Вертоліт з штовхає гвинтом

  1. лопать Оккама
  2. Чим повільніше, тим швидше
  3. випробування часом

У найближчі роки на наших очах обіцяє розгорнутися дуже цікава технологічна гонка. Два російських виробника вертолітної техніки, До. Б. Камова і Міля, і один американський, Sikorsky, практично одночасно оголосили про початок розробки вертольота з штовхає гвинтом.

Нові моделі обіцяють суттєво змінити звичні уявлення про гвинтокрилих машинах: проектна максимальна швидкість кожної з них значно перевищує 400 км / год, які прийнято вважати технологічним межею для вертольота

Обізнаний читач напевно згадає, що спроби створити швидкісний вертоліт з штовхає гвинтом робилися досить давно і деякі з них увінчалися успіхом якщо не в комерційному, то хоча б з технічної точки зору. Lockheed AH-56 Cheyenne, що зробив свій перший політ у вересні далекого 1967 року, що міг розвивати значні 393 км / ч. Але для військових швидкість була не так важлива, як надійність, простота і дешевизна конструкції, тому проект був закритий і витончений вертоліт з додатковим штовхає гвинтом поступився місцем AH-64 Apache традиційної конструкції.

Вертоліт Ка-52 обіцяє стати невід'ємним елементом транспортної системи, зробивши легко доступною будь-яку точку країни, незалежно від ступеня розвитку аеродромних мереж Вертоліт Ка-52 обіцяє стати невід'ємним елементом транспортної системи, зробивши легко доступною будь-яку точку країни, незалежно від ступеня розвитку аеродромних мереж.

Однак для вертольота 393 і понад 400 км / год - це принципова різниця. У той час як Cheyenne впритул підібрався до заповітного межі, майбутні моделі з штовхає гвинтом обіцяють його значно перевершити. А для цього, крім штовхає гвинта, потрібні додаткові технологічні хитрощі. Всі три прототипи - «Камова», «Миля» і Sikorsky - виглядають по-різному. Sikorsky X2 являє собою машину з співвісним несучим і додатковим штовхає гвинтами. Ка-92 відрізняється наявністю співвісного штовхає гвинта. Мі-X1 - це вертоліт традиційної схеми з несучим, рульовим і додатковим штовхає гвинтами.

Мі-X1 - це вертоліт традиційної схеми з несучим, рульовим і додатковим штовхає гвинтами

Розіславши по всьому світу прес-релізи з інформацією економічного характеру, все три фірми оголосили обітницю мовчання щодо деталей конструкції і принципів роботи нових машин. На сьогоднішній день «Міль» і «Камов» порадували заінтригувати публіку лише кількома макетами перспективних вертольотів, окремі екземпляри яких вельми значно відрізняються один від одного і не характеризуються високою деталізацією. А ось досвідчений зразок Sikorsky X2, що вже пройшов наземні випробування, всі бажаючі могли розглянути на виставці HeliExpo 2008 року в Х'юстоні. На прикладі цієї машини ми спробуємо розібратися, як будуть влаштовані вертольоти нового покоління. До речі, формально апарат з штовхає гвинтом слід називати не вертольотом, а гвинтокрилих, так як його горизонтальна тяга визначається не несучим гвинтом, а додатковим рушієм. І все ж дозволимо собі називати машини по-старому: буде образливо, якщо слово, до якого ми звикли, кане в лету разом із застарілою конструкцією.

І все ж дозволимо собі називати машини по-старому: буде образливо, якщо слово, до якого ми звикли, кане в лету разом із застарілою конструкцією

лопать Оккама

Технологічна межа швидкості вертольота визначається різницею в швидкості руху наступаючої і відступаючої лопатей несучого гвинта щодо повітря. Швидкість руху вертольота додається до швидкості наступаючих лопатей і віднімається з швидкості відступаючих лопатей. Якщо кут атаки лопатей на наступаючої і відступаючої сторонах ротора буде залишатися незмінним, підйомна сила на наступаючої стороні буде значно більше, ніж на відступаючої, і вертоліт перевернеться. Автомат перекосу вертольота класичної схеми влаштований так, щоб компенсувати цю різницю, циклічно зменшуючи кут атаки лопатей на наступаючої стороні і збільшуючи на відступаючої. Це означає, що гвинт ні за яких обставин не зможе реалізувати весь потенціал підйомної сили: навіть при максимальному куті атаки лопатей відступаючої боку підйомна сила наступаючої сторони буде далека від максимально можливої.

Гвинтокрил Ка-22 був розроблений в кінці 50-х років для військово-повітряних сил СРСР Гвинтокрил Ка-22 був розроблений в кінці 50-х років для військово-повітряних сил СРСР. Вантажний апарат з двома несучими і двома штовхають роторами міг приймати на борт до 16,5 тонн вантажу і літати зі швидкістю 350 км / год. Цікаво, що на високій швидкості несучі гвинти переходили в режим авторотації, і апарат перетворювався на величезний автожир. Ка-22 здійснив свій перший політ 15 серпня 1959 року. В серпня 1964 один з досвідчених зразків гвинтокрила увійшов в неконтрольований правий поворот, за яким послідувало звалювання. З п'яти членів екіпажу лише трьом вдалося катапультуватися. Після трагічної аварії проект був закритий.

Так само марнотратно ми звертаємося з підйомною силою, змушуючи вертоліт летіти вперед. Щоб набрати швидкість, доводиться збільшувати кут атаки лопатей в задній частині ротора і зменшувати в передній. Максимального кута атаки всіх лопатей, так само як і максимально можливої ​​підйомної сили, ми не отримаємо.

Схема з двома пересічними роторами, встановленими під невеликим кутом один до одного, була вперше застосована в 1942 році в нацистській Німеччині для невеликого протичовнового вертольота Flettner Fl 282 Kolibri Схема з двома пересічними роторами, встановленими під невеликим кутом один до одного, була вперше застосована в 1942 році в нацистській Німеччині для невеликого протичовнового вертольота Flettner Fl 282 Kolibri. Її придумав конструктор Антон Флеттнер, який після війни приєднався до американської компанії Kaman. Основна перевага сінхрокоптеров, як іноді називають вертольоти з пересічними роторами, полягає в підвищеній стабільності при зависанні. Крім того, сінхрокоптери працюють значно тихіше вертольотів, побудованих за класичною схемою. На сьогоднішній день в світі експлуатується близько 40 вертольотів K-Max.

Цікаво, що в вертольотах співвісні схеми (більшість моделей Камова) для обох гвинтів використовується практично такий же автомат перекосу, як в одногвинтових машинах. Ротори, що обертаються в протилежні сторони, компенсують втрату підйомної сили на відступаючих лопатях без допомоги автомата перекосу, тому схема Камова перевершує класичну по енергоозброєності. Але необхідність створювати горизонтальну тягу за допомогою несучих гвинтів і раніше змушує йти на енергетичний компроміс.

Sikorsky S-72 - це унікальна гібридна експериментальна платформа з несучим крилом, основним і рульовим роторами і двома реактивними двигунами, призначена для випробування різних вертолітних схем Sikorsky S-72 - це унікальна гібридна експериментальна платформа з несучим крилом, основним і рульовим роторами і двома реактивними двигунами, призначена для випробування різних вертолітних схем. Літаюча лабораторія вперше відірвалася від землі 12 жовтня 1976 року. Основний ротор S-72 був скидаються: якщо в польоті щось йшло не за планом, випробувачі могли одним натисканням кнопки перетворити вертоліт в реактивний літак і повернутися на аеродром. На Sikorsky S-72 була випробувана концепція ротора X-wing, широкі і жорсткі лопаті якого після набору висоти зупинялися і грали роль несучого крила.

У соосной схемою Sikorsky X2 автомат перекосу не несе компенсаторних функцій. Несучі гвинти не відповідають за створення горизонтальної тяги і компенсують взаємне прагнення до крену, тому необхідність в циклічній зміні кроку гвинта відпадає. І наступає, і відступаюча боку ротора X2 завжди розвивають максимум підйомної сили. Фахівці Sikorsky називають цю технологію ABC (концепція наступаючої лопаті, Advancing Blade Concept). Згідно ABC підйомна сила визначається міццю наступаючої лопаті, а не обмежується можливостями відступаючої. Це означає, що вертоліт стане економічніше і зможе долати великі відстані без дозаправки. Але головне, що в порівнянні з вертольотами звичних схем він зможе підтримувати висоту при меншій швидкості обертання головного ротора. А це один з визначальних факторів максимальної швидкості.

Чим повільніше, тим швидше

На певній швидкості горизонтального польоту швидкість руху відступаючої лопаті відносно набігаючого потоку повітря, а значить, і підйомна сила стають дорівнюють нулю. Для вертольота класичної конструкції, підйомна сила якого обмежена можливостями відступаючих лопатей, настає технологічна межа швидкості, приблизно рівний 400 км / ч. Однак вертоліт з технологією ABC може спокійно продовжити розгін - навіть після того як підйомна сила на відступаючої стороні зникне, на наступаючої вона буде продовжувати рости. Концепція вже довела свою життєздатність на експериментальному вертольоті Sikorsky S-69. За допомогою двох реактивних двигунів, що створюють горизонтальну тягу, апарат розігнався до 518 км / год, спираючись на підйомну силу наступаючих лопатей співвісного гвинта.

Sikorsky X2 Розробник Sikorsky Aircraft Екіпаж 2 людини Призначення Експериментальна платформа Особливості конструкції Силова установка турбовальних двигун LHTEC T800-LHT-801 (1000-1340 кВт) Несучий гвинт 2 співвісних чотирилопатевий ротора Штовхаючий гвинт 6-лопатевої ротор Система управління електродистанційна Fly-by-Wire Кріплення лопатей безшарнірних Динамічні показники Крейсерська швидкість 460 км / год Максимальна злітна маса 3600 кг Дальність польоту без дозаправки 1300 км

Коли законцовки лопатей вертольота наближаються до швидкості звуку, опір обертанню різко зростає. Це може стати наступним швидкісним межею для вертольота. Швидкість обертання несучих роторів Sikorsky X2 автоматично знижується, починаючи з швидкості 390 км / ч. На максимальній швидкості, а це 474 км / год, уповільнення складе 20%. Той факт, що швидкість горизонтального польоту не визначається несучими гвинтами і підйомна сила використовується максимально ефективно, дозволяє роторам обертатися дуже повільно, а вертольоту - летіти дуже швидко.

Знаменитий конвертоплан V-22 Osprey розроблявся компаніями Bell і Boeing протягом 30 років Знаменитий конвертоплан V-22 Osprey розроблявся компаніями Bell і Boeing протягом 30 років. Літаючий трансформер здійснив перший випробувальний політ 19 березня 1989 року і незабаром продемонстрував здатність перетворюватися з вертольота в літак прямо в повітрі. Максимальна швидкість V-22 досягає 638 км / ч. Частково Osprey повторив долю Cheyenne: конвертоплан, складна конструкція якого на 70% складається з композитних матеріалів, виявився занадто дорогим для повсюдного застосування в армії ($ 70 млн за одиницю в 2007 році). Проте, на сьогоднішній день V-22 залишається єдиним конвертопланів, що випускається серійно.

Система управління Sikorsky X2 - електродистанційна (Fly-by-Wire). Жоден з органів управління не має механічного зв'язку з виконавчими механізмами - пілот лише віддає команди комп'ютеру, керуючому сервоприводами. Електронне урядування дозволило реалізувати систему активного придушення вібрацій, інтелектуальне управління кроком і швидкістю обертання роторів, єдину систему контролю технічного стану машини, простий перехід на авторотацію в разі відмови двигуна. Всі гвинти приводяться одним турбовальних мотором LHTEC T800 потужністю понад 1000 кВт. Загальний крок регулюється електроприводами, вбудованими у втулки безшарнірних несучих гвинтів. До речі, самі гвинти зроблені з композитних матеріалів і відрізняються поліпшеним співвідношенням підйомної сили до опору за рахунок інноваційної форми і профілю. Втулка співвісного гвинта X2 буде укладена в аеродинамічний обтічник, який значно знижує аеродинамічний опір машини на швидкостях понад 400 км / ч.

Абревіатура VTDP розшифровується як Vectored Thrust Ducted Propeller, тобто ротор з керованим вектором тяги Абревіатура VTDP розшифровується як Vectored Thrust Ducted Propeller, тобто ротор з керованим вектором тяги. X-49A VTDP є багатоцільовий військовий вертоліт Sikorsky YSH-60F Seahawk, грунтовно перероблений компанією Piasecki з метою випробування перспективної швидкісний схеми. Штовхає хвостовій ротор машини встановлений в трубі, за якої розташовуються кіль і кермо висоти. Обертальний момент основного ротора компенсується повітряним потоком, які направляються кілем. На високій швидкості крен машини управляється за допомогою флаперонов. Перший політ X-49A VTDP відбувся 29 червня минулого року. В даний час випробування тривають.

Поширена помилка, що у Sikorsky X2 зовсім немає автомата перекосу. Переконатися в зворотному ви можете самі, уважно розглянувши фотографії машини. Побачити цей вузол непросто, тому що циклічний крок у X2 регулюється тільки для нижнього несучого гвинта. Для управління креном і маневрування на низьких швидкостях цього цілком достатньо - адже несе ротор не бере участі в створенні горизонтальної тяги в крейсерському польоті.

Знаменитий Chinook - двухвінтовой двомоторний важкий транспортник - складається на озброєнні ВПС США з середини 60-х років Знаменитий Chinook - двухвінтовой двомоторний важкий транспортник - складається на озброєнні ВПС США з середини 60-х років. І в ті часи, і навіть сьогодні ця махина здатна обігнати багато вертольоти традиційної конструкції - максимальна швидкість CH-47 досягає 315 км / ч. Апарат може взяти на борт до 55 піхотинців і до 13 тонн вантажу. Chinook - один з небагатьох вертольотів з незвичайною конфігурацією гвинтів, що набули широкого поширення, що виробляються серійно і застосовуються військовими різних країн до сих пір. В даний час CH-47 перебуває на озброєнні США, Великобританії, Італії, Австралії, Японії і ще багатьох країн.

випробування часом

Вертоліт, показаний на виставці в Х'юстоні, - це всього лише демонстратор технології X2, на базі якої Sikorsky пропонує побудувати цілу серію різноманітних літальних апаратів різного призначення. Це може бути і високошвидкісний бойовий вертоліт, і економічний (і не менш швидкий) пасажирський вертоліт бізнес-класу, і важкий транспортник з вантажопідйомністю до 20 т, і 40-тонний літаючий кран. Також за технологією X2 планується побудувати безпілотний літальний апарат. Компанія обіцяє, що ближче до кінця нинішнього року відбудуться перші льотні випробування X2. Вони-то і розставлять всі крапки над i в майбутньому вертольотобудування.

У конструкції Sikorsky X2 використовується перспективна система безшарнірних ротора У конструкції Sikorsky X2 використовується перспективна система безшарнірних ротора.

«Міль» обіцяє представити широкій публіці діючий зразок машини з штовхає гвинтом в 2011 році. Це буде швидкісний пасажирський вертоліт, який покликаний розділити долю літаків регіональних авіаліній в важкодоступних районах зі слаборозвиненою аеродромної мережею. Чи зможе Мі-X1 змагатися з машиною Sikorsky, поки незрозуміло: вертоліт з єдиним несучим гвинтом не може скористатися перевагами концепції наступаючої лопаті.

На думку президента компанії Sikorsky Aircraft Джеффрі Піно, Sikorsky X2 повинен кардинально змінити розстановку сил на ринку гвинтокрилих машин На думку президента компанії Sikorsky Aircraft Джеффрі Піно, Sikorsky X2 повинен кардинально змінити розстановку сил на ринку гвинтокрилих машин. Якщо проект буде втілений в життя, до вертольотів будуть пред'являтися принципово інші вимоги.

Ka-92 з співвісним несучим і співвісним штовхає гвинтами буде розрахований на перевезення 30 пасажирів на відстань понад 1400 км без дозаправки. Крейсерська швидкість вертольота буде досягати 450 км / год. «Ка-92 - це не просто вертоліт, це елемент транспортної системи, яка в сукупності з магістральними літаками зробить доступною будь-яку точку нашої країни, - говорить генеральний конструктор ВАТ« Камов »Сергій Міхєєв. - Наприклад, вилетівши з Мурманська, Ка-92 з нафтовиками-вахтовиками на борту міг би долетіти до нафтових платформ в районі Штокманского родовища, віддалених на 700-800 км, і повернутися на аеродром базування без дозаправки ». Фахівці фірми «Камов» обіцяють застосувати кілька принципово нових для вертолітної галузі технічних рішень, які дозволять радикально збільшити швидкість польоту машини. Подробиці поки не розкриваються. На розробку Ка-92 «Камов» відводить собі не менше восьми років. «Що стосується термінів, я збираюся ще за життя політати на цьому вертольоті», - віджартовується 70-річний конструктор Міхєєв.

Поспішати конструкторам нікуди. Беручи до уваги відмінності в призначенні і конструкції всіх трьох машин, можна припустити, що прямими конкурентами вони не стануть. Крім того, до початку льотних випробувань важко сказати, яка з трьох запропонованих схем виявиться найшвидшою, економічною і найнадійнішою.

Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №8, серпень 2008 ).

Навигация сайта
Новости
Реклама
Панель управления
Информация