Не раз и не два инженерам крупных компаний и просто изобретателям приходила в голову идея скрещивания вертолёта и самолёта. Так соблазнительно совместить вертикальный взлёт и зависание первого с дальностью хода и скоростью второго. Вопрос в том, как именно это проделать. И что же, перед нами очередной конвертоплан? Ни разу.
"Она изменит правила игры в индустрии", — охарактеризовал эту необычную машину президент компании Sikorsky Aircraft Джеффри Пино (Jeffrey Pino). Что же это за чудо?
Ещё в 2005 году Sikorsky анонсировала постройку "самого быстрого вертолёта на планете". Он должен был взлететь уже к концу 2006 года, но, видимо, даже такой именитой фирме пришлось изрядно помучаться, чтобы решить технические проблемы, неизбежно всплывающие в ходе рождения чего-то принципиально нового.
Теперь же, как гласит пресс-релиз Sikorsky, аппарат-демонстратор успешно прошёл наземные тесты с вращением винтов, а на очереди – первый полёт.
Gizmag сообщает, что новый винтокрыл от Sikorsky, способный разгоняться до рекордных 474 километров в час, должен оторваться от земли позднее в нынешнем году.
Уже по его облику (пусть пока компания представила лишь рисунки) можно легко догадаться, каков главный принцип изобретения. Машина, оборудованная двумя подъёмными винтами противоположного вращения, дополнена хвостовым толкающим воздушным винтом. На нём реверанс в сторону самолёта исчерпывается.
Это называется технологией X2, а винтокрыл, готовый вот-вот появиться в небе, — X2 Technology Demonstrator.
Каждый его несущий ротор обладает четырьмя лопастями, а толкающий винт – шестью. Все три приводятся от одного движка – турбовального LHTEC T800. Разумеется, в дальнейшем может быть создана аналогичная двухдвигательная машина.
Надо сказать, что в технологии X2 скрыты изюминки, незаметные снаружи.
Скажем, у этой машины очень необычно распределяется подъёмная сила между лопастями. В чём же отличия от прежних вертолётов?
Для начала рассмотрим самый простой – с одним несущим ротором и хвостовым винтом, компенсирующим вращающий момент. Чтобы такой вертолёт мог летать, ему необходим автомат перекоса – узел, который циклически меняет угол атаки лопастей справа, слева, спереди и сзади от оси вращения винта.
Поскольку при поступательном движении вертолёта скорость лопастей на наступающей стороне ротора складывается со скоростью самой машины, относительно воздуха те лопасти перемещаются быстрее, чем лезвия на противоположной стороне, где происходит "вычитание".
Если эту разницу не скомпенсировать, уменьшив угол атаки лопастей на наступающей стороне, вертолёт тут же перевернётся "на спину".
Соответственно, у такого геликоптера при полёте по прямой подъёмная сила на лопастях справа и слева – одинакова, но на наступающей стороне она намного меньше потенциально возможной.
У двухвинтового вертолёта с каждым ротором в отдельности происходит всё то же самое.
А теперь посмотрим, что случается, если мы хотим разгоняться. Пилот перемещает ручку управления, и автомат перекоса выставляет угол атаки лопастей сзади чуть больше, а спереди – чуть меньше. Подъёмные силы сзади и спереди также становятся разными, воздушное судно наклоняет нос, а у винта возникает горизонтальная составляющая от подъёмной силы, которая и толкает машину вперёд.
Значит, и в этом случае винтокрыл не использует всю подъёмную силу, которую способны создавать лопасти.
По мере же роста скорости проблема только усугубляется, поскольку на отступающей стороне ротора возникает участок, в котором абсолютная скорость лопастей относительно воздуха становится практически нулевой. Тот участок лопастей, естественно, в создании подъёмной силы не участвует.
Добавкой толкающего пропеллера Sikorsky, можно сказать, одним выстрелом расстреляла, замочила и разорвала на кусочки всех этих вредных "зайцев".
У X2 каждая лопасть винтов в любой момент времени создаёт максимальную подъёмную силу, доступную ей "по теории", поскольку для поступательного движения машине не нужно наклоняться: горизонтальная тяга от подъёмного винта и вовсе не зависит.
Подъёмные силы на лопастях отступающей и наступающей сторон одного ротора у данной машины не компенсируются. Вместо этого уравновешивание (чтобы не было крена) происходит между роторами. Соответственно, на наступающей стороне лезвия создают максимальную вертикальную тягу – а вся машина демонстрирует высокую грузоподъёмность при умеренном диаметре винтов.
Эффективность аппарата повышается ещё и за счёт новых, специально разработанных лопастей, имеющих высокое отношение подъёмной силы к сопротивлению, нежели "лезвия" винтов, применяемых в обычных современных вертолётах.
А для снижения сопротивления воздуху аппарата в целом Sikorsky придумала обтекаемый кокон втулки винтов.
Ещё X2 оснащён "управлением по проводам" (Fly-by-Wire), которое отвечает за эффективную работу роторов.
Любопытно, что на скорости свыше 390 километров в час электроника постепенно снижает частоту вращения подъёмных винтов, чтобы абсолютная скорость кончиков лопастей с "наступающей" стороны оставалась в пределах скорости звука. На максималке это автоматическое снижение достигает 20%.
Также в новинку встроена система активного подавления вибраций.
В общем, задумано интересно. А как полетит? Именно для того чтобы в реальных условиях выявить все тонкости работы такой необычной вертолётной схемы, американская компания и построила рабочий демонстратор.
На нём планируется выяснить, как влияет поток воздуха от подъёмных винтов на хвостовой тяговый винт, каким должен быть оптимальный угол наклона оси главных роторов, и многое другое.
Авторы разработки особо отмечают, что новая машина должна обладать хорошей управляемостью на малых скоростях, как у обычных вертолётов, превосходя их в скорости в полтора-два раза. Впрочем, компания не приводит всех тонкостей технологии и не объясняет всех секретов работы X2.
Зато она пишет, что в процессе перехода от вертикального взлёта к горизонтальному полёту с X2 не происходит никакой трансформации, как это проделывают конвертопланы, наклоняющие свои роторы вперёд, когда превращаются из вертолёта в самолёт. В этот момент полёта конвертопланы не слишком управляемы и устойчивы, переходный режим они "не любят".
У X2 же во всём диапазоне высот и скоростей фактически меняется только частота вращения винтов – главных и тягового. И это упрощение должно положительно сказаться на безопасности новой машины.
Если безопасность и вправду окажется на высоте, X2 действительно можно будет назвать "переписывающим правила игры".