Вертолёт, 2005 № 04

Установлено, что наиболее эффективным средством предотвращения таких режимов и перехода вертолета в неуправляемое левое вращение является обеспечение достаточного запаса силы тяги рулевого винта. Этот запас оценивается величиной 12–14 % от балансировочной силы тяги рулевого винта на режиме висения вертолета. Соответствующий запас мощности составляет 20–22 %. При недостаточных запасах силы тяги на левых разворотах вертолета вводятся соответствующие ограничения на углы скольжения.

Весьма ценными оказались результаты совместных исследований по существенному снижению вредного сопротивления вертолета «Ансат». Анализ аэродинамической компоновки вертолета показал, что для уменьшения области диффузорного отрыва потока на задней части корпуса необходимо в первую очередь ликвидировать подвесные топливные баки, ослабить диффузор путем удлинения кормовой части корпуса. Далее для предотвращения попадания вихрей шасси на кормовую часть фюзеляжа было принято решение утопить подфюзеляжные части рессор в фюзеляж, а стойки шасси разместить в обтекателях. Для повышения путевой устойчивости вертолета была изменена конфигурация вертикального оперения.

Вертолет «Ансат»

1 — исходный вариант; 2 — сняты подвесные топливные баки; 3 — увеличено удлинение кормовой части фюзеляжа; 4 — утоплены в фюзеляж подфюзеляжные части рессор; 5 — стойки рессор укрыты обтекателями; 6 — ограничение по редуктору двигателя на максимальном продолжительном режиме; 7 — ограничение по редуктору двигателя на взлетном режиме

Вопросы общей и местной аэродинамики вертолета «Ансат» решались на моделях в аэродинамической трубе Т-105. В летных испытаниях надежно определялась эффективность новых решений. Оба направления работ были согласованы и хорошо дополняли друг друга. Зависимости потребной мощности и километрового расхода топлива от истинной воздушной скорости полета вертолета «Ансат» даны на рис. 3 и 4.

Можно подвести итоги совместных работ ЦАГИ и КВЗ по вертолету «Ансат»:

— максимальная скорость полета возросла на 25 км/ч, достигнув передового для легких вертолетов уровня V max=280 км/ч;

— на заявленной крейсерской скорости V кр=250 км/ч потребная мощность уменьшилась на 250 л.с. (или на 20 % максимальной взлетной мощности силовой установки);

— километровый расход топлива на скорости 250 км/ч упал на 20 % и составил q кр=0,96 кг/км;

— наивыгоднейшая скорость полета (режим максимальной дальности) возросла на 30 км/ч и составила 225 км/ч. Километровый расход топлива на этой скорости упал на 16 %, достигнув минимума: q min=0,92 кг топл./км;

— обеспечен требуемый уровень характеристик устойчивости вертолета.

По летно-техническим характеристикам и топливной эффективности вертолет «Ансат» относится к наиболее совершенным в мире вертолетам подобного класса.

Макет вертолета на гоночной площадке

Рис. 4. Зависимости километрового расхода топлива от истинной воздушной скорости полета для вариантов корпуса прототипа 2 вертолета «Ансат»

Глубокий технический прорыв обеспечили скоростные аэродинамические профили серии ЦАГИ-5 с относительными толщинами с=7,9,11 %. Концевой профиль этой серии с относительной толщиной с=7 % (при С у=0) достиг максимума критического числа М кр=0,895 (при максимальной несущей способности С у=1,1) при числе М=0,4. В 2003 году разработана модификация профиля этой серии ЦАГИ-5М с относительной толщиной 9 %, обладающая высоким уровнем аэродинамического качества в рабочем диапазоне чисел M=0,65-0,8. Величину максимального качества в этом диапазоне удалось поднять на 10 единиц.

Профили серии ЦАГИ-5 и ЦАГИ-5М предназначены для несущих винтов скоростных высокоманевренных вертолетов. Полученные результаты открывают принципиальные возможности создания винтов с высоким уровнем эквивалентного аэродинамического качества при больших скоростях полета. Кроме того, профили серии ЦАГИ-5 в сочетании с профилями серии ЦАГИ-4 обеспечивают дополнительные возможности формирования оптимизированных аэродинамических компоновок винтов новых и модернизируемых вертолетов других классов и назначения.

Главное достоинство новых профилей состоит в том, что проблема повышения скорости вертолета решается не только путем «вложения» дополнительной мощности, но и за счет существенного повышения уровня аэродинамического качества новых винтов с новыми профилями.

Основная проблема скоростного несущего винта состоит в том, что максимальные величины аэродинамического качества винт обеспечивает при малых отрицательных углах атаки. Поэтому при больших скоростях полета (370–400 км/ч) пропульсивная сила винта оказывается небольшой, и для достижения больших скоростей необходима дополнительная пропульсивная сила.

В течение ряда лет в ЦАГИ ведутся расчетные и экспериментальные исследования одного из новых технических решений в конструкции одновинтового вертолета — струйной системы управления. Результаты этих исследований показывают, что использование струйной системы вместо традиционного рулевого винта может обеспечить получение целого ряда преимуществ:

— повышение безопасности летной и наземной эксплуатации;

— повышение скорости полета;

— возможность реализации концепции сверхманевренности;

— снижение тепловой заметности;

— снижение уровня шума.

Струйная система вертолета включает в себя воздухозаборник, силовой вентилятор, газовый тракт со смешением холодного воздуха вентиляторного контура с выхлопными газами силовой установки и поворотное сопло с управляемым вектором силы тяги (УВТ).

Результаты расчетных и экспериментальных исследований позволили составить обширный банк данных, на базе которого были разработаны методы расчета характеристик вертолета со струйной системой управления. Расчетные исследования, выполненные для вертолетов различных весовых категорий и назначения, указывают на возможность реализации потенциальных преимуществ струйной системы при достаточно высокой энергетической эффективности.