Вертолеты научились маневренности у горбатых китов

Обычно взлёт и посадка у вертолётов возложены на основной, несущий винт. Это ведёт к серьёзным аэродинамическим издержкам: воздушный поток от винта срывается с его плоскостей при определённой скорости движения или резком манёвре. Эффект под названием «сваливание» создаёт турбулентность, уменьшает подъёмную силу и делает возможной быструю потерю высоты. Даже при обычном полёте срыв воздушного потока с винта вызывает тряску, характерную для этого вида летающего аппарата.

По словам Кая Рихтера из Института аэродинамики и технических потоков (Гёттинген, Германия), это ограничивает как максимальную скорость вертолёта на большой высоте, где воздух разрежен и быстрее срывается с плоскостей винтов, так и их манёвренность. Сваливание — одна из самых серьёзных проблем в аэродинамике вертолёта, а также одна из самых трудных для решения.

Компьютерное моделирование процессов, происходящих с вращающимся винтом, значительно сложнее, чем с неподвижным, жёстко закреплённым крылом самолёта. При маневрировании винты на концах значительно изгибаются, причём их изгиб зависит от забортной температуры, скорости вращения, ветра и тому подобного. Поэтому меняются и характеристики сваливания. Моделировать в этом случае гораздо труднее.

В поисках решения проблемы гёттингенские исследователи обратились к горбатым китам, известным своими скоростными и акробатическими способностями. В значительной степени этому способствуют большие грудные плавники китов, обладающие характерными выпуклостями по переднему краю. Исследования показали, что эти выпуклости в значительной степени приводят к сравнительно позднему срыву потока с плавника, а также создают подъёмную силу, повышающую плавучесть.

Учёные применили ту же идею на несущем винте вертолёта, запатентовав её как «Генератор вихря на передней кромке» (ГВПК). «Поведение потоков в воде и воздухе сходно, их просто нужно масштабировать», — объясняет участник исследования Хольгер Май. Искусственные выпуклости на винте вертолёта много меньше, чем у китов (6 миллиметров в диаметре) и весят 0,04 грамма.

Продувки в аэродинамической трубе показали работоспособность решения, после чего в Брауншвейге прошли испытательные полёты на экспериментальном Bo-105. К каждой их четырёх лопастей несущего винта опытного вертолёта было приклеено 186 резиновых ГВПК. «Пилоты уже заметили разницу в поведении лопастей, — подчёркивает Кай Рихтер, пояснив, что главной целью стартового испытания была демонстрация безопасности новшества. — Следующий шаг — полёты с измерительным оборудованием».

По мнению исследователей, оснастить существующие вертолёты ГВПК можно без особых затрат. На новых машинах профили ГВПК могут выполняться прямо на титановых лопастях.

Если расчёты учёных оправдаются, значимость новой технологии для боевых вертолётов будет неоценима. Существенное ослабление эффекта сваливания может также подтолкнуть развитие беспилотных вертолётов, управление которыми намного сложнее, чем БПЛА самолётных схем.