Гиперзвуковой БПЛА от СЗПУ в гиперзвуковой конфигурации со сложенным крылом, вид слева-снизу. Графика СЗПУ / SCMP
Китайская наука исследует новые направления в области авиационных технологий, которые смогут улучшить ключевые характеристики и расширить рабочие возможности. Например, сообщается о создании гиперзвукового беспилотного летательного аппарата с асимметричным крылом, изменяющим свою стреловидность. Эта конструкция позволит ему достигать высоких показателей в различных режимах полета и на всех скоростях.
На уровне теории
Недавние исследования в области тяжелых БПЛА были проведены специалистами Северо-западного политехнического университета (г. Сиань) под руководством профессора Ма Июаня.
Цель данного безымянного проекта заключалась в улучшении характеристик БПЛА в различных режимах полета, начиная от взлета и посадки и заканчивая крейсерской гиперзвуковой скоростью. Для достижения этой цели в проекте применили нестандартное техническое решение — поворотное крыло с асимметрично изменяемой стреловидностью.
В последние годы китайская наука активно исследует необычные схемы и компоновки летательных аппаратов. Асимметричное или «косое» крыло также привлекло внимание, и существует несколько подобных исследований. Однако до СЗПУ и команды Ма Июаня никто не пробовал использовать такую конструкцию на гиперзвуковом летательном аппарате.
Китайские специалисты проработали ключевые аспекты этого проекта и разработали оптимальную конструкцию БПЛА. Она была тщательно изучена на теоретическом уровне с использованием математических и компьютерных моделей. В результате таких исследований вносились изменения в изначальный проект.
На данный момент СЗПУ завершил все необходимые исследования и оценил перспективы оригинальной конструкции БПЛА. Отчет о проведенной работе был опубликован в июле в научном журнале Advances in Aeronautical Science and Engineering. Уникальный характер проекта вскоре привлек внимание как китайских, так и иностранных медиа.
В публикации содержится информация о конструкции гипотетического БПЛА и его характеристиках. Также показан внешний вид аппарата в разных режимах полета. Перечислены как преимущества, так и ожидаемые сложности.
В целом, на данном этапе речь идет только о теоретической проработке необычной конструкции. Дальнейшее развитие исследовательского проекта, скорее всего, не планируется. Тем не менее, некоторые идеи и разработки этого проекта могут быть использованы при создании реальных образцов авиационной техники. Однако полное копирование предложенных концепций и решений выглядит маловероятным из-за их сложности.
Гиперзвуковой носитель
В проекте от СЗПУ представлен гиперзвуковой БПЛА с уникальным дизайном. Он должен иметь средние размеры и взлетную массу в несколько тонн. Такой аппарат рассматривается как носитель различных грузов, включая легкие и средние беспилотники. Большой аппарат сможет доставлять их в заданную зону сброса, где они будут действовать самостоятельно.
Опытный самолёт с «косым» крылом AD-1 американской разработки, 1980 г. Фото NASA
Для тяжелого БПЛА разработан аэродинамический фюзеляж, нижняя часть которого способна создавать подъемную силу. Поворотное крыло с изменяемой геометрией устанавливается сверху на фюзеляже. Также предусмотрены переднее горизонтальное оперение небольшой площади и полноразмерный стабилизатор в хвостовой части.
Крыло аппарата конструктивно представляет собой прямую плоскость. Его размах не превышает длину фюзеляжа. Крыло устанавливается сверху на планере с помощью шарнира и должно вращаться вокруг вертикальной оси. Положение крыла и стреловидность его половин зависят от текущей скорости полета.
Беспилотник оснащен силовой установкой, состоящей из двух двигателей, обеспечивающих полет в различных режимах. Это могут быть комбинированные двигатели с турбореактивным и прямоточным контуром. Подробности такого рода и необходимые характеристики не раскрываются.
Состав бортового оборудования также неизвестен и, вероятно, не был детально проработан. Исследовательский проект имел другие цели, поэтому вопросы авионики не были приоритетными. Тем не менее, упоминается необходимость автономного управления в некоторых режимах.
Внутри фюзеляжа предполагается создать отсек для полезной нагрузки. Новый БПЛА должен быть способен нести до 2 тонн груза. В первую очередь, он предназначен для транспортировки легких и средних беспилотников, которые смогут выполнять поставленные задачи, проникнув в заданный район и осуществляя сброс нагрузки.
Режимы полёта
По замыслу авторов проекта, гиперзвуковой БПЛА должен взлетать с аэродрома. Для этого крыло устанавливается под нулевым углом стреловидности, достигая аэродинамического качества 9,1, что вполне достаточно для стабильного полета. В такой конфигурации беспилотник может развивать высокие дозвуковые скорости.
При приближении к скорости звука предлагается разворачивать крыло на угол 45°. В этом случае одна его половина получает обычную стреловидность, а другая — обратную. Несмотря на асимметрию, такое крыло обеспечивает аэродинамическое качество до 5,6. В режиме «косого» крыла БПЛА должен достигать высоких сверхзвуковых скоростей. С увеличением скорости растет подъемная сила, создаваемая фюзеляжем, и его вклад в общую эффективность.
На высоких сверхзвуковых скоростях и при достижении гиперзвука БПЛА должен разворачивать крыло вдоль фюзеляжа, отключая его от работы. В этом случае 67% подъемной силы обеспечивается фюзеляжем, а оставшаяся нагрузка ложится на большой стабилизатор.
БПЛА с такими режимами сможет развивать скорость не менее 5 М и подниматься на высоту до 30 км. Дальность полета, боевой радиус и другие важные параметры пока не раскрываются.
БПЛА Switchblade, разрабатывавшийся в десятых годах компанией Northrop Grumman
Желаемые преимущества
Китайские ученые подчеркивают, что предлагаемый БПЛА обладает рядом значительных преимуществ. К ним относятся различные конструктивные особенности, теоретически достижимые летные характеристики и рабочие возможности и т.д.
Асимметричное крыло позволяет упростить конструкцию. По сути, такая плоскость является единым агрегатом, требующим лишь одного шарнира. Крыло с изменяемой стреловидностью традиционной конструкции сложнее, поскольку состоит из двух отдельных плоскостей, каждая из которых требует своего шарнира и привода. Кроме того, единое крыло отличается высокой прочностью и устойчивостью к нагрузкам.
Поворотное крыло имеет несколько положений для различных скоростей. На гиперзвуковой скорости необходимость в нем отпадает, и крыло укладывается на фюзеляж. В этом случае оно и его механизмы не подвергаются повышенным аэродинамическим и тепловым нагрузкам. Крыло традиционной конструкции не позволяет реализовать это.
Тем не менее, речь идет только о частичном упрощении конструкции. Гиперзвуковой полет предъявляет особые требования к летательному аппарату, и они требуют специфических технических решений. Вероятно, китайские специалисты учли это в своем новом проекте, но неясно, как это повлияло на сложность конструкции.
Очевидно, что планер перспективного БПЛА, включая подвижное крыло, должен быть изготовлен из жаропрочных сплавов и композитных материалов. Также предъявляются высокие требования к шарниру и приводам крыла, которые должны выдерживать значительные нагрузки на всех режимах полета. Существуют и другие специфические моменты, связанные с основной задачей проекта.
Современные решения
Следует отметить, что концепция асимметричного крыла с изменяемой стреловидностью появилась достаточно давно. Такую архитектуру летательного аппарата изучали теоретически и на моделях, а также строились и испытывались полноценные опытные самолеты. Тем не менее, ни один из таких проектов не достиг стадии серийного производства.
Первые проекты подобной техники были разработаны в Германии во время Второй мировой войны и не дошли до стадии испытаний. Первый полноценный самолет с «косым» крылом поднялся в воздух только в 1979 году — это было изделие AD-1 от американского агентства NASA. Испытания продолжались несколько лет и обеспечили сбор большого объема данных. Затем создавались новые проекты, но они также остались на стадии проектирования.
Все эксперименты показали, что необычная конструкция крыла позволяет снизить лобовое и волновое сопротивление на разных режимах полета, а также улучшить другие параметры. Были продемонстрированы очевидные преимущества по сравнению с фиксированным крылом и симметричными плоскостями с изменяемой стреловидностью. В то же время возникали трудности с разработкой шарнира, который должен был обеспечивать достаточную прочность и надежность.
Все предыдущие проекты подобной техники были закрыты из-за сложности и отсутствия принципиальных преимуществ перед традиционными самолетами. Однако теперь СЗПУ решил вернуться к старой идее и реализовать ее с использованием современных материалов и решений. Более того, китайские специалисты намерены применить необычную схему в гиперзвуковой технике.
На уровне исследований и моделирования удалось продемонстрировать жизнеспособность нового проекта и его сильные стороны. Будет ли он реализован на практике, пока неизвестно. Возможно, в ближайшем будущем теоретические разработки перейдут в стадию практических мероприятий.
- Рябов Кирилл