Проект вертолёта Ка-92 (Россия. 2007 год).

"Еще на авиасалоне МАКС-2007, в августе 2007 года, наша фирма «Камов» впервые продемонстрировала модель своего видения концепции скоростного вертолета – машины Ка-92. С чем связан такой интерес к скоростным вертолетам? Я бы поставил вопрос несколько шире. Главная проблема на пути создания перспективных вертолетов – не столько повышение скорости полета как таковой, а увеличение аэродинамического качества несущего винта и вертолета в целом. Повышение скорости – это частная задача" ...

"Основных препятствий несколько. Главное связано с кинематикой работы шарнирного несущего винта и известно как «ограничение по срыву». При горизонтальном полете вертолета на части диска, ометаемого несущим винтом, лопасти обтекаются потоком с повышенными скоростями, т.е. скорость полета и окружная скорость вращения винта складываются, на другой – с пониженными, когда эти скорости вычитаются. Для выравнивания ассиметрии аэродинамической нагрузки по диску винта лопасти крепят к втулке через горизонтальный шарнир. Там, где обтекание лопасти идет с повышенными скоростями, за счет махового движения лопастей углы атаки сечений лопасти и аэродинамические силы снижаются. Там, где скорости обтекания уменьшаются, маховое движение приводит к увеличению углов атаки сечений лопастей и росту аэродинамических сил. Это и смягчает неравномерность скорости обтекания лопастей по диску. С ростом скорости полета маховое движение лопастей увеличивается и углы атаки в некоторых сечениях могут достигнуть критической величины, после которой наступает срыв потока. Работа винта на таких режимах сопровождается целой группой негативных эффектов, и их стараются не допустить соответствующим выбором параметров при проектировании вертолета. Можно ли продвинуться дальше по скорости на одновинтовом вертолете с шарнирным винтом классической конфигурации при запасе мощности на борту? Можно. Для этого нужно увеличить окружную скорость вращения винта или уменьшить взлетную массу. Но ни первое, ни второе не приводят к радикальным результатам. Так, увеличение окружной скорости ограничено числом М, которое должно быть меньше 1 для скорости потока на конце наступающей лопасти, а уменьшение массы приводит к прямому снижению эффективности вертолета как транспортного средства. Вторым препятствием на пути повышения скорости полета вертолета является так называемой зоны обратного обтекания, т.е. зоны, где сечения лопасти обтекаются уже не с носка профиля, а с «хвостика». Например, при скорости полета 520 км/ч до 80% лопасти будет находится в этой зоне и обтекаться с хвостика профиля, снижая аэродинамическое качество винта и ставя проблему балансировки вертолета в ряд главных. Еще одна проблема увеличения скорости полета вертолета связана со снижением эффективности несущего винта как средства пропульсивной силы. На скоростях более 350 км/ч отмечается существенное падение «пропульсивного» коэффициента полезного действия несущего винта. Кроме перечисленных «физических» ограничений существует ряд препятствий конструкторского характера. Например, создание несущей системы, способной отклонять результирующую силу винта для создания пропульсивной силы на углы более 20 градусов в приемлемых габаритах, является очень сложной конструкторской задачей.

Подходы могут быть разными. О концепции американской фирмы «Белл» я уже говорил. Но схема конвертоплана, все-таки, это уже уход немного в сторону от классического вертолета. К этому стоит добавить значительно более высокую стоимость подобных летательных аппаратов, большую массу при той же грузоподъемности, еще более строгие требования к надежности и безопасности полета, например в ситуации с отказом двигателя на режимах висения и полета с малыми скоростями. Нам, на фирме «Камов», ближе подход, выбранный «Сикорским». В нашем проекте Ка-92 мы остаемся верны нашей «фирменной» схеме с соосными несущими винтами, хотя винт на Ка-92 уже совсем не такой, как на других вертолетах «Камова». Как и у «Сикорского», мы остановили свой выбор на так называемом жестком несущем винте. У него уже нет традиционных горизонтальных шарниров крепления лопастей, соответственно сведены к минимуму маховые движения лопастей (таким образом, в частности, решается задача предотвращения срывного обтекания отступающей лопасти). Сами лопасти стали короче и заметно жестче – это стало возможным благодаря применению самых современных композиционных материалов. Законцовки лопастей имеют особую форму – этим мы отодвигаем негативные последствия приближения скорости звука. Рассматриваем так же вопрос управления скоростью вращения несущего винта, предусматривающего уменьшение его оборотов в крейсерском полете с высокой скоростью. Кроме того, мы не используем несущий винт для обеспечения горизонтальной составляющей скорости – для этого на Ка-92 в хвостовой части установлен соосный толкающий воздушный винт. Он приводится в действие посредством трансмиссии от тех же двигателей, которые через редуктор вращают и жесткий соосный несущий винт. «Облагорожена» вся аэродинамика вертолета: фюзеляж его выполнен более обтекаемым, шасси убирающимися, благодаря применению более коротких и жестких лопастей уменьшена высота колонки несущих винтов, а сама втулка и конструктивные элементы крепления и управления лопастями закрыты обтекателями. Все эти решения, по нашим расчетам, позволят получить на Ка-92 максимальную скорость полета не менее 460 км/ч и крейсерскую – порядка 420 км/ч. Сравните с нынешними 250-270 км/ч у большинства современных вертолетов! При этом Ка-92, имеющий взлетную массу 16 т, сможет брать на борт 30 пассажиров и перевозить их на расстояние до 1400 км.

Таким образом, нашу концепцию скоростного вертолета можно определить несколькими основополагающими моментами: жесткие бесшарнирные соосные несущие винты с новыми принципами управления, толкающий воздушный винт для обеспечения горизонтальной составляющей скорости и общее совершенствование аэродинамики вертолета. Но подходы к решению задачи повышения скорости полета вертолета могут быть разными. Например, наши коллеги с МВЗ им. М.Л.Миля в своем проекте Ми-Х1 остаются верны одновинтовой схеме с шарнирным креплением лопастей несущего винта в целом традиционной конструкции. Для предотвращения срыва потока на отступающей лопасти ими разрабатывается оригинальное устройство, позволяющее блокировать её «вредно» маховое движение (так называемая система SLES), а работающая на околозвуковых скоростях наступающая лопасть будет иметь стреловидную законцовку особого профиля. Но, как и у нас на Ка-92, для обеспечения поступательной скорости у Ми-Х1 будет толкающий винт в хвостовой части, который одновременно будет выполнять роль традиционного рулевого винта, т.е средства компенсации разворачивающего момента. У нас, на Ка-92, с его аэродинамической симметрией, благодаря использованию соосных несущих винтов, как и на большинстве других вертолетов «Камова», этого момента нет по определению. Тем не менее, создавая научно-технический задел Ка-92 , мы нашли ряд новых приложений технологии скоростных вертолетов".

 

Источник - интервью главного редактора журнала "Взлёт" Андрея Фомина с генеральным конструктором ОАО «Камов» Сергеем Михеевым накануне выставки МАКС-2009.

 

 

Ка-92 являет собой концептуальную разработку отечественных конструкторов. Данная машина является детищем конструкторского бюро Камова. Ка-92 проектируется как скоростной вертолет нового поколения. Данный аппарат имеет большой интерес у заказчиков в Российской Федерации и за ее рубежами. Главным конструктором вертолета модели Ка-92 является 70-летний Сергей Михеев. На проектирование вертолета модели Ка-92 Российская Федерация выделила почти 7,5 миллиардов рублей. Главной задачей конструкторов является изготовление конкурентоспособного аппарата, который был бы экономичным и надежным.

В планах конструкторов создать качественно новую машину, которая могла бы передвигаться на больших скоростях и при этом перевозить большое количество пассажиров, а именно до 30 человек. И еще одной особенностью проектируемого вертолета Ка-92 должна стать достаточно большая дальность перелетов. Конструкторы разрабатывают сразу три машины, которые отличаются между собой. Проектирование нескольких аппаратов позволит конструкторам выбрать наиболее надежную и экономичную версию, которая по максимуму будет соответствовать заданным параметрам. Для изготовления такого аппарата конструкторы прибегли к использованию соосных винтов и задействовали самые последние разработки в области аэродинамики. Современные материалы и технологии позволяют осуществлять полет на скорости в 500 км/час, и при этом всем он может проходить путь в 1,4 тысячи километров. Данный вертолет в РФ планируют использовать для полетов в труднодоступные места государства. Общий вес машины при взлете составляет 16 тонн. Для поднятия такого веса нужна новая, более мощная и надежная силовая установка. Первые модели вертолета Ка-92 будут оснащены двумя двигателями модели ВК-2500, которые разработал конструктор Климов. Серийные машины планируется оснащать двигателями мощности ВК-3000. Последняя модель двигателей имеет лучшие характеристики и большую мощность.

Что касается винтов, тот тут не обошлось без новых конструкторских идей. Главный несущий винт, как и всегда в моделях Камова, будет соосного типа, но инновацией является толкающий винт, который также выполнен по соосной схеме. Несущий винт будет оснащен новыми обтекателями втулок, которые разработаны с использованием электронных расчетов, что повысит качество работы винта. Задний винт оснащен стабилизатором стреловидной формы и двумя килями на конце. За счет таких винтов машина и сможет получить большую скорость полета в 450-500 км/ч. Выпуск в серию данной машины позволит создать конкуренцию даже самолетам на средних рейсах. Получение сертификатов и разрешений на серийное изготовление вертолета данного типа ожидается к 2020 году. К летным испытаниям вертолета Ка-92 планируют приступить уже в 2018 году и проводить двумя этапами. Первый этап будет посвящен проектированию и изготовлению опытных аппаратов, которые по своей мощности и характеристикам будут доминировать над современными вертолетами только на 25% . После прохождения испытаний этих машин планируется их доработка и усовершенствование. Далее последует второй этап, на котором будет изготовлена полномасштабная версия вертолета Ка-92. Она будет иметь заданные технические характеристики, которые выведут данный аппарат на новый уровень качества вертолетостроения. Более детальные характеристики систем вертолета на данный момент не разглашаются. Вертолет Ка-92 уже был представлен на мировых выставках вертолетостроения, но это пока только макет будущей машины.

Расчётные ТТХ :

Крейсерская скорость - 420-430 км/ч.
Максимальная скорость - 500 км/ч.
Дальность полета - 1400 км.
Коммерческая загрузка - 30 пассажиров
Взлетный вес - 16 тонн.
Силовая установка: два двигателя Климов ВК-2500

 

http://avia.pro/