Вертолёт, 2010 № 04, 2011 № 01 - [11]
В то время наиболее простым решением для достижения на винтокрылах больших скоростей и дальностей полета считались установка крыла и движителей с целью разгрузки НВ и уменьшение профильных потерь мощности на его вращение.
Однако этим надеждам не суждено было осуществиться из-за использования вертолетного несущего винта. Вместе с несущим винтом винтокрылы унаследовали те же проблемы и ограничения, которые присущи вертолетам.
Идея разгрузки вертолетного несущего винта на больших скоростях полета оказалась живучей. Сегодня конструкторы винтокрылых летательных аппаратов большие надежды возлагают на возможность использования комбинации «вертолетный НВ – движитель» подобно самолетной комбинации «крыло – движитель».
На самолете подъемную силу создает крыло, а силу тяги – тянущие или толкающие пропеллеры. На вертолете в поступательном движении НВ создает как силу тяги, так и пропульсивную (тянущую) силу. В ряде работ рассматриваются проекты винтокрылых аппаратов, у которых на больших скоростях полета несущему винту, как и крылу, предлагается оставить только функцию создания тяги, уравновешивающей силу тяжести аппарата, а получение пропульсивной силы возложить на пропеллер.
Для реализации на винтокрылых ЛА, использующих НВ, крейсерской скорости 400 км/ч и выше необходимо минимизировать профильное сопротивление лопастей винта и потери профильной мощности. Добиться этого можно, если скорость обтекания потоком воздуха концевых сечений наступающих лопастей не будет превышать величины
Из указанного условия следует, что на скорости полета аппарата 400 км/ч скорость ωR концевых сечений лопастей должна быть не более 140-130 м/с, а не 220230 м/с, как это требуется для взлета, висения, посадки и полета на больших высотах и скоростях. Следовательно, двигатели и трансмиссия такого ЛА должны обеспечивать в полете изменение частоты вращения НВ в пределах от 100 до 60%.
Современные вертолетные двигатели со свободной турбиной позволяют уменьшить частоту вращения НВ только на 10-12%. Уменьшение частоты вращения НВ до 40% с использованием различного рода муфт и коробок скоростей ведет к дальнейшему увеличению веса трансмиссии и пустого аппарата по сравнению с указанными параметрами существующих винтокрылых ЛА. Установка пропеллера увеличивает как вредное сопротивление винтокрыла, так и его пустой вес по сравнению с аналогичными параметрами вертолета. Пропульсивный коэффициент полезного действия пропеллера меньше, чем его величина у НВ. Все это в совокупности потребует увеличения располагаемой мощности силовой установки, что неизбежно приведет к ухудшению топливной экономичности и дальнейшему росту себестоимости летного часа ЛА по сравнению с себестоимостью летного часа современных вертолетов мирового уровня.
Винтокрыл «Ротодайн»
В прошлом столетии неоднократно предпринимались попытки создания экспериментальных винтокрылых ЛА для реализации высоких скоростей полета. Так, например, в 1961 году на винтокрыле Ка-22 был установлен мировой рекорд скорости полета 356 км/ч, на S-69 фирмы «Сикорский» достигнута скорость 485 км/ч. Экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) фиоры «Белл» XV-15 в 1977 году превысил скорость 500 км/ч.
Экспериментальный S-69 оснащался соосным НВ с жестким креплением лопастей к втулке. Подъемная сила НВ создавалась только на наступающих лопастях (схема АВС), для получения силы тяги применялись маршевые двигатели. Была продемонстрирована работоспособность этой концепции и выявлены проблемы с обеспечением прочности НВ и преодолением повышенного уровня вибраций на больших скоростях полета.
Большие надежды фирмы «Белл» и «Боинг» связывали с СВВП V-22 «Оспри» военного назначения, который более 20 лет находился в стадии доводки. У этого аппарата на концах консолей крыла расположены поворотные гондолы двигателей с жесткими винтами изменяемого шага. После перевода винтов в самолетную конфигурацию крейсерская скорость полета достигает 460 км/ч.
В связи с тем, что конфигурация СВВП несколько раз меняется в полете за счет поворота винтов, весьма актуальной остается проблема обеспечения безопасности полетов. Высокая сложность и дороговизна аппарата (41,8 млн. долларов) не оправдали данное техническое решение для создания гражданской модификации V-22.
В настоящее время проводятся широкие исследования в области создания соосного НВ по схеме АВС и его применения на скоростных винтокрылых летательных аппаратах. В США на фирме «Сикорский» утверждена программа разработки скоростных винтокрылых летательных аппаратов соосного типа, в том числе постройки летающей лаборатории X2, первый полет которой состоялся в 2008 г. В нашей стране специалистами фирмы «Камов» разработана концепция создания по схеме АВС скоростного вертолета на базе соосных НВ.
На взлете, посадке, висении и малых скоростях полета несущий винт на таких винтокрылых ЛА создает силу тяги и пропульсивную силу, подобно НВ вертолета. В поступательном движении на больших скоростях полета НВ создает только подъемную силу, уравновешивающую силу тяжести аппарата, а силу тяги вместо пропульсивной силы создает толкающий винт (пропеллер). Создателям скоростных винтокрылых ЛА предстоит преодолеть те же проблемы, с которыми встретились проектировщики S-69.
