Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние

Одновинтовая схема (англ.: single rotor helicopter). Это летательный аппарат с приводным несущим винтом, который при подъеме аппарата вращается в горизонтальной плоскости. Вертолет движется горизонтально за счёт наклона плоскости вращения винта. Чаще всего используется классическая одновинтовая схема с хвостовым рулевым винтом (рис. 1.25). Реактивный крутящий момент у таких вертолетов уравновешивается рулевым винтом, расположенным на хвостовой балке на некотором расстоянии от оси несущего винта. Создавая тягу в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси вертолета, рулевой винт компенсирует реактивный момент. Изменяя тягу рулевого винта, можно управлять вертолетом относительно вертикальной оси. Большинство современных вертолетов выполнено по одновинтовой схеме. Достоинством схемы является простота конструкции и системы управления. К недостаткам следует отнести большие габариты за счет хвостовой балки и потери мощности на привод рулевого винта (до 10% от мощности двигателя), уязвимость и опасность повреждения рулевого винта при полете у земли.

Рис. 1.25. Пример беспилотного вертолета, построенного по одновинтовой схеме с хвостовым рулевым винтом – RQ-8A Fire Scout, разработанный компанией Northrop Grumman (США, 2005)

Существуют, однако, варианты реализации одновинтовой схемы, в которых функцию хвостового винта выполняют другие элементы, например, фенестрон (от фр. fenestron – маленькое окно). Это закрытый рулевой винт вертолёта, устанавливаемый в специальный профилированный канал, встроенный в киль вертолета. Пример – вертолет ЕС 120В франко-германской фирмы Eurocopter (рис. 1.26). В отличие от обычных рулевых винтов с 2 или 4 лопастями, фенестроны обычно имеют более 8 лопастей. Преимущества фенестрона: большая безопасность; большая скорость вращения; меньшие шумность и уровень вибраций; существенно более низкие, по сравнению с обычным рулевым винтом, затраты мощности при горизонтальном полете. Недостатки: большая масса; высокая стоимость и высокие требования к тяге двигателя.

Другой способ обойтись без хвостового рулевого винта – применение т.н. технологии NOTAR (от англ. NO TAil Rotor). Суть технологии поясняется на рис. 1.27, а.

Рис. 1.26. Фенестрон на вертолете ЕС 120В компании Eurocopter (2003)

Рис. 1.27. Система NOTAR: а – принцип действия; б – вертолет MD 520N компании MD Helicopters

В хвостовой части фюзеляжа (у основания хвостовой балки) расположен вентилятор, приводящийся в движение от редуктора несущего винта. Вентилятор создаёт поток воздуха, выходящий через два узких длинных сопла на правой стенке хвостовой балки, заставляя нисходящий поток воздуха от несущего винта, обдувающего балку, отклоняться влево, создавая аэродинамическую силу, направленную вправо (проявление эффекта Коанды). Кроме того, для управления используется реактивное воздушное сопло на конце хвостовой балки и кили. Достоинства системы NOTAR заключаются в повышении безопасности и значительном снижении уровня шума. Вертолёты, оборудованные этой системой, – одни из самых "тихих". Вертолёты, использующие систему NOT AR, производятся компанией MD Helicopters (США).

Двухвинтовая соосная схема (англ.: coaxial rotor helicopter): вертолеты имеют два несущих винта, расположенных на одной оси, с противоположным направлением вращения, за счет чего и компенсируются реактивные моменты (рис. 1.28). Плоскости вращения винтов удалены друг от друга для предотвращения схлестывания лопастей нижнего и верхнего винтов на всех режимах полета. Достоинством схемы являются малые габариты. Недостатки схемы: сложная система трансмиссии и управления, недостаточная путевая устойчивость на авторотации.

Рис. 1.28. Пример беспилотного вертолета, построенного по двухвинтовой соосной схеме – КО АХ Х-240 фирмы Swiss UAV (Швейцария, 2010)

Двухвинтовая поперечная схема (англ.: side-by-side rotor helicopter): вертолеты имеют два несущих винта, установленных по бокам фюзеляжа на консолях крыла или фермах. Реактивные моменты уравновешиваются противоположным направлением вращения винтов, которые могут иметь перекрытие при количестве лопастей менее 4-х. Достоинства схемы: аэродинамическая симметрия схемы; небольшие индуктивные потери на режиме горизонтального полета, что повышает экономичность и дальность полета; относительно высокая грузоподъемность. Недостатки схемы: сложность конструкции системы управления и трансмиссии, необходимость синхронизации вращения винтов, дополнительная масса и лобовое сопротивление фермы, поддерживающей крыло.