helimen (helimen) wrote,
helimen
helimen

Categories:

FENESTRA-2

afro5+

ПРОДОЛЖЕНИЕ.

Фенестрон прошел через несколько этапов развития. Толчком к старту научно-исследовательских работ послужили проблемы Alouette II и III. В 1960-х французы проделали большой объем работ. Начиналось все с воздушных винтов в кольце для самолетов вертикального взлета (NORD 500 выполнил несколько пробежек, но летчики так и не решились оторваться от земли). В период 1966-1967 г.г. под руководством Поля Фабра (Paul Fabre) был разработан первый «винт в кольце» для компенсации реактивного момента нового легкого вертолета SA340, который поднялся в небо в 1967 г. с обычным хвостом Alouette II. Фенестрон появился на вертолете французского производства SA-341 «Gazelle», совершившем первый полет в 1968 г. Новый метод был запатентован фирмой Aérospatiale. Весь год продолжались летные испытания. Разработчики боролись с напряжениями, вибрациями и поворотом лопаток. Фенестрон не сразу стал Fenestron. Первоначально был Fenestrou. Поль Фабр родом из Прованса, где на старо-французском Fenestrou означало небольшое круглое окно. Но руководство компании не согласилось со старо-французским названием. В период 1971-1973 г.г. проходили летные испытания взаимодействия с хвостовой балкой и стабилизатором. Фенестроны первого поколения были с металлическим лопатками. Разработчики понадеялись, что с увеличением скоростей эффект влияния взаимодействия наступающей лопасти с потоком от несущего винта будет незначительным. Но в 1972 г. проблема в полной мере проявилась на вертолете Douphin. У земли интерференция приводила к потере эффективности управления (поэтому высота висения ограничивалась 2…3 диаметрами винта). Несмотря на «прохладный» прием, с каждым годом фенестрон находил все больше единомышленников. В 1970-80-х г.г. получил широкое применение на вертолетах Aérospatiale AS-341/342 «Gazelle», AS-360/361/365/366 «Dauphin». Конструкторы не стояли на месте и продолжали совершенствовать «экзотическое» устройство. Модернизация Douphin спровоцировала в 1975 г. начало испытаний фенестрона (диаметр 1,6 м, 11 лопаток) для вертолета SA330 Puma (массой 7 т). Результаты оказались катастрофическими: очень тяжелый, очень шумный и с очень большой потребляемой мощностью. За 10 лет были разработаны варианты для легких вертолетов AS350B и AS355F (массой 1,9 и 2,3 т), однако по экономическим причинам были «законсервированы» для военного применения.

На втором этапе в 1980-х были достигнуты: безопасность на висении у земли; низкий уровень напряжений при полетах на высоких скоростях; отсутствие вибраций во всем диапазоне высот и скоростей полета. Недостатки: тяжелее, чем обычный винт; резкое увеличение шума с увеличением скорости законцовок на критических углах атаки; высокая  потребляемая мощность на висении; высокая стоимость. Стало очевидно, что адаптация фенестрона к существующей модели вертолета требует серьезных изменений конструкции. Для дальнейшего продвижения было решено построить специальный экспериментальный 350Z (у нового фенестрона диаметром 0,9 м было 10 лопаток), который в период 1987-1991 г.г. налетал 65 часов (сегодня стоит перед главным входом завода в Мариньяне). Удалось сократить потребную мощность на 10% и удачно разметить хвостовой редуктор в тоннеле, отказаться от гидроприподов и решить  множество других вопросов. Например, входное устройство  двигателя под капотами, который сегодня используются на ЕС120В. Одновременно разработчики пытались преодолеть проблему шума. Как ни странно, решение пришло из автомобильной отрасли, где неравномерное расположение лопаток вентиляторов, охлаждающих  радиаторы, позволило снизить уровень шума. В 2001 г.  появился «Тихий» фенестрон (Queit fenestron). Благодаря ассиметричному расположению лопаток по окружности колеса удалось добиться существенного снижения шума.

На третьем этапе продолжилось дальнейшее совершенствование серийных вариантов (уменьшение массы, шума и стоимости). В 2005 г. на вертолете ЕС155 использование лопаток специального литья позволило вдвое увеличить продолжительность эксплуатации и сократить расходы на техническое обслуживание. Сегодня серийно выпускается целая линейка вертолетов Eurocopter, на которых устанавливаются фенестроны последнего поколения: ЕС120В (диаметром 0,75 м, 8 лопаток, без гидропривода), ЕС135 (диаметром 1,0 м, 10 лопаток, с гидроприводом), ЕС130 аналогичный ЕС135 (без гидропривода), ЕС155В (диаметром 1,1 м, 10 лопаток их композитов, сдублированный гидропривод). Уровень шума на 7-10 dB ниже норм, установленных ИКАО. Разработан фенестрон и для ЕС145. Продолжаются работы по тяжелому вертолету. Среди конкурентов, использующих фенестрон, можно выделить опытные прототипы российского Ка-60/62, американского RAH-66 Comanche, японского OH-X, швейцарского SKYe SH09, китайского боевого WZ-10 (камовской разработки). География расширяется. Фенестрон завоевывает мир вертолетов. Из альтернативного предложения превратился в достойного соперника. По результатам многочисленных научных исследований, фенестрон эффективен, если глубина тоннеля составляет не менее 0,8 радиуса винта, а плоскость винта расположена на расстоянии около 0,25 глубины от плоскости входа, расширение тоннеля после плоскости винта умеренное и протекание воздуха безотрывное. Тогда коэффициент полезного действия около 0,9, что значительно выше, чем кпд открытого рулевого винта ввиду отсутствия сжатия струи и большей скорости протекания. Кроме того, потери меньше. В итоге, радиус винта фенестрона  вдвое меньше радиуса равноценного открытого рулевого винта. В горизонтальном полёте без угла скольжения фенестрон работает практически в условиях работы на месте. При скольжении тяга падает, поэтому для обеспечения статической путевой устойчивости нужен киль. Преимущества фенестрона. Новая система практически исключает опасность задевания вращающимися лопатками препятствий при маневрировании у земли. Существенно увеличивается безопасность работ обслуживающего персонала, особенно в условиях плохой видимости (ночью, в туман, дождь, снег). Повышается надежность, как отдельных агрегатов, так и вертолета в целом. Отпадает необходимость в промежуточном редукторе и изгибе балки. Установка «винта в кольце» существенно разгружает винт, так как значительная доля боковой силы создается профилированной входной частью канала. Благодаря чему уменьшаются переменные напряжения в элементах конструкции, особенно на высоких скоростях, и повышается долговечность. В горизонтальном полете фенестрон значительно разгружается и потребляет меньшую мощность, чем рулевой винт (выигрыш – около 2% полной мощности). Кроме того, вертолет с фенестроном лишен недостатка, характерного для классики – путевой статической неустойчивости при боковой обдувке. На висении при различных направлениях ветра со скоростью 50-60 км/час потребные перемещения педалей путевого управления соответствуют нормальным движениям, не попадая в режим «вихревого кольца». При этом запасы управления превышают 45% хода правой педали от нейтрального положения. В связи с этим, вертолет имеет высокие характеристики управляемости. При перемещении педали на 10% хода от нейтрального положения в любую сторону на режиме висения установившаяся угловая скорость вращения вертолета составляет около 40 градусов в секунду. При полной даче правой педали – угловая скорость может достигать 150 градусов в секунду и более. На висении реакция на дачу педалей становится несимметричной, однако, по словам пилотов, это малозаметно. Основное преимущество «винта в кольце» – уменьшение турбулентности и срыва вихрей, которые происходят на лопастях винта. При этом ротор становится более аэродинамически эффективным путем уменьшения сопротивления и шума, а также значительного снижения  вибраций. Фенестрон обеспечивает безопасность, благодаря корпусу, который защищает ротор от ударов о препятствия. Уменьшение уязвимости очень важно, с точки зрения тяжести последствий. Фенестрон повышает живучесть во время боевого  применения. К недостаткам следует отнести увеличение толщины и массы киля, высокочастотный шум, нелинейность характеристик путевого управления, сложность конструкции и обслуживания. На режиме висения потребная мощность составляет 12,5% от мощности привода несущего винта. При увеличении нагрузки значительно увеличиваются размеры. Поэтому применение фенестрона эффективно для легких и средних вертолетов массой до 5-6 тонн. На малых скоростях фенестрон уступает рулевому винту по энергетическому совершенству, что уменьшает статический потолок и вертикальную скороподъемность. Увеличение массы сводит на нет улучшения в производительности. Несмотря на увеличение массы, снижение шума стало определяющим при выборе не только городских, но и боевых  вертолетов. Не зря для перспективного «вертолета-стелс» RAH-66 Comanche американцы выбрали «винт в кольце», чтобы максимально затруднить обнаружение. Поскольку основной шум, создаваемый вертолетом, как правило, приходит от рулевого винта, конструкторы решили использовать фенестрон. Американское устройство – точная копия французского фенестрона, получила название Fantail. И хотя программу закрыли по финансовым соображениям, «павлиний» хвост еще полетает на будущих американских винктокрылах.

За почти полувековую историю фенестрон добился серьезного прогресса. На вопрос, что Вы ждете от будущих конструкций? Один из прародителей французских «окон» Бернар Сертан (Bernard Certain), летный инженер-испытатель сказал: «Ближайшие десятилетие принесет нам новые варианты. В спектре шума не будет второй гармоники. Благодаря новой форме лопаток увеличится число «М» законцовок. Коническая  форма тоннеля  понизит индуктивную скорость и потребляемую мощность. Уменьшится масса стабилизаторов, ребер, туннеля. Фенестрон наконец-то доберется до тяжелых вертолетов. Будущее фенестронов гарантировано «неизлечимыми болячками» рулевых винтов на висении у земли и на высоких скоростях».

Вместо заключения. Когда материал был готов, никак не получалось найти название. Я перебирал разбросанные по столу фотографии фенестронов. И вспомнилось детство. Мы бежим по огромному полю. Свежий ветер бьет в лицо. А чудный запах полевых цветов кружит голову… Разноцветные фенестроны, словно ромашки из далекого детства, притягивали взор и кружили…fenestra!

Tags: фенестрон
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments