Авиаконструктор Игорь Иванович Сикорский 1889-1972

Вертолеты третьего поколения и фирма Сикорского

В начале 70-х годов в США началась разработка вертолетов нового, третьего поколения. Вертолет был признан не только уникальным транспортным, но и незаменимым технологическим и боевым средством. В связи с этим существенно повысились требования к новым разработкам. По-прежнему большое внимание уделялось улучшению технико-экономических показателей. Производительность вертолета повышалась за счет улучшения аэродинамических характеристик машины, в первую очередь несущего винта, а также за счет снижения расхода топлива силовой установки. Большое внимание уделялось производственной, и в особенности эксплуатационной эффективности, которая включала в себя упрощение и удешевление конструкции и техобслуживания, переход на эксплуатацию по состоянию. К новым вертолетам предъявлялись требования высокой маневренности, скороподъемности. Повышение их надежности, живучести и неуязвимости достигалось за счет применения ударопоглощающей и безопасноповреждаемой конструкции, рациональной компоновки, экранирования и бронирования некоторых частей и деталей, установки двух двигателей.

Основной программой американского вертолетостроения третьего поколения была разработка легкого многоцелевого вертолета UTTAS (Utility Tactical Transport Air System), рассчитанного на перевозку И человек при трех членах экипажа. Из многочисленных предложений, выдвинутых вертолетостроительными фирмами, правительственные органы США в 1972 г. предпочли проекты двух давних конкурентов – фирм Сикорского и ”Боинг-Вертол”.

Фирма ”Боинг-Вертол” на этот раз отошла от своей традиционной продольной схемы и выбрала классическую одновинтовую. Ту же схему, как обычно, имел и вертолет фирмы Сикорского S-70. Первый полет этого вертолета состоялся в конце 1974 г., а в декабре 1976 г. после длительных сравнительных испытаний он был признан победителем конкурса UTTAS. В конструкции широко использовались титан и стеклопластики. Лопасти несущего винта имели стреловидные законцовки, втулка снабжена эластомерными шарнирами и маятниковыми вибропоглотителями. На базе основного варианта S-70 фирмой разработан ряд различных модификаций, которые также были запущены в серийное производство. S-70 является в настоящее время наиболее распространенным зарубежным вертолетом в своем классе.

Другой основной программой американского вертолетостроения третьего поколения была разработка тяжелого транспортного вертолета HLH (Heavy Lift Helicopter) грузоподъемностью 20,5-22,5 т с радиусом действия 37-46 км. Опять конкурентами были основные производители тяжелой вертолетной техники – фирмы Сикорского и ”Боинг-Вертол”. Каждая фирма придерживалась своих традиционных схем – соответственно одновинтовой и продольной. Поскольку вертолет предполагалось использовать на небольшие расстояния, продольная схема показалась заказчику более предпочтительной, и фирма ”Боинг-Вертол” в 1971 г. получила контракт на постройку вертолета. Однако стендовые испытания трансмиссии были неудачны, появились опасения, что летно-технические характеристики окажутся хуже заявленных, кроме того, стоимость программы оказалась завышенной, и заказчик в середине 70-х годов предпочел работы по программе HLH прекратить и поддержать постройку менее амбициозного вертолета фирмы Сикорского S-80 (СН-53Е), способного перевозить грузы до 14,5 т на дальность до 90 км.

Этот аппарат представлял собой довольно значительную модификацию вертолета второго поколения S-65 (CH-53D), имеющую с ним 40-50% общих деталей (в том числе одинаковые лопасти) и отличающуюся установкой третьего двигателя, увеличением диаметра и числа лопастей несущего винта и рулевым винтом, ось которого наклонена под углом 20, для обеспечения продольной балансировки. Развитие автоматических систем управления позволило обеспечить управление и балансировку при одном рулевом винте с наклоненной осью, а не при двух, как это использовалось в проектах тяжелых вертолетов второго поколения. Фирма Сикорского опять победила ”Боинг-Вертол”. Опять восторжествовала одновинтовая схема.

Особенностью вертолетостроения третьего поколения была и постройка специальных гражданских вертолетов, что вызывалось расширением нефтепромыслов в открытом море и необходимостью интенсивных перевозок. Разработка первого такого вертолета S-76 осуществлена в инициативном порядке в 1977 г. группой молодых конструкторов фирмы Сикорского. С 1978 г. он уже стал выпускаться серийно.

Фирмой Сикорского в период постройки вертолетов третьего поколения были проведены обширные исследования по созданию скоростных несущих винтов по программе ABC (Advanced Blade Concept), подъемная сила которых создается только на наступающих лопастях бесшарнирного несущего винта большой жесткости. В результате исключается срыв на лопасти, идущей по потоку. Для уравновешивания возникающего при этом большого поперечного опрокидывающего момента впервые отошли от традиционной схемы, применив соосную.

Исследовательские работы были начаты фирмой еще при жизни И.И. Сикорского в середине 60-х годов, а в 1973 г. был построен вертолет с таким винтом. Испытания S-69 начались в 1974 г. В варианте ”чистого” вертолета на нем достигнута горизонтальная скорость 296 км/ч, а в пологом пикировании – 360 км/ч. После установки в 1978 г. двух дополнительных турбореактивных двигателей была получена скорость 487 км/ч. S-69 стал единственным винтокрылым аппаратом, не оснащенным крылом, достигшим такой скорости.

В результате испытаний вертолета S-69 было установлено, что концепция ABC позволяет существенно повысить скорость и потолок вертолета, маневренность и скороподъемность, компактность и живучесть, расширить диапазон центровок, уменьшить шум. Ряд преимуществ связан и с отсутствием рулевого винта, однако тяжелые несущие винты ухудшали весовую отдачу. После сравнения всех преимуществ и недостатков был сделан вывод, что концепция ABC является полностью разработанной концепцией скоростного вертолета, который при использовании на оптимальных для данной концепции режимах может найти практическое применение.

В настоящее время уже ведутся работы по вертолетам нового, четвертого поколения. Хотя большинство программ еще не определилось, тем не менее достигнутый уровень разработки программ легкого многоцелевого вертолета LHX (Light Helicopter Experimental) и многоцелевого преобразуемого вертолета JVX (Joint Services Advanced Vertical Lift Aircraft) позволяет сделать некоторые выводы об особенностях вертолетостроения предстоящего четвертого поколения. Хотя по-прежнему большое внимание уделяется повышению технико-экономических показателей, все большее значение приобретает обеспечение высокой эффективности применения. В связи с этим повысились требования к скорости и дальности полета даже за счет ухудшения некоторых экономических показателей, к повышению маневренности, всепогодности, мобильности, компактности, живучести, уменьшению заметности, шума, вибраций и т.д. Наряду с обеспечением безопасности экипажа особое внимание стало уделяться улучшению эргономических характеристик новых вертолетов, максимальной разгрузке летчика. Разработка нового электронного и другого оборудования должна оказать решающее воздействие на обеспечение необходимого качества новых винтокрылых летательных аппаратов. Новые требования, а также достигнутый уровень вертолетной науки и техники предопределяют возможность замены в ряде областей применения ”чистых” вертолетов преобразуемыми вертолетами, один из опытных образцов которого разрабатывается фирмами ”Белл и Боинг” по программам JVX.

Фирма Сикорского, вступив в соглашение со своим бывшим соперником и конкурентом фирмой ”Боинг”, ведет экспериментальные работы по программе LHX. В результате на базе S-76 в 1984 г. создан экспериментальный вертолет S-75 с фюзеляжем из композиционных материалов. Кроме того, фирма Сикорского совмес чо с другими компаниями ведет исследования по совершенствованию несущей системы, систем управления и оборудования. Рассматривается, например, замена традиционной механической системы управления на оптико-волоконную. Особое внимание для разгрузки экипажа уделяется совершенствованию оборудования кабины, что позволило бы использовать только одного пилота. Предусматривается оборудование кабины многофункциональными цветными дисплеями, боковой ручкой управления с управлением по усилия'м, а в перспективе – и речевой системой управления. Из различных перспективных видов преобразуемых вертолетов фирма Сикорского традиционно рассматривает одновинтовую схему, но с несущим винтом, останавливаемым в полете. Будучи остановлен в полете, так называемый X (икс)-винт превращается в крыло с несущими поверхностями прямой и обратной стреловидности. Сжатый компрессорами воздух подается в лопасти несущего винта (работающего в режиме винта, а не крыла) для использования его в системе управления циркуляцией на лопастях со щелями вдоль передней и задней кромок. Эту сложную задачу решает бортовая ЭВМ, которая должна управлять циклической подачей сжатого воздуха в щели на лопастях и тем самым выполнять функции, адекватные автомату перекоса. Данная система установлена в 1987 г. на экспериментальном винтокрыле S-72, специально разработанном для испытаний новых несущих систем.