21 марта 2019 г. Уэст-Палм-Бич, Флорида, США — вертолёт Sikorsky-Boeing SB>1 DEFIANT™ совершил свой первый полёт. Этот действительно революционный вертолёт, разработанный Sikorsky совместно с компаниями Lockheed Martin и Boeing, дал старт новому поколению военных вертолётов в рамках программы армии США Future Vertical Lift.

«Проектирование и разработка “ДЕФАЕНТА” выявили новые возможности для осуществления программы Future Vertical Lift, — сказал Дэвид Куперсмит, вице-президент и генеральный директор Boeing Vertical Lift. — Очевидно, что мощность, скорость и маневренность “ДЕФАЕНТА” изменят ход игры на поле боя, и мы с нетерпением ожидаем демонстрации для армии США огромных возможностей этого вертолёта».

A2D2. Проникнуть любой ценой

Американские специалисты считают, что использование авиацией вертолётов «ДЕФАЕНТ» с технологией X2™ и самолётов F-35 позволит армии США «вырваться» из существующего стратегического противостояния и, используя слабые места, созданные в сложных системах отказа в доступе A2D2 (anti-access and area denial) проникнуть в тыл противника. В феврале этого года эти мечты красочно описал начальник штаба ВВС США Дэвид Голдфейн.

Дэвид Голдфейн

Как вы понимаете, противниками здесь назначены Россия и Китай, т. е. две страны, которые официально противниками объявлены, и две страны, как раз и создавшие у своих границ зоны A2D2. Этот термин стал особенно широко применяться американскими военными с момента разработки и постановки на боевое дежурство Россией и Китаем дальних ракетных систем, создающих «защитную сферу», в которую войска НАТО не могут проникнуть без риска неприемлемого ущерба. 

Непонятно, зачем им к нам проникать, почему дома не сидится? В Небраске холодно и голодно, а в Вологде качественным натуральным маслом намазано?

Предельная скорость и взмахи лопастей

Лопасть несущего винта вертолёта, по сути, является обычным крылом, которое работает в необычных условиях. Во-первых, скорость её обтекания воздухом от места крепления (комля) к законцовке лопасти меняется пропорционально радиусу — окружная скорость увеличивается по мере увеличения радиуса.

 
Схема обтекания несущего винта на максимальных скоростях полёта. Красная зона — срыв потока в зоне сверхзвукового обтекания. Голубая — срыв потока в области обратного обтекания. Фиолетовая — срыв потока в зоне закритических углов атаки

В горизонтальном полёте скорость вращения движущейся вперёд «наступающей» лопасти складывается со скоростью полёта и вычитается, когда лопасть движется назад, «отступает», из-за чего подъёмная сила по диску несущего винта распределяется неравномерно.

Компенсируется это за счёт циклических маховых движений лопасти, в результате которых изменяется угол атаки, и подъёмная сила выравнивается. Так работает несущий винт в стандартных условиях. Но при достижении максимальной скорости скорость кончика «наступающей» лопасти приближается к звуковому барьеру, и на нём возникает эффект «волнового кризиса» — резко возрастает лобовое сопротивление, а на «отступающей» лопасти серьёзно увеличивается зона обратного обтекания (на правой части диска несущего винта на рисунке).

Маховые движения лопастей становятся более интенсивными, и лопасть выходит на закритические углы атаки. Возникает «срыв потока», и машина, теряя управление, устремляется к земле. Такой эффект вертолётчики называют «валёжка». Победить этот неприятный эффект позволила «Концепция наступающей лопасти», или АВС (Advancing Blade Concept).

«Концепция наступающей лопасти»

Идея концепции АВС состоит в том, что при увеличении горизонтальной скорости полёта та часть диска несущего винта, на которой возникает зона обратного обтекания, «выключается» из процесса создания подъёмной силы — на отступающей лопасти устанавливается нулевой угол атаки. Одновременно с этим скорость вращения несущего винта замедляется, что отодвигает волновой кризис на «наступающей» лопасти. Фактически подъёмную силу на вертолёте создают противоположные половинки двух соосных несущих винтов.

 
Sikorsky-X2

Это решение было полноценно реализовано на втором опытном этапе программы АВС. Новая машина идеологически не отличалась от прежней, Sikorsky S-69, но была реализована на современной технологической базе. Концепт Sikorsky-X2 оборудован двумя жёсткими соосными винтами и дополнительным толкающим винтом для создания пропульсивной силы.

Инновационный подход

Инновационным решением было отказаться от классического автомата перекоса и сделать управление углом атаки лопастей несущих винтов электродистанционным. На Х2 угол атаки лопастей выставляет компьютер с помощью специальных рулевых механизмов в зависимости от полётной ситуации. Пожалуй, это самая важная инновация в сфере управления вертолётом на настоящее время.

В 2010 г. X2 установил сразу два неофициальных рекорда скорости для вертолётов: летом побил долгоиграющий (с 1986 г.) рекорд британской «Рыси» (Linx), разогнавшись до 415 км/ч, а в сентябре он развил скорость 460 км/ч. Через год программа X2 была завершена.

Конечно, всё гораздо сложнее, чем я только что описал, — такую технологию пока смогли воплотить в жизнь только американцы. Сложны алгоритмы управления углом атаки лопастей, сложны и исполнительные механизмы, да и самой технологией Sikorsky занимается не одно десятилетие.  

Sikorsky-Boeing SB>1 DEFIANT

Ещё при жизни своего отца-основателя компания Игоря Сикорского спроектировала экспериментальный вертолёт S-69 (XH-59A), реализующий принципиально иной подход к решению задачи повышения скорости полёта, — машину с так называемыми жёсткими соосными несущими винтами и реактивными двигателями для обеспечения пропульсивной силы. Кстати, именно тогда была сформулирована «Концепция наступающей лопасти» — АВС (Advancing Blade Concept).

Всего экспериментальный вертолёт X2 совершил 23 вылета и провёл в воздухе 22 часа. Немного? По заявлению специалистов Sikorsky, более чем достаточно. Объём информации, собранный с помощью современных датчиков, и отработка новых технологий, в том числе управления несущими винтами, позволил перейти к новой машине — S-97-Raider, первый полёт которой состоялся почти четыре года назад. Тогда она показала следующие характеристики: максимальная скорость 444 км/ч, крейсерская — 407 км/ч (с вооружением), боевой радиус — 570 км и пассажировместимость — 6 человек. Сейчас в воздух поднялся «ДЕФАЕНТ». Как говорится, процесс пошёл.

 
Sikorsky-Boeing SB>1 DEFIANT

«“ДЕФАЕНТ” предназначен для полётов с почти вдвое большей скоростью и имеет в два раза большую дальность по сравнению с обычными вертолётами, сохраняя при этом хорошие параметры работы на висении», — сказал Дэн Спур, вице-президент Sikorsky Future Vertical Lift. «Эта конструкция обеспечивает исключительную производительность в объективной области, где потенциальная активность противника делает ставку на маневренность, живучесть и гибкость. Мы в восторге от результатов сегодняшнего полёта и с нетерпением ждем увлекательной программы лётных испытаний», — заявил он.

Технология X2™ масштабируема и может применяться во всех сегментах вертолётостроения — от ударных до транспортных вертолётов. «ДЕФАЕНТ» является третьим вертолётом, созданным по технологии X2™ менее чем за 10 лет.

А что у нас?

У нас аналогичной проблематикой с применением технологии АВС достаточно давно занимается Камовское КБ.  Еще в 2009 г. на международной выставке HeliRusssia был продемонстрирован облик перспективного вертолёта и озвучены его предварительные характеристики:

• крейсерская скорость аппарата — 430 км/ч;
• максимальная скорость — 500 км/ч;
• дальность полета — 1400 км;
• коммерческая загрузка — 30 пассажиров;
• взлётный вес — 16 т.

Ка-92, модель

Вертолёт позиционировался как гражданский, но, к сожалению, «воз и ныне там». Эта программа фактически снята с финансирования, и за основу перспективного скоростного вертолёта принят милевский концепт Ми-Х1, но это уже совсем другая история…    

Александр Скрипник

Фото: Sikorsky-Boeing