Самоделкин

Не раз и не два инженерам крупных компаний и просто изобретателям приходила в голову идея скрещивания вертолета и самолета. Так соблазнительно совместить вертикальный взлет и зависание первого с дальностью хода и скоростью второго. Вопрос в том, как именно это проделать. И что те, перед нами очередной конвертоплан? Нет, не совсем.

«Она изменит правила игры в индустрии», - охарактеризовал эту необычную машину президент компании Sikorsky Aircraft Джеффри Пино (Jeffrey Pino). Что же это за чудо?

Еще в 2005 году Sikorsky анонсировала постройку «самого быстрого вертолета на планете». Он должен был взлететь уже к концу 2006 года, но, видимо, даже такой именитой фирме пришлось изрядно помучатся, чтобы решить технические проблемы, неизбежно всплывающие в ходе рождения чего-то принципиально нового. Теперь же, как гласит пресс-релиз Sikorsky, аппарат-демонстратор успешно прошел наземные тесты с вращением винтов, а на очереди - первый полет.

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 можно легко догадаться, каков главный принцип изобретения. Машина, оборудованная двумя подъемными винтами противоположного вращения, дополнена хвостовым толкающим воздушным винтом. На нем реверанс в сторону самолета исчерпывается.
Это называется технологией XI, а винтокрыл, готовый вот-вот появиться в небе, - Х2 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 Х2 скрыты изюминки, незаметные снаружи. Скажем, у этой машины очень необычно распределяется подъемная сила между лопастями. В чем же отличия от прежних вертолетов?

Для начала рассмотрим самый простой - с одним несущим ротором и хвостовым винтом, компенсирующим вращающий момент. Чтобы такой вертолет 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 вертолета 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, вертолет тут же перевернется «на спину».

Соответственно, у такого геликоптера при полете по прямой подъемная сила на лопастях справа и слева - одинакова, но на наступающей стороне она намного меньше потенциально возможной.

У двухвинтового вертолета с каждым ротором в отдельности происходит все 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. Подъемные силы сзади и спереди также становятся разными, воздушное судно наклоняет нос, а у винта возникает горизонтальная составляющая от подъемной силы, которая и толкает машину вперед.
Значит, и в этом случае винтокрыл не использует всю подъемную 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 подъемной силы не участвует.

Добавкой толкающего пропеллера Sikorsky, можно сказать, одним выстрелом расстреляла и разорвала на кусочки всех этих вредных «зайцев».

У Х2 каждая лопасть винтов в любой момент времени создает максимальную подъемную силу, доступную ей «по теории», поскольку для поступательного движения машине не нужно наклоняться: горизонтальная тяга от подъемного винта и вовсе не зависит.

Подъемные 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 грузоподъемность при умеренном диаметре винтов.

Эффективность аппарата повышается еще и за счет новых,специально разработанных лопастей, имеющих высокое отношение подъемной силы к сопротивлению, нежели «лезвия» винтов, применяемых в обычных современных вертолетах.

А для снижения сопротивления воздуху аппарата в целом Sikorsky придумала обтекаемый кокон втулки винтов. Еще Х2 оснащен «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 подъемных винтов, чтобы абсолютная скорость кончиков лопастей с «наступающей» стороны оставалась в пределах скорости звука. На максимуме это автоматическое снижение достигает 20%. Также новым является встроенная система активного подавления вибраций.

В общем, задумано интересно. А как полетит? Именно для того, чтобы в реальных условиях выявить все тонкости работы такой необычной вертолетной схемы, американская компания и построила рабочий демонстратор.

На нем планируется выяснить, как влияет поток воздуха от подъемных 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 вертолетов, превосходя их в скорости в полтора-два раза. Впрочем, компания не приводит всех тонкостей технологии и не объясняет всех секретов работы Х2.
Зато она пишет, что в процессе перехода от вертикального взлета к горизонтальному полету с Х2 не происходит никакой трансформации, как это проделывают конвертопланы, наклоняющие свои роторы вперед, когда превращаются из вертолета в самолет. В этот момент полета конвертопланы не слишком управляемы и устойчивы, переходный режим они «не любят».

У Х2 же во всем 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, Х2 действительно можно будет назвать «переписывающим правила игры».

“Интересная механика” июнь -2009