Гвинтокрилі машини | Журнал Популярна Механіка

1. Погляд у майбутнє
2. Погоня за невразливістю
3. Чому вертольоти літають так повільно?
4. гонка чотирьох
5. Користь для громадянки

В обстановці повної секретності, в цехах, доступ до яких суворо обмежений для сторонніх, авіаконструктори працюють над тим, щоб ера вертольотів в тому вигляді, в якому ми їх знаємо, нарешті підійшла до кінця. Тут проектують абсолютно нове покоління гвинтокрилих машин. В результаті цієї роботи і військові операції, і світ цивільних повітряних перевезень зміняться радикально і безповоротно.

Сама будівля нічим не примітна - це один з декількох розпечених невтомним флоридським сонцем непоказних ангарів, що вишикувалися уздовж злітно-посадкової смуги - за нею починається великий болотистий край Еверглейдс. Але саме тут розташований центр Зони 31, де компанія Sikorsky Aircraft працює над самими технологічно просунутими проектами гвинтокрилих машин. Тут, як і в більш знаменитої Зоні 51, що належить ВПС США і знаходиться в пустелі Невада, будують і відчувають літальні апарати. Таємничі розробки ховають не тільки від іноземців, а й від місцевих авіабудівників-конкурентів. Ставка висока - мільйони, а може бути, і мільярди доларів. Саме тому компанія Sikorsky дуже неохоче пускає на об'єкт журналістів і погоджується лише на такі прес-тури, які обставлені безліччю обмежень - як на пересування по території, так і на фото / відеозйомку.

Погляд у майбутнє

Всередині ангар залитий яскравим світлом від висять під стелею блоків промислових флюоресцентних ламп. В цьому сяйві можна добре розгледіти фюзеляж кольору чорної патоки, на хвості якого закріплені дві аеродинамічні площині - вертикальні стабілізатори з вбудованими кермом повороту. Навіть побіжного погляду вистачає, щоб зрозуміти, що перед нами щось зовсім нове. Це S-97 Raider, машина, яка вперше підніметься в повітря в 2015 році і стане на той момент першої готової до виробництва моделлю апарату нового типу - комбінованого вертольота (гвинтокрила) з несучим гвинтом, виконаним за соосной схемою. У S-97 два головних ротора, розташованих по одній осі і обертаються в протилежних напрямках. На кормі встановлений штовхає гвинт. Така конструкція дозволить розвивати до 460 км / год, що на 100 км / ч більше швидкості, доступною існуючим вертольотам. Радіус дії при цьому збільшиться вдвічі. S-97 належить до нарождающемуся новітнього покоління літальних апаратів, яким судилося радикально змінити вигляд авіації з вертикальним зльотом.

Більш ранній прототип компанії Sikorsky - X2 - розвинув в 2010 році швидкість 466 км / год, довівши тим самим, що схема комбінованого вертольота з співісними роторами має право на існування.

У 2011 році американська армія почала фінансування програми Joint MultiRole Rotorcraft Technology Demonstrator (JMR-TD), яка стала першим кроком на шляху до повної заміни наявного парку військових вертольотів. Першими у відставку підуть UH-60 Black Hawk - найраніше до 2030 року їх замінить апарат під умовною назвою Future Vertical Lift Medium (FVL, перспективний транспорт з вертикальним зльотом середнього класу).

Для FLV відкривається величезна ніша. Сьогодні Black Hawk забезпечує основну потребу у вертольотах для армії, ВМС, Корпусу морської піхоти і Берегової охорони США. Машина була прийнята на озброєння в 1979 році, і з тих пір випущено близько 2300 «чорних яструбів», які активно використовувалися в США та інших країнах світу. Вертоліт в різних модифікаціях зарекомендував себе з кращого боку, але його швидкість обмежена 294 км / ч.

Крім FLV Medium, Пентагон планує прийняти на озброєння три інших класу гвинтокрилих машин, спроектованих в рамках тієї ж програми. FVL Light (легкий) прийде на зміну розвідувальному вертольоту Kiowa, FVL Heavy (важкий) займе місце могутнього двухроторного Chinook, і, нарешті, FVL Ultra стане першим представником нового типу літальних апаратів - вони будуть поєднувати вантажопідйомність транспортних літаків типу С-130 зі здатністю до вертикальним зльоту і посадки. Якщо всі плани американського оборонного відомства будуть виконані, кожен з нині експлуатуються вертольотів знайде собі заміну.

Погоня за невразливістю

Проблема ще й у тому, що зміни на сучасному полі бою роблять традиційні вертольоти все більш уразливими. Через те що дальність тактичних ракет зростає, під загрозою опиняються вертолітні майданчики підскоку, розташовані на сухопутних базах і кораблях поблизу зони бойових дій. Тому літак, що літає швидше і має більший радіус дії, піддається меншому ризику. Але якщо гвинтокрилі машини наростять швидкість і дальність, то цілком зможуть конкурувати зі штурмовиками.

Чому вертольоти літають так повільно?

Справа в тому, що для вертольота класичної конструкції існує фізичний межа збільшення швидкості. Поки вертоліт зависає над однією точкою земної поверхні, швидкість руху всіх його лопатей щодо набігаючого потоку повітря однакова. Але як тільки апарат починає рухатися вперед, виникає нерівномірність швидкостей. У той момент, коли лопата, обертаючись, йде в бік, протилежний руху вертольота, її швидкість відносно набігаючого потоку падає. Якщо вертоліт розігнати вище 330-340 км / ч, при певному куті атаки лопаті (він весь час змінюється) ця швидкість може впасти до швидкості звалювання, що призведе до катастрофи.

На сьогодні найбільш технологічно просунутим апаратом з вертикальним зльотом можна вважати V-22 Osprey. Ця машина здатна розгортати свої турбогвинтові двигуни на 90 градусів і злітати вертикально, як вертоліт, а потім продовжувати політ по-літакового. Однак зараз армії потрібен не ваговоз типу V-22, а апарат з вертикальним зльотом меншого розміру. Прототип в рамках програми JMR-TD зможе перевозити 11 осіб, в порівнянні з 24, яких вміщає Osprey.

Вертоліт UH-60 Black Hawk використовується в митній і прикордонній службах США.

Є ще літаки з вертикальним злетом, наприклад AV-8B Harrier і F-35B Lightning II, в яких використовується поворотний сопло для перенаправлення вниз реактивного струменя. Але для армійських операцій такі машини малопридатні, так як джгут занадто багато палива і недостатньо маневрені, щоб діяти поблизу земної поверхні. Завдання, поставлене в рамках програми JMR-TD, полягає в тому, щоб створити літальний апарат, який функціонально не поступиться вертольоту Black Hawk, але зможе літати на максимальну дальність 3380? км. Представники вертольотобудівне компаній запевняють, що це можливо, і, щоб перевірити їх затвердження, Пентагон і запустив програму JMR-TD. «Це інвестиції, які ми робимо заради того, - пояснює директор програми з боку військового відомства Ден Бейлі, - щоб створити уявлення про всі доступні на сьогоднішній день технології. Нам необхідний якісний стрибок в можливостях вертолітної техніки ».

Конкуренти Sikorsky. Модель SB-1 Defiant створена компанією Sikorsky в рамках програми заміни вертольотів Black Hawk. Вона зможе розвивати швидкість понад 570 км / год і буде швидше розробленого Sikorsky за рахунок власного фінансування гвинтокрила S-97 Raider. У машині застосовані два співвісних головних ротора, які обертаються в протилежних напрямках, в результаті чого в будь-який момент часу на кожній стороні вертольота знаходиться лопать, що рухається вперед. Таким чином негативні наслідки зриву потоку з «йде лопаті» компенсуються. Поступальний рух в основному забезпечує розташований на кормі штовхає гвинт. «Це неймовірне відчуття, - каже льотчик-випробувач Кевін Бреденбек, - коли ти ніби летиш на вертольоті з крейсерською швидкістю, але ця швидкість 400 км / год!»

гонка чотирьох

У минулому році військові скоротили до чотирьох кількість компаній, які отримали право запропонувати свої конкуруючі проекти в рамках програми JMR-TD. До цього числа увійшли два гіганта - Sikorsky (Стретфорд, штат Коннектикут) і Bell Helicopter (Херст, штат Техас), а також дві невеликі фірми - AVX Aircraft Company (Бенбрук, Техас) і Karem Aircraft (Лейк-Форест, Каліфорнія). Кожній з компаній було видано по шість мільйонів доларів на підготовку дизайн-проекту. Цього літа з четвірки відсіється два кандидата, а два інших отримають фінансування для виготовлення прототипів в металі, з тим щоб провести їх льотні випробування в 2017-2019 роках.

Bell Helicopter. Конвертоплан Bell готує свій проект - V-280 Valor, спираючись на власний досвід побудови V-22 Osprey. Маленький і в'юнкий апарат зможе перевезти 11 солдатів на 420 км і повернутися назад зі швидкістю 514 км / год. Ніяких проблем з «йде» лопатою: після зльоту два ротора повертаються на 90 ° і перетворюються в пропелери, тягнуть машину вперед. При цьому двигуни будуть завжди залишатися в горизонтальному положенні. Лопаті роторів зроблені гнучкими, що дасть перевагу в маневреності на малих швидкостях. Разом з тим машина отримає радіус дії і паливну ефективність, незрівнянні з нинішніми вертольотами. Бічні двері. Під час висадки тактичного десанту дуже важливо, щоб солдати могли бачити, що відбувається з боків машини і при необхідності вести вогонь по противнику. Великі бічні двері будуть цьому сприяти.

При цьому військові заявили, що навіть та компанія, яка буде обрана переможцем, зовсім не обов'язково стане володарем 100-мільярдного контракту на будівництво 4000 нових вертольотів. Але, з іншого боку, в розпорядженні фіналістів в будь-якому випадку виявляться літаючі прототипи, побудовані за державний рахунок, і їх можна буде використовувати при проектуванні цивільної продукції.

Всього через кілька десятиліть гвинтокрилі машини з футуристичним, на нинішній погляд, дизайном стануть такими ж звичними в небі, як в наші дні звичайні сучасні вертольоти.

«Це буде значний крок вперед, - каже Стів Уайнер, директор з інженерних наук в компанії Sikorsky. - Щось на кшталт переходу авіації з фіксованим крилом від поршневих двигунів до турбореактивних ».

Karem Aircraft. Ротор з оптимізованої частотою обертання. Конвертоплан компанії Karem Aircraft буде оснащений двома роторами зі змінним вектором тяги і зможе досягати в горизонтальному польоті швидкості 675 км / ч. Karem Aircraft розробила технологію Optimum Speed ​​Tiltrotor, завдяки якій частота обертання гвинтів буде змінюватися в залежності від режимів польоту. Це знизить шум і підвищить паливну ефективність машини.

Користь для громадянки

Звичайно, вертольоти наступного покоління будуть набагато більш функціональними, ніж нинішні, а й коштувати вони будуть помітно дорожче. Щоб літати швидше, потрібно витрачати більше палива і будуть потрібні більш потужні двигуни, які самі по собі додадуть апарату ваги і піднімуть його в ціні. «Якщо ви хочете розігнатися на вертольоті вище 280 км / ч, вам доведеться понести додаткові витрати в розмірі 50 або навіть 100%», - пояснює Річард Абулафія, авіаційний аналітик з Teal Group.

AVX. Гвинти в кільцевих обтічниках. Проект компанії AVX є комбінованим вертоліт (гвинтокрил) з співвісним розташуванням двох несучих роторів. Це схоже на проект Sikorsky, однак ротори тут гнучкі і більш легкі, що знижує вимоги до потужності двигуна. Додаткову тягу забезпечують два розташованих на кормі гвинта в кільцевих обтічниках. В результаті машина зможе розганятися до 425 км / ч. Крила за схемою «качка». У крейсерському режимі основну частину підйомної сили будуть створювати дві консолі крила, розміщені за схемою «качка», тобто поряд з носом апарату. «Згідно з нашими розрахунками, - каже президент AVX Трой Геффі, - комбінований вертоліт значно перевершить звичайний при порівнянних витратах».

Програма створення демонстратора, фінансована Пентагоном, дає можливість виробникам відпрацювати всі тонкощі нових технологій і в результаті знизити ціну на кінцеву продукцію. «Якщо заглянути вперед, в майбутнє, - каже Кіт Флейл з компанії Bell, - то у нових розробок проглядається і комерційне застосування». «Одним з ринків може стати нафтовидобуток на бурових платформах, - викладає свою точку зору Абулафія. - Видобуток йде все далі в море, і можливість отримати новий вертоліт, здатний за одиницю часу зробити вдвічі більше рейсів, ніж звичайний, і привезти на платформу в два рази більше робочих, зможе примирити енергетичні компанії з новим цінником ».

Іншим потенційним ринком, на думку Абулафія, можуть стати VIP-перевезення. Топ-менеджери корпорацій і просто багаті люди і зараз нерідко використовують вертольоти для польотів на невелику відстань, але з появою гвинтокрилих машин нового покоління заможні клієнти отримають можливість здійснювати триваліші подорожі (до 800? Км), уникаючи при цьому поїздок в аеропорт і назад.

Окрема тема - екстрена медична евакуація, коли втрачений час може коштувати потерпілому життя. «Є таке поняття« золотий час », - каже Трой Геффі з фірми AVX. - Якщо за цей час встигнути доставити пацієнта в лікарню, його шанси вижити виявляються набагато вище! »

Якщо нова техніка освоїть хоча б ці ринки, то в подальшому їй знайдеться багато інших застосувань. Зараз літальні апарати з вертикальним зльотом представлені в основному вертольотами, також існують невеликі ніші для конвертопланів типу V-22 і реактивних винищувачів, здатних злітати на відхиленою вниз реактивному струмені. Однак майбутнє відкриває більше перспектив гвинтокрилих з штовхає гвинтом і тим же конвертопланів. «Співвідношення типів апаратів буде змінюватися, - впевнено пророкує Флейл. - Еволюція неминуча ».

Стаття «Секретна покоління гвинтокрилих» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №7, Грудень 2014 ).