Как создаются вертолеты будущего

В обстановке полной секретности, в цехах, доступ в которые строго ограничен для посторонних, авиаконструкторы работают над тем, чтобы эра вертолетов в том виде, в каком мы их знаем, наконец-то подошла к концу. Здесь проектируют совершенно новое поколение винтокрылых машин. В результате этой работы и военные операции, и мир гражданских воздушных перевозок изменятся радикально и безвозвратно.
Натэниел Уэлч
31989
  • Механики компании Sikorsky работают в ангаре, расположенном в штате Флорида, над S-97 Raider, первым готовым к производству прототипом комбинированного вертолета с несущим винтом, выполненным по соосной схеме.
    Механики компании Sikorsky работают в ангаре, расположенном в штате Флорида, над S-97 Raider, первым готовым к производству прототипом комбинированного вертолета с несущим винтом, выполненным по соосной схеме.

Само здание ничем не примечательно — это один из нескольких раскаленных неутомимым флоридским солнцем невзрачных ангаров, выстроившихся вдоль взлетно-посадочной полосы — за ней начинается обширный болотистый край Эверглейдс. Но именно здесь расположен центр Зоны 31, где компания Sikorsky Aircraft работает над самыми технологически продвинутыми проектами винтокрылых машин. Здесь, как и в более знаменитой Зоне 51, принадлежащей ВВС США и находящейся в пустыне Невада, строят и испытывают летательные аппараты. Таинственные разработки прячут не только от иностранцев, но и от местных авиастроителей-конкурентов. Ставка высока — миллионы, а может быть, и миллиарды долларов. Именно поэтому компания Sikorsky очень неохотно пускает на объект журналистов и соглашается лишь на такие пресс-туры, которые обставлены множеством ограничений — как на передвижения по территории, так и на фото/видеосъемку.

  • Более ранний прототип компании Sikorsky — X2 — развил в 2010 году скорость 466 км/ч, доказав тем самым, что схема комбинированного вертолета с соосными роторами имеет право на существование

Взгляд в будущее

Внутри ангар залит ярким светом от висящих под потолком блоков промышленных флюоресцентных ламп. В этом сиянии можно хорошо разглядеть фюзеляж цвета черной патоки, на хвосте которого закреплены две аэродинамические плоскости — вертикальные стабилизаторы со встроенными рулями поворота. Даже беглого взгляда хватает, чтобы понять, что перед нами что-то совершенно новое. Это S-97 Raider, машина, которая впервые поднимется в воздух в 2015 году и станет на тот момент первой готовой к производству моделью аппарата нового типа — комбинированного вертолета (винтокрыла) с несущим винтом, выполненным по соосной схеме. У S-97 два главных ротора, расположенных по одной оси и вращающихся в противоположных направлениях. На корме установлен толкающий винт. Такая конструкция позволит развивать до 460 км/ч, что на 100 км/ч больше скорости, доступной существующим вертолетам. Радиус действия при этом увеличится вдвое. S-97 принадлежит к нарождающемуся новейшему поколению летательных аппаратов, которым суждено радикально изменить облик авиации с вертикальным взлетом.

  • Вертолет UH-60 Black Hawk используется в таможенной и пограничной службах США
В 2011 году американская армия начала финансирование программы Joint MultiRole Rotorcraft Technology Demonstrator (JMR-TD), которая стала первым шагом по пути к полной замене наличного парка военных вертолетов. Первыми в отставку уйдут UH-60 Black Hawk — самое раннее к 2030 году их заменит аппарат под условным названием Future Vertical Lift Medium (FVL, перспективный транспорт с вертикальным взлетом среднего класса).

Для FLV открывается огромная ниша. Сегодня Black Hawk обеспечивает основную потребность в вертолетах для армии, ВМС, Корпуса морской пехоты и Береговой охраны США. Машина была принята на вооружение в 1979 году, и с тех пор выпущено около 2300 «черных ястребов», которые активно использовались в США и других странах мира. Вертолет в разных модификациях зарекомендовал себя с лучшей стороны, но его скорость ограничена 294 км/ч.

Кроме FLV Medium, Пентагон планирует принять на вооружение три других класса винтокрылых машин, спроектированных в рамках той же программы. FVL Light (легкий) придет на смену разведывательному вертолету Kiowa, FVL Heavy (тяжелый) займет место могучего двухроторного Chinook, и, наконец, FVL Ultra станет первым представителем нового типа летательных аппаратов — они будут сочетать грузоподъемность транспортных самолетов типа С-130 со способностью к вертикальным взлету и посадке. Если все планы американского оборонного ведомства будут выполнены, каждый из ныне эксплуатирующихся вертолетов найдет себе замену.

Погоня за неуязвимостью

Проблема еще и в том, что перемены на современном поле боя делают традиционные вертолеты все более уязвимыми. Из-за того что дальность тактических ракет растет, под угрозой оказываются вертолетные площадки подскока, расположенные на сухопутных базах и кораблях вблизи зоны боевых действий. Поэтому самолет, летающий быстрее и имеющий больший радиус действия, подвергается меньшему риску. Но если винтокрылые машины нарастят скорость и дальность, то вполне смогут конкурировать со штурмовиками.

На сегодня самым технологически продвинутым аппаратом с вертикальным взлетом можно считать V-22 Osprey. Эта машина способна разворачивать свои турбовинтовые двигатели на 90 градусов и взлетать вертикально, как вертолет, а потом продолжать полет по-самолетному. Однако сейчас армии нужен не тяжеловоз типа V-22, а аппарат с вертикальным взлетом меньшего размера. Прототип в рамках программы JMR-TD сможет перевозить 11 человек, по сравнению с 24, которых вмещает Osprey.

Есть еще самолеты с вертикальным взлетом, например AV-8B Harrier и F-35B Lightning II, в которых используется поворотное сопло для перенаправления вниз реактивной струи. Но для армейских операций такие машины малопригодны, так как жгут слишком много топлива и недостаточно маневренны, чтобы действовать вблизи земной поверхности. Задача, поставленная в рамках программы JMR-TD, заключается в том, чтобы создать летательный аппарат, который функционально не уступит вертолету Black Hawk, но сможет летать на максимальную дальность 3380? км. Представители вертолетостроительных компаний заверяют, что это возможно, и, чтобы проверить их утверждения, Пентагон и запустил программу JMR-TD. «Это инвестиции, которые мы делаем ради того, — объясняет директор программы со стороны военного ведомства Дэн Бейли, — чтобы создать представление обо всех доступных на сегодняшний день технологиях. Нам необходим качественный скачок в возможностях вертолетной техники».

Гонка четырех

В прошлом году военные сократили до четырех количество компаний, которые получили право предложить свои конкурирующие проекты в рамках программы JMR-TD. В это число вошли два гиганта — Sikorsky (Стрэтфорд, штат Коннектикут) и Bell Helicopter (Херст, штат Техас), а также две небольшие фирмы — AVX Aircraft Company (Бенбрук, Техас) и Karem Aircraft (Лейк-Форест, Калифорния). Каждой из компаний было выдано по шесть миллионов долларов на подготовку дизайн-проекта. Этим летом из четверки отсеются два кандидата, а два других получат финансирование для изготовления прототипов в металле, с тем чтобы провести их летные испытания в 2017—2019 годах.

При этом военные заявили, что даже та компания, которая будет выбрана победителем, вовсе не обязательно станет обладателем 100-миллиардного контракта на строительство 4000 новых вертолетов. Но, с другой стороны, в распоряжении финалистов в любом случае окажутся летающие прототипы, построенные за государственный счет, и их можно будет использовать при проектировании гражданской продукции.

Всего через несколько десятилетий винтокрылые машины с футуристическим, на нынешний взгляд, дизайном станут такими же привычными в небе, как в наши дни обычные современные вертолеты.

«Это будет значительный шаг вперед, — говорит Стив Уайнер, директор по инженерным наукам в компании Sikorsky. — Нечто вроде перехода авиации с фиксированным крылом от поршневых двигателей к турбореактивным».

Польза для гражданки

Конечно, вертолеты следующего поколения будут намного более функциональными, чем нынешние, но и стоить они будут заметно дороже. Чтобы летать быстрее, нужно тратить больше топлива и потребуются более мощные двигатели, которые сами по себе добавят аппарату веса и поднимут его в цене. «Если вы хотите разогнаться на вертолете выше 280 км/ч, вам придется понести дополнительные расходы в размере 50 или даже 100%", — объясняет Ричард Абулафия, авиационный аналитик из Teal Group.

Программа создания демонстратора, финансируемая Пентагоном, дает возможность производителям отработать все тонкости новых технологий и в результате снизить цену на конечную продукцию. «Если заглянуть вперед, в будущее, — говорит Кит Флэйл из компании Bell, — то у новых разработок просматривается и коммерческое применение». «Одним из рынков может стать нефтедобыча на буровых платформах, — излагает свою точку зрения Абулафия. — Добыча уходит все дальше в море, и возможность получить новый вертолет, способный за единицу времени совершить вдвое больше рейсов, чем обычный, и привезти на платформу в два раза больше рабочих, сможет примирить энергетические компании с новым ценником».

Другим потенциальным рынком, по мнению Абулафии, могут стать VIP-перевозки. Топ-менеджеры корпораций и просто богатые люди и сейчас нередко используют вертолеты для полетов на небольшое расстояние, но с появлением винтокрылых машин нового поколения состоятельные клиенты получат возможность совершать более длительные путешествия (до 800? км), избегая при этом поездок в аэропорт и обратно.

Отдельная тема — экстренная медицинская эвакуация, когда потерянное время может стоить пострадавшему жизни. «Есть такое понятие «золотой час», — говорит Трой Гэффи из фирмы AVX. — Если за это время успеть доставить пациента в больницу, его шансы выжить оказываются гораздо выше!»

Если новая техника освоит хотя бы эти рынки, то в дальнейшем ей найдется много других применений. Сейчас летательные аппараты с вертикальным взлетом представлены в основном вертолетами, также существуют небольшие ниши для конвертопланов типа V-22 и реактивных истребителей, способных взлетать на отклоненной вниз реактивной струе. Однако будущее открывает больше перспектив винтокрылам с толкающим винтом и тем же конвертопланам. «Соотношение типов аппаратов будет меняться, — уверенно предсказывает Флэйл. — Эволюция неизбежна».

Почему вертолеты летают так медленно?

Дело в том, что для вертолета классической конструкции существует физический предел увеличения скорости. Пока вертолет зависает над одной точкой земной поверхности, скорость движения всех его лопастей относительно набегающего потока воздуха одинакова. Но как только аппарат начинает двигаться вперед, возникает неравномерность скоростей. В тот момент, когда лопасть, вращаясь, уходит в сторону, противоположную движению вертолета, ее скорость относительно набегающего потока падает. Если вертолет разогнать выше 330−340 км/ч, при определенном угле атаки лопасти (он все время меняется) эта скорость может упасть до скорости сваливания, что приведет к катастрофе.

Конкуренты

Модель SB-1 Defiant создана компанией Sikorsky в рамках программы замены вертолетов Black Hawk. Она сможет развивать скорость свыше 570 км/ч и будет быстрее разработанного Sikorsky за счет собственного финансирования винтокрыла S-97 Raider. В машине применены два соосных главных ротора, которые вращаются в противоположных направлениях, в результате чего в любой момент времени на каждой стороне вертолета находится лопасть, двигающаяся вперед. Таким образом негативные последствия срыва потока с «уходящей лопасти» компенсируются.

Поступательное движение в основном обеспечивает расположенный на корме толкающий винт. «Это невероятное ощущение, — говорит летчик-испытатель Кевин Бреденбек, — когда ты вроде летишь на вертолете с крейсерской скоростью, но эта скорость 400 км/ч!»

Конвертоплан Bell готовит свой проект — V-280 Valor, опираясь на собственный опыт постройки V-22 Osprey. Маленький и юркий аппарат сможет перевезти 11 солдат на 420 км и вернуться обратно со скоростью 514 км/ч. Никаких проблем с «уходящей» лопастью: после взлета два ротора поворачиваются на 90° и превращаются в пропеллеры, тянущие машину вперед. При этом двигатели будут всегда оставаться в горизонтальном положении. Лопасти роторов сделаны гибкими, что даст преимущество в маневренности на малых скоростях. Вместе с тем машина получит радиус действия и топливную эффективность, несравнимые с нынешними вертолетами.

Боковые двери. При высадке тактического десанта очень важно, чтобы солдаты могли видеть, что происходит по бокам машины и при необходимости вести огонь по противнику. Большие боковые двери будут этому способствовать.

Ротор с оптимизированной частотой вращения. Конвертоплан компании Karem Aircraft будет оснащен двумя роторами с переменным вектором тяги и сможет достигать в горизонтальном полете скорости 675 км/ч. Karem Aircraft разработала технологию Optimum Speed Tiltrotor, благодаря которой частота вращения винтов будет меняться в зависимости от режимов полета. Это снизит шум и повысит топливную эффективность машины.

Винты в кольцевых обтекателях. Проект компании AVX представляет собой комбинированный вертолет (винтокрыл) с соосным расположением двух несущих роторов. Это похоже на проект Sikorsky, однако роторы здесь гибкие и более легкие, что снижает требования к мощности двигателя. Дополнительную тягу обеспечивают два расположенных на корме винта в кольцевых обтекателях. В итоге машина сможет разгоняться до 425 км/ч.

Крылья по схеме «утка». В крейсерском режиме основную часть подъемной силы будут создавать две консоли крыла, размещенные по схеме «утка», то есть рядом с носом аппарата. «Согласно нашим расчетам, — говорит президент AVX Трой Гэффи, — комбинированный вертолет значительно превзойдет обычный при сопоставимых затратах».

Статья «Секретное поколение винтокрылых» опубликована в журнале «Популярная механика» (№141, июль 2014).

Комментарии