Взлёт 2009 08-09

Работают по тематике скоростных вертолетов и другие «гранды» мирового вертолетостроения. Так, недавно стало известно о программе Х3, ведущейся западноевропейским концерном «Еврокоптер». Естественно, не могут остаться в стороне от мировых тенденций и российские вертолетостроители. Еще на прошлом авиасалоне МАКС-2007, в августе 2007 г., наша фирма «Камов» впервые продемонстрировала модель своего видения концепции скоростного вертолета — машины Ка-92. Несколько позднее к подобным работам приступили и наши коллеги с МВЗ им. М.Л. Миля, предлагающие проект Ми-Х1.

С чем связан такой интерес к скоростным вертолетам? Я бы поставил вопрос несколько шире. Главная проблема на пути создания перспективных вертолетов — не столько повышение скорости полета как таковой, а увеличение аэродинамического качества несущего винта и вертолета в целом. Повышение скорости — это частная задача. Ведь для сохранения конкурентных преимуществ вертолетов на фоне бурно развивающегося самолетостроения нам предстоит летать не только быстрее, но и дальше, и поднимать при этом большую нагрузку. Ведь именно эти показатели в комплексе определяют коммерческую привлекательность того или иного летательного аппарата. И только комплексное решение задачи повышения аэродинамического качества (за счет применения новых схем несущего винта, новых подходов к обеспечению поступательного полета, улучшения всей аэродинамики вертолета, использования более эффективных силовых установок и т. п.) даст нам тот выигрыш в скорости, дальности и грузоподъемности, который позволит говорить о создании нового поколения вертолетной техники — с принципиально новыми характеристиками и конкурентными преимуществами на рынке.

Для того, чтобы решать новые задачи, оставаться конкурентоспособным на рынке, надо четко представлять себе все возникающие проблемы и искать пути их решения. За последние три десятилетия все это очень тщательно изучалось, и сегодня проблемы, стоящие на пути создания скоростного вертолета, ведущие компании мира четко представляют. И каждая из этих фирм, так или иначе, основываясь на своем опыте, традициях, взглядах на создание винтокрылой техники, ищет свое принципиальное решение, как продвинуться в решении данной проблемы.

Каковы основные препятствия на пути повышения скорости сегодняшних вертолетов?

Основных препятствий несколько. Главное связано с кинематикой работы шарнирного несущего винта и известно как «ограничение по срыву». При горизонтальном полете вертолета на части диска, ометаемого несущим винтом, лопасти обтекаются потоком с повышенными скоростями, т. е. скорость полета и окружная скорость вращения винта складываются, на другой — с пониженными, когда эти скорости вычитаются. Для выравнивания ассиметрии аэродинамической нагрузки по диску винта лопасти крепят к втулке через горизонтальный шарнир. Там, где обтекание лопасти идет с повышенными скоростями, за счет махового движения лопастей углы атаки сечений лопасти и аэродинамические силы снижаются. Там, где скорости обтекания уменьшаются, маховое движение приводит к увеличению углов атаки сечений лопастей и росту аэродинамических сил. Это и смягчает неравномерность скорости обтекания лопастей по диску. С ростом скорости полета маховое движение лопастей увеличивается и углы атаки в некоторых сечениях могут достигнуть критической величины, после которой наступает срыв потока. Работа винта на таких режимах сопровождается целой группой негативных эффектов, и их стараются не допустить соответствующим выбором параметров при проектировании вертолета.

Можно ли продвинуться дальше по скорости на одновинтовом вертолете с шарнирным винтом классической конфигурации при запасе мощности на борту? Можно. Для этого надо увеличить окружную скорость вращения винта или уменьшить взлетную массу. Но не первое, ни второе не приводят к радикальным результатам. Так, увеличение окружной скорости ограничено числом М, которое должно быть меньше 1 для скорости потока на конце наступающей лопасти, а уменьшение массы приводит к прямому снижению эффективности вертолета как транспортного средства.

Вторым препятствием на пути повышения скорости полета вертолета является увеличение так называемой зоны обратного обтекания, т. е. зоны, где сечения лопасти обтекаются уже не с носка профиля, а с «хвостика». Например, при скорости полета 520 км/ч до 80 % лопасти будет находится в этой зоне и обтекаться с хвостика профиля, снижая аэродинамическое качество винта и ставя проблему балансировки вертолета в ряд главных.

Еще одна проблема увеличения скорости полета вертолета связана со снижением эффективности несущего винта как средства создания пропульсивной силы. На скоростях более 350 км/ч отмечается существенное падение «пропульсивного» коэффициента полезного действия несущего винта.

Кроме перечисленных «физических» ограничений существует ряд препятствий конструкторского характера. Например, создание несущей системы, способной отклонять результирующую силу винта для создания пропульсивной силы на углы более 20° в приемлемых габаритах, является очень сложной конструкторской задачей.

Какие же способы решения стоящих задач Вы видите?

Основные расчетные данные

Тип двигателей ВК-3000

Мощность, л. с 2х3200

Взлетная масса, кг 16 000

Число пассажиров 30

Максимальная скорость полета, км/ч 460

Крейсерская скорость, км/ч 420

Дальность полета, км 1400

Подходы могут быть разными. О концепции американской фирмы «Белл» я уже говорил. Но схема конвертоплана, все-таки, это уже уход немного в сторону от классического вертолета. К этому стоит добавить значительно более высокую стоимость подобных летательных аппаратов, большую массу при той же грузоподъемности, еще более строгие требования к надежности и безопасности полета, например в ситуации с отказом двигателя на режимах висения и полета с малыми скоростями.

Нам, на фирме «Камов», ближе подход, выбранный «Сикорским». В нашем проекте Ка-92 мы остаемся верны нашей «фирменной» схеме с соосными несущими винтами, хотя винт на Ка-92 уже совсем не такой, как на других вертолетах «Камова». Как и у «Сикорского», мы остановили свой выбор на так называемом жестком несущем винте. У него уже нет традиционных горизонтальных шарниров крепления лопастей, соответственно сведены к минимуму маховые движения лопастей (таким образом, в частности, решается задача предотвращения срывного обтекания отступаю щей лопасти). Сами лопасти стали короче и заметно жестче — это стало возможным благодаря применению самых современных композиционных материалов. Законцовки лопастей имеют особую форму — этим мы отодвигаем негативные последствия приближения скорости звука. Рассматриваем также вопрос управления скоростью вращения несущего винта, предусматривающего уменьшение его оборотов в крейсерском полете с высокой скоростью.