Толкающие пропеллеры и импеллеры

Ведущие вертолетостроительные компании мира изучают возможности повышения крейсерской скорости винтокрылых машин. Одним из вариантов решения проблемы может оказаться схема с толкающим винтом, который позволяет разгрузить несущий винт и отсрочить наступление условий, при которых возникает срыв потока на отступающей лопасти. У обычных вертолетов он возникает при скорости примерно 300 км/ч и вызывает вибрации, способные привести к разрушению несущего винта.
Американская компания Piasecki Aircraft впервые испытала концепцию толкающего винта на модели 16H-1 Pathfinder еще в 1962 г. Сейчас Piasecki работает над программой X-49A Speedhawk, запущенной в 2000 г. по заказу ВМС США, но с 2004 г. перешедшей под контроль Управления прикладных технологий армейской авиации. В качестве основы X-49A используется вертолет SH-60F Seahawk. Штатный рулевой винт заменен импеллером — толкающим винтом в кольцевом обтекателе — с изменяемым вектором тяги, который компенсирует крутящий момент несущего винта и обеспечивает управляемость вертолета. Кроме того, установлено несущее крыло с флаперонами, представляющее собой несколько укороченное крыло самолета Aerostar FJ-100. Крыло и толкающий импеллер позволяют снизить нагрузку на несущий винт, уменьшить угол атаки отступающей лопасти и избежать срыва потока на ней.
Первый полет X-49A состоялся 29 июня 2007 г., а в начале 2009 г. успешно завершился первый этап летных испытаний, цель которого состояла в тестировании конфигурации во всем диапазоне допустимых летных режимов немодифицированного вертолета. Испытания продемонстрировали увеличение скорости более чем на 45% на сходных режимах работы силовой установки и уменьшение уровня вибрации в два раза.
На втором этапе прототип будут испытывать в скоростном режиме. Для этого на него дополнительно установят обтекатель втулки несущего винта, убираемое шасси и улучшат обтекаемость планера. Кроме того, вместо ВСУ будет установлен турбовальный двигатель Rolls-Royce 250-C30R для сообщения дополнительной мощности импеллеру. Механические органы управления будут заменены на ЭДСУ для снижения нагрузки на экипаж. Конечная цель — добиться увеличения максимальной скорости на 50% по сравнению со строевым UH-60.
Окончательный вариант вертолета для армии США может отличаться от нынешнего демонстрационного образца. У него может появиться полноценный третий двигатель вместо вспомогательного, а также усовершенствованное несущее крыло.
От результатов второго этапа испытаний зависит дальнейшее финансирование программы. В целом компания имеет шансы на успех, поскольку разрабатываемая ею технология теоретически может быть применена для модернизации и других типов вертолетов с целью улучшения их ЛТХ.
Так, в начале 2009 г. Piasecki представила концепцию модифицированного транспортного вертолета Boeing CH-47 с установленными по обе стороны фюзеляжа двумя дополнительными поворотными импеллерами. По словам разработчиков, такая конфигурация позволит достичь максимальной скорости 460 км/ч в горизонтальном полете, а в вертикальном наборе — увеличить грузоподъемность на 30%.
Своим появлением этот проект обязан тесному сотрудничеству Piasecki с Boeing, который с самого начала работы над программой X-49 предоставлял безвозмездную техническую помощь. Boeing заинтересован в применении технологии Piasecki в будущем для улучшения характеристик ударного вертолета AH-64 Apache.
У компании Sikorsky также есть определенный опыт исследований в области скоростных вертолетов — в 70-х гг. был испытан демонстрационный образец XH-59A, развивший скорость 487 км/ч. Но вибрация вертолета и рабочая нагрузка на экипаж оказались столь велики, что от дальнейших работ по этой программе пришлось отказаться.
Сейчас Sikorsky ведет разработку нового скоростного вертолета — без внешней финансовой поддержки. В июне 2005 г. компания объявила о начале работ по программе X2, предполагающей создание однодвигательного вертолета с двумя соосными несущими винтами, шестилопастным толкающим хвостовым пропеллером, ЭДСУ и активной системой гашения вибраций, управляемого одним пилотом и развивающего крейсерскую скорость 460 км/ч.
Первый полет опытного образца X2 — с незадействованным хвостовым пропеллером — состоялся в августе 2008 г. Программа летных испытаний предполагает четыре этапа, первый из которых успешно завершился наземными испытаниями хвостового пропеллера в январе 2009 г. Скорость полета будет постепенно увеличиваться, пока не достигнет заветных 460 км/ч — как предполагается, уже к концу текущего года. Возобновление испытательных полетов планируется в ближайшее время.
4 мая компания представила на конференции Американской ассоциации армейской авиации полномасштабный макет легкого тактического вертолета LTH на основе концепции X2. По словам представителей компании, подобный вертолет может применяться в разнообразных военных целях. По мнению некоторых наблюдателей, это событие — в первую очередь заявка Sikorsky на участие в будущем тендере армии США на поставку армейского разведывательного вертолета. Если это так, шансы Sikorsky будут зависеть от того, насколько оперативно компания сможет довести до ума технологию X2.