Вертолеты — это очень хороший авиатранспорт. Он может взлетать с относительно небольшого пятачка земли, зависать в воздухе, однако за это приходится платить ограничением скорости. По мере ее увеличения лопасти теряют возможность создавать подъемную силу — этот аэродинамический процесс называется диссиметрией подъемной силы. Попытки решить проблемы предпринимались разными разработчиками. Сегодня расскажем об экспериментальном VTOL X-plane, который проектировался по заказу DARPA.
Быстрее, быстрее, быстрее
Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов министерства обороны США (Defense advanced research projects agency — DARPA) заинтересовалось VTOL с высокой полетной скоростью в 2010-х. И это несмотря на то, что более ранние попытки сконструировать такой аппарат, предпринимавшиеся разными компаниями, по большей части оканчивались неудачей.
Однако DARPA, видимо, решила не сосредотачиваться на негативе, а взглянуть на успешные образцы — например на Osprey V-22 от Bell Boing или Sikorsky X2. Целью проекта стало превзойти упомянутые аппараты в скорости (V-22 максимально разгоняется до 370 км/ч, а X2 — до 480 км/ч) и достичь 740 км/ч, сохранив при этом аэродинамические характеристики и возможность вертикального взлета и посадки.
Старт программы объявили в феврале 2013 года. Претенденты на финансирование от министерства обороны должны были представить VTOL с возможностью горизонтального полета на скорости не менее 555 км/ч с полезной нагрузкой не менее 40 % от общего веса аппарата.
Четверо смелых
В декабре 2013 года первые компании получили гранты на разработку X-Plane: по 14 миллионов долларов отправились в Sikorsky Aircraft и Aurora Flight Sciences. Чуть позже к ним присоединились Boeing и Karem Aircraft. По условиям контракта, на первой фазе компании в течение 20 месяцев должны были представить для изучения макеты беспилотных летательных аппаратов. Победителя планировалось объявить осенью 2015 года — ему и достался бы контракт на постройку демонстрационного образца на второй фазе реализации проекта.
Sikorsky в сотрудничестве с Lockheed Martin разрабатывала проект Rotor Blown Wing. Преимуществом концепции была простота конструкции. Аппарат представлял собой летающее крыло с двумя пропеллерами и одним двигателем. Конструкция Rotor Blown Wing предполагала уменьшенную нагрузку на фюзеляж при переходе от вертикального полета к горизонтальному, а также сохранение аэродинамических качеств даже на высоких скоростях.
Karem предложила конвертоплан TR36XP, оснащенный удлиненными крыльями типа «крыло чайки». На внешних секциях крыла располагались два несущих винта, которые поворачивались на 90 градусов для перехода от вертикального полета к горизонтальному. Каждый винт приводился в движение двигателем от Rolls-Royce.
Boeing остановилась на концепте Phantom Swift. Два больших пропеллера, встроенных в фюзеляж, обеспечивали вертикальный взлет, а два пропеллера на концах крыльев — горизонтальный полет. По заявлению компании, такая компоновка на 50 % эффективнее, чем обычный вертолет, и позволит достичь максимальной скорости 740 км/ч.
Пожалуй, самый интересный проект представила Aurora Flight Sciences. У компании уже был опыт участия в программах DARPA, так что она использовала наработки, созданные для беспилотника Goldeneye. Lightning Strike представлял гибридный электрический самолет с поворотным крылом. Новацией разработки была так называемая распределенная электрическая силовая установка. Тягу аппарата создавали 24 канальных пропеллера: 18 были встроены в поворотное крыло, а еще шесть — в небольшом крыловидном выступе, размещавшемся перед основным крылом и обеспечивавшем лучшую управляемость и устойчивость. Для работы двигателей требовалось три мегаватта электроэнергии — их вырабатывал газотурбинный двигатель Rolls-Royce AE 1107 (такой же, как на упоминавшемся выше V-22 Osprey). Как признавал глава Aurora Flight Sciences Джон Лэнгфорд, Lightning Strike получился странно выглядящим самолетом, однако такая система распределения тяги давала невероятную свободу в вопросе сохранения и аэродинамических свойств, и улучшенной тяги. Она позволяла не терять подъемную силу во время горизонтального полета и обеспечивала максимально возможные характеристики и во время вертикального взлета, и во время горизонтального полета, и во время перехода из одного режима в другой.
Еще одним несомненным преимуществом Lightning Strike была масштабируемость: в самолет легко можно было добавить (или убрать из него) пропеллеры для того, чтобы привести характеристики в соответствие с требованиями заказчика.
Внезапный финал
Неудивительно, что именно этот проект в итоге стал победителем, и в 2016 году Aurora Flight Sciences получила контракт стоимостью 89,4 миллиона долларов на строительство демонстрационного образца. Строительство модели в масштабе 1:5 заняло всего два месяца —и уже в апреле прототип Lightning Strike поднялся в воздух. Также на этой модели испытывались новые материалы и технологии производства летательных аппаратов — в частности, крылья были сделаны из углеродных композитов, а некоторые части напечатаны на 3D-принтере.
Аппарат продемонстрировал великолепные летные характеристики и даже при переходе из вертикального в горизонтальный режим не потерял набранную высоту. Все шло к тому, что проект перейдет в третью фазу — строительство полномасштабной модели XV-24A. Однако мы уже никогда не узнаем, смог бы Lightning Strike или нет.
Проект был закрыт, не дойдя до третьей фазы. DARPA, во-первых, не нашло компанию, которая бы продолжила разработку проекта, а, во-вторых, не пожелало конкурировать с Uber Elevate, которая заключила с Aurora соглашение об использовании их распределенной электрической силовой установки для их eVTOL-аппаратов.
Впрочем, труды инженеров не пропали даром и разработки, сделанные для X-Plane, существенно продвинули вперед eVTOL-индустрию.