Содержание
история разработки США, виды и характеристики машины
Главная » Вертолеты
На чтение 4 мин Опубликовано
Попыток создать гибрид самолета и вертолета в истории авиастроения было множество. Пока прогресс в этом направлении небольшой из-за специфики строения таких летательных аппаратов. Единственная в мире такая машина, поступившая на вооружение, — американский Bell V-22 Osprey. В России разработкой самолетов-вертолетов занимаются компании «Аэроксо» и ADA Aerospace, холдинг «Вертолеты России».
Содержание
Как называется гибрид самолета и вертолета
У такой машины есть официальное название — конвертоплан. Это винтокрылый транспорт, поворотные двигатели которого при подъеме и приземлении выполняют функцию несущих винтов, а при движении в горизонтальном направлении тянут, подталкивают. Усилие подъема машины обеспечивает самолетное крыло.
Пока единственная страна, успешно занимающаяся разработкой конвертопланов — США. Не нужно принимать конвертоплан за гибридные машины, что имеют фиксированную механическую основу, например, за самолеты-квадрокоптеры. Вторые гораздо менее эффективны при равных габаритах. По конструкции конвертопланы скорее близки к самолетам вертикального взлета и посадки (СВВП).
В конвертопланах применяют легкие, работающие на низких оборотах винты, как у вертолетов, благодаря чему машина двигается при незначительном угле смещения винтов. Крупные винты значимы при вертикальном старте, но при горизонтальном движении они теряют эффективность, если сравнить их с меньшими винтами самолета.
Существуют следующие виды самолета-вертолета:
- Тилтротор — летательный аппарат с поворотными винтами, способный взлетать и садиться вертикально, как вертолет, и перемещаться горизонтально, достигая скорости самолета с турбовинтовой силовой установкой.
- Тилтвинг — конвертоплан с полностью поворачиваемым крылом.
- Тэйлситтер — летательный аппарат, садящийся и взлетающий вертикально с вертикально устремленным корпусом. То есть машина садится на собственный хвост, потом начинает горизонтальное «самолетное» движение.
- СВВП со складным несущим винтом. Чтобы машина могла взлететь и сесть, зависнуть в полете, предусмотрено раскладывание несущего винта. А когда транспорт начинает полет с крейсерской скоростью, механизм складывается в изначальное положение.
Успешные конвертопланы
Попытки разработать конвертопланы предпринимали в США, Западной Европе, СССР.
Первые советские разработки начались еще в 1930-е. Созданы опытные образцы, так и не пошедшие в серийное производство. Хотя есть успешные исключения.
V-22 Osprey
Единственный конвертоплан, поступивший в серийное производство, прошел летные испытания в марте 1989 года. Американские военные сначала восприняли машину с восторгом. Ведь она позволяла доставлять грузы и десантников за многие сотни километров, при этом была способна приземляться в любых условиях. Были подписаны контракты на вооружение, но тут всплыли некоторые негативные нюансы:
- Конвертоплан, изготовленный из легких композитных материалов, обойдется в солидную сумму, превышающую 80 миллионов долларов.
- Защита корпуса практически отсутствует, пробить его можно винтовкой.
- Вооружения на легком летательном аппарате нет.
- Чтобы укрепить конструкцию, инженеры убрали иллюминаторы. Это сделало процесс десантирования «слепым».
Конвертоплан V-22 Osprey имеет синхронный вал как связывающий элемент несущих винтов, позволяющийся при чрезвычайной ситуации приземлиться на одном работающем двигателе. Но из-за этой же особенности машина может внезапно обрушиться во время «вертолетного» полета из-за завихрения под винтом.
В режиме вертолета конвертоплан V-22 Osprey движется со скоростью 185 км/ч, в режиме самолета — 510 км/ч. Вмещаемое на борт количество десантников составляет 24–32 человека в зависимости от версии транспорта.
Bell XV-3
В 1950 году победителем конкурса на лучший разведывательно-спасательный транспорт стала машина с поворотными винтами от компании Bell. В 1951-ом производитель подписал контракт на создание двух экспериментальных экземпляров. Опытные модели увидели свет в 1955 году. Конструкция поражала воображение: четыре пассажирских места, крылья 9,5 м, двигатель мощностью 450 л.с., роторы с электроприводом на концах консолей крыльев.
Тяжелее всего было подобрать поворотные винты. Для вертикального движения оптимальны крупные механизмы, для горизонтального — небольшие. В итоге был достигнут компромисс — винты среднего диаметра 7,3 м. Перекрестная трансмиссия не была предусмотрена, а при сбое работы двигателей винты в автоматическом режиме становились вертикально, то есть конвертоплан мог приземляться, как вертолет.
Хотя экспериментальные модели созданы в 1955-ом, только в декабре 1958 года летчик Билл Квинлен проверил, как конвертоплан переходит с вертикального в горизонтальное движение. Экспериментальная машина вылетала 250 раз, более 100 раз переходила с вертикального положения в горизонтальное, а общий налет превысил 450 часов. Конвертоплан развивал скорость до 300 км/ч, поднимался на высоту 3660 м.
Оцените автора
Почему вертолеты не стали общедоступным транспортом? И станут ли им аэротакси?
«Согласно современным представлениям о воздухоплавании, для взлета и посадки судов почти всегда требуется большое поле. Как правило, человек не может взлететь рядом с домом и добраться до пункта назначения, как на автомобиле. Но мечты прошлого и обнадеживающие прогнозы на будущее рисуют другой летательный аппарат, способный безопасно подниматься в ограниченном пространстве между домов и деревьев или с маленьких платформ на крышах. Такой аппарат откроет многие возможности и может стать крайне ценным средством передвижения как для обычного человека, так и для государственных организаций», — рассуждал Сикорский в январе 1941 года, выступая с докладом об испытаниях VS-300. Он оказался прав лишь отчасти.
Игорь Сикорский инструктирует пилота во время испытаний вертолета VS-300, 1940 год
© Museum of Flight/CORBIS/Corbis via Getty Images
По всему миру находится в эксплуатации примерно 32 тыс. вертолетов (без учета военных машин). Для сравнения: в одном только Евросоюзе в 2017 году было 268 млн пассажирских и 40,2 млн коммерческих автомобилей. Разница — почти тысячекратная. С помощью вертолетов тушат лесные пожары, патрулируют улицы и побережье, проводят поисковые и спасательные операции, выполняют сельскохозяйственные работы и съемку местности, возят грузы. Но как пассажирский транспорт их используют разве что работники нефтяных и газовых компаний, фирм, занимающихся морскими ветрогенераторами, высокопоставленные менеджеры, чиновники и просто богатые люди.
«Когда Миль говорил, что Россия специально сделана для вертолетов, он имел в виду наши просторы, труднодоступные точки, куда можно летать только вертолетом, но, к сожалению, это и сейчас не реализовано», — рассуждает доцент кафедры «Проектирование вертолетов» Московского авиационного института (МАИ) Борис Артамонов. Впрочем, в других странах вертолеты тоже так и не стали значительной частью транспортной системы, как прогнозировали с 1950-х годов.
Что не так с вертолетами
Главное преимущество вертолетов — способность взлетать и садиться вертикально, а когда надо — зависать в воздухе. Но конструкция, которая позволяет это сделать, создает много трудностей в полете. Причина в винте: вращающиеся лопасти и удерживают машину в воздухе, служа крылом, и обеспечивают ее перемещение в пространстве.
Чтобы вертолет летел горизонтально, пилоты наклоняют его или винт вперед. Чем выше скорость, тем сильнее должен быть наклон — и тем тяжелее удержать аппарат в воздухе: подъемная сила уменьшается. Вдобавок в таком положении растет сопротивление, следовательно, и расход горючего. «Аэродинамика винта существенно сложнее, чем аэродинамика самолета. На порядок или даже несколько порядков», — говорит Борис Артамонов.
Читайте также
Сверхзвуковые самолеты возвращаются. Одни этого ждут, другие боятся
Вертолеты сравнительно медленные — редкая модель способна лететь с горизонтальной скоростью 350–400 км/ч (крейсерская скорость пассажирских самолетов — 800–900 км/ч). Если лететь еще быстрее, концы лопастей преодолеют звуковой барьер. «Работать на таких винтах — это неразумно, потому что сопротивление большое, нагрузки большие, это все передается на систему управления», — объясняет Борис Артамонов. Сопротивление можно снизить, утончив лопасти на концах, но полностью проблему этим не решить.
Другое препятствие — с увеличением скорости нарастает маховое движение лопастей. Из-за этого машина теряет устойчивость и управляемость, которые и так оставляют желать лучшего. «Без автопилота управлять вертолетом практически невозможно», — говорит Борис Артамонов. Чтобы винт не взмахивал, его крепят к втулке жестко, но тогда лопасти испытывают огромное напряжение. Эту проблему конструкторы пытаются решить с помощью композиционных материалов, но, опять же, пока это удалось не в полной мере.
Проблемы возникают на любой скорости полета. Какой бы она ни была, вертолет испытывает циклические нагрузки, из-за которых узлы машины быстро изнашиваются. «На самолете вы поднялись и летите. Ну, попадаются зоны турбулентности. Мы же проектируем вертолеты не только под статическую, но и под динамическую нагрузку», — рассказывает Борис Артамонов. По его словам, первые лопасти служили всего 100–200 часов, а сейчас ресурс достигает 2–3 тыс. часов.
Но пусть современным вертолетам реже нужна замена деталей, пользоваться ими все равно дорого. «Перевозить вертолетами людей или грузы не так выгодно, как самолетами. У них слишком маленькая вместимость, чтобы конкурировать на больших расстояниях. Другая причина — расход горючего: «тяжелые» вертолеты с 20 пассажирами на борту способны пролететь лишь около 500 морских миль (чуть менее 1 тыс. км — прим. ТАСС). По сравнению с самолетами они играют незначительную роль», — объясняет в письме аналитик консалтинговой компании International Bureau of Aviation Алистер Фэллон. Пассажирам вдобавок приходится мириться с шумом и тряской, которые тоже пока не получается снизить до комфортного уровня.
Все это запирает вертолеты в нишах, где им просто нет замены.
Как еще приспособить винты для полетов
Совершенствовать конструкцию вертолетов — это один путь. Другой — изменить их настолько, что получатся летательные аппараты другого класса. Еще в 1950-х годах британская компания Fairey Aviation создала аппарат под названием Rotodyne. Сверху у него располагался несущий винт, как у вертолета, а по бокам — короткие крылья с дополнительными пропеллерами, как у самолета. Подобные машины называются винтокрылами и были изобретены еще 100 лет назад. По идее, они способны развить большую скорость по сравнению с вертолетами, не теряя устойчивости.
Rotodyne задумывался как лайнер с вертикальным взлетом и для гражданских, и для военных нужд, но дальше прототипа дело не пошло. По рассказам очевидцев, машина шумела так, что людям было трудно разговаривать даже в 3 км от нее.
Аппарат Rotodyne, созданный компанией Fairey Aviation
© Johannes Thinesen/CC BY-SA 2.5/Wikimedia Commons
Впрочем, идею не забросили. В Airbus разрабатывают экспериментальный аппарат RACER, напоминающий Rotodyne, только меньшего размера и с двойными узкими крыльями, сходящимися на концах. На высоких скоростях крылья будут создавать подъемную силу, снимая часть нагрузки с несущего винта, а дополнительные пропеллеры позволят разогнать машину так, чтобы края лопастей не преодолевали звуковой барьер. Но пока это все теория: тестовые полеты RACER запланированы на 2020 год.
Другой родственник вертолетов — конвертоплан, еще больше напоминающий самолет. У таких машин винты установлены только на крыльях: располагаясь параллельно земле, они позволяют подниматься и опускаться вертикально, а в полете поворачиваются вперед. «Схема интересная, но в ней и проблем много. На винты ложится огромная нагрузка, если откажет силовая установка, то машина не сядет в режиме авторотации (когда лопасти вращаются сами по себе подобно семенам клена — прим. ТАСС), в пылевых условиях было несколько аварий, потому что летчики теряют ориентацию, не видя землю», — объясняет Борис Артамонов. Вдобавок, даже если наклоняется только винт, а не двигатель или крыло целиком, конструкция с поворотным механизмом сложнее и дороже, чем у обыкновенных самолетов.
В мире существует всего несколько моделей конвертопланов, большинство из них — экспериментальные. Чуть ли не единственный серийный аппарат — американский военный V-22 Osprey и его модификации.
Конвертоплан V-22 Osprey
© Mark Wilson/Getty Images/AP Photo
Правда, NASA, Leonardo, Karem Aircraft разрабатывают новые демонстраторы и даже серийные модели, которые покажут, стоит ли игра свеч. По словам Алистера Фэллона, в этой области лидирует Leonardo: ее гражданский конвертоплан AW609 должен быть готов самое позднее в начале 2020 года, производитель уже договорился о поставке двух аппаратов для Era Group. Их будут использовать для поисково-спасательных операций, транспортировки к прибрежным объектам, перевозки VIP-пассажиров и пациентов — иными словами, так же, как вертолеты.
Революционны ли коптеры
Но ни о вертолетах, ни о винтокрылах, ни о конвертопланах не говорят столько, сколько о летательных аппаратах с четырьмя и более винтами, пилотируемых и беспилотных. Хотя схема была известна давно, такие машины — прежде всего жужжащие над головой квадрокоптеры — получили распространение только в последние годы. «Считаю, причина в том, что на них можно реализовать электропривод винтов, появились шаговые двигатели, которые вращаются с приемлемыми оборотами, лопасти из композиционных материалов, электронные системы управления. Все это соединилось и дало толчок», — объясняет Борис Артамонов.
© Промо-ролик Uber о будущих летающих такси
Но одно дело — сконструировать квадрокоптер, помещающийся в рюкзак, другое — машину, которая способна поднять в воздух тяжелые грузы и пассажиров. Чем больше винтов, тем сложнее контролировать аппарат, ведь у каждого из них необходимо по отдельности регулировать скорость вращения и угол атаки (в простых аппаратах винты не поворачиваются, но от этого управлять ими даже труднее), не говоря уже о других параметрах полета. Человеку такое не под силу, поэтому требуется автоматика, в идеале — такая, чтобы летать вообще без летчика.
Технологии автопилотирования значительно усовершенствовались. В марте 2019 года корреспондент сайта Wired полетал на опытном вертолете компании Sikorsky с системой Matrix. Эта система позволяет выбрать на экране планшета место назначения, желаемую скорость, высоту и, нажав всего одну кнопку, отправиться в путь. «Kaman Aerospace испытала свой вертолет K-Max в беспилотном режиме со сбросом груза, но тесты проходили в безлюдном месте, где нет дорог», — рассказывает Алистер Фэллон. Корреспондент Wired тоже летал за городом. Не подведут ли эти системы, когда вокруг много помех, — это еще вопрос.
Впрочем, Борис Артамонов напомнил, что в августе 2019 года на праздновании юбилея ВДНХ рой квадрокоптеров рисовал в небе разные фигуры, выстраиваясь впритирку друг к другу, как по линейке. Это шоу не доказало, что сотни или даже тысячи аэромобилей спокойно поделят небо, хотя выглядело обнадеживающе.
Читайте также
Аэротакси в городе. Как сейчас работает сервис и есть ли у него будущее?
Кроме автоматизации инженерам предстоит разобраться еще с одной проблемой. В коптерах используются электрические двигатели, более надежные и простые в управлении, чем двигатели внутреннего сгорания. Питаются они от аккумуляторов, а емкости батарей на сегодняшний день хватает в лучшем случае на десятки минут полета. Аккумулятор можно установить и побольше, но тогда и масса летательного аппарата увеличится, а значит, ему потребуется больше энергии — получается замкнутый круг. Вдобавок перезарядка занимает больше времени, чем дозаправка, а время — деньги. «Когда сталкиваешься с этими вещами, ясно, что создать «чисто электрический» аппарат грузоподъемностью в тонну практически невозможно. Легче — можно, но тогда полет будет 10–20 минут. Далеко ли вы улетите?» — рассуждает Борис Артамонов.
«Если рынок не просядет и условия в мировой экономике позволят дальше инвестировать в аппараты с вертикальным взлетом и посадкой, то есть все шансы, что новые способы передвижения по воздуху станут реальностью», — считает Алистер Фэллон. Но планы производителей смелее, чем прогноз аналитика. Например, Uber уже в следующем году собирается испытать свое аэротакси (что-то среднее между конвертопланом и коптером), а в 2023-м — начать его коммерческую эксплуатацию. Уложиться в сроки компании будет трудно, и дело не только в технологиях.
Что не во власти инженеров
«Воздушное пространство ограничено. Не просто так борются с квадрокоптерами: возможны столкновения, аварии, не говоря уже о проблемах режимности и секретности. Над столицей если кто-то и летает, то вдоль русла Москвы-реки либо за окружной дорогой. Вы даже не полетите к себе на дачу, потому что у нас везде разрешительный принцип: вы должны запрашивать диспетчера», — объясняет Борис Артамонов.
В Китае, как сообщает агентство Reuters, регулирование воздушного пространства ослабили, но в крупных городах и поблизости от них все равно так просто не полетаешь. Европейское агентство авиационной безопасности (EASA) летом 2019 года утвердило основные требования к легким аппаратам с электродвигателем, которые взлетают и садятся вертикально, но полные спецификации еще не готовы. К тому же EASA отвечает только за машины, а лицензированием летчиков и контролем воздушного пространства занимаются органы Европейского союза и стран-членов. В США все эти полномочия — у Федерального управления гражданской авиации, но оно еще не определилось с нормативами для инновационного транспорта.
Для того чтобы многовинтовые аппараты — и вертолеты — стали массовыми, также нужна новая инфраструктура, прежде всего посадочные площадки в удобных местах. «Вы их не видите, но на современных домах есть такие площадки», — говорит Борис Артамонов. Вот только проектировали их для экстренных случаев, а не сотен или даже тысяч полетов в день. Хватит ли всем места — хороший вопрос, но также не ясно, согласятся ли люди терпеть шум и завихрения воздуха, создаваемые винтами (вездесущий предприниматель Илон Маск считает, что нет, не станут, поэтому следует развивать подземный транспорт).
Читайте также
Илон Маск достроил тестовый тоннель под Лос-Анджелесом. Что это за транспорт будущего?
«Для военных, правоохранительных органов и органов безопасности, поисковых и спасательных служб, медиков, в операциях по оказанию гуманитарной помощи, для перевозки VIP-пассажиров и некоторых других нужд вертолеты всегда будут незаменимы», — считает Алистер Фэллон. Если инженерам удастся устранить недостатки многовинтовых аппаратов с электродвигателями, то эти машины составят вертолетам конкуренцию. Соперничать с другими видами транспорта будет труднее. «Стоимость тонны-километра в любом случае будет выше у вертолета, чем у самолета. На квадрокоптерах точно так же, но экономику еще не считали. Но при этом вы имеете вертикальный взлет и посадку, за это надо платить», — говорит Борис Артамонов.
Возможно, летательные аппараты с электродвигателями сначала будут востребованы вообще не как транспорт в привычном смысле. «Мы с дипломником делаем проект — квадрокоптер-пожарник. Он поднимается и выстреливает ракету, пробивает стекло, и внутри распыляется огнегасящий порошок. Этому квадрокоптеру не нужен большой запас энергии. Он опускается, можно заменить аккумулятор. Или поднимается второй. Фактически это гранатомет, подвешенный к вертолету», — рассказывает Борис Артамонов. А вертолеты так и останутся в своих нишах, где им нет альтернативы.
Марат Кузаев
Вертолеты | Аэробус
Airbus стремится предоставить своим клиентам наиболее эффективные вертолетные решения, которые обслуживают, защищают, спасают жизни и безопасно перевозят пассажиров в сложных условиях. Вертолеты компании находятся на вооружении более чем в 150 странах мира, выполняя почти все мыслимые задачи вертикального полета. Продуктовая линейка компании предлагает полный спектр вертолетных решений для гражданского, государственного, военного, правоохранительного и парагосударственного использования.
Подробнее
Глобальное присутствие
Исследуйте нашу глобальную сеть
Airbus Helicopters имеет глобальное присутствие, включая центры обслуживания клиентов, обучения и обслуживания, а также центры технической поддержки.
Учить больше
Спасение жизней
Более пяти десятилетий миссий по спасению жизней
Airbus представляет операторов HEMS со всего мира, которые помогли раздвинуть границы и каждый день работают в борьбе за спасение жизней.
Читать далее
AirbusWorld
Совместный клиентский портал
Предыдущий информационный портал Keycopter теперь является частью AirbusWorld, совместной платформы, предназначенной для наших клиентов.
Читать далее
календарей на 2022 год: камера… действие!
Снимки-победители фотоконкурса Airbus Helicopters публикуются в ежегодных гражданских и военных календарях.
Мы рады представить календари Airbus Helicopters на 2022 год, в которые включены снимки, победившие в последнем фотоконкурсе подразделения, и которые отмечают важную роль, которую наши операторы играют каждый день по всему миру.
Читать далее
Журнал Rotor
Инновационное сотрудничество
Читать далее
Последние новости
Отображено 1–3 из 526
Европейская премьера: крупномасштабная демонстрация полетов под руководством Airbus объединяет истребители, вертолет и дроны
Во время первого в Европе крупномасштабного многопрофильного демонстрационного полета под руководством Airbus два истребителя, один вертолет и пять беспилотных удаленных носителей объединились и выполнили миссию, которая могла бы произойти в реальных ситуациях. Проект пилотируемой и беспилотной совместной работы Future Combat Air System (FCAS) теперь перейдет к следующему этапу: дальнейшая прокладка пути для FCAS путем разработки демонстратора летающего удаленного носителя (RC) в ближайшие годы.
Подробнее
Европейская премьера: подключенные истребители, вертолет и дроны выполняют демонстрационную миссию
В первом в Европе крупномасштабном совместном пилотируемом и беспилотном демонстрационном полете под руководством Airbus два истребителя, один вертолет и пять беспилотных дистанционных авианосцев объединились и помогли избавить мир от вымышленного военачальника-изгоя. Эта демонстрация полетов с несколькими доменами прокладывает путь к системе боевой авиации будущего.
Подробнее
Экскурсионный вертолетный оператор ОАЭ Falcon Aviation Services обновляет свой парк вертолетов, заказав пять самолетов Airbus h230.
Ведущий эмиратский оператор чартерных и экскурсионных вертолетов Falcon Aviation Services заказал пять новых вертолетов Airbus h230 для обновления своего парка.
Подробнее
Подробнее
В чем разница между вертолетом и самолетом
18 апреля 2019 г. | Liberty, The Helicopter Company Новости и события
Глядя на вертолет и самолет, вы можете серьезно сравнить физические характеристики самолетов. Однако причины, по которым они такие разные, не всегда так очевидны. Во время наших туров люди часто задают нам вопросы о вертолетах, и мы любим хвастаться причинами, по которым наши пилоты вертолетов предпочитают именно их вертолеты. Чтобы начать удовлетворять ваше любопытство, вот несколько заметных различий между самолетами и вертолетами, которые должен знать каждый.
Понимание подъемной силы
Основное различие между вертолетом и самолетом заключается в способе создания подъемной силы. Вертолеты используют свои быстро вращающиеся роторы для создания импульса, необходимого для подъема самолета. Эти роторы можно настроить для выполнения таких маневров, как поворот или зависание. Самолеты, однако, спроектированы с учетом механики, которая требует, чтобы они постоянно перемещались в пространстве, чтобы воздух обтекал их крылья. Вот почему самолетам требуется длинная взлетно-посадочная полоса, а вертолеты могут просто взлетать с меньшей площади.
В соответствии с законом
Оба вида транспорта подчиняются законам и постановлениям, направленным на обеспечение общественной безопасности. Однако у самолетов больше законов, регулирующих их использование, из-за их размера и количества пассажиров, которых они могут перевозить. Например, самолеты должны оставаться на определенной высоте, когда они пролетают над людьми или зданиями, которые существуют в населенных пунктах. Пилоты вертолетов следуют передовым методам обеспечения безопасности на высоте. Однако им разрешено приближаться к достопримечательностям ближе, чем к самолетам, если они не делают ничего, что представляет существенный риск для здоровья человека или имущества.
Сохранение контроля
Известно, что самолетами легче управлять, чем вертолетами, а некоторые из больших пассажирских самолетов имеют компьютеризированное управление, которое выполняет большую часть работы за пилотов. Вертолеты требуют, чтобы обе руки пилота находились на органах управления, а также задействованы ноги. Хотя может показаться, что пилоту вертолета будет сложнее иметь больше дел, правда в том, что большинство предпочитает именно такой способ. Возможность одновременного использования нескольких элементов управления позволяет пилотам вертолетов совершать маневры, которые создают лучший вертолетный тур.
Организация полетов
Когда все сводится к этому, большинство людей волнует разница в том, насколько легко или сложно передвигаться.