Airbus: как делают самые крутые вертолёты в мире

Классическая «белка» (именно так переводится с французского слово ecureuil) – творение далекого уже 1974 года. Сейчас европейский производитель вертолетов смотрит в будущее на ближнюю и дальнюю перспективы. Ближнюю перспективу можно увидеть прямо сегодня. Белый блестящий корпус с нанесенной на него ливреей «карбон», темные тонированные стекла, хвостовой ротор Fenestron в кольцевом обтекателе. Это разрабатываемый сейчас вертолет среднего класса H160 – настоящий кладезь инноваций. Индексы эрбасовских вертолетов легко читаются: 100 – вертолет гражданского назначения, 6 – приблизительное значение максимальной взлетной массы в тоннах. Корпус этой машины полностью состоит из армированного карбона. Вслед за дальнемагистральным лайнером А350, построенным из композитных материалов, создатели Airbus внедряют полученный опыт в сферу вертолетостроения.

Помимо углепластикового фюзеляжа в H160 много всего интересного. Как известно, хвостовой ротор вертолета служит прежде всего для компенсации крутящего момента, действующего на корпус летательного аппарата при вращении несущего винта. В 1960-х годах французская компания Sud Aviation создала конструкцию Fenestron, что в переводе с окситанского языка означает «окошечко». Французские инженеры добавили ротору лопастей и заключили его в кольцевой канал, превратив в импеллер. У фенестрона есть свои достоинства и недостатки, но главными преимуществами является сниженный уровень шума и большая (по сравнению с открытым винтом) безопасность.

Упомянутая выше компания Sud Aviation путем слияний стала в конце концов частью того, что мы сегодня называем Airbus Helicopters, так что хвостовой ротор в обтекателе наиболее активно применялся именно в европейских вертолетах. Правда, импеллеры можно увидеть на хвостах винтокрылых машин и других производителей, например на российском Ка-60. Но примечательно то, что установленный на H160 Fenestron расположен не строго вертикально, а имеет небольшой уклон – 12 градусов. Пропеллер направляет воздушную струю таким образом не только вбок, но и слегка вниз, создавая подъемную силу, которая дополнительно подпирает хвостовую балку и на 50 кг увеличивает полезную нагрузку машины. «Можно было бы наклонить и больше, – рассказывает специалист Airbus Helicopters, – и получить дополнительные килограммы полезной нагрузки, но испытания показали, что слишком сильный наклон фенестрона приводит к ухудшению управляемости, а на это мы пойти не могли».

Кроме того, в вертолете применена оригинальная конструкция хвостового стабилизатора. По сравнению с традиционными схемами стабилизатор как бы поделен пополам (два узких крылышка вместо одного широкого) и выполнен в виде закольцованного биплана. Верхние консоли затеняют нижние от воздушного потока, идущего от хвостового ротора. Такое решение улучшает аэродинамические характеристики вертолета при полете на низких скоростях и при зависании. Впервые в практике вертолетной индустрии конструкторы Airbus отказались от гидравлического привода шасси, отдав предпочтение электрическому актуатору, – это сделало машину, как заявляют представители компании, легче и безопаснее.

Сразу обращает на себя внимание необычная форма лопастей главного ротора: их законцовки загнуты и похожи на бумеранги. Такая конструкция позволяет набегающему воздуху обтекать концы лопастей, не создавая скачков уплотнения, по природе своей схожих с теми, что возникают при полете реактивных самолетов на сверхзвуке и порождают всем известный звуковой удар. «Благодаря этому решению, – объясняет специалист компании, – наш вертолет не звучит как вертолет. Мы избавились от резких хлопков при вращении винта и значительно снизили уровень и характер шума». А сами лопасти несущего винта, выполненные из стеклопластика и пены в качестве наполнителя, приводятся во вращение двумя турбовальными (газотурбинными) двигателями Arrano («орел» на языке басков) от компании Safran. Это совершенно новая силовая установка (мощность до 970 кВт), которая разрабатывалась одновременно с самим вертолетом и содержит в себе также немало инновационных решений. Можно, например, отметить, что в серийных двигателях будут использоваться детали, выполненные на 3D-принтере методом лазерного спекания.

Первый полет H160 состоялся в 2015 году, новые двигатели на его борту впервые испытали в 2016-м, в следующем году Airbus Helicopters планирует начать поставку серийных вертолетов заказчику. Пока продолжаются летные испытания, в которых задействовано три прототипа. В них также примет участие первая машина из тех, которые пойдут в серию. Но работы над инновационным вертолетом продолжаются и на земле. Прямо здесь, на территории предприятия в Мариньяне стоит необычное круглое здание из серого бетона. В нем нет окон, зато крыша раздвигается, как на футбольном стадионе. В этом здании вертолеты начинают «летать» на земле. Называется этот объект Dynamic Helicopter Zero, что можно вольно перевести как «стенд динамических испытаний предлетного образца вертолета». Еще до первого полета новый образец винтокрылой техники собирается здесь, на стенде, и специалисты начинают в режимах, близких к реальным, гонять все системы летательного аппарата, включая, разумеется, силовую установку и оба ротора. Такой стенд – инновационное ноу-хау Airbus Helicopters – позволяет проделать значительную испытательную работу на земле и тем самым сократить время от появления первого летного образца до первого серийного.

Эта прекрасная идея требовала, однако, адекватного инженерного воплощения. Стенд, как уже говорилось, построен посреди плотной производственной застройки. Дополнительный источник сильного шума вряд ли понравился бы многотысячному коллективу завода. А кроме того, от сырых еще образцов техники можно всякого ожидать: вдруг произойдет пожар, взрыв? Чтобы защитить людей от возможных неприятностей, были приняты специальные меры. Во-первых, стенд построен по схеме «двойная корона»: снаружи защитная стена из прочного бетона, внутри вокруг стенда еще одна стена – для дополнительной защиты и звукоизоляции. Пол помещения, в центре которого установлен прототип H160, состоит из решетчатых стальных панелей – под ними еще шесть метров пустоты. Когда здесь запускают двигатель, звук уходит вниз, в специальные акустические ловушки. В прототипе нет баков с топливом – оно подается по трубопроводу из расположенных в нижних пространствах стенда резервуаров, так что в случае чего топливопровод будет немедленно перекрыт и большого пожара удастся избежать. Операторы испытаний находятся в устроенной на возвышении специальной аппаратной, отделенной от стенда жаропрочным стеклом. Сюда, в аппаратную, стекаются данные от множества датчиков, здесь расположены пульты управления отдельными системами. Однако есть здесь и «тревожная кнопка», которая позволяет мгновенно прекратить подачу любой энергии на прототип и остановить испытания. «А что будет здесь, когда H160 выйдет в серию?» – спрашиваю оператора стенда. «Здесь будет прототип какой-то другой новой модели», – отвечают мне. Наверняка рано или поздно на таком стенде окажутся другие летательные аппараты, которые выглядят футуристично, но, как утверждают в Airbus Helicopters, гораздо ближе к реальности, чем, возможно, кажется широкой публике.

В какую же сторону смотрят инноваторы Airbus Helicopters? В сторону электричества и гибридных решений. Европейский союз довольно плотно заселен, расстояния между крупными центрами небольшие, и для передвижения по воздуху турбореактивные скорости совсем не обязательны. Турбовинтовые самолеты – более экономичные, чем турбореактивные во всех их вариантах, – были бы отличным средством передвижения на региональных линиях. Если бы не необходимость строить аэропорты, отчуждать огромные участки земли под взлетно-посадочные полосы и рулежные дорожки – и все это вдали от центров городов. Вертолеты для взлета и посадки не требуют ВПП, и гелипорты можно вполне размещать хоть в городской черте. Но винтокрылы проигрывают ЛА с фиксированным крылом в скорости и экономичности. Ответ Airbus Helicopters – проект Racer.

Это вертолет, который сможет развивать рекордную скорость порядка 400 км/ч, но... будет не совсем вертолетом. Несущий ротор станет полностью функциональным при вертикальных взлете и посадке (что однозначно выгодно по сравнению с самолетом), а в крейсерском полете вращение лопастей замедлится, и это обеспечит серьезную экономию топлива. Несущий винт по-прежнему будет создавать около 50% подъемной силы, другую половину сгенерирует крыло, выполненное в конфигурации биплана. Биплан понадобился прежде всего для того, чтобы поделить необходимую площадь крыла пополам (вспомним H160). При взлете или посадке поток воздуха от несущего винта устремляется вниз и давит на крыло, снижая общую подъемную силу аппарата. Поскольку в случае биплана давлению подвергается только узкая верхняя часть «этажерки», эффект уменьшается и достигается большая экономия. Ну а вперед аппарат будет двигать пара толкающих винтов, размещенных на законцовках крыла. Они же выполнят функцию хвостового ротора в отношении компенсации крутящего момента. В общем, речь идет о транспортном средстве, представляющем собой некий гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира.

Вместе с тем ожидать скорого ухода из нашей жизни аэропортов в классическом понимании вряд ли стоит, поэтому другим авангардным проектом Airbus Helicopters стал CityAirbus, который можно определить как обитаемый электроквадрокоптер. Восемь заключенных в кольцевые обтекатели соосных сдвоенных роторов, вращаемых электродвигателями, поднимут в воздух кабину с четырьмя пассажирами и перенесут ее из аэропорта в центр мегаполиса. CityAirbus будет передвигаться со скоростью 120 км/ч, что, конечно, быстрее, чем автомобиль, преодолевающий пробки и остановки на светофорах. Да, что немаловажно, места для пилота здесь не предусмотрено: транспорт будет летать исключительно в автономном режиме.

Фантастика? Нет. В Airbus Helicopters говорят, что уже через год-два должен появиться полноразмерный демонстратор CityAirbus, а к 2023 году на линиях «город – аэропорт» появятся первые серийные пассажирские квадрокоптеры. «Не думайте, что мы занимаемся компьютерными рисунками для прессы, – говорит Томас Земан. – Сейчас практически все, что мы проектируем, делается в безбумажной форме. Мы просто генерируем картинки на основе уже созданных чертежей. Скоро все будет в реальности».