Вентилятор как средство передвижения

А в составе подъемно-движительных комплексов беспилотников, аппаратов на воздушной подушке и экранопланов они могут обеспечивать перевозку грузов, мониторинг метеоусловий, проведение спасательных операций. Концепции таких аппаратов проектируются учеными ЦАГИ. Начальник отдела дозвуковой внутренней аэродинамики авиационных и промышленных систем отделения гидродинамики и промышленной аэродинамики ФГУП «ЦАГИ» Виктор Митрофович рассказывает о работах в области беспилотников вертикального взлета и посадки вентиляторного типа. Фактически с самого начала своей почти вековой истории ЦАГИ занимался исследованиями аэродинамики винтов, вентиляторов, воздушных трактов. Был создан колоссальный научный задел в этом направлении, разработаны методы аэродинамического проектирования и экспериментального исследования различных устройств для перемещения воздуха. В ЦАГИ была создана ведущая в нашей стране и пользующаяся авторитетом за рубежом школа аэродинамики вентиляторов и воздушных трактов. За работы 1930–1940 годов по проектированию систем охлаждения двигателей боевых самолетов группа сотрудников Московского комплекса ЦАГИ во главе с К.А. Ушаковым была удостоена Сталинской премии.

В 1977 году за создание шахтных вентиляторов для Норильского горнодобывающего комплекса лауреатом Государственной премии стал начальник сектора осевых вентиляторов И.В. Брусиловский. Известно, что тоннельные вентиляторы, разработанные в институте, устанавливались в московском метрополитене. «Сотрудники "подземки" до сих пор вспоминают о них с чувством благодарности», – отмечает Виктор Митрофович. По словам эксперта, порядка 80% вентиляторов, выпускаемых в нашей стране, производятся по схемам ЦАГИ. Одним из перспективных применений многолетних наработок института в аэродинамике вентиляторов и элементов воздушного тракта воздухоперемещающих систем сегодня являются подъемно-движительные комплексы различных летательных аппаратов и, в частности, беспилотные летательные аппараты вертикального взлета и посадки. Вспомним Международные авиационно-космические салоны МАКС-2013 и МАКС-2015. На стенде ЦАГИ демонстрировались модели беспилотников вертикального взлета и посадки одновентиляторной и многовентиляторной схем.

Среди посетителей они вызвали повышенный интерес, и не в последнюю очередь – благодаря своему необычному внешнему виду. Сам Виктор Владимирович немного иронично, но добродушно называет аппараты одновентиляторной схемы «пепелацами» – вспоминается известная отечественная комедия «Кин-дза-дза!». На самом же деле объекты, о которых идет речь, заслуживают особого внимания среди проектов беспилотной авиации вертикального взлета и посадки, которыми специалисты ЦАГИ занимаются с середины 1960-х годов. В 2006 году ученые института представили свою разработку, по сути представляющую собой летающий вентилятор. Лопаточная система (т.е. вентилятор. – Прим. ред.) этого беспилотника окружена корпусом, который является кольцевым крылом и создает подъемную силу как на режиме висения, так и при горизонтальном полете, а также оберегает рабочее колесо вентилятора от внешних воздействий. Движитель оборудован спрямляющим аппаратом, что исключает закрутку воздушного потока на выходе, а значит, обеспечивает отсутствие реактивного момента, характерного для вертолетов одновинтовой схемы. «Летающий вентилятор» снабжен курсовой и видовой камерами и системой телеметрии. Он может служить отличным подспорьем, например, в ледовой разведке. «Ледоколы, которые идут по северному морскому пути, должны осуществлять мониторинг обстановки по курсу. Условия там довольно суровые, очень сильный ветер, поэтому присутствуют серьезные ограничения по применению вертолетов. В этой ситуации альтернативой может стать такой "летающий вентилятор", винт которого защищен кольцевым корпусом», – считает Виктор Владимирович.

«Изначально мы сосредоточились на одновентиляторной схеме. Почему? Потому что аппарат такого типа способен летать как сам по себе, так и быть базой для более сложных компоновок», – комментирует собеседник. Так и появилась концепция транспортного беспилотника, представленного на МАКС-2015. Подъемно-движительный комплекс образован шестью вентиляторами, а для приземления используются посадочные опоры. По словам ученых, беспилотник подобной конструкции может преодолевать расстояние до 300 км и перевозить до 400 кг груза в специальном контейнере. В чем же преимущества таких летательных аппаратов? Чем они лучше других в «царстве» беспилотников? Прежде всего – неприхотливостью к условиям взлета и посадки. По словам Виктора Владимировича, «летающий вентилятор» может подняться буквально с подоконника и приземлиться в кусты – ему не нужны обустроенные площадки, как другим аппаратам. Защищенность лопаточной системы корпусом предохраняет беспилотник от внешних повреждений. «Представьте ситуацию: нужно доставить спасательное оборудование в горящее здание, например, небоскреб. Вертолету потребуется сесть на специально подготовленную поверхность, зато транспортному беспилотнику такой "торжественный прием" не требуется», – размышляет ученый. Не меньшую роль играет компактность разработки: по словам Виктора Митрофовича, шестивентиляторный аппарат будет размером не больше «внедорожника».

Наконец, специалисты ЦАГИ отмечают, что кольцевой корпус, в который заключен каждый вентилятор, позволяет применить аэродинамически высоконагруженные лопаточные системы, реализующие заданные параметры при минимальных окружных скоростях и, соответственно, при минимальных уровнях шума. Это тоже является преимуществом перед аппаратами со свободными винтами. Сфера применения подобных беспилотников может быть чрезвычайно широкой. Тушение пожаров, участие в проведении спасательных операций, доставка грузов в труднодоступные районы – вот неполный перечень вариантов их эксплуатации. Например, в условиях Крайнего Севера, где проблема логистики стоит особенно остро ввиду суровых условий климата, разработка ЦАГИ имеет шансы стать одним из оптимальных решений для развития транспортной инфраструктуры. «Некоторое время назад мы посетили конференцию в Нарьян-Маре.

Местные специалисты заинтересовались нашими вентиляторными транспортными системами. Согласитесь, если стоит вопрос доставки сравнительно небольшого груза по намеченному маршруту, целесообразно направлять туда беспилотник, который исключает риск для жизни экипажа, экономичен и менее чувствителен к метеоусловиям в силу конструкции», – говорит Виктор Владимирович. Управление «летающими вентиляторами» ведется по радиоканалу. Они способны летать как в автоматическом режиме по заданным координатам, так и под руководством оператора. По словам ученого, силовая установка таких беспилотников может быть любой: от двигателя внутреннего сгорания, газотурбинного двигателя до электропривода и аккумуляторных батарей. «Допускаются и их комбинации. Например, совмещение газотурбинного двигателя и электропривода – решения могут быть самыми разными», – отмечает эксперт. Что касается материалов, то ключевое требование здесь – прочность и малый вес, так как подъем с неподготовленных площадок и приземление чреваты повреждениями конструкции. Поэтому композиты приобретают для создания таких объектов особое значение. «Беспилотники вентиляторного типа – особый класс аппаратов. Он менее изучен и требует большой научной и экспериментальной работы. Для того чтобы сконструировать самолет, существуют специальные руководства, а по таким проектам пока нет достаточно полных рекомендаций.

Но у ЦАГИ есть собственные программные средства, созданные с учетом многолетнего опыта исследований вентиляторов. И наш институт силен тем, что способен комплексно подойти к разработке беспилотников подобного типа. Такими аппаратами занимаются многие предприятия, в том числе в других странах, но всей полнотой методов и экспериментальных возможностей в России обладает, пожалуй, только ЦАГИ», – резюмирует Виктор Митрофович.