Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I

С китайской выставки Airshow China 2012 продолжают приходить новые известия. Из последних новинок, представленных на салоне, наибольший интерес представляет новый китайский проект скоростного вертолета. Как видно из конструкции винтокрылой машины, получившей условное наименование Avant-Courier, при ее создании во главу угла была поставлена максимальная скорость полета. Об этом говорят «зализанный» фюзеляж, обтекатели втулок несущих винтов, а также два небольших крыла с мотогондолами и воздушными винтами. До настоящего времени такой облик имели только вертолеты, призванные развивать большие скорости полета. Появление китайского Avant-Courier свидетельствует о том, что в нынешнюю вертолетную гонку включился Китай.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


Примененная китайцами схема в отечественной технике именуется термином «винтокрыл». Это значит, что летательный аппарат имеет отдельный несущий винт, удерживающий машину в воздухе, и отдельную систему для создания горизонтальной тяги. Главное преимущество такой схемы кроется в отсутствии необходимости разработки и изготовления сложной втулки винта с автоматом перекоса. Кроме того, горизонтальная тяга становится «обязанностью» отдельной системы, а не несущего винта и, как следствие, мощность двигателя расходуется более эффективно, что позволяет достичь гораздо больших скоростей полета. Все преимущества вертолета, как то возможность висения и взлета/посадки на малые площадки, сохраняются в полной мере. До определенного времени винтокрылы почти на равных соревновались с вертолетами за право стать основным классом летательных аппаратов вертикального взлета, однако по ряду причин – в первую очередь из-за относительно сложной трансмиссии – проиграли. Тем не менее, разработка винтокрылов продолжилась, хотя по количеству они не могут конкурировать с вертолетами.


Fairey Rotodyne

Одним из первых проектов винтокрыла, имевшим хорошие перспективы практического использования, был английский Fairey Rotodyne, созданный в середине пятидесятых годов. Целью этого проекта было изготовление перспективного многоцелевого (прежде всего транспортного) летательного аппарата, способного перевозить полезную нагрузку с более высокой скоростью, чем имевшиеся тогда вертолеты. При этом по скорости необходимый аппарат уступал имевшихся самолетам, но не требовал больших площадок для взлета и посадки. После недолгих размышлений над обликом будущей машины инженеры фирмы «Фейри» вспомнили старую идею с отдельным несущим и отдельным тянущим винтами. В результате исследований и конструкторских работ в 1957 году был построен первый прототип машины Rotodyne. Он представлял собой нечто, соединяющее в себе черты вертолета и самолета. В верхней части сигарообразного фюзеляжа был установлен пилон для винта. По бокам аппарата находилось два крыла с мотогондолой на каждом. В хвостовой части фюзеляжа предусмотрели стабилизатор с двумя килями-шайбами.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


Особый интерес представляет силовая установка «Ротодайна». Аппарат имел целых шесть двигателей. Первые два из них – турбовинтовые Napier Eland NE1.7 мощностью по 2800 л.с. – размещались в мотогондолах на крыле. Через собственные редукторы они вращали тянущие винты. Раскрутка несущего винта осуществлялась за счет четырех миниатюрных реактивных двигателей (по одному на каждой лопасти) собственной разработки. На турбовинтовых двигателях установили систему отбора воздуха, который поступал в двигатели на лопастях, где смешивался с топливом. Сгоравшая смесь приводила несущий винт во вращение. Такая система была достаточно сложной и необычной для авиационной техники, однако использование реактивного привода винта позволило упростить конструкцию всего Rotodyne благодаря отсутствию необходимости в хвостовом винте, парирующем реактивный момент винта несущего. Кроме того, в силовой установке «Ротодайна» была предусмотрена возможность отключения привода несущего винта, после чего аппарат мог лететь подобно автожиру и тратить всю мощность двигателя на горизонтальную тягу. Получившийся винтокрыл Rotodyne имел солидные габариты: диаметр несущего винта в 27,5 метра, общая длина почти 18 метров и сухая масса 7200 килограмм. Первоначально разрабатывался только вариант для перевозки пассажиров. В кабине аппарата могло разместиться до сорока человек с багажом. При максимальной загрузке взлетный вес «Ротодайна» немного не дотягивал до пятнадцати тонн.

6 ноября 1957 года первый прототип винтокрыла поднялся в воздух. В ходе первых полетов «по-вретолетному» в очередной раз была проверена управляемость: дело в том, что управление по рысканью осуществлялось не тягой хвостового винта, которого не было, а раздельным изменением шага тянущих винтов. Первые же полеты показали жизнеспособность такой системы. До конца первого этапа испытаний «Ротодайн» достиг скорости в 250 км/ч и высоты 2100 метров. При этом все полеты происходили без отключения двигателей несущего винта и без использования тянущих винтов. Весной 1958 года начался второй этап испытаний, в ходе которого винтокрыл стал переходить на режим авторотации и летать при помощи турбовинтовых двигателей. В самом начале 1959 года Fairey Rotodyne установил рекорд скорости для аппаратов с несущим винтом. На замкнутом 100-километровом маршруте он разогнался до 307 км/ч. Это было почти на 80 километров в час быстрее предыдущего рекорда для вертолетов. При этом расчеты показывали, что без изменения конструкции «Ротодайн» способен взять планку в 400 км/ч.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


Rotodyne был впервые продемонстрирован публике на авиасалоне Farnborough 1958, где его необычная конструкция сразу привлекла большое внимание. Однако кроме любопытных «простых» посетителей им заинтересовались и потенциальные заказчики. Еще до окончания испытаний несколько крупных авиаперевозчиков выказали желание получить такую технику, а канадская фирма Okanagan Helicopters (ныне CHC Helicopters), не дожидаясь окончания салона, подписала предварительный контракт на поставку, как минимум, одного нового винтокрыла. Более того, перспективной машиной заинтересовались даже Пентагон и Королевские ВВС Великобритании. Однако немало заказчиков желало получить машину с большей грузоподъемностью. Расчеты экономистов фирмы «Фейри» еще в самом начале работ показали, что наиболее эффективным в финансовом плане будет вариант винтокрыла, способный перевозить 60-65 пассажиров. Именно на 65 местах настаивали несколько компаний-перевозчиков. Переработка проекта требовала солидных финансовых вливаний – порядка 8-10 миллионов фунтов стерлингов. Из-за этого проект Rotodyne в самом конце пятидесятых попал в весьма неловкую ситуацию. Потенциальные заказчики не желали оплачивать конструкторские работы, а своих средств у Fairey Aviation не было.

Кроме собственных проблем с финансированием проекта по «Ротодайну» ударили планы британского правительства. Сокращение государственных заказов вынудило компанию Fairy Aviation войти в состав фирмы Westland, а последняя не имела планов по развитию программы Rotodyne. Финансирование перспективного винтокрыла было недостаточным, что привело к затягиванию испытаний. Из-за этого большинство компаний-перевозчиков отказалось от своих планов. В 1962 году, несмотря на изначальные планы по запуску серийного производства, проект Rotodyne был закрыт. Интересный и смелый летательный аппарат не смог справиться с бюрократией, финансовыми проблемами и недоверием коммерсантов.

Камов Ка-22

Почти одновременно с созданием английского «Ротодайна» отчасти похожий проект начался в нашей стране. Вернее, примерно совпали только сроки основных конструкторских работ, а задумки обоих проектов появились еще в конце сороковых годов. Первый советский винтокрыл с подходящими для использования на практике характеристиками вырос из идеи буксирования самолетом вертолета. В таком случае буксируемая машина могла перейти на режим авторотации и сэкономить немало топлива. Однако практическое применение связки «самолет-вертолет» выглядело не совсем удобным. Было принято решение разработать летательный аппарат, который мог объединить в себе все положительные черты имеющихся типов.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


К маю 1952 года конструкторское бюро Н.И. Камова закончило предварительный проект будущего винтокрыла под названием Ка-22. Уже на ранних стадиях летательный аппарат предлагалось делать двухвинтовым, с поперечным расположением несущих винтов. Помимо относительной простоты конструкции планера это позволяло значительно упростить трансмиссию: расположенные в мотогондолах под несущими винтами двигатели одновременно могли приводить в движение и тянущие винты. Фактически самой сложной частью трансмиссии был синхронизационный механизм, обеспечивавший одновременное одинаковое вращение обоих несущих винтов и, в случае отключения одного из двигателей, распределявшего мощность оставшегося. При этом схема Ка-22 в то время считалась не совсем пригодной для массовой эксплуатации. Все предыдущие вертолеты поперечной схемы страдали от одной и той же проблемы – сильных вибраций. Тогда появилось мнение, что колебания конструкции являются органическим недостатком поперечного расположения винтов.

Стоит отметить, помимо вибраций перспективный проект имел ряд других проблем. К примеру, расчеты показывали необходимость создания силовой установки и трансмиссии, способной работать на мощностях порядка 12 тысяч лошадиных сил. Также пришлось потратить много времени на изучение винтов. При скорости полета около 400 км/ч скорость потока на концах лопастей несущих винтов превышала скорость звука, что значительно ухудшало их характеристики. Тем не менее, конструкторы КБ Камова и сотрудники ЦАГИ справились с аэродинамическими и инженерами проблемами. Через десять лет после тех работ Н.И. Камов защитил докторскую диссертацию, которая частично касалась проекта Ка-22. По словам М.Л. Миля, за этот проект нужно было сразу давать степень доктора технических наук.

Законченный проект выглядел следующим образом. На фюзеляже сечения, близкого к прямоугольному, монтировалось хвостовое оперение из стабилизатора и киля. В средней части фюзеляжа установили крыло размаха 23,8 метра, на концах которого расположили две мотогондолы для двигателей Д-25ВК мощностью по 5500 лошадиных сил. В мотогондолах также размещались системы трансмиссии, распределявшие мощность на несущие и тянущие винты. Пустой Ка-22 весил почти 26 тонн. Максимальная полезная нагрузка превышала 16 тонн. При этом в ряде случаев винтокрыл мог перевозить не более пяти тонн груза – в таком случае достигалась приемлемая дальность полета.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


Первый прототип винтокрыла Ка-22 был построен в 1958 году, но после передачи на летно-испытательную станцию понадобились некоторые доработки. Из-за них первый полет состоялся только в середине 59-го года. К концу года к полетам «по-вертолетному» добавились летные задания, подразумевавшие включение тянущих винтов. 29 апреля 1960 года первый полет по кругу завершился вскоре после начала. Экипаж летчика Д.К. Ефремова через несколько секунд после взлета почувствовал сильную вибрацию и был вынужден сесть вблизи аэродрома. Причиной неприятностей стал отрыв обшивки одной из лопастей правого несущего винта. В дальнейшем испытания Ка-22 неоднократно прерывались на небольшое время из-за постоянных технических недостатков и доработок. Тем не менее, в ноябре 1961 года новый винтокрыл установил мировой рекорд, подняв 16485 килограмм груза на высоту 2557 метров.

Самая серьезная авария в ходе испытаний Ка-22 случилась в конце лета 1962 года, когда разбился перегонявшийся с Ташкентского авиазавода в Москву опытный экземпляр винтокрыла. При заходе на аэродром Джусалы летательный аппарат завалился на бок и упал на землю, похоронив под собой семь человек экипажа. Причиной происшествия оказалось рассоединение крепежной муфты троса управления шагом правого несущего винта. Второй перегонявшийся винтокрыл отправили на обследование и доработку. Испытания возобновились только весной следующего года. Новый этап полетов по своей программе повторял предыдущие: сперва взлеты при помощи несущих винтов, а затем пробные полеты «по-самолетному». Последние испытания были признаны в целом удачными, однако винтокрыл по-прежнему требовал доводки для использования в военно-воздушных силах. В ходе испытаний машина достигла максимальной скорости в 356 километров в час. Дальнейшее увеличение скорости полета было связано с определенным риском, однако планка в расчетные 400 км/ч все еще могла быть покорена.

Тем не менее, доводки не понадобились, а скорость в четыре сотни километров в час осталась недостигнутой. Даже в конце 1963 года проект Ка-22 оставался на стадии испытаний опытных образцов. К этому времени его главный конкурент, вертолет Ми-6, пошел в серию и был принят на вооружение. Ка-22 изначально разрабатывался в качестве альтернативы для нового вертолета большой грузоподъемности. Трудности в проектировании и испытаниях готового винтокрыла в итоге сказались на сроках воплощения проекта, что в конечном счете поставило на нем крест. Руководство авиационной промышленности и министерство обороны потеряли интерес к сложному и длительному проекту в 1964 году. Работы по Ка-22 прекратили.

Lockheed AH-56 Cheeyenne

Компания Lockheed всегда славилась своими передовыми разработками. Нередко воплощение новых идей обходилось заказчику в большие суммы или останавливалось из-за технических проблем, но это почти не повлияло на «рвение» конструкторов. В шестидесятых годах сотрудники «Локхида» попробовали себя в деле создания винтокрылых машин. Стоит ли говорить, что проект получился интересным и в определенной мере смелым? Получившийся винтокрыл AH-56 Cheeyenne до сих пор привлекает внимание специалистов, однако фактическая судьба проекта оказалась печальной.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


В середине шестидесятых годов прошлого века Пентагон захотел получить новый ударный вертолет с хорошими летными и боевыми характеристиками. Программа военного ведомства получила обозначение AAFSS и к ней было привлечено 12 проектных организаций. В финальную стадию конкурса вышли лишь две фирмы – Lockheed со своим проектом AH-56 Cheeyenne и Sikorsky с S-66. В технических требованиях к новому вертолету значилась высокая скорость. Военные предполагали, что новый ударный вертолет должен тратить минимальное количество времени на выход в район атаки. По этой причине оба проекта предусматривали установку толкающего винта в хвостовой части вертолета. Этот факт делает из рассматриваемых вертолетов летательный аппарат класса «винтокрыл». Примечательно, что инженеры фирм Lockheed и Sikorsky выбрали разные способы парирования реактивного момента несущего винта. «Локхид» поступили просто: к хвостовому рулевому винту с четырьмя лопастями добавили трехлопастный толкающий, расположенный на самом конце хвостовой балки. На фирме «Сикорский» спроектировали специальный механизм, разворачивавший рулевой винт на 90°. После такого разворота несущий винт переходил в режим авторотации и не создавал реактивный момент. Однако заказчик посчитал схему вертолета S-66 слишком сложной. В 1966 году этот проект закрыли в пользу Lockheed AH-56 Cheeyenne.

Сравнительная простота компоновки хвостовой части «Шайенна» с лихвой компенсировалась общей смелостью прочих технических решений. Вертолет-винтокрыл получил тонкий фюзеляж с выпуклым остеклением кабины. За узнаваемые характерные очертания винтокрыл обзавелся прозвищем Dragonfly – «Стрекоза». Вверху фюзеляжа устанавливалась втулка винта низкого профиля, на которой навешивались три лопасти. Для вертолетов того времени трехлопастный винт был достаточно смелым решением. Большинство винтокрылых машин того времени имело четное количество лопастей для более простой балансировки и уменьшения вибраций. В средней части фюзеляжа, позади от втулки винта, располагался турбовальный двигатель. На первых экземплярах AH-56 это был General Electric T64-GE-16 мощностью чуть менее 3000 лошадиных сил. При максимальном взлетном весе порядка 7700 кг «Шайенн» мог нести до 1700 литров керосина. Это давало винтокрылу уникальную максимальную дальность – до 1400 километров. Несмотря на малый вес, важные агрегаты вертолета и экипаж имели противопульную и противоосколочкую броню. Экипаж из двух человек располагался в общей кабине; рабочее место пилота располагалось сзади и выше рабочего места штурмана-стрелка.

Понимая большое будущее боевых вертолетов и винтокрылов, конструкторы фирмы Lockheed не стали «мелочиться» с авионикой. Главным ее элементом стала прицельно-наблюдательная система General Electric XM-112. В состав этой системы входило 12 перископов, лазерный дальномер и прибор ночного видения. Благодаря XM-112 штурман-стрелок мог контролировать сектор шириной в 210° впереди машины. Разворотом по рысканью можно было обеспечить круговой обзор. Система XM-112 была объединена с комплексом наведения только-только созданных противотанковых ракет BGM-71 TOW. Ракеты и другое вооружение размещалось на шести пилонах под крылом. Также в систему наблюдения и управления вооружением были встроены три радиостанции для связи с базой и наземными соединениями, аппаратура системы опознавания «свой-чужой», радиовысотомер, автомат курса и прочее необходимое радиоэлектронное оборудование. Характерной чертой авионики «Шайенна» стала максимальная интеграция всей аппаратуры. Большее в сравнении с предыдущими вертолетами количество различной электроники практически не сказывалось на удобстве обращения с ней. Единственный минус продвинутой авионики – большая цена всего комплекса. Однако в те времена американские военные не скупились на боевую технику.

Проекты летательных аппаратов типа «винтокрыл». Часть I


Потенциальный эксплуатант винтокрыла Sheeyenne мог выбрать вооружение из достаточно широкого спектра. Так, в носовой части боевой машины разместили дистанционно управляемую турель фирмы Emerson Electric. Под шарообразным кожухом турели можно было разместить шестиствольный пулемет винтовочного калибра системы Гатлинга XM-196, 40-мм автоматический гранатомет XM-129 или автоматическую пушку XM-52 калибра 30 миллиметров. Боекомплект различных ствольных систем отличался, однако в носовой части винтокрыла было достаточно места для размещения ящиков с патронами или снарядами. На шести узлах внешней подвески можно было нести еще 907 килограмм вооружений, например, блоки неуправляемых ракет или ПТУР TOW. В общем, боевой потенциал «Шайенна» заметно превышал возможности недавно созданной «Кобры» AH-1.

Выше были и летные характеристики нового винтокрыла. На высоту в тысячу метров AH-56 поднимался менее чем за минуту и мог лететь на дальность до 1400 километров. В ходе испытаний была достигнута максимальная скорость в 407 километров в час. 21 сентября 1967 года в воздух поднялся первый летный прототип вертолета. Он наглядно показал удобство двигателя большой мощности и примененной системы с двумя хвостовыми винтами. Однако при переходе из висения в горизонтальный полет, а также в ходе последнего «Шайенн» вел себя нестабильно. Незначительные доработки перемежались с тестовыми полетами. Такая практика просуществовала до весны 1969 года: 12 марта третий летный экземпляр потерпел крушение. Во время полета началась вибрация несущего винта, из-за чего он ударил по фонарю. Удар был таким сильным, что пилот Д. Бейл, находившийся в верхней кабине, сразу погиб. После этого инцидента появилось предложение оснастить винтокрыл катапультными креслами и системой отстрела лопастей. К этому времени общее количество построенных или строящихся Cheeyenne равнялось восьми.

У «Шайенна» оставалось немало проблем технического и эксплуатационного характера. Сотрудники «Локхида» активно работали над их ликвидацией, но война во Вьетнаме уже вошла в активную стадию. Американским военным срочно требовался ударный вертолет, коим вскоре стал AH-1 Cobra. К концу весны 69-го года Пентагон разорвал контракт с Lockheed. Выгодное предложение на сумму порядка ста миллионов долларов получила компания Bell. Позже последовали другие контракты на несколько сотен ударных «Кобр». Что касается AH-56, то фирма Lockheed в инициативном порядке и за свой счет продолжила проект. «Шайенн» в версии AH-56A имел обновленное шасси, новый четырехлопастный винт и более мощный двигатель General Electric T64-GE-716. Кроме того, был скорректирован состав оборудования и немного упрощена технология производства. В соответствии с новым проектом построили два винтокрыла. В 1972 году «Локхид» представили военным обновленную боевую машину, но они уже не проявили никакого интереса. Проект окончательно закрыли, а вскоре Пентагон начал новую программу, результатом которой стал вертолет AH-64 Apache.

Первый винтокрылый летательный аппарат фирмы «Локхид» получился слишком сложным и смелым для своего времени. Кроме того, «Шайенну» не повезло появиться в нужное время. Из-за боев во Вьетнаме основной заказчик потерял интерес к перспективной машине, пусть даже и непривычного класса «винтокрыл». Из десяти построенных AH-56 до наших дней дожило только четыре экземпляра, которые сейчас являются музейными экспонатами.


По материалам сайтов:
http://china-defense.blogspot.ru/
http://militaryparitet.com/
http://airwar.ru/
http://aviastar.org/
http://globalsecurity.org/
http://pkk-avia.livejournal.com/
Автор: Рябов Кирилл


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Загрузка...
Комментарии 7
  1. Гражданский 16 ноября 2012 09:09
    Между тем наш китайский друг шагает быстро:

    Китайский вертолетный БПЛА V750 запущен в серию

    V750 — самый крупный китайский БПЛА вертолетного типа. Он имеет максимальную взлетную массу 757 кг, полезную нагрузку до 80 кг. Максимальная высота полета составляет 3000 метров, скорость до 161 км/ч. Аппарат может контролироваться с наземной станции управления на удалении до 150 км, продолжительность полета до 4 часов, дальность полета до 500 км. Первый полет состоялся в мае 2011 г.

  2. Tjumenec72 16 ноября 2012 10:55
    Sikorsky X2 всё же как то интереснее выглядит (копировали поди его)

    ... они и на дисколёт замахнулись! (в верхнем левом углу)
    Tjumenec72
  3. мамба 16 ноября 2012 16:19
    У винтокрыла Ка-22 очень велика площадь крыльев, обдуваемая несущими винтами, что, конечно же, уменьшало их кпд. Может быть, имело бы смысл изменить их профиль и сделать узкими у фюзеляжа и расширяющимися к гандолам. Что-то вроде этого было сделано у Миля в Ми-12.
    мамба
  4. Везучий 16 ноября 2012 17:28
    Пора уже чет придумать на смену МИ-8, такое же чтобы на десятилетие!
    Везучий
  5. Zerstorer 17 ноября 2012 10:05
    Можно еще указать такие аппараты как XV-2A, XV-3, XV-15, XV-22.
  6. Бурелом 17 ноября 2012 11:28
    А причем здесь конвертопланы?
    Бурелом
    1. Zerstorer 18 ноября 2012 09:46
      Ладно, согласен. У нас, в отличии от буржуев есть четкое разделение винтокрыла и конвертоплана. У амеров такого четкого деления нет - у них все можно называть комбинированный ЛА.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня