Уже с 2019 года американское агентство перспективных разработок DARPA занимается экспериментальной программой CRANE. Ее целью является создание и испытания летательного аппарата самолетного типа с необычным способом управления полетом. До недавнего времени программа находилась на конкурсной стадии, и несколько компаний разрабатывали свои предварительные проекты. Теперь же DARPA выбрало победителя, которому предстоит продолжать работу. В августе 2019 г. агентство DARPA объявило о старте работ по теме CRANE (Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effecters – «Управление при помощи новых устройств для перспективных летательных аппаратов»). Сообщалось, что целью этой программы станут исследования и освоение технологии т.н. активного управления воздушным потоком (Active Flow Control – AFC).
Этот принцип собирались изучить в лаборатории и при помощи экспериментального летательного аппарата. На тот момент агентство планировало пригласить потенциальных разработчиков и провести с их участием «день технических предложений». После этого программа могла переходить на стадию предварительных исследований и конкурсного проектирования. Эту часть работ обозначили как Phase 1.
Желание участвовать в экспериментальной программе выразили несколько крупных разработчиков авиационной техники. Одним из конкурсантов стала компания Aurora Flight Sciences – дочерняя организация Boeing. В 2019-20 гг. она присоединилась к CRANE и начала проводить необходимые исследования.
Исследовательская и конкурсная «фаза-1» программы продолжалась до недавнего времени. В конце прошлого года заказчик в лице DARPA получил результаты работ четырех конкурсантов, изучил их и вынес свое решение. Победителем этого этапа была признана компания Aurora Flight Sciences. Ее проект посчитали наиболее успешным и перспективным с точки зрения выполнения поставленных задач.
Усовершенствованная модель
Планы на будущее
Результаты «фазы 1» были объявлены 17 января. В этот же день агентство DARPA выдало компании-победителю контракт на выполнение последующих работ. Стоимость контракта и сроки его выполнения не сообщаются. При этом заказчик и исполнитель опубликовали пресс-релизы, в которых раскрыли часть своих планов на ближайшее будущее.
На предыдущем этапе специалисты Aurora Flight Science провели теоретические исследования и выработали несколько вариантов облика самолета с AFC. Затем изготовили модели и провели испытания в аэродинамической трубе. В ходе этой работы нашли оптимальный вариант конструкции, подтвердили его потенциал и выявили пути дальнейшего совершенствования.
Теперь проект CRANE от Aurora переходит на следующий этап Phase 2. Его целью является создание технического проекта с отработкой всех ключевых элементов и технологий. Исполнитель должен создать планер самолета характерной конструкции, а также завершить разработку полноценной и работоспособной системы управления AFC со всеми программными и аппаратными средствами.
В рамках следующей «фазы-3» компания-разработчик должна будет построить демонстратор технологий и провести его летные испытания. Aurora уже сообщает, что такой летательный аппарат будет иметь крыло размахом 30 футов (9,1 м) и взлетную массу на уровне 7 тыс. фунтов (ок. 3180 кг). За счет этого удастся более полно определить потенциал новой технологии применительно к полноразмерным самолетам и БПЛА.
Компания Aurora Flight Science и DARPA планируют собрать большой объем данных, который позволит сделать окончательные выводы. Если в ходе трех фаз активное управление потоком оправдает ожидания, то эта технология получит дальнейшее развитие и даже дойдет до использования на летательных аппаратах. Впрочем, появление перспективных самолетов или БПЛА с AFC пока остается делом неопределенного будущего.
Технические решения
Aurora и DARPA ранее показывали продувочные модели для «фазы-1» и компьютерную графику с перспективным летательным аппаратом. Опубликованные материалы в целом позволяют понять, каким может быть будущий демонстратор технологий, а затем и полноценный самолет.
Все варианты моделей для испытаний строились с использованием обтекаемого фюзеляжа с заостренным носом и плоским днищем. Снизу на таком фюзеляже, перед корневой частью крыла, располагался воздухозаборник. Турбореактивный двигатель размещается в хвосте фюзеляжа; сопло выведено за заднюю кромку крыла. По мере проведения исследований и развития проекта, форма фюзеляжа изменялась, но основные решения оставались прежними.
Изделие CRANE от Aurora получило необычное крыло, как по виду, так и по конструкции. Уже на ранних этапах было использовано ромбовидное в плане крыло. Характерной особенностью является его «рамная» конструкция – каждая плоскость имеет переднюю и заднюю кромку, между которыми находится треугольное окно.
По результатам первых исследований такое крыло дополнили прямыми консолями на законцовках треугольных плоскостей. Также решили отказаться от схемы «летающее крыло» и установили на фюзеляж разваленные кили. Как сообщается, проверялись разные варианты дополнительных плоскостей и оперения.
Крыло и оперение показанных моделей не имеют традиционных аэродинамических рулей, и вместо них используется система AFC. На верхней поверхности крыла вдоль лонжеронов помещены четыре набора форсунок, подающих сжатый воздух назад по направлению полета. Работа форсунок обеспечивается воздухозаборником, компрессором и приборами управления.
Система AFC предлагает необычный способ управления полетом и серьезно изменяет аэродинамику летательного аппарата. Так, необычное крыло «с окнами» имеет достаточные для полета характеристики, а подача сжатого воздуха из форсунок позволяет управлять его аэродинамикой. За счет изменения давления воздуха в форсунках предлагается управлять скоростью воздушного потока вблизи крыла – и изменять подъемную силу последнего.
Конструкция крыла с четырьмя наборами форсунок позволяет выполнять все основные маневры. Синхронное изменение подъемной силы обеих плоскостей должно обеспечить набор высоты или снижение. Для кренов и соответствующих маневров изменять параметры плоскостей следует дифференцированно. Средства управления потоком могут ставиться не только на крыле, но и на оперении и давать соответствующие возможности маневрирования.
Преимущества и недостатки
Предполагается, что система AFC имеет преимущества перед традиционными аэродинамическими рулями. Главные из них связаны с отсутствием подвижных элементов, работающих в воздушном потоке. Применение AFC позволяет упростить конструкцию крыла, снизить ее массу, а также повысить надежность. Отказ от подвижных рулей известным образом может упростить обслуживание летательного аппарата.
Управление потоком может представлять большой интерес в контексте стелс-технологий. Дело в том, что подвижные рули и/или стабилизаторы способны отражать зондирующий сигнал на РЛС и демаскировать самолет. Система AFC не изменяет форму летательного аппарата и исключает такие риски. Кроме того, в теории она позволяет создать оптимальную конфигурацию плоскостей, дополнительно снижающую заметность, без потерь в маневренности.
Впрочем, как показывает практика, концепция AFC, при всех ее преимуществах, является достаточно сложной с точки зрения практической реализации. Такая система нуждается в особом крыле, ряде специфических агрегатов и т.д. Кроме того, требуются приборы управления, способные принимать и обрабатывать данные с массы датчиков, получать команды пилота и правильным образом реагировать на все эти факторы.
Компании Aurora только предстоит разработать полноценную работоспособную систему управления для AFC. На данный момент создание таких средств является одной из главных задач программы CRANE. Без ее успешного решения отработка новых технологий не сможет двигаться дальше, и на их внедрение в практике рассчитывать не придется.
Нарисованный аппарат CRANE в полете – хорошо видны ряды форсунок на крыле
В целом предлагаемая концепция представляет интерес с технической точки зрения. Она позволяет решить известные проблемы и даже получить некоторые преимущества. Однако целесообразность широкого внедрения AFC под вопросом. Программа CRANE фактически предлагает заменить «сложный» руль с проводкой «простым» комплексом из различных средств. Далеко не всегда такая замена будет иметь смысл.
Сложные перспективы
Таким образом, агентство DARPA вместе с коммерческими подрядчиками вновь занимается изучением и отработкой перспективных технологий в области авиации. В рамках актуальной программы CRANE планируется довести до практического применения принципиально новый способ управления полетом.
К настоящему времени проект прошел стадию первых исследований и испытания в аэродинамической трубе. Теперь перед компанией Aurora Flight Science стоит задача разработки полноценного летательного аппарата-прототипа и всех его ключевых систем. Удастся ли создать такой самолет или БПЛА и продемонстрировать его характерные качества, станет известно через несколько лет.
Автор: Рябов Кирилл
Источник: https://topwar.ru/
Использованы фотографии: DARPA, Aurora Flight Science
