Лопасть с нервной системой

Вертолетный винт – сложнейший агрегат. Но сегодня преодолеть рубеж скорости в 468,8 км/ч вертолету не позволяют энергетически затратная работа механизмов автомата перекоса, рулевых тяг, турбулентность от вращающихся лопастей и высокие перегрузки от центробежной силы. При достижении рубежной скорости вращающиеся крылья начинают тормозить вертолет, уводят его в жестокую вибрацию, что чревато отказами в управлении. 

Выходом из ситуации может стать применение адаптивного винта, то есть лопастей, способных менять конфигурацию своих аэродинамических оболочек. Набегающая лопасть получает максимально захватывающую воздушный поток поверхность, но в траектории ухода в обратное круговое движение поверхность лопасти принимает минимальную для сопротивления воздуху форму – это принцип адаптивного винта. 

Над проблемой создания такого винта сегодня работают несколько групп исследователей в США, России, Европе. Зарубежные разработчики – Eurocopter, Agusta – сосредоточили внимание на использовании механического закрылка как аналога самолетных решений на основе пьезокерамических мультипликаторов. Массачусетский технический университет в США, проведя наземные испытания, так и не сумел выйти на летные эксперименты. 

С 2010 года американское Агентство передовых оборонных разработок (DARPA) проводит исследования с участием компаний Boing, Сикорский, Bell-Boing. Заказчики предъявили разработчикам высокие требования: увеличить грузоподъемность на 30% по сравнению с классическими несущими винтами, понизить шумность на 50% и увеличить дальность полета на 40%. Уровень вибрации лопастей при вращении должен быть снижен на 90%. Руководитель проекта создания адаптивного винта Дэниэл Ньюмэн говорил: «Предстоит применить в новом винте много технологий, включая изменение угла атаки лопастей, их конфигурации, прочности и скорости вращения. Все эти параметры должны изменяться как перед взлетом, так и непосредственно в ходе полета – в зависимости от желаемого эффекта, например, увеличения скорости». 

Исследования по созданию адаптивной лопасти в СССР проводились в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) с 80-х годов прошлого века – их вели Геннадий Амерьянц, Михаил Головкин, Владимир Анимица, Вадим Еремин и другие специалисты. Они искали селективно-деформируемые конструкции, пытались модернизировать аэродинамические профили композитной лопасти, в идеале – профили могли бы самоадаптироваться в полете. Идут исследования и сейчас, ведь России важно не отстать от американских и европейских коллег.
Отечественные разработчики пришли к выводу, что применение механического способа изменения конфигурации лопасти не приводит к серьезным изменениям, выводящим «адаптивный винт» на новый уровень технологии. Очевидно, решение надо искать в изменении химических свойств новых полимерных материалов, используемых при создании адаптивного винта. 

По словам руководителя НИЦ «ИРТ» Николая Львова, Министерство промышленности и торговли РФ создало специальную рабочую группу для создания систем мониторинга авиационных конструкций. Перед промышленностью поставлена задача разработки авиационной техники с интегрированными внутри материала сенсорами – некого аналога нервной системы животных. Первый этап создания «адаптивного» крыла – разработка материала, обладающего обратной связью. 

Дополняя конструктивные решения инженеров-вертолетостроителей, в разработку включились химики и физики, исследующие процессы образования и модификации полимеров. Создаются гибридные материалы с уникальными механическими, оптическими, электрическими и магнитными свойствами. Кажется, еще один шаг – и жесткий материал поверхности лопасти начнет пульсировать и «перетекать» в нужную форму. Вертолет бесшумно полетит, становясь невидимым для противников, получит возможность головокружительных и непредсказуемых маневров, взлета и посадки, напоминающих полет птицы. 

Именно страна, нашедшая разгадку секрета «адаптивной» лопасти и открывшая способ управлением монолитной аэродинамической оболочкой, совершит прорыв и оставит за бортом вертолетную технику конкурентов. Пока же, по оценкам американских специалистов, конструктивные решения в этой области находятся на технологическом уровне, эквивалентном в авиастроении МиГ-21 или F-4 Phantom. 

Как бы там ни было, вектор развития ясен. В перспективе нас ждет господство механизмов, оснащенных сенсорикой и искусственным интеллектом, самообучающихся и приспосабливающихся к различным ситуациям и режимам эксплуатации. Это «золотые» врата шестого технологического уклада, за которыми – новые рынки на миллиарды долларов и престиж первопроходцев. Тем, кто опоздает войти в эти врата, грозит потеря реноме и клиентов.