Возможность создания авторотирующим НВ совместно с крылом необходимой величины подъемной силы в последующие моменты времени разгона вертоплана для выхода на самолетный режим подтверждается опытом проектирования и постройки крылатого автожира А-7 ЦАГИ. У автожира А-7 проблемы поддержания подъемной силы НВ совместно с крылом от взлета до полета с максимальной скоростью (более 200 км/ч) не было.
У самолета вертоплан заимствует крыло. Оно предназначено для разгрузки НВ и создания до 90% подъемной силы на крейсерской скорости полета. Для примера, крыло разгружало НВ винтокрылов «Ротодайн» на 60%, Ка-22 – на 85%.
Известно, что профильное сопротивление НВ на крейсерской скорости полета значительно больше, чем сопротивление крыла самолета. Следовательно, потери мощности двигателей на преодоление профильного сопротивления крыла самолета значительно меньше. В связи с этим при проектировании вертоплана НВ оптимизируется для получения максимума его подъемной силы при взлете-посадке без разбега-пробега, а крыло – для создания необходимой величины подъемной силы, уравновешивающей до 90% веса аппарата на крейсерской скорости, и достижения максимума аэродинамического качества аппарата. Аэродинамическое качество вертоплана достигает величины, соизмеримой с аэродинамическим качеством самолета короткого взлета-посадки (СКВП).
Вертоплан с комбинированной бипланной несущей системой садится без пробега с использованием реверса ВИШ. Несущий винт на вертоплане исключает такой опасный критический режим полета самолета, как сваливание, обусловленный потерей устойчивости и управляемости на малых скоростях полета. Следовательно, реверс ВИШ на вертоплане в отличие от СКВП может быть применен не после приземления, а на конечном участке планирования с таким расчетом, чтобы горизонтальная составляющая скорости планирования была погашена к моменту приземления. Вертикальная составляющая скорости уменьшается вплоть до нулевого значения увеличением общего шага НВ и его силы тяги.
Система управления вертопланом, как и винтокрылом, включает в себя вертолетные и самолетные органы управления. На взлете и посадке управление вертопланом осуществляется традиционным изменением общего и циклического шага НВ. Одновременно функционируют и самолетные органы управления вертопланом, которые эффективными становятся на больших скоростях полета.
По результатам выполненных расчетов аэродинамическое качество вертоплана составляет 10 единиц, крейсерская скорость – 450 км/ч, дальность полета с максимальной пассажирской загрузкой – 1400 км. Эти характеристики в совокупности с высокой весовой отдачей вертоплана существенно сказываются на уменьшении стоимости пассажиро-километра и тонно-километра (те же показатели у ЛА, созданного на базе вертолетного НВ, – выше).
Такое сочетание указанных ключевых характеристик ни в одном известном проекте винтокрылого ЛА до настоящего времени не рассматривалось и не предлагалось для реализации.
Вертоплан является винтокрылым летательным аппаратом двойного назначения. На его базе могут быть созданы десантнотранспортная и транспортно-пассажирская модификации в интересах Министерства обороны, МЧС и гражданских эксплуатантов. Вертоплан, как вертолет и самолет, в соответствии с требованиями заказчика и эксплуатанта может быть разработан в любой целесообразной весовой категории.
Технический риск в создании вертоплана практически отсутствует. У этого аппарата фюзеляж, крыло, двигатели и тянущие винты, хвостовое оперение обычного самолетного типа. При этом ЦАГИ имеет достаточный опыт проектирования и создания авторотирущих НВ, которые успешно применялись на 15 типах и модификациях летавших автожиров.
Отсутствие у вертоплана динамически нагруженных агрегатов трансмиссии (редукторы, валы) и рулевого винта с ограниченными ресурсами, а также непроизводительных затрат мощности двигателей на обеспечение их работы существенно снижают его стоимость и финансовые затраты на его техническую эксплуатацию по сравнению с вертолетом или винтокрылом, созданным на базе вертолетного несущего винта. Из-за отсутствия указанных агрегатов вертоплан более надежен, его летная эксплуатация безопаснее, а техническое обслуживание проще. Как и автожир, вертоплан имеет минимальный относительный вес пустого аппарата, следовательно, – больший вес полезной нагрузки по сравнению с вертолетами или КВЛА.
Ми-38
| Таблица 1 | ||
|---|---|---|
| Пассажирский вариант вертолета Ми-38 | Вертоплан | |
| Максимальный взлетный вес | 15300 кг | 15800 кг |
| Максимальное количество пассажиров | 30 чел. | 30 чел. |
| Максимальная дальность полета с 30 пассажирами | 530 км | 1400 км |
| Крейсерская скорость полета | 275 км/ч | 450 км/ч |
| Вредная пластинка | 2,3 м² | 1,85 м² |
| Аэродинамическое качество | 3,5 | 10,0 |
Вертоплан органично впишется в существующую систему летной эксплуатации вертолетов и самолетов на местных и региональных авиалиниях. По сравнению с самолетом вертоплан приобретает уникальное качество по осуществлению взлета без разбега и посадки без пробега. Он без ограничений может базироваться как на аэродромах любого класса, так и на вертодромах и вертолетных площадках, в том числе с грунтовым покрытием.
Этот летательный аппарат с максимальной пассажирской загрузкой обеспечивает полет на дальность 1400 км по действующим местным и региональным авиалиниям, а в районах с неразвитой транспортной инфраструктурой – на расстояния до 700 км от базовых аэродромов, вертолетных площадок и возвращение на них без дозаправки. Это хорошо сочетается с Концепцией развития гражданской авиации РФ по реализации 100% транспортной доступности для населения районов и регионов, где авиация является основным видом транспортного сообщения. Перспективный винтокрылый ЛА окажется привлекательным для эксплуатантов и для пассажиров из-за относительно невысоких стоимостей пассажиро-километра и тонно-километра.
Наиболее наглядно преимущество вертоплана над пассажирским вариантом современного отечественного вертолета Ми-38 видно при их непосредственном сравнении по ключевым летно-техническим данным (табл. 1).
В настоящее время отечественные ОКБ предложили для разработки пассажирские скоростные вертолеты (ПСВ) с крейсерской скоростью более 400 км/ч. Об этом неоднократно сообщалось в различных источниках информации. Реализовать крейсерскую скорость более 400 км/ч на ПСВ планируется за счет как увеличения аэродинамического качества несущего винта и применения толкающего винта (пропеллера), так и значительного увеличения мощности двигателей на крейсерских режимах работы. При этом топливная экономичность ПСВ окажется хуже, чем у его нескоростных предшественников. Относительное увеличение стоимости пассажиро-километра и тонно-километра у такого ЛА по сравнению с вертолетами предшествующего поколения может оказаться сопоставимым со сравнением сверхзвуковых пассажирских самолетов Ту-144 и «Конкорд» с дозвуковыми самолетами того же назначения и весовой категории. Стоимость авиабилетов для полета на ПСВ по местным и региональным авиалиниям вряд ли будет доступной для большинства пассажиров.
В связи с этим вертоплан, безусловно, является альтернативой ПСВ. Разрешение проблемы реализации этого проекта в нашей стране зависит от того, найдутся ли заинтересованные инвесторы и разработчик скоростного винтокрылого летательного аппарата с большой дальностью полета.
Григорий КУЗНЕЦОВ, канд. техн. наук