Перспективы создания тяжёлого транспортного летательного аппарата для СВ США.

Майор Д. Ольшевский

Согласно планам реорганизации сухопутных войск (СВ) США после 2010 года они будут трансформированы в так называемые целевые силы (Objective Force). При этом большое значение придается семейству боевых машин, разрабатываемых в рамках программы FCS (Future Combat System). Поступив на вооружение, они должны повысить эффективность ведения войсками боевых действий в любой обстановке на различных ТВ Д. Одна из концепций предусматривает применение винтокрылой техники для быстрой переброски машин FCS на расстояние свыше 500 км. Использование тяжелых транспортных ЛА для реализации концепции «вертикальный маневр» является весьма перспективным, что подтвердили результаты моделирования боевых действий.
Однако если принять во внимание боевую массу машин FCS (20 т), то современные транспортные вертолеты не способны обеспечить их перевозку. Соответственно, необходим новый ЛА, который сможет перевозить такой груз на расстояние свыше 500 км.

Рис. 1. Некоторые концепции облика ЛА АМТ

В конце 70-х - начале 80-х годов фирмы «Боинг» по программе ACR (Army Cargo Rotorcraft) и «Сикорский» в рамках АСА (Advanced Cargo Aircraft) проводили исследования с целью изучения возможности создания тяжелого транспортного вертолета для сухопутных войск. В соответствии с требованиями, предъявленными командованием СВ к такой машине, она должна была быть способной транспортировать груз массой не менее 11 800 кг на дальность 500 км, а также взлетать с площадок, расположенных на большой высоте, в условиях жаркого климата (Нст= 1 220 м, t = 35°С). Специалисты фирмы «Боинг» изучили концепцию вертолета, выполненного по двухвинтовой продольной схеме, с винтами диаметром 28 м и взлетной массой 45-50 т. Его силовая установка должна была состоять из трех ГТД общей мощностью 24 000 л. с.
Фирма «Сикорский» предложила вариант вертолета, выполненного по нормальной схеме. Силовая установка должна была состоять из трех-че-тырех ГТД (мощность по 6 000 л. с). Были проведены параметрические исследования при полезном грузе массой от 8 до 17,7 т. Для вертолета рассматривался несущий винт диаметром от 30,2 до 43 м (в зависимости от массы полезного груза) с пятью-шестью лопастями. Рулевой винт диаметром 7-10 м должен был быть установлен под углом 20° для создания дополнительной подъемной силы. Несмотря на проведенные исследования, дальнейшие работы по этим программам были прекращены.
В конце 90-х годов командование СВ вернулось к проекту тяжелого транспортного вертолета. Первоначально оно заявляло о своем намерении реализовать совместную программу JTR (Joint Tactical Rotorcraft) с руководством морской пехоты, которое впоследствии отказалось от участия в ней. Соответственно, были пересмотрены требования к летательному аппарату, после чего программа получила название FTR (Future Transport Rotorcraft). Впоследствии официальные представители сухопутных войск заявили, что при выборе конструкции типа нового ЛА они не ограничатся традиционными. Программа стала называться АМТ (Air Manoeuvre Transport).

Рис. 2. Диапазоны высот и скоростей полета: 1 - вертолетов; 2 - турбовинтовых самолетов; 3 - ЛА ВВП

Рис. 3. Возможности существующих транспортных вертолетов

Рис. 4. Возможности модернизированного вертолета СН-53: 1 - при установке двигателей АЕ 1107С; 2 - при установке двигателей АЕ 1107С и новых лопастей НВ

В последнее время в МО США рассматривалась возможность создания единого тяжелого транспортного вертолета для СВ, ВМС и МП на примере реализации программы по разработке самолета F-35. Однако руководство СВ предъявляет более высокие требования к массе перевозимого груза (18-20 т), чем командование ВМС (12,2 т). К тому же, по словам официальных представителей военно-морских сил, возможность размещения летательных аппаратов типа АМТ на палубах современных кораблей накладывает ряд ограничений на массогабаритные характеристики этих ЛА. Тем не менее на уровне МО было принято решение подключить к разработке вертолета другие виды вооруженных сил, при этом основным заказчиком остаются СВ США.
В настоящее время не существует утвержденного перечня требований к аппарату, создаваемому по программе АМТ, однако, судя по сообщениям военной прессы, одно из предварительных условий заключается в следующем: вертолет должен осуществлять полет на расстояние 500 км с транспортировкой боевых машин FCS в грузовой кабине, по своим размерам эквивалентной имеющейся на транспортном самолете С-130, к месту высадки и обратно (с вертикальным взлетом и посадкой). Однако, по заявлению ряда представителей СВ, специалисты отдают предпочтение ЛА, боевой радиус действия которого свыше 900 км.
В настоящее время рассматриваются различные концепции АМТ, включая вертолеты с нормальной, соосной и продольной конструктивными схемами, а также двух- и четырехдвигательные ЛА с вертикальным взлетом и посадкой (на рис. 1 схематично представлены четыре из них). Приблизительный диаметр несущего винта рассчитывался с учетом планируемого на 2010 год уровня технологий по снижению массы конструкции летательного аппарата и увеличению эффективности его силовой установки.
ЛА ВВП, именуемые tiltrotor (аппарат с поворотными двигателями), сочетают в себе возможности и самолета и вертолета.

Они способны выполнять вертикальный взлет, зависание, а также горизонтальный полет в самолетном режиме на большей скорости и высоте (рис. 2). Однако технологически они более сложны, чем традиционные вертолеты. Это подтверждается проблемами, связанными с ЛА V-22 «Оспрей». Применение четырех двигателей на аппаратах ВВП более выгодно с точки зрения аэроупругости за счет размещения их на законцовках крыльев, но это создает проблемы аэродинамического взаимодействия четырех НВ. Создание тяжелого транспортного вертолета связано с меньшим техническим риском.
В настоящее время существует возможность появления транспортного вертолета, который будет способен перевозить груз массой 20 т и более в грузовой кабине. Проблема заключается в создании двигателей, трансмиссии и несущей системы для такой машины. Кроме того, необходимо учитывать следующие факторы: ее стоимость, надежность, затраты на содержание всей инфраструктуры по обслуживанию (существующая инфраструктура авиации СВ США не рассчитана на обеспечение эксплуатации ЛА типа АМТ).

Транспортные аппараты, состоящие на вооружении американских ВС, не соответствуют предварительным требованиям, предъявляемых к АМТ. На рис. 3 представлены зависимость между массой перевозимого груза и радиусом действия в условиях Нст= 1220 м, t = 35°С модернизированного транспортного вертолета авиации сухопутных войск CH-47F, СН-53Е морской пехоты США, а также Л А ВВП V-22. Менее резкий наклон кривой у последнего аппарата отражает меньший расход топлива при полете в самолетном режиме, однако он может перевозить в указанных условиях только 6 т груза.
Дальнейшая модернизация вертолетов СН-53 и СН-47 позволит улучшить их возможности по массе перевозимого груза и радиусу действия, но не обеспечит соответствие требованиям, предъявляемым к АМТ. Командование КМП США планирует в 2005 году приступить к реализации программы модернизации вертолетов СН-53Е, в рамках которой, в частности, предполагается заменить двигатели, установить новые лопасти НВ. Одним из рассматриваемых вариантов замены является АЕ 1107С, устанавливаемый на V-22. Расчетные характеристики модернизированного вертолета СН-53 показаны на рис. 4.
В дополнение к требованиям по массе перевозимого груза и радиусу действия выдвигается еще одно - необходимо, чтобы грузовая кабина АМТ (у вертолетов СН-47 и СН-53 она практически одинакова, но меньше, чем у транспортного самолета С-130) имела полезный объем, достаточный для перевозки FCS, учитывая то, что габаритные размеры этих боевых машин должны соответствовать вместимости С-130.

Немаловажным моментом при создании ЛА по программе АМТ (Air Manoeuvre Transport) является применение перспективных технологий. В ходе работ, проведенных в научно-исследовательском центре AMRDEC (Army's Aviation and Missile Research, Development and Engineering Center), специалистам удалось получить оценочные показатели взлетной массы и стоимости полностью оборудованного образца для ЛА, отвечающего предварительным требованиям к АМТ (рис. 1).

Столбец I отображает оценки массы и стоимости в случае создания АМТ с использованием достигнутого уровня технологий в области авиадвигателей, трансмиссии, НВ и т. д. Столбец II отображает ожидаемое снижение стоимости и массы при условии, что новые подсистемы будут созданы с учетом перспективных технологий. Например, в области двигателестроения могут использоваться наработки, полученные в рамках программы JTAGG (Joint Turbine Advanced Gas Generator).
Столбец III отображает возможный порог снижения стоимости и массы при условии, что будут реализованы цели научно-технических исследований, определенных центром AMRDEC на период 2006-2010 годов. В таблице представлены некоторые цели научно-технических исследований, однако следует отметить, что в последнее время акцент при их проведении сделан на разработку и создание БЛА. Следовательно, определенных результатов можно будет достичь лишь в более поздний период, что, в свою очередь, приведет к увеличению сроков разработки АМТ.
С другой стороны, возникает вопрос, возможен ли прорыв в этой области исследований, который бы обеспечил снижение массы и стоимости с учетом предварительных требований к АМТ? Даже при условии достижения поставленных целей имеется вероятность того, что и в этом случае не удастся снизить общую массу летательного аппарата до желаемого уровня. Используя такой критерий весовой эффективности, как относительная масса пустого аппарата (отношение массы пустого ЛА к нормальной взлетной массе аппарата, включающей массу пустого ЛА, топлива и полезного груза), при рассмотрении эволюции вертолетной техники в ведущих вертолетостроительных странах видно, что технический прогресс в этой области не позволил в значительной степени снизить данный показатель (рис. 2).
Важным моментом является также создание двигателя для АМТ, который, по предварительным оценкам, должен иметь мощность не менее 15 000 л. с. Рис. 3 иллюстрирует эволюцию отношения мощности к массе двигателя (удельной мощности) с 1960 по 2000 год и прогноз ее изменения до 2020-го.
Проводимые НИР обеспечивают постепенное увеличение удельной мощности двигателя. Ожидаемый скачок связан с результатами работ по программе JTAGG, в рамках которой проведены испытания экспериментального газогенератора, подтвердившие возможность значительного повышения его удельных характеристик. Последний столбец отражает предполагаемое увеличение удельной мощности двигателя при условии реализации целей научно-технических исследований, определенных центром AMRDEC на 2006-2010 годы, результаты которых будут внедряться в период с 2010 по 2020 год.
Имеется также неопределенность в отношении стоимости АМТ. Используя данные боевого моделирования, проведенного специалистами армии США, необходимый парк вертолетов оценивается в 500 единиц. По расчетам экспертов центра AMRDEC, закупочная стоимость одного аппарата, построенного с использованием современных подсистем, составляет около 250 млн долларов, а всего парка - около 187 млрд (в случае закупки 750 таких ЛА). С учетом использования перспективных технологий весь парк АМТ оценивается в 126 млрд долларов, а один ЛА - 168 млн. При условии достижения целей научно-технических исследований стоимость парка будет не более 75 млрд долларов при цене одного АМТ около 100 млн. Принимая во внимание, что стоимость НИОКР, проводимых в рамках таких программ, как RAH-66 (закрыта в начале 2004 года) и V-22, составляет 9-11 млрд долларов, а общая стоимость каждой из них - около 38 и 48 млрд соответственно, программа АМТ является весьма дорогостоящей, и ее реализация потребует значительных бюджетных средств, выделяемых сухопутным войскам.
На сегодняшний день несколько ведущих вертолетостроительных фирм США предлагают свои подходы к решению проблемы создания аппарата АМТ.
Фирма «Белл» разработала концепцию тяжелого транспортного ЛА с ВВП QTR (Quad Tiltrotor) с максимальной взлетной массой около 64 т (рис. 4).
По прогнозам американских специалистов, ЛА QTR, имеющий четыре поворотных турбовинтовых двигателя, фюзеляж с теми же массогабаритными характеристиками, что и у ВТС C-130J, будет способен осуществлять вертикальный взлет, посадку и висение, а также выполнять полет на дальность до 3 700 км с крейсерской скоростью 520 км/ч.
По заявлению разработчиков, в процессе производства ЛА QTR планируется использовать те же технологические и конструктивные решения, что и при создании V-22. Tax, двигатели, трансмиссия, БРЭО, гидравлическая система, оборудование кабины будут аналогичны тем, которые применяются на V-22. Конструкция крыльев также должна быть одинаковой, одна¬ко переднее крыло у QTR будет иметь больший размах, чем аналогичное у V-22. Заднее крыло будет длиннее переднего, что обеспечит вынос задних винтов из зоны действия передних. Для обеспечения большей надежности передние и задние силовые установки будут взаимосвязаны.
В середине 2000 года управление перспективных исследований и разработок МО США (DARPA) заключило с фирмой «Белл» контракт стоимостью 6 млн долларов на проведение ряда испытаний с целью проверки осуществимости концепции QTR, включая продувки в аэродинамической трубе моделей ЛА в масштабе 1:48 для визуализации сложного обтекания воздушным потоком ЛА, а также полномасштабной модели для определения аэродинамических характеристик и действующих нагрузок.
Фирма «Сикорский» разрабатывает концепцию тяжелого транспортного вертолета, который сможет перевозить груз массой в 2 раза большей, по сравнению с тем, что транспортирует вертолет СН-53.
Данный ЛА будет иметь соосный НВ диаметром 39,6 м, широкохордные лопасти и небольшой фюзеляж. Предлагаются два варианта вертолета: первый - беспилотный, второй - с кабиной экипажа в носовой части фюзеляжа (рис. 6). Машину планируется оснастить тремя двигателями, подобными тем, что установлены на СН-53Е. Ее максимальная взлетная масса будет составлять 62 т (пустой - 24,4 т). По заявлению представителей фирмы, данный аппарат сможет доставлять на внешней подвеске груз массой 20 т на расстояние свыше 1 850 км со скоростью до 300 км/ч.
Таким образом, учитывая предварительные требования к АМТ, можно сделать следующие выводы:
- Существующие транспортные винтокрылые ЛА не способны доставлять груз массой 20 т (в грузовой кабине) при выполнении полета с боевым радиусом не менее 500 км. Их модернизация позволит увеличить последнюю характеристику и транспортировать около 15 т, но не обеспечит соответствие предварительным требованиям, предъявляемых к АМТ.
- Создание ЛА АМТ по альтернативной схеме связано с большим техническим риском.
- Разработка тяжелого транспортного винтокрылого ЛА, способного перевозить груз массой 20 т на большие расстояния, и поступление его на вооружение СВ США до 2020 года являются маловероятными.

ЦЕЛИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПЕРИОД 2006-2010 ГОДОВ

ЗВО №9 2005

• Состояние и перспективы развития ударных вертолётов ведущих зарубежных стран (2009)