Вертолёты станут манёвренней — если последуют примеру горбатых китов

Современные вертолёты могли бы быть гораздо подвижней, если бы им не мешала аэродинамика. Исследователи из Германского центра авиации и космонавтики в Гёттингене (ГЦАК) открыли и испытали в реальном полёте новый способ увеличения манёвренности, используя идею, позаимствованную... у горбатых китов. Обычно у вертолётов взлёт и посадка возложены на основной, несущий винт. Это, однако, ведёт к серьёзным аэродинамическим издержкам. Воздушный поток от винта срывается с его плоскостей при определённой скорости движения или резком манёвре. Эффект называется «сваливанием»; он создаёт турбулентность, уменьшает подъёмную силу, что делает возможной быструю потерю высоты, не говоря уже о создании экстремальной нагрузки на винт и его втулку. Не секрет, что именно из-за этого военные вертолёты, резко маневрирующие у самой земли, могут мгновенно потерять высоту и...

Даже при обычном полёте срыв воздушного потока с винта вызывает тряску, столь характерную для этого вида ЛА. Как говорит Кай Рихтер из Института аэродинамики и технических потоков (Гёттинген, Германия), это ограничивает как максимальную скорость вертолёта на большой высоте (где воздух разрежен и быстрее срывается с плоскостей винтов), так и их манёвренность; сваливание — одна из самых серьёзных проблем в аэродинамике вертолёта, а также одна из самых трудных для решения. Компьютерное моделирование процессов, происходящих с вращающимся винтом, значительно сложнее, чем с неподвижным, жёстко закреплённым крылом самолёта. Это особенно верно при маневрировании: при подъёме или спуске винты на концах значительно изгибаются, причём их изгиб зависит от забортной температуры, скорости вращения, ветра и пр. Поэтому меняются и характеристики сваливания; моделировать в этом случае гораздо труднее.

Наверное, это может показаться необычным: в поисках решения гёттингенские исследователи обратились даже не к птицам, а к горбатым китам. Хольгер Май из ГЦАК объясняет это так: «Они знамениты своими скоростными и акробатическими способностями». В значительной степени это заслуга больших грудных плавников китов-акробатов, с характерными выпуклостями по переднему краю. Исследования показали, что эти выпуклости в значительной степени приводят к сравнительно позднему срыву потока с плавника, а также создают подъёмную силу, повышающую плавучесть. Учёные применили ту же идею на несущем винте вертолёта, запатентовав её как «Генератор вихря на передней кромке» (ГВПК). «Поведение потоков в воде и воздухе сходно, их просто нужно масштабировать», — замечает г-н Май. Искусственные выпуклости на винте вертолёта много меньше, чем у китов (6 мм в диаметре) и весят 0,04 г.

Продувки в аэродинамической трубе показали работоспособность решения, после чего в Брауншвейге не без успеха прошли испытательные полёты на экспериментальном Bo-105. К каждой их четырёх лопастей несущего винта опытного вертолёта было приклеено 186 резиновых ГВПК. «Пилоты уже заметили разницу в поведении лопастей, — подчёркивает Кай Рихтер, пояснив, что главной целью стартового испытания была демонстрация безопасности новшества. — Следующий шаг — полёты с измерительным оборудованием». По мнению исследователей из ГЦАК, в случае успеха начинания оснастить существующие вертолёты ГВПК можно без особых затрат.

Ну а на новых машинах профили ГВПК могут выполняться прямо на титановых лопастях. Если расчёты учёных оправдаются, значимость новой технологии для боевых вертолётов будет невозможно переоценить. Существенное ослабление эффекта сваливания может также вдохнуть вторую жизнь в беспилотные вертолёты, управление которыми намного сложнее, чем БПЛА самолётных схем. Подготовлено по материалам Германского центра авиации и космонавтики.

Горбатые киты — единственный вид китов, способный сравниться в манёвренности с дельфинами. Они могут даже «вставать» из воды и балансировать на хвосте. (Иллюстрация Josh Friedmann / Istockphoto.)

Хочешь узнать больше - читай отзывы

science.compulenta.ru