Очередная, лестная мне вспышка интереса неведомых мне читателей к моей давней, полуфантастической статье «ВЕРТОЛЁТЫ» придаёт мне настроение изложить ещё что-нибудь подобное. По идее предыдущей статьи скорость вертолёта можно, например, удвоить, если, используя резонанс, под контролем компьютера раскачивать лопасти в горизонтальной плоскости с частотой оборотов винта, равной зависимой от этой частоты оборотов винта частоте свободных колебаний лопасти в этой плоскости. Раскачивание предлагалось осуществлять, в основном, за счёт ударов лобового сопротивления воздуха вследствие циклического изменения скорости потока на лопасти движущегося вертолёта. Несущий винт предложено выполнять без горизонтальных шарниров его лопастей.
    
     В развитие той темы на этот раз более подробно предлагаю создать в лопастях упомянутые в той статье силы Кориолиса, которые должны раскачивать лопасти горизонтально, но при этом ещё и подавлять вертикальное маховое движение лопастей.
    
     Силы Кориолиса, надеюсь, можно использовать и вне связи с изложенной концепцией резонанса. Предлагаемая система представляет собой ещё и дополнительный автомат перекоса несущего винта. Одновременно с работой обычного автомата перекоса он обеспечивает дополнительные возможности пилотирования (лучше бы под контролем компьютера), что позволит повысить скорость, маневренность и грузоподъёмность вертолёта. В частности, одновременное использование двух этих автоматов перекоса позволит уменьшить нежелательно большие углы атаки лопасти.
     В связи с этим сам себе задаю очередной странный вопрос. А нельзя ли вообще отказаться от обычного автомата перекоса, то есть от продольного шарнира лопасти несущего винта, да ещё и от её горизонтального шарнира?!
    
     Под действием веса вертолёта, центробежных и аэродинамических сил его лопасти выписывают в воздухе так называемый «тюльпан», а попросту говоря, очень сплющенный конус. Этот конус расположен над плоскостью горизонтальных шарниров лопастей.
    
     В предлагаемых лопастях вертолёта применено устройство, аналогичное коперу, который забивает в грунт строительные сваи
    
     Вдоль лопасти по её длине в ней предусмотрена трубка, которая является цилиндром такого двигателя внутреннего сгорания. Эта трубка заполнена жидкостью, например, маслом. Это масло заполняет этот цилиндр под действием центробежной силы, а вытесняется оттуда в маслосборник поршнем, который находится в этом цилиндре в районе периферийной части лопасти. По другую сторону от поршня часть этого цилиндра является в таком двигателе камерой сгорания топлива.
     Вспышка поступившей порции топлива осуществляется в этой камере сгорания в то мгновение, когда лопасть находится впереди по курсу движения вертолёта. Происходит выстрел внутрь цилиндра. Под давлением образовавшегося газа поршень выбрасывает из цилиндра масло в маслоприёмник. Подаётся такая порция топлива, чтобы инерции движения жидкости хватило на время совершения примерно половины оборота несущего винта, после чего центробежная сила возвращает в цилиндре масло и поршень в исходное положение.
     Выброс газов в атмосферу используется для создания реактивной струи, дополнительно разгоняющей отступающую лопасть.
    
     Линейные скорости точек лопасти, находящихся ближе к её концу, больше, чем скорости точек находящихся ближе к оси несущего винта. Эти линейные скорости жидкости, находящейся в лопасти, резко уменьшаются при отбрасывании этой жидкости к оси винта. Усилие такого торможения передаётся лопасти, увеличивая ей угловую скорость. Поскольку в связи с этим возрастает скорость потока на отступающей лопасти, возрастает её аэродинамическая подъёмная сила.
    
     С наступающей лопастью в это время всё происходит наоборот.
     Центробежная сила, отбрасывающая в трубке массу жидкости от оси несущего винта к периферии лопасти, создаёт такую же силу Кориолиса, замедляющую угловую скорость лопасти и, следовательно, скорость потока на ней. Аэродинамическая подъёмная сила наступающей лопасти уменьшается.
    
     В вертикальном направлении происходит аналогичное явление. Ускоряясь в направлении к оси несущего винта, выстрелянная туда внутри лопасти её жидкость ускоряется также вниз, двигаясь по конусу, выписываемому лопастью в воздухе. Таким образом, возникает сила, воздействующая вверх на лопасть отступающую. Лопасть наступающая испытывает в это время противоположное усилие, направленное вниз под действием массы жидкости, ускоряющейся вверх по «тюльпану» под действием центробежной силы, возвращающей эту жидкость в её исходное положение.
    
     При движении вертолёта созданные описанным выше способом силы Кориолиса компенсируют разницу в скорости потока между лопастями наступающей и отступающей, компенсируя таким способом неравенство их аэродинамических подъемных сил. Существенно увеличивается грузоподъемность всего вертолёта, поскольку все лопасти всё время работают с аэродинамической подъёмной силой, относительно близкой к максимальной, а не только в то мгновение, когда скорость потока составляет сумму линейной скорости участка лопасти вращающегося винта и скорости вертолёта.
     При этом вредное и даже опасное маховое движение лопасти существенно подавляется.
    
     Несущий винт совершает несколько оборотов в секунду. Столько же циклов переменных усилий испытывает лопасть движущегося вертолёта за это время. Можно легко себе вообразить, как значительно усилие на лопасть каждого килограмма пульсирующей в ней жидкости, испытывающей переменного знака циклическое ускорение, величиною до сотен метров в секунду. Сопоставим, - привычное ускорение свободного падения, определяющее вес массы, составляет менее десяти метров в секунду.
    
     Вертолёты сложнее других летательных аппаратов. В клуб разработчиков собственных проектов вертолёта входит лишь несколько государств. Реализация идей в области принципа действия вертолётов - дело исключительно сложное, дорого стоящее и рискованное. Но если идея реализуется не на полноразмерной модели тяжёлого вертолёта, а на малоразмерном, беспилотном, радиоуправляемом образце, то всё несопоставимо упрощается. Так, например, радиоуправляемый вертолёт с несущим винтом, метра два диаметром, построен всего лишь студентами Техниона в городе Хайфа. Управляемые по радио, все более дешевые мини-модели найдут применение, например, в полицейских службах патрульного наблюдения за порядком движения автомобилей на дорогах. Беспилотные, малые вертолёты нужны в службах контроля пожарной безопасности, например, над лесными массивами, полями, населенными пунктами, морскими портами и железнодорожными узлами, складами грузов на перевалочных базах и т. д. и т.п.
     Они, разумеется, могут быть боевыми, например, для наблюдения за противником и для уничтожения его подвижных или хорошо защищаемых объектов. В очень малый и вёрткий вертолётик-камикадзе трудно попасть. Управляемый по радио, не слишком дорого стоящий, он способен лучше, чем что-либо иное, как угодно, вплоть до соприкосновения приближаться к опасным объектам, хорошо прикрытым и камуфляжем, и неровностями местности, и защитными сооружениями, и средствами противовоздушной обороны. Такой весьма вёрткий летательный аппарат настигнет противника даже через окно городского здания в любом узком переулке. Он найдёт свою цель и на противоположном склоне холма, и в стене ущелья, и в норе, вырытой в обрыве оврага, карьера или крутого берега реки Он способен залететь даже в пещеру или под навес укрытия, и маскирующего, и защитного.
     Вторая война в Ливане показала, как необходимо в современной войне такое миниатюрное средство воздушной разведки, ведения боя и разведки боем, когда и большие вертолёты, и танки с любой бронёй оказываются столь уязвимыми.
    
     Если уж говорить о микромоделях вертолёта с предлагаемым несущим винтом, где такое техническое решение несопоставимо легче реализовать, чем на тяжёлой машине, то пофантазируем о дальнейшем развитии этой концепции.
    
     Удешевим и облегчим этот вертолёт ещё за счёт того, что снимем с него и обычный двигатель, и механизмы привода к винту несущему и к винту хвостовому. Раз уж мы используем реактивную струю для вращения несущего винта, то в миниатюрной модели попытаемся ограничиться только лишь этим движителем для осуществления вращения воздушного винта. Тогда вертолёту не нужен ни хвостовой винт, ни соответственно длинный корпус. Реактивный движитель на конце лопасти может быть и пульсирующим. Пусть он работает подобно безоткатной пушке, но скорострельной, причём с частотой оборотов несущего винта. Стрелять эта «пушка» должна внутрь своей лопасти находящейся в ней жидкостью. Это жидкость (например, машинное масло [вода, что-либо иное] под действием центробежной силы) заполняет в очередной лопасти полость её гидроцилиндра. Эта полость расположена со стороны оси несущего винта до поршня, находящегося в этом цилиндре. Реактивная струя газов, образовавшихся при каждом таком выстреле, сообщает несущему винту очередной импульс вращательного движения.
     Кинематическая схема такого летательного аппарата настолько же проще классической схемы вертолёта, насколько механизация управления ракетой по своей кинематической схеме проще механизации самолёта.
     Существенно уменьшаются и вес, и площадь силуэта попадания, и стоимость такого беспилотного микро-вертолёта с ракетным соплом на конце каждой его лопасти.
     Всё это должно изменить всю современную тактику на поле боя.
    
     * * *
     Эта статья в жанре технической фантастики была, в основном, уже написана до недавно произошедших боевых действий в Ливане. Очередная война отчётливо проставила акценты в значениях различных средств ведения современного боя. Яснее стало то, что и предполагалось. Всё более важным средством ведения войны становится беспилотная авиация с машинами предельно миниатюрных размеров.
    
    • Бои местного значения, особенно на капитально застроенных территориях густо населённых пунктов, становятся всё проблематичнее.
    • Тяжёлые боевые машины: - танки, бронетранспортёры, артиллерийские и ракетные самоходы, вертолёты и самолёты - становятся всё уязвимее.
    • Поэтому существенно повышается роль МАЛЫХ БЕСПИЛОТНЫХ УПРАВЛЯЕМЫХ летательных аппаратов. Чем меньше такой аппарат, тем значимее его роль в суровых боях местного значения.
    • Миниатюрные беспилотники, в частности, одноразового применения – истребители наземных целей – способны вести разведку боем, когда более тяжёлые машины: броневики, танки, вертолёты и самолёты - не могут достаточно приблизиться к хорошо защищённым объектам противника.
    • Уже очевидно, что массовое применение такого ОРУЖИЯ БУДУЩЕГО станет главным средством ведения ближнего боя, не менее решающим, чем управляемые ракеты. Можно предвидеть воздушные бои будущего, подобные боям прошлого, - с участием одновременно многих, но миниатюрных, относительно недорогих, причём в основном, одноразовых беспилотников - даже между собой за господство в воздухе, а, следовательно, за превосходство на земле. Вертолёты-лилипуты будут много более скоростными и маневренными, чем нынешние пилотируемые. Их двигатели будут и поршневыми, и турбинными, и ракетными.
    
     Всё более миниатюрные вертолёты, управляемые по радио и снабжённые миниатюрными телекамерами, взрывчаткой или даже малыми ракетами имеют много больше возможностей для наблюдения и атаки, чем столь же миниатюрные самолёты.
    
     Предлагаемый несущий винт позволяет, прежде всего, беспилотным вертолётам всё более миниатюрных размеров (например, с диаметром ротора хотя бы менее трёх метров) удвоить и даже утроить обычную сегодня скорость вертолётов, а также значительно повысить и маневренность, и грузоподъёмность вертолётов. Миниатюрные вертолёты будут более скоростными, чем вертолёты пилотируемые. Поэтому они могут стать даже истребителями больших вертолётов.
     Предполагаю, что в отличие от лопастей больших вертолётов, концы лопастей у миниатюрных вертолётов могут иметь сверхзвуковую скорость. Таковую скорость имеют концы жёстких лопастей воздушного винта самолётов.
     Предвижу появление вертолётов более скоростных, чем самолёты времён второй мировой войны.
    
    
    
     Малоразмерные, беспилотные вертолёты теперь стратегически важны. Кроме того, это очень удобная платформа для опробования концепций, создания и использования:
    • резонанса горизонтальной раскачки лопастей
    • сил Кориолиса
    • ещё кое-чего.
    
     ПОМЕЧТАЕМ.
     Исключительно важно то, что это применимо, в принципе, даже для переоснащения парка уже существующих вертолётов. Их управление станет более компьютизированным. В этом суть концепции
     Всегда считалось, что во избежание мгновенной катастрофы вертолёта пилоту следует держаться как можно подальше от режима, при котором вероятно, что может случиться ошибка пилота - нечаянное допущение роковой возможности для возникновения резонанса раскачки лопастей.
    
     Если же окажется, что режим такого резонанса, наоборот, можно и нужно реально использовать с целью весьма существенного (раза в два, в три) повышения скорости, грузоподъёмности и маневренности вертолёта, то это будет означать совершенно иную эпоху в авиации и во всём, что с ней связано.
    
     Воплощение в жизнь этой концепции по своему значению сопоставимо со значением перехода авиации вообще с поршневых двигателей на двигатели реактивные.
    
    
    
    
    
     Сон в летнюю ночь
     Приснилось мне, что я, снова 6-летний мальчик, смотрю, как во дворе 12-подъездного дома, принадлежавшего омскому танковому заводу, устанавливают железные качели. Они были подвешены на круглой перекладине, пропущенной сквозь отверстия подшипников, посаженных на неё. Вскоре отважные мальчишки старших классов стали так раскачиваться, стоя на этих качелях, что замирали на мгновение вниз головой, а потом и вовсе начали накручивать ''мёртвые петли''.
     Какова максимальная угловая амплитуда тех качелей? 180 градусов!
     А какую угловую амплитуду горизонтальной раскачки лопасти вертолёта можно представить себе хотя бы во сне? Почему бы не раскачать лопасти с амплитудой порядка 140 градусов? (а не какие-то ''всего лишь'' 40 градусов, как в том немецком винте, что упомянут мною в статье ''Вертолёты'').
     Не будем смущаться во сне, что горизонтальные проекции лопастей при такой амплитуде их раскачивания будут пересекаться даже, если лопасти установлены на втулке, имеющей их вертикальные шарниры, очень широко разнесённые от оси винта. Ведь концы лопастей при этом находятся на разных уровнях.
     На концах лопастей, как вычитано мною в упомянутой в прошлый раз книге В.Г. Лебедя (Вертолёты стран мира), скорость потока не превышает 0, 96 скорости звука.
     При этом у меня во сне вертолёт развил скорость в 1, 5 скорости звука!
     Как это так? А вот как.
     Окружная скорость концов лопасти при зависании вертолёта не превышает 0, 9 скорости звука. Но при движении вертолёта со скоростью в полторы скорости звука наступающая лопасть отстаёт от угловой скорости воздушного винта с максимальной угловой скоростью раскачивания лопасти на её вертикальном шарнире. На конце наступающей лопасти скорость потока много меньше, чем при зависании вертолёта. На участках лопасти всё ближе к оси винта, скорость потока всё выше. Начиная с какого-то расстояния от оси винта, скорость потока на лопасти превосходит скорость звука. Это допустимо, поскольку деформации лопасти там достаточно малы в отличие от её периферийных участков.
     Скорость потока на конце отступающей лопасти складывается из скорости вертолёта и линейной скорости конца лопасти относительно корпуса вертолёта. Если вертолёт имеет скорость в полтора ''звука'', а скорость потока на конце лопасти равна, предположим, 0,9М, то линейная скорость конца лопасти относительно корпуса вертолёта равна 2, 4 скорости звука, - 3000 км/ч.
     В самом левом и в самом правом положении лопасти расположены в плоскости воздушного винта, радиально в плане.
     В те мгновения, когда вертикальный шарнир лопасти находится впереди или позади оси воздушного винта лопасть отклонена в сторону наступающей лопасти на максимальный угол её горизонтального раскачивания. У меня во сне этот угол был равен всего лишь 140 градусов. В этом положении угловая скорость конца лопасти равна угловой скорости винта. Угловая скорость горизонтального раскачивания лопасти в этот момент равна нулю. Линейная скорость конца лопасти относительно корпуса вертолёта в этот момент значительно меньше, чем во время неподвижного зависания вертолёта. Ведь в этот момент конец этой лопасти, максимально отклонённой от радиальной плоскости несущего винта, находится много ближе к оси этого воздушного винта, чем конец радиуса воздушного винта. Скорость потока на конце лопасти равен векторной сумме скорости вертолёта и скорости конца лопасти относительно корпуса машины. Лопасть ''резонансного'' винта представляет собой крыло переменной стреловидности. В некоторых положениях лопасти она имеет обратную стреловидность. Центробежные силы придают лопасти динамическую устойчивость, дополнительное сопротивление деформациям. Отступающая лопасть имеет особо высокие угловые скорости и, следовательно, испытывает наибольшие центробежные силы. Они благоприятствуют сопротивлению деформациям, там более проблематичным, чем деформации лопасти во всех прочих её положениях.
     Проблема жёсткости несущих лопастей весьма существенно упрощается при разработке вертолёта миниатюрных размеров.
    
     Описанный сон представляет собой всего лишь полудетскую фантастику.
     Можно вообразить себе иной миниатюрный вертолёт самого близкого будущего. Он, подобно коршуну, сравнительно долго может медленно выискивать себе цель для её уничтожения, но затем атаковать её уже даже в совсем ином режиме полёта. Лопасти такого летательного аппарата могут при крайней необходимости отстреливаться, чтобы он смог мгновенно превратится в небольшую крылатую ракету, например, для уничтожения пилотируемого вертолёта противника.
    
     Сверхзвуковые вертолёты даже миниатюрных размеров вряд ли когда-либо будут созданы. Но ход изложенных рассуждений подсказывает реальные резервы концепции резонансных вертолётов.
    

    
    
     P.S. Для сопоставительной оценки возможностей реализации изложенных концепций прилагаю завалявшуюся у меня вырезку из какой-то газеты какого-то недавнего года. Вот перевод текста под картинкой:
    
     «Новейшая разработка авиационной машины ''самолёт с Х-образным крылом''. Разработка этого [принципиально] нового летательного аппарата, который представляет собой гибрид вертолёта и самолёта-истребителя с неподвижным крылом, создаётся американской фирмой ''Сикорский'' совместно с NASA. Говорится о самолёте-истребителе, который может вертикально и взлетать, и садиться, и неподвижно зависать на месте с помощью широкого ротора. Во время полёта вперёд этот ротор застопорен и работает в качестве Х-образного крыла, что обеспечивает скорость 0,8 Мах в горизонтальном полёте посредством задействования реактивного двигателя. На фирме «Сикорский» уже начаты испытания аэродинамических характеристик Х-образного крыла, которое установлено на корпусе геликоптера. На рисунке показана модель самолёта с Х-образным крылом во время полёта вперёд с застопоренным ротором.
     (С разрешения: U.P.P.)»
    
     Глазам своим не верю. Неужели возможно обеспечить столь невообразимую жёсткость таких лопастей такого несущего винта, - кроме решения умопомрачительных проблем сложнейшей кинематики его механизма?!
    
     Но уж если такие проблемы оказываются преодолимы, то вполне реально построение и предложенных мною моделей вертолётов, - хотя бы почти игрушечных размеров, - безопасных, беспилотных.