Сверхскоростные вертолёты, винтокрылы, конвертопланы. Совместная статья PIPL XAVAET, BobberRu и Друг Георгия

Просто история: (много фоток)

Предыдущая статья по теме:

В чем секреты боевой работы сверхскоростных вертолетов

http://aftershock.news/?q=node/361580

При всех своих колоссальных достоинствах, современные вертолеты значительно уступают в скорости полета самолетам сравнимой мощности, размеров и грузоподъемности. Это вызвано тем, что в классическом вертолете несущий винт (или винты) являются одновременно и движителем, и несущей системой, тогда как на самолете подъемную силу обеспечивает крыло, а поступательное движение - тяга двигателя. Для вертолета классической конструкции, существует технологический предел скорости, приблизительно равный 400 км/ч.

Рассматривая хронологию мировых вертолетных рекордов, можно видеть, как медленно и трудно давалось увеличение рекордной скорости:

– 252,067 км/ч (1954 год, вертолет S-59);

– 261,91 км/ч (1956 год, S-56);

– 268,92 км/ч (W59 год, Ми-6);

– 310,4 км/ч (1961 год, S-61);

– 320 км/ч (1961 год, Ми-6);

– 338,85 км/ч (1962 год, S-61);

– 340,15 км/ч (1964 год, Ми-6);

– 355,485 км/ч (1970 год, S-67);

– 368,4 км/ч (1975 год, Ми-24).

Хорошо видно, что в основном соревнование шло между самым большим тогда в мире советским вертолетом Ми-6 и американским S- 61, а на последнем этапе в него включились скоростные вертолеты S- 67 и А-10 (Ми-24).

Одним из направлений в создании скоростных вертолетов являются винтокрылы - машины, в которых поступательное движение обеспечивается не только несущим винтом, но и двигателями горизонтальной тяги - реактивными или винтовыми, а заметную часть подъемной силы создает развитое крыло. Таким был советский тяжелый винтокрыл поперечной схемы Ка-22, разработанный и построенный в самом начале 1960-х годов.

Ка-22

В США также неоднократно предпринимались попытки создания скоростных винтокрылов, однако после того, как 40 лет назад была закрыта программа боевого винтокрыла Lockheed AH-56 Cheyenne никто не брался за создание подобной военной машины столь всерьез.

Lockheed AH-56 Cheyenne.

 

S-97 Raider

В начале 2012 года фирма Sikorsky Aircraft начала строительство двух прототипов вертолётов S-97 Raider по программе создания перспективного авиаразведчика для Армии США. Программа является некоторой заменой программе создания нового боевого вертолёта RAH-66 Comanche, закрытой восемь лет назад.

S-97 Raider - графика от разработчика.

Новая разработка основана на летающей лаборатории X2 той же фирмы.

Вертолёты этого типа не являются винтокрылами в чистом виде, так как на них отсутствует несущее крыло. Компания Sikorsky предложила новое решение проблемы увеличения скорости - концепцию опережающей лопасти, по-английски она обозначается сокращением АВС. Несущий винт машины представляет собой соосную систему с двумя композитными бесшарнирными трёхлопастными винтами.

Вертолет с технологией ABC может продолжать разгон даже после того как подъемная сила на отступающей стороне лопастей винтов исчезнет, на наступающей она будет продолжать расти. Опрокидывающий момент при этом будет компенсироваться вторым винтом, вращающимся в противоположную сторону. При дальнейшем нарастании скорости, законцовки наступающих лопастей вертолета будут приближаются к скорости звука и сопротивление их вращению резко возрастёт. Это может стать следующим скоростным пределом для вертолета.

Скорость вращения несущих роторов системы АВС при этом будет автоматически снижается, начиная со скорости 390 км/ч. На максимальной скорости, замедление вращения винта составит 20%. При применении этой технологии скорость горизонтального полета не определяется несущими винтами и подъемная сила используется максимально эффективно, позволяет роторам вращаться очень медленно, а вертолету - лететь очень быстро.

В итоге надеются достичь крейсерской скорости в 410 км/ч с внешними подвесками и 435 км/ч без, а максимальная скорость должна превысить 460 км/ч.

Вертолёт оснащён убирающимся шасси, хорошо видны обтекатели втулок и колонки винтов. В остальном, по компоновке вертолёт напоминает привычные военным Блэк Хоки, но меньших размеров.

Винтокрылы с технологией АВС могут стать серьезной альтернативой конвертопланам (типа V-22 Osprey) - в первую очередь их преимущество состоит в большей скорости, эти машины намного компактнее конвертопланов.

 

Еврокоптер со своей стороны предложил демонстратор Х3

В основе концепции Х3 — два боковых пропеллера, обеспечивающие положительную тягу в полете, и короткое крыло, которое по мере увеличения скорости начинает создавать подъемную силу и разгружает таким образом несущий винт на 40–50%. Уменьшение нагрузки на лопасти несущего винта позволяет уменьшить их угол атаки, благодаря чему и достигается увеличение скорости по сравнению с существующими винтокрылыми машинами.

У вертолетов традиционной схемы по мере увеличения скорости наступающая лопасть может достигать сверхзвуковых скоростей относительно воздушного потока, в то время как на отступающей лопасти может произойти срыв потока. С ростом разницы в скоростях лопастей растут сопротивление и вибрация, без устранения которых невозможно дальнейшее увеличение скорости вертолета.

Eurocopter пошел путем существенной разгрузки несущего винта. За поступательное движение в полете отвечают боковые пропеллеры, а подъемная сила частично производится крылом. При этом, частота вращения несущего винта автоматически уменьшается на величину до 15%, а скорость полета значительно увеличивается. За счет этого максимально допустимая скорость X3 существенно выше, чем у традиционных вертолетов.

В мае 2011 года вертолет развил установившуюся максимальную скорость полета 430 км/ч

 

Не упустим возможности упомянуть о российских разработках вертолётов подобной схемы. Естественно, первыми в ряду будут машины КБ Камова, создателя первого в мире винтокрыла и самый авторитетный разработчик соосных вертолётов.

Генеральный конструктор ОАО «Камов» Сергей Викторович Михеев с макетом Ка-92.

В закромах «Камова» есть и более радикальные проекты.

 

Ка-90

Со сложенными лопастями и на подставочке:)

С открытыми лопастями и в реальности!

Такой концепции нет ни у кого в мире, даже у американцев. Это совершенно новая техническая схема. Вертолет поднимается с земли с помощью жестких и укороченных винтов. Набирает скорость 400 км/ч, потом включается турбореактивный двухконтурный двигатель, разгоняющий машину до 700-800 км/ч. Затем винты автоматически складываются в футляр на "спине" геликоптера. Когда надо сесть, винты снова раскладываются, реактивный движок выключается, и машина приземляется в обычном режиме.

 

Милевский проект вертолёта с толкающим винтом. Ми-Х1

Небесный "тихоход" набирает скорость

- Несущий винт вертолета является самым эффективным двигателем на режиме висения, - рассказывает главный конструктор ОАО "МВЗ им. М. Л. Миля" Николай Павленко, - однако с ростом скорости горизонтального полета эта эффективность снижается. Поэтому проблема увеличения скорости полета является весьма важной, т.к. повышает транспортную эффективность вертолета.

Ми-Х1 - это перспективный скоростной вертолет, кардинальное увеличение скорости горизонтального полета на котором достигается благодаря использованию системы локального подавления срыва (СЛПС) на отступающей лопасти (идущей против скорости полета) и толкающего винта с изменяемым вектором тяги за счет размещения отклоняемых поверхностей в спутной струе. Система локального подавления срыва на отступающей лопасти - это главное новшество. Дело в том, что до этого на одновинтовом вертолете невозможно было компенсировать кренящий момент, который растет с увеличением скорости за счет самого несущего винта. Это принципиальный момент и этому нет аналогов в мире. У соосных и многовинтовых вертолетов эта задача решается автоматически, так как моменты крена на вращающихся в противоположном направлении винтах взаимно уравновешиваются.

При создании скоростного вертолета Ми-Х1 помимо разработки системы локального подавления срыва потребуется провести значительный объем исследовательских работ по аэродинамики и конструкции несущего и толкающего винтов. Ведь решается амбициозная задача выхода на скорость полета более 500 км/ч. Но если у фирмы есть амбициозные планы и генерируются новые идеи, то это является непременным условием продвижения вперед и заставляет специалистов постоянно быть в тонусе научной и технической мысли.

 

Демонстратор технологий, летающая лаборатория перспективного скоростного вертолета (ЛЛ ПСВ)

Как сообщает пресс-служба «Вертолетов России», в лётно-испытательном комплексе Московского вертолётного завода им. М.Л. Миля холдинга «Вертолеты России» (входит в Госкорпорацию Ростех) впервые поднялся в воздух экспериментальный вертолет – демонстратор технологий, летающая лаборатория перспективного скоростного вертолета (ЛЛ ПСВ). Основная цель проекта – создание научно-технического задела для увеличения скорости полета вертолетов в 1,5 раза по сравнению с серийными машинами, которые выпускаются в настоящее время.

Ми-24ЛЛ ПСВ впервые демонстрировался на статике на "МАКС-2015"

ЛЛ ПСВ представляет собой экспериментальный летательный аппарат, созданный на базе вертолета Ми-24, который является наиболее оптимальным с точки зрения аэродинамической компоновки для выполнения скоростных полетов. Некоторые элементы фюзеляжа летающей лаборатории доработаны, что значительно снижает сопротивление воздуха и улучшает аэродинамику вертолета на больших скоростях полета.

Одной из основных задач при реализации проекта ЛЛ ПСВ на сегодняшний день является получение экспериментальных данных по использованию на вертолетах новых цельнокомпозитных лопастей несущего винта, созданных в ОКБ Московского вертолётного завода им. М.Л. Миля и изготовленных на опытном производстве предприятия. Данные лопасти имеют улучшенные аэродинамические характеристики и созданы с использованием новейших разработок в области аэродинамики, прочности, композитного материаловедения и технологии производства.

Все полученные в ходе летных экспериментов данные, которые должны подтвердить результаты математического моделирования, продувом моделей в аэродинамических трубах, лягут в основу разработки новых образцов перспективной вертолетной техники. Стоит отметить, что полученный в ходе выполнения данных работ научно-технический задел может быть использован в программах модернизации существующих вертолетов.

В первом полёте 29 декабря 2015 года вертолёт пилотировал экипаж в составе лётчика-испытателя Владимира Кутанина и инженера-испытателя Татьяны Демьяненко. Экипаж отметил хорошую устойчивость и управляемость вертолёта, высокие динамические характеристики, нормальную работу систем и оборудования.

Ми-24ЛЛ в полете. 

 

Конвертоплан Bell V-22 Osprey в дополнительной рекламе не нуждается. Поэтому подробнее расскажем об его конкуренте который, увы разделил участь Советского Союза.

 

Винтоплан Ми-30

В 1972 году конструкторы МВЗ им. М. Л. Миля в инициативном порядке создали проект-предложение транспортно-пассажирского конвертоплана, получившего название Ми-30. По имеющейся в СССР терминологии он первоначально назывался вертолетом-самолетом, но позднее милевцы придумали ему свое собственное обозначение – винтоплан. Главной задачей при проектировании Ми-30 было обеспечение летно-технических параметров, в первую очередь дальности и скорости полета. Первоначально он должен был перевозить до 2 тонн груза и 19 человек десанта.

В качестве силовой установки для новой машины планировалось использовать 2 двигателя ТВ3-117, размещенных над грузовой кабиной, двигатели должны были приводить в действие с помощью трансмиссии 2 несуще-тянущих винта, имеющих диаметр в 11 м. каждый. Винты были расположены по концам консолей крыла. Расчетная скорость полета Ми-30 оценивалась в 500-600 км/ч, а дальность полета должна была составить 800 км. Взлетная масса машины – 10,6 т. К исследованиям в рамках реализации данной программы милевцы смогли подключить ЦАГИ. Вскоре совместными усилиями была начата постройка аэродинамического стенда для проведения испытаний модели винта. В то же время конструкторы ОКБ Миля создали экспериментальную летающую радиоуправляемую модель винтоплана, чтобы в полете изучить переходные режимы, управляемость и устойчивость аппарата.

В процессе разработки заказчик захотел увеличить грузоподъемность Ми-30 до 3-5 тонн, а пассажировместимость довести до 32 человек. В результате этого проект винтоплана был переделан под использование 3-х форсированных двигателей ТВ3-117Ф. При этом диаметр несуще-тянущих винтов вырос до 12,5 м., а взлетная масса Ми-30 до 15,5 т. К началу 1980-х годов конструкторы и ученые из МВЗ успели проработать ряд возможных схем, компоновок и конструкций агрегатов машины, провели основательные аналитические исследования проблем динамики конструкции, аэроупругости, динамики полета и аэродинамики, характерной для преобразуемых аппаратов.

Учитывая глубину проработки проекта, имеющийся многолетний заводской опыт решения трудных задач, Комиссия Президиума Совмина СССР по вопросам вооружения в августе 1981 года издала постановление о создании вертолета Ми-30 с преобразуемой несущей системой (винтоплана). Созданное техническое предложение было представлено на рассмотрение заказчика и институтов МАП. Военные одобрили создание машины, но потребовали поставить на винтоплан более мощные двигатели – 2 двигателя Д-136, расчетная масса конвертоплана возросла до 30 т.

Схема конвертоплана Ми-30С

В последующие годы разработки тип используемой силовой установки несколько раз менялся. Рассматривались варианты с 2-мя и 3-мя двигателями ТВ7-117 или с двумя Д-27. Вместе с этим взлетная масса Ми-30 равнялась соответственно 11, 20 и 30 тоннам. На первоначальном этапе осуществлялись фундаментальные теоретические исследования в области аэродинамики и динамики, области прочности, в том числе расчеты некоторых видов неустойчивости, собственных колебаний аппарата, балансировочных характеристик, автоколебаний типа «воздушный резонанс», режимов вертикальной авторотации, «флаттер гондол», «хордовый флаттер» и т.д. Определялись транспортная эффективность винтоплана, масса несущей системы, подбирались параметры винта, оперения и крыла, КПД винта, параметры лопасти винта и напряжения в ней. Разрабатывались разнообразные варианты конструкции винтов, трансмиссии, крыла и других агрегатов.

В итоге создание Ми-30 было включено в госпрограмму вооружения на 1986-1995 годы. К сожалению, в связи с распадом СССР и возникшими экономическими трудностями, винтоплан Ми-30 так и не выбрался из стадии проведения аналитическо-конструкторских исследований.

 

В качестве десерта предлагаем работу нового камрада, Друг Георгия изобрёл и запатентовал конструкцию конвертоплана которая раньше нигде не встречалась. Ближайший аналог в природе, колибри.

КОНВЕРТОПЛАН С РЕАКТИВНЫМ ПРИВОДОМ РОТОРОВ, УПРАВЛЯЕМЫЙ РОТОРАМИ ПОСРЕДСТВОМ АВТОМАТОВ ПЕРЕКОСА ЧЕРЕЗ РЫЧАГИ УПРАВЛЕНИЯ, НЕ ТРЕБУЮЩИЙ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Конвертоплан содержит фюзеляж, стабилизатор, киль, расположенные в хвостовой части фюзеляжа, консоли, установленные вблизи центра тяжести по обе стороны от фюзеляжа, обтекатели, колонки, роторы с лопастями, автоматы перекоса, средства управления автоматами перекоса. Консоли соединены с фюзеляжем посредством шарниров, обеспечивающих возможность изменения угла поворота в диапазоне от 100 до -10 градусов относительно горизонта независимо друг от друга. Колонки жестко соединены с консолями и закрыты обтекателями. Роторы содержат лопасти с реактивными двигателями, соединенные с колонками посредством торсионов, закрепленных на свободно вращающихся валах колонок в подшипниках. Реактивные двигатели расположены в консольной части лопастей и имеют сопла, ориентированные в сторону задней кромки лопастей. Достигается возможность управления конвертопланом исключительно посредством автоматов перекоса.

КРАТКОЕ РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение основано на возможности управления конвертопланом с роторами реактивного типа исключительно с помощью автомата перекоса вертолетного типа (АП), без каких-либо дополнительных устройств, таких как рули высоты, рули поворота, элероны, закрылки и прочие механизмы. В связи с этим существенным образом упрощается конструкция конвертоплана.

Становится возможным осуществлять маневры в вертолетном режиме исключительно за счет изменения вектора тяги роторов посредством автомата перекоса (АП). Управление по тангажу с помощью АП обеспечивается синхронным изменением циклического шага лопастей, по крену - дифференцированным изменением общего шага лопастей роторов. Педали используют для рысканья посредством обеспечения разнонаправленных векторов тяги роторов относительно центра тяжести конвертоплана исключительно в вертолетном режиме.

В самолетном режиме тяги педалей переключаются на штурвал, выполняя тем самым «элеронный» режим управления, с совмещенным управлением «рули высоты» по тангажу, как на самолетах, управление всем аппаратом в самолетном режиме осуществляется по принципу «джойстик». Шаг-газ в крейсерском режиме служит для увеличения или снижения скорости полета.

Особенно отчетливо достигнутые технические результаты проявляются в конкретном варианте осуществления, в котором:

консоли с роторами не имеют взаимосвязи друг с другом, свободно вращаются на шарнирах, могут фиксироваться в определенном положении с помощью фрикционных и аналогичных по достигаемому результату механизмов, не имеют моторов и гидравлических механизмов для принудительного изменения их положения; консоли управляемо устанавливаются по направлению вектора тяги роторов; хвостовое оперение не механизированное, обеспечивает направление движения по «самолетному» в пассивной стабилизации направления полета.

 

Подведём итог: Многообразие предложенных схем означает, что конструктора сами затрудняются ответить, - какой аппарат станет эталоном сверхскоростных винтокрылов на ближайшие 50 лет. А это значит, что нас ждёт ещё немало интересных историй…

 

Ссылки на источники:

http://sandrermakoff.livejournal.com/147181.html

http://www.uhlib.ru/transport_i_aviacija/aviacija_i_kosmonavtika_2008_11/p5.php

http://www.ato.ru/content/testflayt-vysokoskorostnogo-vertoleta-eurocopter-x3

http://www.topic.lt/miru_mir/295106-ka-90.-sverhskorostnoy-reaktivnyy-vertolet-12-foto.html

http://www.aviaport.ru/digest/2016/01/19/377160.html

http://fea.ru/news/4846

http://saidpvo.livejournal.com/490089.html

http://www.russianhelicopters.aero/ru/press/news/vertolety-rossii-zapustili-seriu-lyotnih-ispitanii/

http://war.newru.org/maks-2015-mi-24-ll-psv/

http://topwar.ru/20847-konvertoplan-mi-30-proekt.html

ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕ № 2570241