Понедельник, 27 июня, 2022

Мы считаем, что мир 2051 — это мир без войны.

X-files: как в США разрабатывали VTOL нового поколения

Время на чтение 6 мин.

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.

X-files: как в США разрабатывали VTOL нового поколения
Rotor Blown Wing. Изображение: flightglobal.com

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 (pdf) 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.