик может просто убежать от идущего к нему на перехват ударного вертолёта.


Интересно, что S-97 построен по нетипичной до сих пор для фирмы «Сикорский» соосной схеме вертолётного ротора и показывает, что «Сикорский» уже достаточно полно освоил до этого не использовавшуюся этой компанией, но очень перспективную для скоростного винтокрыла схему соосных роторов.

В общем, битва за «идеальный мультилёт» продолжается. Следите за новостями, передний край человеческой технологии всё-таки продолжает своё неспешное, но постоянное движение...

Комментариев нет:

Отправить комментарий