Телеканал «Звезда» на facebook
18+

Бой на пределе: каким будет российский скоростной вертолет

Сайт телеканала «Звезда» рассказывает о том, каким будет российский скоростной вертолет и почему решение этой технической задачи является крайне сложным.
Бой на пределе: каким будет российский скоростной вертолет
© Фото: U.S. Navy / Valder137 / Bernd.Brincken / Wikimedia / Евгений Биятов / РИА Новости / Виталий Кузьмин / vitalykuzmin. net

Крейсерская скорость полета очень важна. Важно быстро поддержать огнем подразделение или оперативно доставить ему вооружение и запасы. Высокая скорость за счет сокращения времени нахождения в опасной зоне повышает боевую живучесть машины. Но у современного вертолета с увеличением скорости есть большая проблема, и связана она с тем, что классическая аэродинамическая схема подошла к пределу своих возможностей.

Проблема скорости

Наименее сложная проблема – это лобовое сопротивление, которое создают фюзеляж вертолета, шасси и втулка несущего винта. Шасси можно убрать, втулку закрыть обтекателем, а фюзеляжу придать максимально обтекаемую форму.


Картинка
G сила тяжести, V пропульсивная сила, Tн тяга несущего винта

Основная проблема – несущий винт (НВ), а точнее, то, как его лопасти работают на максимальных скоростях. Лопасть по своей сути является крылом, которое работает в необычных условиях. На висении скорость ее обтекания воздухом меняется пропорционально радиусу – окружная скорость увеличивается по мере приближения к законцовке.

Картинка

При горизонтальном полете скорость вращения движущейся вперед, «наступающей» лопасти складывается со скоростью полета и вычитается, когда лопасть движется назад, то есть «отступает». Из-за этого подъемная сила по диску несущего винта распределяется неравномерно. Компенсируется это за счет циклических маховых движений лопасти, в результате которых изменяется угол атаки, и подъемная сила выравнивается. Так работает несущий винт в стандартных условиях, а вот на больших скоростях все становится сложнее – возникает «срыв потока».

Картинка

«На максимальной скорости полета кончик "наступающей" лопасти приближается к звуковому барьеру, и на нем возникает эффект "волнового кризиса" – резко возрастает лобовое сопротивление. На "отступающей" лопасти увеличивается зона обратного обтекания. Маховые движения лопастей становятся более интенсивными, и она выходит на закритические углы атаки. Возникает "срыв потока", и машина теряет управление. Летчики называют это явление "валежка"», – рассказал доцент кафедры аэродинамики и динамики полета Сызранского ВВАУЛ (ныне филиал ВУНЦ ВВС «ВВА») Вячеслав Полуяхтов.

С эффектом «волнового кризиса», который возникает на законцовке наступающей лопасти, можно бороться, придав ей стреловидную форму. Это отодвигает возникновение проблемы на более высокие скорости. А вот проблема с зоной обратного обтекания на отступающих лопастях требует более серьезных решений. Например, при скорости полета 450–500 километров в час больше половины лопасти будет обтекаться воздушным потоком с обратной стороны, ставя проблему балансировки вертолета в разряд основных.

Конвертоплан

Компания Bell еще в 50-х годах прошлого века сконцентрировалась на концепции конвертоплана – аппарата вертикального взлета и посадки с поворотными винтами. Это нечто среднее – не очень маневренный вертолет и не самый быстрый самолет.

Картинка

Но отдадим должное инженерам из Bell – вместе с Boeing они достигли хороших результатов. Герой многих боевиков Bell V-22 Osprey способен лететь со скоростью 500 километров в час. Конвертоплан с 2005 года стоит на вооружении ВВС и Корпуса морской пехоты США.

У конвертоплана есть два существенных недостатка: техническая сложность и стоимость. Например, Osprey опережает Chinook не только по скорости, но и по цене – 116 миллионов долларов против 29 миллионов долларов. Согласитесь, заставляет задуматься.

Американец Х2

Компания Sikorsky еще в 70-х годах прошлого века сформулировала «концепцию наступающей лопасти» – АВС (Advancing Blade Concept). Идея состоит в том, что проблемная, «отступающая» часть несущего винта, на которой возникает зона обратного обтекания, не участвует в создании подъемной силы, а для борьбы с «волновым кризисом» на наступающей части снижается скорость вращения несущего винта.

Фактически подъемную силу на вертолете создают противоположные половинки двух соосных несущих винтов. Полноценно это решение было реализовано на концепте Sikorsky-X2. Он оборудован двумя жесткими соосными винтами и дополнительным толкающим винтом для создания пропульсивной силы.

Картинка

Инновационным решением было отказаться от классического автомата перекоса – на Х2 угол атаки лопастей выставляет компьютер с помощью специальных рулевых механизмов в зависимости от полетной ситуации. На мой взгляд, это одна из важнейших инноваций в сфере управления вертолетом в настоящее время. В 2010 году X2 развил скорость 460 километров в час.

Через год программа X2 была завершена, и разработчики перешли к новой машине – S-97 Raider, первый полет которой состоялся три года назад. Американец показал следующие характеристики: максимальная скорость 444 километра  в час, крейсерская – 407 километров в час, на борту шесть бойцов и вооружение. Кстати, вертолет может быть переоборудован под беспилотник. Стоит концептуальная военная вертушка от 15 миллионов долларов.

Европеец Х3

Экспериментальная программа Eurocopter X³ (X-cube demonstrator) вполне серьезна и успешна, хотя бы из-за показанных скоростных результатов. Концептуально европеец, собранный на базе серийного  Eurocopter AS365 Dauphin, построен по одновинтовой схеме с двумя тянущими винтами. За счет разницы в тяге они компенсируют реактивный момент, возникающий на вертолетах одновинтовой схемы, и обеспечивают путевое управление. При скорости более 400 километров в час крыло, на котором установлены тянущие винты, принимает на себя до 80% подъемной силы, несущий винт разгружается, и скорость его вращения можно уменьшить. В 2013 году машина побила рекорд американского Sikorsky-X2, разогнавшись до 472 километров в час в горизонте. Возобновление европейской программы планируется не ранее 2020 года.
 

ПСВ – перспективный скоростной вертолет

У нас уже много лет ведутся работы в этом направлении, есть серьезные наработки и множество решений. Еще в 2007 году камовцы показали свое видение скоростного вертолета – Ка-92. Несколько позднее МВЗ им. М. Л. Миля предложило проект Ми-Х1.
Наш демонстратор программы ПСВ создан на базе скоростного Ми-24. Убрали кабину летчика-оператора, заузили носовую часть фюзеляжа, «поигрались» с крылом и, конечно, поснимали все ненужное. Машина оснащена новыми лопастями несущего винта. Вот их как раз и тестировали.

Картинка

Вертолет совершил первый полет 29 декабря 2015 года. Машина испытывалась как с крыльями, так и без них. Осенью 2016 года ПСВ достиг скорости 405 километров в час.

Конечно, это совсем не мировой рекорд. Но ведь машина изначально создавалась не для рекордов, а для проведения отработки технологий несущей системы. Новые лопасти НВ имеют особую «аэродинамическую крутку» и будут применяться на существующих и новых вертолетах. Например, на Ми-28 можно увеличить максимальную скорость на 10%, а крейсерскую – на 13%.

В 2017 году была запущена программа СБВ (скоростной боевой вертолет). Контракт между Минобороны и корпорацией «Вертолеты России» на создание технического облика вертолета следующего поколения истекает в этом году. Получается, что скоро станет понятен облик будущего боевого российского вертолета.

 «Дизайн вертолета будет совершенно другим. В моем сознании это дизайн скоростной машины: зализанный контур, размещение средств поражения внутри корпуса – исключительно аэродинамически совершенная машина, которая необходима и для другого качества – меньшей заметности», – отметил Сергей Михеев, генеральный конструктор АО «Камов».

Прорабатываемые сейчас технические решения, как в компании «Камов», должны обеспечить прирост скорости полета с нынешних 300 километров в час до границы в 500 километров в час. МВЗ им. М. Л. Миля, возможно, дотянет до 450–470 километров в час. Каждая из конкурирующих схем имеет свою изюминку и свой потенциал.

Ка-92

Компоновочная и аэродинамическая схема Ка-92 создана в классической для КБ соосной компоновке. Камовцы, как и фирма Sikorsky, реализуют «концепцию наступающей лопасти», принцип которой был описан выше. На мой взгляд, в будущем такой подход более перспективен, хотя есть множество технических сложностей.

Картинка

Впереди разработка новых типов несущих винтов, новых компоновочных решений вертолета и новых принципов управления. Необходимо научиться управлять оборотами несущего винта, перейти к более сложным законам управления лопастями несущего винта. Привычный автомат перекоса должны заменить специальные «рулевые механизмы», которые вместе с бортовым компьютером дадут более сложные алгоритмы поведения лопастей. Это позволит им в нужный момент времени занимать наиболее выгодное положение по углу атаки.

Ми-Х1

Перспективный Ми-Х1 представляет собой классическую одновинтовую схему с автоматом перекоса несущего винта и толкающим винтом, расположенным на конце длинной хвостовой балки. Компенсация реактивного момента будет осуществляться за счет поворота управляющих поверхностей, расположенных в спутной струе толкающего винта.

Картинка

Срыв потока, который возникает на отступающей лопасти, планируется снижать с помощью системы локального подавления срыва на отступающей лопасти SLES (Stall Local Elimination System). В теории это должно улучшить балансировку несущего винта на больших скоростях.

Представленный милевцами проект очень напоминает конструктивную схему VTDP (Vectored Thrust Ducted Propeller), показанную компанией Piasecki Aircraft. Смонтированный в трубе толкающий винт с управляемым вектором тяги в комбинации с несущими крыльями. Экспериментальная модель X-49 Speed Hawk в 2007 году достигла скорости 268 километров в час. Американцы от этой схемы отказались – говорят, маневренность машины на режимах висения оставляла желать лучшего.

Движение вперед

Двигаться в направлении скорости надо, и деньги вкладывать. С умом вкладывать.

Картинка

И не надо кричать, что у нас сплошные технологические проблемы, надо их решать. Мир однозначно не стоит на месте, и через десять лет вопрос высокотехнологичного, скоростного боевого вертолета нового поколения встанет ребром. Справимся? Сделаем ли действительно инновационную машину или повторим то, что уже есть у них?

Я уверен, наши конструкторы и наша промышленность справятся, и не такие проблемы мы решали быстрее и за меньшие деньги. Для этого надо меньше говорить и больше делать.

Москва, август 2017 года:

«Министерство обороны на протяжении длительного времени требует от "Вертолетов России" создать новую концепцию платформы боевого вертолета, отличающуюся повышенной крейсерской скоростью, примерно на уровне 400 километров в час», – заявил заместитель министра обороны России Юрий Борисов.

Дубай, 12 ноября 2017 года:

«Две концепции скоростного вертолета для Минобороны РФ будут представлены в следующем году. Заказчик выберет предпочтительные решения», – сообщил генеральный директор холдинга «Вертолеты России» Андрей Богинский.

Москва, 22 февраля 2018 года:

«Опытный образец российского перспективного скоростного боевого вертолета, разрабатываемого "Вертолетами России" в интересах Минобороны РФ, совершит первый полет в 2019 году», – сказал глава «Ростеха» Сергей Чемезов.

Ждем…

ВЫСКАЗАТЬСЯ Комментарии
В ДPУГИХ CMИ
Загрузка...
Загрузка...
Загрузка...
Вас заинтересует
Экспертное мнение и аналитика