Поворотный винт опять в фаворе

Поворотный винт опять в фаворе

Создание летательных аппаратов с поворотным винтом – одно из интереснейших направлений современного авиастроения. Идея совмещения достоинств самолета и вертолета, давно владеющая умами авиаконструкторов, в последнее десятилетие стала опять обретать материальные формы. Мы предлагаем читателям обзор статьи Пола Левиса и Джузеппе Пикарелли, напечатанной в журнале Flight в августе 2000 года и посвященной программе V-22 Osprey.

Судьбу конвертоплана V-22 производства компаний Bell/ Boeing удачной не назовешь. За 12 лет с момента первого вылета машины программа выдержала целый ряд политических, экономических и технических ударов, каждый из которых грозил остановить развитие работ по созданию этого уникального летательного аппарата. В том, что мы стоим на пороге его полномасштабного производства, велика заслуга искренних приверженцев новой идеи, не терявших веры в «Американский самолет» (такое неофициальное название получил V-22).

Сегодня, после восьми лет исследований и разработок, создатели конвертоплана с нетерпением ждут его оценки совместной комиссией корпуса морской пехоты и Военно-морских сил США. Это последнее «препятствие» на пути к переходу от выпуска небольших экспериментальных партий вертолета к его серийному производству, предположительно намеченному на 2001 год.

В настоящее время близки к завершению работы по экспертной оценке партии из четырех аппаратов V-22B. Эти работы были на два месяца приостановлены из-за произошедшей 8 апреля катастрофы, унесшей жизни 19 морских пехотинцев. Поставка второй экспериментальной партии, состоящей из семи машин, уже началась. За ней последуют две другие, общим числом 18 аппаратов. С началом запланированного полномасштабного производства количество машин, находящихся на вооружении морской пехоты США, увеличится к 2003 году до 16. Первые четыре аппарата CV-22B поступят в подразделение по проведению операций специального назначения Военно-воздушных сил США.

По оценкам командования морской пехоты США, к 2012 году им потребуется 360 боевых наступательных вертолетов MV-22B, стоимостью $44 млн. каждый. Они должны заменить устаревающие вертолеты СН-46 фирмы Boeing и CH-53D компании Sikorsky. Подразделение по проведению специальных операций планирует приобрести к 2007 году 50 машин для ведения операций на дальних расстояниях. Это позволит вытеснить MH-53J и удачно дополнить самолеты МС-130 фирмы Lockheed Martin.

Военно-морские силы США заявили о потребности в 48 вертолетах HV-22B в 2010- 2014 гг. для разведывательных и спасательных операций и осуществления управления боевыми действиями.

Первые 12 аппаратов MV-22B предназначены для авиационной части морской пехоты, расквартированной в штате Каролина. Здесь летчики будут проходить начальную подготовку. С этой целью подразделение будет оснащено первым из трех новых симуляторов полетов Д-уровня от компании Flight Safety, а также устройством для полетных тренировок, штатом инструкторов по ознакомлению с оборудованием кабины и обслуживанием машин. Затем пилоты будут направляться в штат Нью- Мехико для дальнейшего обучения. Первые эскадрильи морской пехоты, оснащенные MV-22, будут развернуты на восточном и западном побережье страны, на Окинаве и Гавайях. Первое подразделение для проведения операций специального назначения, которое получит аппараты V-22, будет сформировано в 2004 году во Флориде.

Нынешние планы сильно расходятся с первоначальным графиком программы V-22, в котором предусматривалось, что армейский дебют аппарата с поворотным винтом состоится в 1991 году. Желание некоторых высокопоставленных чиновников свернуть программу, распри по поводу финансирования, а также потеря двух прототипов в процессе полномасштабных опытных работ привели к тому, что в течение последующих десяти лет военные так и не смогли получить эту машину.

Обгоняя время

Однако прошедшее десятилетие не было потрачено зря. Вертолет, который появился в результате конструкторских и производственных усовершенствований, значительно превосходит модель, предусмотренную программой опытных работ. V-22 был передовым для своего времени во многих отношениях: в области технологии создания аппаратов с поворотным винтом, в разработке фюзеляжа из композитных материалов, применения дистанционного управления полетом.

Том Макдональд – ведущий пилот-испытатель, служивший в подразделении, занимающемся V-22, вспоминает: «Создавая аппарат, мы использовали многие новинки. Кабина была оснащена авионикой, адаптированной к ведению военных операций любого типа сложности. Использовались очки инфракрасного ночного видения и шлемы с индикаторами».

В результате конструкторских и производственных усовершенствований появились четыре новых опытных машины и программа совместных испытаний, объединившая действия компаний Bell/ Boeing и американского правительства.

К этому времени финансовые затраты на проведение конструкторских работ на $300 млн. превысили первоначально оговоренную сумму в $2,2 млрд. Такое положение грозило отпугнуть подрядчиков. Поэтому прежняя система платежей была аннулирована и на десять месяцев заменена на премиальную оплату по принципу «издержки-плюс», предполагающую 5% фиксированного дохода плюс б% премиальных. За это время компании Bell и Boeing должны были договориться по четырем главным пунктам: о руководстве программой, проектировании согласно заданной стоимости, техническом и материальном снабжении.

«Ни мы, со стороны Bell/ Boeing, ни правительство не были особенно увлечены перспективой фиксированной цены, поскольку выделенные деньги были истрачены, и мы вынуждены были тратить свои собственные. А продукция тем временем не приобреталась, – говорит Джон Байерс, менеджер программы V-22. – Первоначальные основания для премиальной оплаты были связаны с необходимостью заинтересовать подрядчика и предоставить морскому авиационному ведомству услуги и продукцию, в которых оно действительно нуждалось».

Переход от программы опытных работ к программе конструкторских усовершенствований имел три главные задачи: снижение стоимости, уменьшение веса и получение адресной финансовой поддержки. Для реализации этих задач были созданы объединенные производственные группы. Позднее такой принцип стал стандартным в управлении производством.

Создание групп должно было сместить границы ответственности: инженеры-конструкторы, маркетологи, производственники и снабженцы работали теперь ради одной цели. В общей сложности было создано 70 групп, 52 из них приходились на долю компании Boeing, ответственной за работы по созданию фюзеляжа и авионики.

Группам выделялись ресурсы в соответствии с их вкладом в общее дело и предоставлялось право оставаться в рамках этого финансирования или воспользоваться иными возможностями. Результаты конструкторских работ должны были регулярно докладываться подрядчику.

Возвращение к алюминию

Собственный вес V-22 к концу первого периода полномасштабных разработок доходил до 15860 кг, т.е. на 1520 кг превышал исходные нормативы. Это было связано с рядом факторов, в том числе и со стремлением не отстать от моды в использовании новых материалов, а также с установкой оборудования для летных испытаний в соответствии с первоначальной программой. Так, например, был добавлен аэродинамический гребень для улучшения обтекания, а также дополнительный закрылок для уменьшения хвостового бафтинга при больших углах атаки.

Важнейшей задачей компании Boeing было уменьшение веса корпуса летательного аппарата на 615 кг и сокращение запланированных расходов на фюзеляж до $4,7 млн., то есть на 26%. Для этого было решено пересмотреть необходимость применения композиционных материалов на больших участках обшивки и использовать для переборок и панелей фюзеляжа углеволокнистые материалы.

Однако задача уменьшения веса конструкции заставила вернуться к более дешевым традиционным алюминиевым конструкциям, которые дали выигрыш в весе около двух с половиной килограммов.

Теперь композиционные материалы составляют 43% структуры фюзеляжа V-22 против прежних 57%. В конструкции кормовой части фюзеляжа аппарата прежняя технология выкладки была заменена технологией намотки. Использование 3-миллиметрового волокна позволило автоматизировать формирование выпуклых и вогнутых поверхностей.

Кормовая часть фюзеляжа V-22, ранее состоявшая из девяти механически соединяемых обшивок, стала монолитной конструкцией. Потери снизились с 1,57 до 0,57 кг на каждые 0,45 кг использованного материала. Поскольку стоимость композитов составляет примерно $70 на каждые 0,45 кг, был достигнут значительный экономический эффект: цена была снижена на 53%.

Компания Boeing сократила количество деталей фюзеляжа на 36%, избавилась от 18500 из 55000 крепежных деталей. Благодаря большей точности и уменьшению брака качество возросло почти вдвое, а цена снизилась на 23%. Удалось уменьшить вес корпуса на 1216 кг – это в два раза больше, чем намечалось.

Следующее значительное изменение коснулось перемещения основного шасси, что позволило разрешить проблему с центром тяжести аппарата, обнаруженную во время испытаний на первоначальном этапе. Вес аппарата был уменьшен также благодаря изменению конструкции грузового трапа.

От катапультируемых кресел пилотов, использовавшихся в первоначальном варианте, в новом отказались. Механический привод аварийных люков был заменен на пневматический.

В ходе разработок была полностью реконструирована система складывания крыльев. Специалисты компании Boeing использовали более легкое гибкое крепление по контуру и гидравлическую лебедку с тросовым приводом, позволяющим поворачивать крыло на 90°. Упругодеформируемое крепление крыла к фюзеляжу уменьшает передаваемую нагрузку на фюзеляж, вызванную деформацией крыла.

Дополнительный выигрыш

Компании Bell удалось достичь дальнейшего уменьшения веса и стоимости аппарата за счет изменений в устройстве крыла, гондолы двигателя и трансмиссии. Более $1 млн. 700 тыс. было сэкономлено благодаря отказу от использования технологии штамповки при изготовлении гондолы. Использование кованого автомата перекоса взамен штампованного уменьшило вес аппарата на 51,7 кг.

Следующие 88 кг и 70000 долларов экономии были получены благодаря замене механического инфракрасного глушителя выхлопных газов на эффективный дефлектор Coanda, использующий воздух от компрессора высокого давления.

Компании Rolls-Royse в ходе конструкторских разработок было предложено добиться 4-процентного уменьшения потребления топлива для каждого из двух турбовинтовых двигателей АЕ1107С. Эксплуатационные и ценовые параметры были улучшены благодаря опыту, полученному в ходе эксплуатации аналогичных турбовинтовых (АЕ2100) и турбовентиляторных (АЕ3007) двигателей, использовавшихся на гражданских воздушных судах. Принято решение о том, что двигатель АЕ1107 будет эксплуатироваться по техническому состоянию. Усилена молниезащита хвостового оперения и турбинных двигателей.

В ходе доработок жгутообразная электропроводка V-22 была заменена на лентообразную в виде плоских электрических шин. Это не только экономило до 50 кг веса, но и обеспечивало лучшую защиту от электромагнитных помех. Единственным недостатком является необходимость замены всей ленты в случае, если потребуется добавить новый провод.

Пятикратное улучшение

В кабине пилота был установлен новый целевой компьютер, пятикратно увеличивший возможности памяти и скорость обработки данных. Два монохромных контрольных дисплея размером 100x100 мм, соединенных с пультом управления, были заменены на один цветной экран размером 150x200 мм.

Множество приборов было заменено на новый резервный полетный дисплей, на который выводятся данные по углу наклона гондолы, работе двигателя, состоянию гидравлической системы, углу расположения закрылок и количеству топлива. В памяти сохраняются данные стандартного набора приборов, определяющих скорость полета, его высоту, состояние искусственного горизонта и компаса.

«Все дисплеи пилотской кабины, за исключением резервного, управляются единым компьютером, ответственным за авионику, – говорит Дейв Мурман, главный инженер проекта от компании Boeing. – Контролирующий полет резервный полетный дисплей управляется компьютером с трехкратным резервированием. Даже если откажут все системы авионики, система контроля полета сможет снабдить летчика достаточной информацией, чтобы он приземлился при самых неблагоприятных обстоятельствах».

Плановая модернизация продукции требовала замены многофункциональных дисплеев размером 150x150 мм с электроннолучевой трубкой. Поэтому начиная с девятнадцатого летательного аппарата на V-22 устанавливаются активно-матричные жидкокристаллические дисплеи такого же размера. Новые дисплеи легче на 15,9 кг, более компактны, меньше бликуют при попадании солнечных лучей и совместимы с очками ночного видения.

Расположенная в Далласе фирма-поставщик уже снабжает V-22 цифровыми картографическими системами и клавиатурой управления. Фирма предлагает такой комплекс оборудования, который может сберечь по миллиону долларов на каждый аппарат, если будет дано согласие приобрести весь пакет услуг.

Телескопическая штанга

В процессе создания находится новая убирающаяся штанга, позволяющая осуществлять дозаправку вертолета во время полета. Новая штанга позволит специалистам корпуса морской пехоты США установить в носовой части V-22 пулемет на турели. И в вертолетном, и в самолетном режимах полета будущее оружие должно быть соединено с компьютером, управляющим полетом, чтобы обеспечить безопасное поле стрельбы. Планируется корректировка стрельбы из пулемета с прицела, вмонтированного в шлем, с обзорно-прицельной системы типа FLIR, а также с рукоятки ручного управления.

Подразделение по проведению операций специального назначения Военно-воздушных сил США также заинтересовано в оснащении своих аппаратов этими пулеметами, но вынуждено изыскивать для этого дополнительные средства финансирования. Пока же оно тратит по $7-8 млн. на оснащение каждого аппарата новым пакетом датчиков. В него входят радиолокационная станция слежения за рельефом местности, аппаратура спутниковой связи, аппаратура радиопротиводействия, приемник сигналов обнаружения ракет и лазерная система дальнего обнаружения.

Эта аппаратура соединяет в себе приемник обнаружения и аппаратуру активного радиоглушения. Информация об угрозе имеет цветовой код, выводится на цифровой карте и может быть соотнесена как с предварительными исходными данными, так и с полученными через центр спутниковой связи и откорректированными в ходе выполнения задания.

Потребности спецназа

Подразделение операций специального назначения ВВС США выдвигает следующие требования к аппарату: снижение веса на 26,330 кг, возможность принять на борт 18 военнослужащих, достижение дальности полета в 925 км. Последние 550 км полета должны проходить на высоте, позволяющей отслеживать рельеф местности. Аппарат должен обладать способностью за 1 минуту переходить на режим зависания вне зоны влияния земли на высоте 915 м. Для этого CV-22 должен быть оснащен восемью дополнительными топливными элементами и дополнительным баком, что добавит к исходному топливному запасу в 4290 л еще 3400 л.

На других модификациях CV-22 будут установлены компьютер, рассчитанный на решение специальных задач, картографический дисплей и четыре радара UHF/VHF Rockwell Collins. В кабине пилота будет работать штатный инженер. Специальный спасательный подъемник облегчит загрузку и выгрузку десанта.

Серьезной проблемой оказалось определение размеров спасательного подъемника. Он должен позволять поднимать 272 кг, но при этом быть небольшим, чтобы умещаться внутри. На первых аппаратах была использована система Breeze Eastern, но для того, чтобы обеспечить дополнительную гидравлическую мощность подъемника, необходимо модифицировать корпус летательного аппарата.

Испытательные полеты двух усовершенствованных аппаратов CV-22 начались в США в сентябре 2000 года на базе военновоздушных сил в Эдвардсе. Два других аппарата остались для испытаний на базе в Патуксен Ривер.

Пристальное внимание в настоящее время уделяется завершению испытаний противообледенительных систем, применению дозаправки в полете, запрещенной в настоящее время в варианте горизонтального полета, совершенствованию надежности системы складывающегося крыла и исследованию возможных причин аварий, особенно актуальному после катастрофы аппарата в Маране.

Программа следующих тестов будет включать полетные испытания новой дозаправочной штанги и пулемета на турели. Позднее будет рассмотрена возможность увеличения грузоподъемности V-22. Планируемое использование пьезоэлектрического пускового привода способно в дальнейшем усовершенствовать возможности режимов зависания и прямолинейного полета благодаря оптимизации крутки лопасти.

Оглядываясь назад, можно сказать, что проект V-22 оказался смелым шагом в области новых технологий. У него, конечно, имеются свои недостатки, но пилот-испытатель Том Макдональдс, например, считает, что «…если бы мы не прошли через все это, возможно, сегодня и не было бы аппарата с поворотным винтом». Разработка V-22, гражданского аппарата ВА-609 и исследования, связанные с проектированием еще большего аппарата Quad Tiltrotor, позволяют заключить, что «Американский самолет» достиг своего совершеннолетия.

Перевод с английского Марины Румянцевой