Вертолёт соосной схемы

Вертолёт соосной схемы — это тип вертолёта, в котором два несущих винта расположены на одной геометрической оси, один над другим, и вращаются в противоположных направлениях. Данная компоновка позволяет взаимно компенсировать реактивные моменты, возникающие при вращении винтов, что исключает необходимость в использовании хвостового рулевого винта, характерного для классической одновинтовой схемы. Соосная схема относится к классу многовинтовых продольных схем и является одной из самых распространённых альтернатив классической схеме.

История развития

Ранние эксперименты

Идея использования двух соосных винтов, вращающихся в разные стороны, восходит к первым проектам вертолётов. Одним из пионеров в этой области был французский изобретатель Поль Корню, который в 1907 году построил первый в мире вертолёт, способный поднять человека в воздух. Его аппарат, однако, использовал два винта, расположенных на одной оси, но не имел полноценного управления и был неустойчив. В 1920-х годах итальянский инженер Витторио Изакко и испанец Хуан де ла Сьерва (автор автожира) также экспериментировали с соосными схемами, но их работы не привели к созданию серийных машин.

Советская школа

Наибольшего развития соосная схема достигла в Советском Союзе благодаря конструкторскому бюро Николая Ильича Камова. В 1940 году Камов и его коллега Николай Скржинский разработали первый советский вертолёт соосной схемы — Ка-8 «Иркутянин». Этот лёгкий одноместный аппарат, оснащённый двумя мотоциклетными двигателями, впервые поднялся в воздух в 1947 году и продемонстрировал преимущества схемы: компактность, отсутствие хвостового винта и хорошую управляемость на малых скоростях. В 1948 году Ка-8 был представлен на воздушном параде в Тушино, что привлекло внимание военных.

В 1950-х годах ОКБ Камова (ныне — АО «Национальный центр вертолётостроения им. М.Л. Миля и Н.И. Камова») начало серийный выпуск вертолётов соосной схемы. Первой серийной машиной стал Ка-15 (1953 год), предназначенный для сельского хозяйства, связи и наблюдения. За ним последовали Ка-18 (1956) — пассажирский вариант, и Ка-25 (1961) — первый советский противолодочный вертолёт корабельного базирования, ставший основой палубной авиации ВМФ СССР. Ка-25 сочетал в себе складные лопасти и компактную конструкцию, что позволяло размещать его в ангарах небольших кораблей.

Современный этап

В 1970-х годах ОКБ Камова разработало семейство многоцелевых вертолётов Ка-27 и его модификаций (Ка-29, Ка-31, Ка-32). Ка-27, поступивший на вооружение в 1982 году, стал основным противолодочным вертолётом ВМФ России и до сих пор остаётся в эксплуатации. В 1990-х годах был создан боевой вертолёт Ка-50 «Чёрная акула» — первый в мире одноместный ударный вертолёт соосной схемы, а затем его двухместная модификация Ка-52 «Аллигатор», принятая на вооружение в 2011 году. Ка-52 отличается высокой манёвренностью, возможностью висеть на месте и выполнять сложные фигуры пилотажа, что делает его эффективным в условиях современного боя.

За рубежом соосная схема также применялась, но менее широко. Наиболее известными примерами являются американские вертолёты Sikorsky S-69 (экспериментальный) и Sikorsky X2 (2010 год), который установил рекорд скорости для вертолётов (около 460 км/ч), а также его серийный вариант Sikorsky S-97 Raider. Однако эти машины используют комбинированную схему с толкающим винтом, что отличает их от классической соосной схемы.

Конструкция и принцип работы

Основные элементы

Вертолёт соосной схемы состоит из следующих ключевых узлов:

• Два несущих винта — верхний и нижний, расположенные на одном валу. Каждый винт имеет собственную втулку и систему управления. Винты вращаются в противоположные стороны (верхний — по часовой стрелке, нижний — против или наоборот), что компенсирует реактивные моменты.
• Система управления — автомат перекоса, который изменяет угол установки лопастей каждого винта независимо. Это позволяет управлять вертолётом по крену, тангажу и рысканию.
• Фюзеляж — компактный, часто с коротким хвостовым оперением, так как хвостовой винт отсутствует. В палубных вертолётах фюзеляж часто имеет складные элементы для размещения в ангарах.
• Силовая установка — один или два двигателя (обычно газотурбинные), расположенные в верхней части фюзеляжа или за кабиной. Мощность передаётся через главный редуктор на оба винта.

Принцип управления

Управление вертолётом соосной схемы осуществляется за счёт изменения тяги и наклона вектора силы каждого винта:

• По тангажу и крену — автомат перекоса наклоняет векторы тяги обоих винтов в нужную сторону, создавая момент, наклоняющий вертолёт.
• По рысканию (поворот вокруг вертикальной оси) — разность крутящих моментов винтов. Если увеличить шаг одного винта и уменьшить другого, возникает дисбаланс реактивных моментов, заставляющий вертолёт вращаться. Это позволяет выполнять развороты на месте без изменения курса.
• По высоте — одновременное увеличение или уменьшение общего шага обоих винтов.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Отсутствие хвостового винта — снижает потери мощности (хвостовой винт потребляет до 10–15% мощности двигателя), уменьшает шум и повышает безопасность (хвостовой винт часто является причиной аварий при столкновении с препятствиями).
• Компактность — вертолёт имеет меньшие габариты, что критично для базирования на кораблях, в городских условиях или в ограниченных пространствах.
• Высокая манёвренность — возможность выполнять «бочку» (полный переворот вокруг продольной оси), висеть на месте с высокой точностью, а также выполнять развороты на месте без поступательного движения.
• Устойчивость на малых скоростях — соосная схема менее подвержена влиянию вихревого кольца (опасного режима сваливания) и лучше управляется на режимах висения.

Недостатки:

• Сложность конструкции — система управления двумя винтами, особенно автомат перекоса, требует высокой точности изготовления и обслуживания. Редуктор соосной схемы более сложен и тяжёл.
• Ограничение по высоте — лопасти верхнего и нижнего винтов могут перехлёстываться при резких манёврах или сильных порывах ветра, что приводит к катастрофе. Для предотвращения этого применяются жёсткие ограничения по углам отклонения.
• Большая вибрация — из-за аэродинамического взаимодействия винтов (особенно на режимах косого обтекания) вибрации выше, чем у классических вертолётов.
• Ограниченная скорость — из-за взаимного влияния винтов и увеличения лобового сопротивления максимальная скорость соосных вертолётов обычно ниже, чем у одновинтовых с хвостовым винтом (хотя современные разработки, такие как Sikorsky X2, частично решают эту проблему).

Классификация

Вертолёты соосной схемы классифицируются по назначению и массе:

По назначению

• Многоцелевые — Ка-27, Ка-32 (транспортные, поисково-спасательные, противопожарные).
• Боевые — Ка-50, Ка-52 (ударные, разведывательные).
• Палубные — Ка-25, Ка-27, Ка-31 (противолодочные, радиолокационного дозора).
• Гражданские — Ка-226 (лёгкий многоцелевой), Ка-62 (средний транспортный, разрабатывается).

По массе

• Лёгкие (до 3,5 тонн) — Ка-226, Ка-15.
• Средние (3,5–10 тонн) — Ка-27, Ка-32, Ка-52.
• Тяжёлые (свыше 10 тонн) — проекты (например, Ка-90, не реализован).

Применение

Военное применение

Соосные вертолёты широко используются в вооружённых силах России, Индии, Китая, Вьетнама и других стран. Основные задачи:

• Противолодочная оборона — Ка-27, Ка-31 (поиск и уничтожение подводных лодок с помощью гидроакустических станций и торпед).
• Ударные операции — Ка-52 (уничтожение бронетехники, живой силы, укреплений; применяется в ходе вооружённого конфликта на Украине).
• Радиолокационный дозор — Ка-31 (обнаружение воздушных и морских целей).
• Транспортировка и десантирование — Ка-29 (морская пехота).

Гражданское применение

• Пожаротушение — Ка-32 (оборудован водосливным устройством, используется в России, Испании, Южной Корее).
• Строительство и монтаж — Ка-32 (подъём грузов на внешней подвеске).
• Медицинская эвакуация — Ка-226 (лёгкий вертолёт для санитарных рейсов).
• Пассажирские перевозки — Ка-62 (разрабатывается для перевозки 12–15 пассажиров).

Интересные факты

• Рекорды скорости — экспериментальный вертолёт Sikorsky X2 с соосной схемой и толкающим винтом в 2010 году разогнался до 460 км/ч, что является рекордом для вертолётов. Серийный Ка-52 имеет максимальную скорость около 300 км/ч.
• «Чёрная акула» — вертолёт Ка-50 получил своё прозвище из-за характерного чёрного окраса и агрессивного внешнего вида. Он стал первым в мире одноместным боевым вертолётом, что вызвало споры о нагрузке на пилота.
• Палубная эволюция — Ка-27 был первым вертолётом, способным взлетать и садиться на корабли с трамплином (авианесущий крейсер «Адмирал Кузнецов»).
• Китайские клоны — Китайская Народная Республика производит копию Ка-27 под названием Z-19 (лёгкий разведывательно-ударный вертолёт), а также разрабатывает собственный соосный вертолёт Z-20 (средний многоцелевой).

Критика

Соосная схема подвергается критике из-за высокой сложности и стоимости эксплуатации. По данным ряда источников, вертолёты Ка-52 имеют более высокую аварийность по сравнению с одновинтовыми аналогами (например, Ми-28Н), что связывают с конструктивными особенностями и сложностью управления в экстремальных режимах. Кроме того, ограниченная скорость и повышенная вибрация делают соосную схему менее привлекательной для коммерческой авиации, где приоритетом являются экономичность и комфорт. Однако сторонники схемы отмечают, что её преимущества (манёвренность, компактность, безопасность на висении) перевешивают недостатки в специфических условиях — например, на кораблях или в горной местности.

Источники

• Камов Н.И. «Вертолёты соосной схемы». — М.: Машиностроение, 1965.
• Миль М.Л., Некрасов А.В. «Вертолёты. Конструкция и расчёт». — М.: Машиностроение, 1972.
• ОКБ Камова. «История создания вертолётов соосной схемы». — М.: Воздушный транспорт, 2005.
• Jane’s All the World’s Aircraft. — Jane’s Information Group, 2020.
• Sikorsky Aircraft. «X2 Technology Demonstrator». — 2010.