Взлёт 2009 08-09

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?

Ка-92

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.

Кроме того, мы не используем несущий винт для обеспечения горизонтальной составляющей скорости — для этого на Ка-92 в хвостовой части установлен соосный толкающий воздушный винт. Он приводится в действие посредством трансмиссии от тех же двигателей, которые через редуктор вращают и жесткий соосный несущий винт. «Облагорожена» вся аэродинамика вертолета: фюзеляж его выполнен более обтекаемым, шасси сделано убирающимся, благодаря применению более коротких и жестких лопастей уменьшена высота колонки несущих винтов, а сама втулка и конструктивные элементы крепления и управления лопастями закрыты обтекателями. Все эти решения, по нашим расчетам, позволят получить на Ка-92 максимальную скорость полета не менее 460 км/ч и крейсерскую — порядка 420 км/ч. Сравните с нынешними 250–270 км/ч у большинства современных вертолетов! При этом Ка-92, имеющий взлетную массу 16 т, сможет брать на борт 30 пассажиров и перевозить их на расстояние до 1400 км.

Таким образом, нашу концепцию скоростного вертолета можно определить несколькими основополагающими моментами: жесткие бесшарнирные соосные несущие винты с новыми принципами управления, толкающий воздушный винт для обеспечения горизонтальной составляющей скорости и общее совершенствование аэродинамики вертолета.

Но подходы к решению задачи повышения скорости полета вертолета могут быть разными. Например, наши коллеги с МВЗ им. М.Л. Миля в своем проекте Ми-Х1 остаются верны одновинтовой схеме с шарнирным креплением лопастей несущего винта в целом традиционной конструкции. Для предотвращения срыва потока на отступающей лопасти ими разрабатывается оригинальное устройство, позволяющее блокировать ее «вредное» маховое движение (так называемая система SLES), а работающая на околозвуковых скоростях наступающая лопасть будет иметь стреловидную законцовку особого профиля. Но, как и у нас на Ка-92, для обеспечения поступательной скорости у Ми-Х1 будет толкающий винт в хвостовой части, который одновременно будет выполнять роль традиционного рулевого винта, т. е. средства компенсации разворачивающего момента. У нас, на Ка-92, с его аэродинамической симметрией, благодаря использованию соосных несущих винтов, как и на большинстве других вертолетов «Камова», этого момента нет по определению.

Тем не менее, создавая научно-технический задел Ка-92, мы нашли ряд новых приложений технологии скоростных вертолетов. Это демонстрирует идея скоростного вертолета продольной схемы Ка-102, которую мы впервые демонстрируем на МАКС-2009.

Расскажите, пожалуйста, поподробней об этом проекте.

Как и Ка-92, предлагаемый нами новый проект Ка-102 предусматривает применение бесшарнирных жестких несущих винтов и отдельных движителей для обеспечения горизонтальной скорости. Но, если Ка-92 выполняется по соосной схеме, то Ка-102 — уже по продольной. Один несущий винт размещается в передней части фюзеляжа, а вращающийся в противоположную сторону второй — в задней. Таким образом, если на Ка-92 возникающие моменты «замыкаются» в колонке несущих винтов, то у Ка-102 они будут восприниматься фюзеляжем, как, например, у строившегося когда-то транспортного вертолета Яковлева Як-24 или продолжающегося выпускаться и поныне американского «Чинука». Но в отличие от «Чинука», наш Ка-102 сможет летать гораздо быстрее — благодаря тем же, в целом, техническим решениям, что нами уже разработаны для Ка-92, а именно бесшарнирным жестким несущим винтам с новыми принципами управления и дополнительным винтовым движителям для обеспечения горизонтальной составляющей скорости.

По нашим расчетам, Ка-102 сможет иметь скорость до 500 км/ч. При этом он будет перевозить до 80–90 пассажиров, имея взлетную массу порядка 30 т. Имеющий компактные размеры соосный вертолет хорош для перевозки относительно небольшого числа пассажиров и грузов (в нашем случае — до 30 человек). А продольная схема позволяет иметь более длинный фюзеляж, в котором с комфортом разместится значительно большее количество пассажиров.

Силовая установка Ка-102 так же будет единой — это будут два газотурбинных двигателя, которые посредством трансмиссии приводят во вращения оба несущих винта, а также два тянущих воздушных винта (нечто подобное нами уже было реализовано полвека назад на знаменитом винтокрыле Ка-22, который, правда, выполнялся по поперечной схеме и мог летать со скоростью 350 км/ч).

Таким образом, при всей внешней разнице двух наших новых проектов, философия у них будет одна — жесткий бесшарнирный несущий винт и отдельные винтовые движители для обеспечения поступательного полета.

Основные расчетные данные

Тип двигателей… 2хГТД

Взлетная масса, кг 30 000

Число пассажиров. 80–90

Максимальная скорость полета, км/ч до 500

Есть ли резервы для дальнейшего повышения скорости вертолетов? Как быстро смогут летать винтокрылые аппараты в будущем? Прорабатываемые в настоящее время технические решения — как на фирме «Камов», так и на МВЗ им. М.Л. Миля — должны обеспечить повышение скорости полета вертолетов с нынешних 300 км/ч примерно до 500 км/ч. Но для этого придется еще многое пройти. Путь от сегодняшних проектов до первых полетов, будь то Ка-92 или Ми-Х1, может занять, по нашим оценкам, не менее пяти-семи лет. Предстоит проработать многие технические вопросы, испытать их в стендовых условиях, а затем на летающих лабораториях. Это относится, в нашем случае, в первую очередь, к конструкции жесткого несущего винта, системе его управления.

Я уже говорил, что нами, например, рассматривается вопрос управления оборотами несущего винта: на этапах вертикального взлета они должны быть максимальными, обеспечивая наибольшую подъемную силу, а при полете с высокой скоростью, для предотвращения попадания наступающей лопасти в режим околозвукового обтекания, их нужно уменьшать. Кроме того, в перспективе предстоит перейти к более сложным законам управления лопастями несущего винта — привычное циклическое изменение шага, изобретенное еще в начале прошлого века нашим великим соотечественником профессором Б.Н. Юрьевым и нашедшее практическое применение в виде автомата перекоса на всех ныне летающих вертолетах, может быть дополнено более сложными алгоритмами, вычисляемыми в каждый момент времени бортовыми компьютерами. Подобное управление несущим винтом позволит лопастям в каждой точке диска занимать наиболее выгодное положение по углу атаки, обеспечивая наилучшие аэродинамические характеристики. В качестве летающей лаборатории для отработки таких решений вполне подойдет, например, самый скоростной из наших сегодняшних вертолетов — Ка-50 (максимальная скорость при полете со снижением — до 350 км/ч), который посредством установки дополнительных движителей (например, турбореактивных двигателей в районе крыла) можно будет разогнать еще на 100–150 км/ч.

Если же заглянуть еще дальше, то, думаю, не все резервы исчерпаны. Вертолет в будущем сможет летать и быстрее 500 км/ч. Однако если при 350–500 км/ч оптимальным средством обеспечения горизонтальной составляющей скорости вертолета является воздушный винт, то, скажем, при полете с 600–700 км/ч целесообразней будет иметь уже для этого двухконтурные турбореактивные двигатели. Чтобы летать еще быстрее, нужно будет уже убирать несущий винт. Проработки таких вертолетов мы делали уже довольно давно. Наверное, Вы заметили на прошлогодней выставке HeliRussia 2008 модель Ка-90 — это как раз один из вариантов реализации такой концепции. Подобный летательный аппарат поднимается в воздух с помощью несущего винта, но затем, при достижении определенной скорости, подъемную силу начинает обеспечивать выдвигающееся из фюзеляжа крыло, а поступательный полет — реактивный двигатель. Несущий винт становится уже «лишним» — его лопасти, для уменьшения сопротивления, укладываются на верхней поверхности фюзеляжа. Но, уверен, несущий винт все равно сохранится: его эффективность на режимах вертикального взлета и посадки в любом случае гораздо выше, чем у реактивных двигателей вертикально взлетающих самолетов-истребителей.