Жажда скорости: проекты перспективных скоростных вертолетов
Конвертоплан CV/MV-22B принят на вооружение корпуса морской пехоты США в 2007 году. Это единственное на сегодняшний день реально эксплуатирующееся воздушное судно, взлетающее и садящееся вертикально и имеющее высокую скорость горизонтального полета
Вертолеты с момента своего появления во французской армии и ВВС во время войны с Алжиром в 1954-1962 годы добавили новое измерение в концепцию проведения военных операций.
Использование вертолетов для поддержки вертикального маневра позволяет доставлять боевые подразделения, не обращая внимания на географические препятствия, в то место, где оппонент может меньше всего ожидать. Это открывает новые возможности ведения боевых действий. Со времен алжирского конфликта технический прогресс и постоянные усовершенствования конструкции вертолета позволили повысить его возможности, в частности полезную грузоподъемность и подъемную силу. Впрочем, максимальная скорость и дальность полета современных средних и тяжелых многоцелевых вертолетов, по всей видимости, достигли своих верхних пределов.
Например, новейшая модель F семейства многоцелевых транспортных вертолетов CH-47 Chinook компании Boeing имеет максимальную скорость 315 км/ч и дальность полета 370 км. За CH-47F идет российский вертолет Ми-35M с максимальной скоростью 310 км/ч и дальностью 460 км. Средний вертолет AW-101 от компании AgustaWestland/Finmeccanica с максимальной скоростью 309 км/ч, тогда как средний вертолет AW-139M нового поколения этой же компании развивает максимальную скорость 306 км/ч. Как видно из этого списка максимальных скоростей, максимальную скорость чуть более 300 км/ч могут развить далеко не все современные вертолеты.
Скорость крейсерского полета важна, поскольку она влияет на «оборачиваемость» воздушного судна при выполнении боевой задачи. Чем быстрее вертолет летит, тем скорее он достигнет цели и скорее сможет вернуться, чтобы забрать и доставить дополнительные силы и запасы. Быстрое наращивание сил на земле очень важно для успеха воздушного десанта. Таким образом, способность воздушного судна за данный период времени совершать больше вылетов чрезвычайно полезна. Полет на высокой скорости также повышает живучесть за счет сокращения времени, когда воздушное судно открыто вражеским наблюдателям и стрелкам на земле.
Также желательна увеличенная дальность действия, хотя она в основном связана с запасом топлива. В прошлом особое внимание уделялось увеличению дальности полета, которая напрямую связана с вместимостью топливных баков. Средним и тяжелым вертолетам, как например Ми-26 с дальностью полета 800 км и Sikorsky CH-53E с дальностью 999 км, необходим именно такой радиус действия для выполнения нескольких вылетов без дозаправки. Между тем, топливозаправочные штанги, устанавливаемые на воздушных судах, например вертолете CH-53E или вертолете специальных операций MH-60G/U Blackhawk, позволяют выполнять дальние задачи в глубоком тылу противника. Впрочем, дальность действия и крейсерская скорость полета с точки зрения практического оперативного смысла тесно связаны. Хотя воздушное судно может иметь дальность полета, позволяющую достичь района посадки в сотнях морских миль, но при этом необходимо учитывать обратный путь и время, затраченное на него, поскольку это может привести к увеличению времени наращивания десантируемых сил. В этом случае оно будет неспособно быстро выполнять задачи типа «туда-обратно» из-за увеличенного времени полета. То есть, чтобы наиболее эффективно использовать большую дальность действия воздушное судно опять таки должно летать быстрее.
Поворотные винты
Несмотря на первоначальные трудности и критику скептиков конвертоплан компании Bell-Boeing CV/MV-22B Osprey, жизнь которого началась в 1981 году в рамках совместного проекта Vertical Take-Off/Landing Experimental (JVX), изменил концепцию проведения операций с участием аппаратов вертикального подъема. Впервые развернутый Корпусом морской пехоты США в 2007 году и специальными силами ВВС США в 2009 году, этот конвертоплан в настоящее время используется не только в боевых действиях (интервенции в Ирак и Афганистан), но также в гуманитарных задачах и операциях по ликвидации последствий катастроф, например он оказывал помощь после тайфуна Haiyart, опустошившего часть Филиппин в 2013 году. Морская пехота, в частности, увидела в конвертоплане MV-22B решение проблемы доставки десанта с кораблей, стоящих далеко за горизонтом. Эту задачу ранее выполнял тяжелый транспортный вертолет CH-46E Sea Knight, но время его перелета было неприемлемым. Этому вертолету требовалось достаточно много времени для наращивания необходимого контингента десантируемых сил, пока он совершал несколько вылетов ограниченный по численности десант оставался уязвим.
Уникальные характеристики и возможности конвертоплана MV-22B направлены на решение подобных задач. Он может взлетать вертикально с десантных кораблей, но при переходе в горизонтальный полет и повороте двигателей вниз он может лететь со скоростью 500 км/ч. Это более чем вдвое превышает скорость вертолета CH-46E, что означает сокращение времени полета до одной и той же зоны посадки более чем наполовину. Плюс большая дальность полета 722 км и более высокая грузоподъемность в кабине 9070 кг и на подвесе 6800 кг еще больше повышают его эффективность. Практический опыт, полученный с MV-22B, повысил интерес к конвертопланам как типу воздушного судна и улучшил перспективы появления конвертоплана следующего поколения. Это особенно справедливо, учитывая, что CV/MV-22B, по сути, использует технологии, материалы и процессы разработки и производства 70-х годов прошлого века, которые, без всякого сомнения, значительно продвинулись вперед за последние три десятилетия.
При разработке перспективного конвертоплана V-280 Valor компания Bell-Boeing учитывает опыт, полученный с CV/MV-22B, и внедряет новейшие технологии, материалы и процессы производства для того, чтобы создать более совершенное воздушное судно с поворотными винтами
Для вертолета Sikorsky S-97 использована схема с двумя несущими винтами противоположного вращения и хвостовым толкающим винтом. Это позволило не только получить высокие скорости, но также возможность полета вбок и даже назад
Перспективные разработки
Как уже было отмечено выше, авиационная промышленность работает над задачей преодоления ограничения максимальной скорости вертолетов. Проблема повышения скорости частично связана с тем самым элементом, который позволяет вертолету совершать вертикальный полет – верхними несущими винтами. Проблемы, которые необходимо было решить, были связаны с аэродинамическим сопротивлением винтов и корпуса, устранением срыва воздуха с лопастей, обратным воздушным потоком и сжимаемостью воздуха. Обсуждение технических тонкостей этих проблем могло бы занять несколько страниц, но очевидно одно – они должны быть решены тем или иным образом для того, чтобы изменить динамику полета вертолета. Конструкторы пытаются решать эти задачи, идя в самых разных направлениях и «нащупывая» там ответы.
Например, компания Bell Helicopter взяла проверенную концепцию поворотных винтов CV/MV-22B и адаптировала ее для своего проекта конвертоплана V280 Valor. По словам директора развития бизнеса перспективных систем с поворотными винтами Стива Матиа: «При создании и производстве V-280 используется опыт, полученный и проверенный на конвертоплане CV/MV-22B, при этом применяются самые современные технологии разработки и конструирования». Как он пояснил, одно из самых интересных решений реализовано в гондоле V-280. У конвертоплана CV/MV-22B поворачивается вся гондола целиком. У новой машины V-280 поворачиваются только винты и редукторы, тогда как гондола и двигатель остаются неподвижными. Это позволяет безопасно осуществлять посадку и высадку, поскольку корпус двигателя не мешает десанту, а также снизить требования к обслуживанию. Конвертоплан V-280, предназначенный для выполнения различных задач, меньше конвертоплана CV/MV-22B. Он будет иметь крейсерскую скорость 520 км/ч, боевую дальность полета свыше 930 км, сможет зависать на высоте 1828 метров и летать при температуре 32 градуса Цельсия с полной боевой нагрузкой, при этом превосходя по маневренности существующие вертолеты. Вместе с Lockheed-Martin компания Bell предлагает конвертоплан V-280 для программы по перспективному вертолету FVL JMR-TD (Future Vertical Lift Joint Multi-Role Technology Demonstration). Компании наметили первый полет своего конвертоплана V-280 на август 2017 года.
За счет использования хвостового толкающего винта и сдвоенных балочных хвостовых стабилизаторов S-97 работает уже заметно тише традиционных вертолетов. Когда нет нужды в высокой скорости, но необходима малая заметность, толкающий винт делает его почти бесшумным
Перспективный вертолет X3 компании Airbus Helicopters имеет короткие крылья, создающих подъемную силу на скорости свыше 80 узлов, и два турбовинтовых двигателя для полета вперед. Пилоты благосклонно отзываются о маневренности воздушного судна компании Airbus Helicopter
X2
Между тем, компании Sikorsky и Boeing объединили усилия по программе FVL JMR-TD с целью предложить вертолет SB-1 Defiant. За основу нового воздушного судна массой не более 13636 кг они предлагают взять проект X2 компании Sikorsky с соосными винтами противоположного вращения и толкающим воздушным винтом. В этом подходе Sikorsky-Boeing есть свои преимущества, поскольку образец для демонстрации технических решений X2 Technology Demonstrator массой 2720 кг совершил в 2010 году несколько испытательных полетов, в которых достиг рекордной скорости 463 км/ч. В 2015 году компания Sikorsky представила свой прототип легкого тактического многоцелевого вертолета S-97 Raider массой около 5000 кг.
Проект вертолета SB-1 Defiant компаний Sikorsky и Boeing
Вице-президент подразделения инновационных проектов в компании Sikorsky Крис Ван Бюйтен, возглавляющий этот проект: «Летать дальше и быстрее на вертолете соосной схемы определенно является ключевым требованием. Впрочем, со своим проектом S-97 мы хотим показать винтокрылый летательный аппарат следующего поколения, который сможет превзойти традиционные вертолеты по каждому эксплуатационному параметру, особенно на низкой скорости и при зависании. Секрет соосного аппарата X2 заключается в том, что основные винты с противовращением обеспечивают подъемную силу и полет вперед без хвостового винта. Выше 150 узлов (277,8 км/ч) тяга обеспечивается толкающим винтом, так что основные винты делают то, что делают лучше всего – обеспечивают подъем». Ван Бюйтен далее сделал предположение о том, что воздушные суда S-97 и SB-1 «радикально изменят то, как сейчас военные летчики летают и воюют на вертолетах». К моменту, когда команда Sikorsky и Boeing поднимет свой вертолет SB-1 в воздух в 2017 году, компания Sikorsky будет иметь уже третий экспериментальный аппарат X2 менее чем за 10 лет, что может окончательно подтвердить присущую этому проекту способность масштабироваться до размеров среднего многоцелевого вертолета UH-60 Black Hawk.
Проект X2 компании Sikorsky
Целью программы FVL JMR-TD является разработка и развертывание воздушного судна со значительно улучшенными характеристиками и возможностями, которое способно выполнять широкий круг задач, начиная от разведки и атаки и кончая транспортировкой десанта и грузов
Гибридные проекты
Компания Airbus Helicopters (бывшая Eurocopter) реализует гибридный подход при разработке перспективных вертолетов, используя некоторые из неотъемлемых элементов традиционных воздушных судов, например короткие прямоугольные крылья. Подобное решение позволило значительно увеличить скорости полета, что в 2012 году продемонстрировал тестовый полет технологического демонстратора X3, который достиг скорости 255 узлов (472 км/ч) (выше рекорда скорости X2). В проекте X3 совмещены верхний несущий винт для подъема и зависания и короткие крылья с установленными на них турбовинтовыми двигателями, обеспечивающие тягу для движения вперед (поэтому здесь и применен термин «гибридный»). У него нет заднего винта, вместо него установлен горизонтальный стабилизатор с вертикальными хвостовыми стабилизаторами на каждом конце. При полете вперед на скоростях более 80 узлов (148 км/ч) крылья начинают создавать дополнительную подъемную силу и на высокой скорости почти полностью обеспечивают подъемную силу для этого воздушного судна.
Компания Airbus пока не раскрывает свои планы по новому военному воздушному судну, использующему подход, продемонстрированный проектом X3. Впрочем, представитель компании высказал предположение, что многие нынешние вертолеты могли бы включить эти конструктивные решения. Поскольку за основу проекта X3 взят глубоко модернизированный корпус легкого универсального вертолета AS-365N3 Dauphin компании Airbus Helicopters, это представляется вполне возможным. X3 был показан американским военным, но, в конечном счете, не попал в программу FVL JMR-TD. Airbus обозначила свое намерение сосредоточиться на поисково-спасательных задачах и продолжает работать над летательным аппаратом, базирующемся на проекте X3, который может подняться в воздух в 2019 году.
RACHEL
Холдинг «Вертолеты России» объявил в 2009 году, что разрабатывает перспективный скоростной вертолет аэродинамической компоновки с убирающимся шасси и патентованной реализацией в конструкции несущего винта системы локального подавления срыва на отступающей лопасти SLES (Stall Local Elimination System). По данным компании, Mi-X1 будет иметь крейсерскую скорость 475 км/ч и максимальную скорость до 520 км/ч. В августе 2015 года на авиашоу МАКС в Москве вертолетный завод им. Миля показал демонстрационный образец RACHEL (Russian Advanced Commercial Helicopter – российский продвинутый коммерческий вертолет), рекламируемый в качестве высокоскоростного вертолета. Вертолет может взять на борт до 24 пассажиров или 2,5 тонн груза и перевезти его с максимальной скоростью 500 км/ч на максимальное расстояние 900 км. В холдинге заявили, что испытательные полеты начнутся в декабре, а серийное производство в 2022 году. В декабре 2015 года публике был представлен глубоко модернизированный Ми-24K с новыми искривленными лопастями несущего винта. Целью этой разработки является уменьшение аэродинамического сопротивления, повышение стабильности и скорости полета вертолета. В компании предполагают, что максимальная скорость экспериментального воздушного судна увеличится с 333 км/ч до 400 км/ч. По данным компании, если есть возможность переоборудовать другое воздушное судно лопастями искривленной формы, то это позволит увеличить скорость на 30 процентов.
Российский проект перспективного скоростного вертолета RACHEL
X-PLANE
Небольшая американская компания AMV разрабатывает свой собственный проект высокоскоростного судна вертикального взлета с винтами, расположенными на его коротких крыльях. Прототипы ясно намекают на комбинацию аппарата типа VTOL (Vertical Take-Off and Landing – вертикальный взлет и посадка) и высокоскоростного вертолета. Компания AMV запустила в воздух свой демонстрационный образец X-PLANE и рассчитывает, что ее AMV-211 сможет достичь максимальной скорости 483 км/ч, крейсерской скорости 402 км/ч и дальности полета 1110 км. Хотя компания представила свое предложение для программы FVL JMR-TD, ее проект не был выбран, при этом проект X-PLANE не был остановлен и его разработка продолжается.
Концепция X-PLANE компании AMV
Управляемая тяга
Еще один кандидат, предлагаемый в сфере скоростных вертолетов, использует патентованную компанией Piasecki Aircraft конструктивную схему VTDP (Vectored Thrust Ducted Propeller; смонтированный в трубе толкающий винт с управляемым вектором тяги) в комбинации с несущими крыльями. Экспериментальная четырехлопастная модель X-49 Speed Hawk с двумя двигателями впервые взлетела в 2007 году и достигла скорости 268 км/ч. Базировалась эта модель на корпусе палубного противолодочного вертолета Sikorsky SH-60F Seahawk. Работы изначально финансировались ВМС США и затем американской армией с целью демонстрации путей повышения скорости существующих вертолетов до 360 км/ч. Для программы FVL JMR-TD этот проект не был отобран.
Проект компании Piasecki Aircraft на базе палубного противолодочного вертолета Sikorsky SH-60F Seahawk
SB-1 является дальнейшим развитием проекта Sikorsky S-97 и еще одним кандидатом на программу FVL JMR-TD, которая нацелена на удовлетворение потребности в среднем многоцелевом вертолете
Разум преобладает
Военные ряда стран, включая вооруженные силы США и НАТО, в предстоящем десятилетии окажутся перед проблемой старения своих вертолетных парков. Многие нынешние вертолеты были приняты на вооружение в 80-х годах, срок их эксплуатации уже приближается к 30 годам. Например, боевые вертолеты семейства AH-64 Apache производства McDonnell Douglas/Boeing начали поставляться в войска в 1986 году и, несмотря на ряд усовершенствований, имеют, по сути, одинаковые летные характеристики. Семейство UH-60 еще старше, первые вертолеты были поставлены в 1974 году. Новейшие вертолеты UH-60M имеют электродистанционные системы управления, общую архитектуру, новый мощный и надежный двигатель, но скорость при этом осталась прежней. Первой задачей программы FVL JMR-TD станет, скорее всего, замена вертолетов серии UH-60, чем и объясняется сходство конструкций предлагаемых для нее кабин.
Итак, военные операторы неизбежно стремятся заменять свои воздушные суда. И здесь перед ними встает вопрос, оставлять ли проверенные конструкции, хотя и с включением цифровой электроники и авионики, систем электродистанционного управления и композитных материалов, или двигаться к проектам, которые предлагают новый уровень возможностей. Второй вопрос – возможность разработки универсального судна, которое могло бы выполнять самые разные задачи. Американские военные первоначально хотели иметь максимум три воздушных судна для выполнения всех предполагаемых задач. Эта идея несколько раз менялась, и на данный момент они остановились на трех проектах: легкий вертолет Light Scout (эксплуатация с 2030 года), средний Medium-Light, универсальный/ударный с началом эксплуатации с 2028 года и, наконец, тяжелый транспортный Heavy Cargo с началом эксплуатации с 2035 года. Кроме того, американская армия рассчитывает на реализацию проекта «Ultra», начало эксплуатации которого намечено на 2025 год. Это новый грузовой аппарат вертикального взлета с характеристиками, сходными с характеристиками транспортных самолетов с турбовинтовыми двигателями, например Lockheed Martin C-130J или Airbus A400M. Но, судя по итогам брифинга заместителя директора департамента наземных боевых действий и тактических боевых систем Хосе Гонзалеса, прошедшего в министерстве обороны США в январе 2016 года, по всей видимости, всё опять меняется. Предлагается разбиение по категориям, основанных скорее на необходимых возможностях, чем на массе. Об этих новых категориях пока не было объявлено.
Даже без варианта «Ultra» эта концепция новых летательных аппаратов имеет не только технические проблемы, но также может повлиять на нынешнее положение американских ВВС – своей амбициозностью и сроками выполнения. Вероятно, с оперативной точки зрения в различных задачах некоторые проекты могут быть предпочтительнее других. Главным же вопросом остается соразмерное финансирование подобной программы и как это может повлиять на другие модернизационные проекты армии.
Лететь вперед
Опыт эксплуатации конвертоплана CV/MV-22B раскрывает преимущества этого воздушного судна и указывает на новые пути использования его уникальных возможностей. Основываясь на этом опыте, американское командование сил специальных операций USSOCOM уже выразило заинтересованность в увеличении количества конвертопланов CV/MV-22B по сравнению с начальными требованиями. Достаточный опыт проекта X3 в рамках программы FVL JMR-TD показывает реальность достижения высокой скорости, повышенной маневренности и большей дальность полета. В настоящее время стоит вопрос определения жизнеспособности, расширяемости и адаптивности скоростных вертолетов, а также их стоимости, что позволит им выполнять весь спектр боевых задач. Высокоскоростные вертолеты уже на горизонте, но как скоро и в каком виде пока неизвестно.
Использованы материалы:
www.boeing.com
www.sikorsky.com
www.bellhelicopter.com
www.airbushelicopters.com
www.russianhelicopters.aero
www.socom.mil
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org
Информация