BuildingTECH

search


Транспорт

Sikorsky X-Wing, должен был объединить лучшее от вертолета и самолета. Что получилось?

Sikorsky X-Wing, должен был объединить лучшее от вертолета и самолета. Что получилось?

Еще в 1970-х и 1980-х годах совместная исследовательская программа NASA, DARPA, ВМС США и Sikorsky породила один из самых уникальных дизайнов самолетов. Этот самолет, получивший название Sikorsky X-Wing, был разработан, чтобы объединить лучшее из того, что могли предложить как вертолеты, так и самолеты. 

Sikorsky X-Wing был концептуальным самолетом, который был разработан, чтобы объединить возможности зависания вертолета со скоростью самолета с неподвижным крылом.

Основанный на S-72 RSRA (Rotor Systems Research Aircraft), он был разработан в сотрудничестве с ВМС США, DARPA, NASA и Sikorsky.

Основная концепция Sikorsky X-Wing была впервые разработана профессором Яном Чизманом из Саутгемптонского университета, Англия. Его эксперименты по созданию «летающая дымовая труба», в конечном итоге заложили основу для рабочего прототипа. 

Чизмен основывал свои эксперименты на принципе Коанда, чтобы сначала создать, а затем изменить подъемную силу цилиндрического лезвия. Согласно этому принципу, когда воздух движется по касательной над изогнутой поверхностью, он будет стремиться прилипать к ней и следовать изгибу ее поверхности до тех пор, пока кривизна поверхности не станет слишком большой и воздух снова не оторвется.

При правильном применении этот принцип можно использовать для создания своего рода виртуального закрылка на аэродинамическом профиле или роторе. Чизман полагал, что такой ротор теоретически можно остановить в полете и использовать больше как традиционный самолет с неподвижным крылом, позволяя самолету взлетать и приземляться вертикально с помощью ротора, но избегая асимметрии подъема лопастей вперед / назад. при переходе в экспедиционный рейс. 

Его конструкция состояла из цилиндрической лопасти ротора, подъемная сила которой изменялась за счет продувки воздуха через прорези. Отключение обдува позволило бы самолету поддерживаться крыльями, в то время как несущий винт замедлился до полной остановки и был убран для крейсерской эффективности самолета с неподвижным крылом. Затем процесс будет обратным для фазы посадки. 

Вдохновленный работой Чизмэн, инженер ВМС США  Дэвид У. Тейлор продолжил развитие концепции. Он начал экспериментировать с контролем циркуляции, обдув воздухом по касательной на закругленную заднюю кромку обтекаемой формы, похожую на обычный аэродинамический профиль. 

Это исследование в конечном итоге превратилось в концепцию X-Wing, в которой будут использоваться аэродинамические профили для управления циркуляцией для создания подъемной силы в любом направлении и позволять ротору / крылу сохранять подъемную силу и контроль при начале и остановке вращения. 

В середине 1970-х годов DARPA заинтересовалось этой концепцией и присоединилось к ВМФ по программе X. Основная идея, по заявлению НАСА , заключалась в «исследовании способов увеличения скорости несущих винтов самолетов, а также их характеристик, надежности и безопасности».

Также была надежда, что такой самолет сможет снизить шум, вибрацию и затраты на техническое обслуживание, обычно связанные с обычными вертолетами того времени. 

В течение следующих нескольких лет испытательный прототип был разработан и испытан в аэродинамической трубе. Во время этих испытаний прототип проходил испытания в течение семи недель. В ходе испытаний проверялись вертолетные, самолетные и конверсионные режимы полета. 

В начале 1980-х к Сикорскому обратились за помощью в разработке. Считалось, что он, как один из ведущих конструкторов вертолетов в стране, лучше всех поможет в реализации программы. У них уже был испытательный вертолет Sikorsky S-72 RSRA. Этот самолет, специально разработанный для испытаний новых систем лопастей несущего винта, казался идеальным испытательным стендом для реализации программы X-Wing. 

S-72 был уникальным самолетом с крылом изменяемого угла падения, роль которого заключалась в обеспечении разгрузки и перегрузки для любых требований к подъемной силе испытанного вертолетного двигателя. Эти крылья можно наклонять под разными углами для взлета и посадки. 

S-72 также имел вспомогательную силовую установку и тормозные механизмы, обеспечивающие разгрузку и перегрузку горизонтальной тяги испытательного ротора. Эти возможности сделали его идеальным испытательным транспортом для тестирования концепции запуска и остановки ротора X-wing предсказуемым и стабильным образом без необходимости в испытательном роторе для поддержки его полной проектной подъемной силы на этапе разработки.

Рабочий прототип S-72 RSRA имел полную массу 10 887 кг, диаметр несущего винта 15,5 м с лопастным шнуром 1 м. Он был оснащен двумя турбовальными двигателями General Electric T58-GE-5, установленными на его левом и правом фюзеляже.

Как работал самолет X-Wing?

Объединив лучшее от вертолетов и самолетов, X-Wing теоретически может сломать тенденцию современных самолетов вертикального взлета и посадки, когда для более скоростных самолетов требовалась более высокая нагрузка на парящий диск. 

Чтобы X-wing работал на практике, лопасти несущего винта должны сильно отличаться от лопастей обычных вертолетов. Это связано с тем, что им потребуется больше подъемной силы без преимущества использования центробежной силы / эффекта в традиционном вертолете для придания жесткости лопастям во время вращения. 

Лопасти винта X-Wing тоже должны были быть очень жесткими. В конце концов, два крайних передних крыла будут действовать как крылья с прямой стреловидностью во время горизонтального полета. Лопасти также должны были быть «двусторонними», поскольку задние лопасти должны были лететь «назад» после остановки и фиксации лопасти ротора, эффективно действуя как крылья с прямой стреловидностью . 

Из-за этого лопасти были сделаны из композитных материалов, чтобы обеспечить необходимую прочность, а также максимально ограничить вес. 

Благодаря тому, что конструкция опирается на эффект Коанда, механическую наклонную шайбу обычного вертолета (устройство, используемое для наклона лопастей несущего винта в ответ на команды пилота) можно было бы заменить на специально разработанную систему клапанов для подачи сжатого воздуха к лопастям несущего винта. 

В режиме вертолета это работало путем выдувания воздуха из задней кромки лопастей для создания виртуальных закрылков и имитации циклического шага. Во время перехода в режим неподвижного крыла из-за проблем с изменением аэродинамики потребуется продувать воздух одновременно с передней и задней кромок. 

Эта система намного более технически сложна, чем автомат перекоса вертолета, поэтому была также разработана современная компьютерная система управления клапанами. Поскольку система эффективно полагалась на использование сжатого воздуха для создания подъемной силы, прототипу X-Wing также требовался большой компрессор для циркуляции и управления воздушным потоком, а также для обеспечения высокоэнергетической муфты и тормоза для запуска и остановки лопасти ротора. 

Еще одна сложность для инженеров заключалась в том, что на С-72 сохранялась функция безопасности - пиротехнически отделяемые лопасти несущего винта на случай аварии. Во время таких событий самолет мог бы отлично летать как самолет с неподвижным крылом. 

По словам Sikorsky, «хотелось сохранить эту функцию для испытаний X-Wing. Разработка этой системы для очень толстых композитных гибких балок X-Wing стала еще одним крупным проектом и большим достижением для команды».

Для этого были созданы две команды. Одна, чтобы сосредоточиться на технических деталях системы лопастей ротора, а другая, чтобы выяснить, как интегрировать его в S-72. 

К 1985 году был разработан рабочий прототип, и в декабре того же года начались испытания. Дальнейшие испытания в 1986 году подготовили почву для первого испытательного полета. 

В сентябре того же года испытательный самолет RSRA был официально представлен миру. В том же месяце самолет был доставлен грузовым самолетом Super GuppyKC-97 в испытательный центр на базу ВВС Эдвардс в Калифорнии.

Первоначально предполагалось, что испытательные полеты для самолета будут постепенно наращиваться, начиная с руления, а затем полета без лопастей X-Wing для получения некоторых исходных данных. Поскольку планер испытательного стенда S-72 был спроектирован так, чтобы отлично летать без лопастей несущего винта, он мог безопасно приземлиться, если винт отказывал по какой-либо причине. 

После определения базовой линии следующим этапом был полет с двумя установленными лопастями несущего винта, а затем с четырьмя лопастями с остановленными роторами. Примерно к середине 1987 года самолет должен был лететь с несущим винтом / крылом, вращающимся на полной скорости, с испытанием остановки винта / крыла в середине полета к концу года. 

К сожалению, этого не произошло. Проблемы государственного финансирования и изменение приоритетов обороны привели к отмене программы в 1987 году. 

Источник:



Читать больше: