ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ МНОГОВИНТОВОЙ ПЛАТФОРМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ

© К.Г.Косушкин, В.И.Маврицкий
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2018 г.

Развитие концепций многороторных вертолетов в настоящее время обусловлено активным внедрением бесколлекторных электрических двигателей (ЭД), имеющих высокую удельную мощность (до 5 кВт/кг), и литий-ионных аккумуляторных батарей (АКБ). В настоящий момент в серийном производстве находятся ЭД мощностью до 0,5 мВт, позволяющие создать ЛА для авиации общего назначения и индивидуального использования, а также беспилотные ЛА. Преимущества ЭД реализуются в возможности повышения надежности и ресурса силовой установки в связи с исключением ряда сложных механических устройств (редуктор, трансмиссия и др.), а также в повышении качества траекторного управления и маневренности вертолета вследствие возможности раздельного управления частотой вращения несущих винтов.

Для линейки многовинтовых ЛА, с взлетным весом от 500 до 300000 кг и нагрузкой на ометаемую поверхность винта от 15 до 80 кг/м2, с помощью комплексной программы формирования облика ВКЛА проведено параметрическое исследование летно-технических характеристик в зависимости от числа несущих винтов (от 1 до 120). Получены оценки массовых и габаритных характеристик лопастей и втулок несущих винтов, редукторов, а также проводов питания ЭД и балок конструкции, соединяющей элементы распределенной СУ.

Проведены оценки величин лобового сопротивления и потерь тяги на обдувку, а также оценки потребных мощностей для характерных режимов полета: висение на статическом потолке; полет на динамическом потолке; полет на максимальной скорости на высоте Н=500 м; продолженный взлет при отказе одного двигателя, когда другой работает на чрезвычайной мощности; висение на статическом потолке с одним отказавшим двигателем.

На основе полученных летно-технических характеристик проведена оценка эффективности концепции многовинтовой платформы с распределенной силовой установкой и возможности реализации ее основных преимуществ. Анализ показывает, что увеличение грузоподъемности, за счет снижения суммарного веса несущих винтов и их агрегатов, возможно при взлетном весе свыше 60 т и нагрузке на ометаемую поверхность свыше 60 кг/м2. Для отказа от редукторов с ростом взлетного веса требуется либо увеличивать количество НВ, в случае применения обычных ЭД с частотой вращения от 2000 об/мин, либо переходить на использование малооборотных СПЭД. При этом возможно снижение взлетного веса за счет отказа от редукторов до 3-5%.

Анализ преимущества в виде повышения безопасности полета с одним отказавшим двигателем показал, что потребная мощность для режима продолженного взлета с ростом числа винтов уменьшается и ее зависимость от числа винтов принимает пологую форму при числе винтов свыше 14-16. При увеличении числа винтов свыше 4-х потребная мощность определяется режимом висения и имеет запас от потребной мощности продолженного взлета, что позволяет допустить отказ более одного двигателя. При увеличении числа винтов свыше 14-16 потребная мощность для висения с одним отказавшим двигателем превышает потребную мощность для висения со всеми работающими двигателями всего лишь на 3,5%.