Самолёт… нет, вертолёт… в общем, FanWing собирается в первый пилотируемый полёт
Патрик Пиблс, конструктор диковинных беспилотников FanWing, объявил о намерении компании FanWing Limited (зарегистрированной в Великобритании) выпустить в 2013 году пилотируемую двухместную версию своего экзотического ЛА.
В первый полёт машина отправится в январе 2013-го, а к июлю обещана презентация пилотируемого FanWing на одном из американских авиашоу.
Заявленные лётно-технические характеристики впечатляют: при скромном моторе Rotax 912 аппарат длинной 14 м, «пустым» весом в 350 кг и максимальной взлётной массой в 600 кг будет иметь скорость полёта от 37 до 130 км/ч и разбег не более 15 м. К сожалению, не уточнена конкретная модификация Rotax 912, однако даже самая мощная версия этого мотора имеет всего 100 л. с. — как бюджетный автомобиль; близок к последнему и расход топлива.
Правда, есть одно «но»: при первом взгляде на внешний вид проектируемого аппарата кажется, что «комбайны не летают». Однако, как ни удивительно, они всё-таки способны отрываться от земли:
Итак, дрон по такой схеме уже летает, так что больших трудностей в разработке пилотируемого FanWing ждать не приходится. Трудно сказать, как правильно классифицировать этот тип летательных аппаратов. Есть крыло, но срыв потока с него невозможен; взлёт вертикальный, но нет вертолётного винта, зато есть авторотация. Самый близкий родственник — самолёт Болдырева, всё же именно самолёт, пусть и с чрезвычайно оригинальным движителем, качающимся предкрылком.
То, что интенсивный принудительный обдув верхней поверхности крыла заметно увеличивает подъёмную силу и сокращает дистанцию разбега, известно давно, как минимум с 1930-х. Вот только как это использовать на практике? Как обеспечить равномерность обдува, когда крыло плоское, а струя воздуха от винта (или газов от реактивного двигателя) почему-то имеет в сечении форму круга? На самолёте Болдырева проблему решили так: сделали «винт» (точнее, движитель) прямым и плоским, вытянув его вдоль поверхности крыла. Длинная узкая пластина, расположенная параллельно передней кромке крыла, при раскачивании вверх-вниз совершала колебательные движения. При переходе с первых моделей на полноразмерный ЛА пластину заменили на колеблющийся предкрылок… но это уже совсем другая история.
Рис. 1. Cамолёт Болдырева – приведен для сравнения.
Возвращаясь к FanWing, заметим, что г-н Пиблс выбрал альтернативный путь: оставив движитель круглым, он вытянул его вдоль всего крыла. Перед крылом летательного аппарата он разместил горизонтальный ротор с лопатками, отдалённо похожий на жатку комбайна или гребное колесо позапрошловекового парохода. Воздух, нагоняемый ротором, поступает на переднюю кромку верхней плоскости крыла, откуда перетекает к задней, над крылом образуется зона низкого давления, создавая подъёмную силу, а воздух, уходящий от крыла назад-вниз, даёт и тягу, и часть подъёмной силы.
Рис. 2. Пилотируемый FanWing.
Очевидно, что из-за искусственного обдува всей поверхности крыла лопатками роторного «предкрылка» (слишком уж он велик, чтобы называть его так без кавычек) подъёмная сила будет существенной на очень больших углах атаки (грубо говоря, при сильно задранном вверх носе ЛА), таких же, какие ожидались у самолёта Болдырева, то есть как минимум до 45–50˚. Взлёт может быть почти вертикальным, с разбегом не более одного–трёх длин корпуса аппарата при полной нагрузке. Более того, ЛА такого типа может зависать в воздухе на короткое время, по крайней мере на беспилотных прототипах это удавалось.
Рис. 3. FanWing экзотичен даже на фоне самолёта Болдырева (вверху). Кстати, на его базе предполагаются грузовые беспилотники для доставки всего любого в районы без подготовленных ВПП. (Здесь и ниже иллюстрации FanWing).
Другое колоссальное преимущество — очень большой поток увлекаемого таким роторным предкрылком воздуха (из-за огромной поверхности движителя). За счёт этого для взлёта FanWing потребуется двигатель много меньшей мощности, чем для обычного ЛА. Энерговооружённость испытываемых беспилотных прототипов равна 1 л. с. (на взлётном режиме) на 10 кг веса — в 1,5–2 раза лучше, чем у Ан-2 или У-2, а с вертолётами тут даже сравнивать глупо. Скажем больше: продувки в аэродинамических трубах показывают, что взлететь ЛА типа FanWing может при энерговооружённости в 29 г на 1 Вт мощности на валу (!) — то есть до 1 л. с. на 20 и более кг массы. Вот только взлёт его будет происходить не по такой крутой траектории, а г-н Пилбс позиционирует машину как замену вертолёту, поэтому делает свои ЛА вдвое более энерговооружёнными в ущерб их полезной нагрузке и экономичности.
Рис. 4. Принцип работы двигателей аппарата.
Соотношение «тяга — мощность» у проектируемой машины в 3–5 раз лучше, чем у вертолёта. Для пилотируемой модели максимальные обороты должны составлять всего 1 000 об/мин, при количестве увлекаемого воздуха, превышающем вертолётный. Даже края лопастей имеют очень небольшую скорость — из-за малой удалённости от оси, не более чем на 16 см для проектируемого двухместного аппарата. А значит, шум вертолётной интенсивности пилотам не грозит. Небольшая скорость вращения концов лопастей не потребует использования дорогого углепластика, меньше будет и износ винтов. Наконец, в отличие от большинства малых ЛА, FanWing сможет летать при сильном боковом ветре (до 20 м/с): искусственный обдув крыла поможет ему и здесь.
Рис. 5. Размах крыла в 10 м, при такой же длине 32-сантиметрового движителя, означает огромную тягу уже на старте, что и позволяет конструктору надеяться на разбег в 15 м.
Минусы? Они очевидны: это почти гребной пароход, только в воздухе, и лобовое сопротивление будет очень значимым фактором, ведь роторный «предкрылок» имеет большую площадь. Крейсерскую скорость для такого типа аппаратов, по мнению разработчика, будет разумным ограничить 180–190 км/ч у земли и 270–280 км/ч на высоте в 5–6 км. Мало? Смотря с чем сравнивать. Вертолёты и автожиры нормальных конструкций больше не развивают (камовские двухосники и конвертопланы, как понимает читатель, к ним не относятся).
Рис. 6.
Экономичность на небольших скоростях тем не менее следует оценить весьма высоко: она вдвое выше (по опыту с БПЛА), чем у вертолёта. Не говоря уже о меньшей стоимости более простой конструкции.
Рис. 7.
Что с безопасностью? Штопор, естественно, при работающих двигателях невозможен, ведь на крыло постоянно нагнетается воздух. А вот при выходе из строя мотора посадить аппарат по-самолётному, на планировании с плавным снижением и потерей скорости, конечно, не получится: слишком велико сопротивление. Но и клевка носом ждать не стоит: при полной остановке мотора лопасти роторного «предкрылка» начнут вращаться сами, в режиме авторотации, как у автожира. Именно автожира, а не вертолёта, поскольку они будут делать это вполне самостоятельно при любом шаге винтов — а значит, даже у самой земли авторотация завершится благополучно: достаточно просто иметь под аппаратом хотя бы относительно ровную поверхность.
Серьёзной проблемой для безопасности FanWing могут быть птицы: при попадании в лопасти они натворят дел. Правда, сравнительно небольшая скорость воздуха у роторного предкрылка должна снизить засасывающий эффект, да и невеликая скорость самого ЛА, наверное, упростит уклонение…
Рис. 8.
Вывод таков: для аппаратов с почти вертикальным взлётом и посадкой это шаг вперёд, и большой. Автожир, при сходной безопасности, имеет значительно большее сопротивление (винт вертолётного типа), меньшие углы атаки и не способен к самостоятельному зависанию в воздухе. Кроме того, у него длиннее разбег: намечаемый для FanWing старт с крыши небоскрёба, уже продемонстрированный на беспилотных версиях, для обычного автожира нереален.
Правда, планы Патрика Пиблса, касающиеся создания на базе FanWing массового городского воздушного такси, мы лично полагаем чересчур оптимистичными. Вряд ли найдётся много городских властей, которые разрешат полёт эдакой колесницы Шивы над своей (и избирателя) головой…
