Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние - Владимир Фетисов

Однако в наши дни кольцепланы получили новое развитие, но уже в виде беспилотных аппаратов. На рис. 1.13 показаны примеры многофункциональных БПЛА, выполненных по схеме кольцеплана. Кольцевое замкнутое крыло имеет свои преимущества (нет срыва потока по краям, допускаются очень большие углы атаки, большая маневренность, большая прочность и меньшая масса крыла, хорошее соотношение массы полезной нагрузки к общей массе аппарата).

а

б

Рис. 1.13. Беспилотные кольцепланы: а – FanTail фирмы ST Aerospace (Сингапур, 2006); б – Air 250 – разработка ООО "Группа Эйр" (Россия, 2010)

Приведенные в качестве примеров на рис. 1.13 БПЛА предназначены, в первую очередь для видеонаблюдения, причем они могут работать в сложных условиях – внутри строений, лесных массивов, горных ущелий и пещер: защищенность вентилятора корпусом-крылом делает эксплуатацию безопасной и устойчивой к контакту с препятствиями. Вертикальный взлет/посадка делают возможным применение БПЛА с ограниченных площадок и транспортных средств. Оба аппарата работают от двигателей внутреннего сгорания (в российском предусмотрен также вариант с электромотором и аккумулятором) и могут развивать горизонтальную скорость порядка 150 км/ч.

В последние годы появляются сообщения о возобновившихся и небезнадежных попытках создать самолет обычного (не вертикального) способа взлета/посадки с замкнутым крылом. Группа энтузиастов в Белоруссии в 2007 г. испытала самолет с таким крылом. Выяснено, что в поперечном сечении он должен иметь не кольцевую форму, а форму эллипса. Прототип оказался в воздухе очень стабильным, маневренным и экономичным, а длина его пробега по ВПП при взлете/посадке заметно короче, чем, например у биплана такого же размера. Можно ожидать, что вскоре появятся и беспилотные самолеты, реализующие описанную концепцию [21].

СВВП с горизонтальным положением фюзеляжа на взлете/ посадке исторически раньше были реализованы в военной пилотируемой авиации. Наиболее известные СВВП этого класса – это серийно производимые штурмовики: советский Як-38 разработки ОКБ им. Яковлева и американский AV-8B Harrier разработки фирмы McDonnell Douglas (рис. 1.14). Силовая установка Як-38 состоит из одного реактивного подъемно-маршевого двигателя и двух подъемных двигателей, а у AV-8B она состоит из одного мощного подъемно-маршевого двигателя. Управление вектором тяги при смене режима полета осуществляется с помощью поворотных реактивных сопел [22]. Главное достоинство таких СВВП очевидно – возможность базирования на ограниченных по площади полосах, в частности, на палубах авианосцев. Кроме того, СВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам, например, вертолётам, СВВП обладают несравненно большими скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом. Недостатками таких самолетов являются сложность управления и энергетическая неэффективность.

а

б

Рис. 1.14. Серийные пилотируемые самолеты с вертикальным взлетом и посадкой: а – советские штурмовики Як-38 на борту тяжёлого авианесущего крейсера "Новороссийск" (Тихоокеанский флот, 1984); б – штурмовик AV-8B Harrier Корпуса морской пехоты США на взлете в аэропорту г. Фритаун (Сьерра-Леоне, 2003)

Беспилотные СВВП с горизонтальным положением фюзеляжа на взлете/посадке стали появляться только в последние 10 лет. Один из примеров – разработка американской компанией American Dynamics военного беспилотного СВВП BattleHog 100х (рис. 1.15).

Летные испытания БПЛА BattleHog 100х прошли в 2006 г. Аппарат мог находиться в воздухе непрерывно до 8 часов. Длина BattleHog 100х составляет 3,8 м, размах крыльев – 5,2 м, высота – 1,5 м, максимальный взлетный вес – 1450 кг, полезная нагрузка – 340 кг, потолок высоты – около 7 тыс. м, максимальная скорость – 500 км/ч, крейсерская – 330 км/ч. Расчет станции управления – от 1 до 3 чел. Дальность передачи данных по каналу прямой видимости – около 250 км. BattleHog 100х оснащен турбовентиляторным двигателем Rolls Royce Т63-А720. Аппарат может действовать как в режиме вертикального взлета и посадки, так и в режиме обычного самолетного взлета и посадки [23]. Разработка BattleHog 100х была ориентирована на использование его в боях в городе или сильнопересеченной местности.

Рис. 1.15. Проект беспилотного СВВП BattleHog 100х фирмы American Dynamics (США, 2006)

Аппарат BattleHog 100х предположительно должен быть оснащен двумя ракетами HellFire, либо пусковыми установками НУРС и артиллерийской системой M134 . Бронирование кевларом призвано защитить подъемный вентилятор от пуль калибра 7,62 мм на дистанции до 50 м, а также от воздействия разрывов гранат в непосредственной близости от аппарата [24].

В ходе испытаний в лесу аппарат продемонстрировал возможность совершать полет ниже уровня верхушек деревьев, что позволяет обеспечить его крайне низкую заметность. Полет с огибанием рельефа местности, между деревьями или зданиями осуществляется с помощью модифицированного радара Raytheon. Управление летательным аппаратом осуществляется путем изменения скорости вращения и угла наклона подъемного вентилятора с высоким крутящим моментом (High Torque Aerial Lift, HTAL). Его применение, во-первых, позволило резко уменьшить габариты роторов, "спрятав" их внутрь фюзеляжа, что одновременно позволило снизить их уязвимость от огня противника. С другой стороны, система HTAL позволила обеспечить BattleHog 100х не только высокую грузоподъемность, но и возможность вертикального взлета и посадки, зависания и полета с предельно малыми скоростями, а также, по заверению разработчиков, уникальную маневренность аппарата без использования аэродинамических управляющих поверхностей – рулей поворота и элеронов (что также снижает уязвимость) или сложных систем управления вектором тяги, используемых в современных военных СВВП.

Другим примером беспилотного СВВП с горизонтальным расположением фюзеляжа является аппарат Excalibur американской фирмы Aurora Flight Sciences (рис. 1.16). Он имеет разворачиваемый подъемно-маршевый газотурбинный двигатель, а для управления положением используются электрические импеллеры, расположенные в крыльях и носовой части. Данный БПЛА также предназначен для применения в качестве штурмовика и рассчитан на подвеску различного ракетного и стрелкового вооружения [25].

И еще один пример БПЛА этого же подкласса – аппарат V-STAR компании Frontline Aerospace (США). Он имеет несколько модификаций, некоторые из которых показаны на рис. 1.17.

V-STAR проектировался как боевая машина универсального применения: для разведки, слежения, целеуказания и поиска; для ударов по наземным объектам с помощью устанавливаемого на борту оружия; для доставки на поле боя и за линию фронта оружия, боеприпасов, продовольствия, медикаментов и т.д.; для эвакуации раненых и др. За свои эксплуатационные характеристики БПЛА V-STAR получил неофициальное название "Humvee of the air" ("воздушный хаммер" – по аналогии с известным американским вездеходом). Основные особенности этого аппарата [26]:

Рис. 1.16. БПЛА Excalibur – разработка американской фирмы Aurora Flight Sciences (США, 2009)

– 2 компактных газотурбинных двигателя Rolls-Royce 250. Передача движения осуществляется как на подъемный вентилятор, расположенный в центре фюзеляжа, так и на маршевый толкающий вентилятор в хвостовой части. При выходе из строя одного двигателя аппарат может продолжить полет и совершить посадку на оставшемся. В штатном режиме оба двигателя работают одновременно лишь на взлёте, когда нужно оторвать аппарат от земли. При горизонтальном полёте маршевый вентилятор приводит во вращение лишь один двигатель, а второй в это время не работает, экономя топливо;

– особая технология энергосбережения делает аппарат эффективным при перевозке грузов и пригодным для длительных полетов на дальние расстояния: V-STAR рассчитан на перевозку грузов до 180 кг при максимальном взлетном весе 1,06 т. Наибольшая скорость 533 км/ч. Дальность полёта 1316 км с полной нагрузкой, при уменьшении массы груза до 15 кг дальность увеличивается до 5570 км. Длительность полета (при нагрузке 50 кг) составляет порядка 20 ч;

а

б

в

г

Рис. 1.17. БПЛА V-STAR компании Frontline Aerospace (США, 2009): а – базовая модель; б – модификация с увеличенной продолжительностью и дальностью полета; в – V-STAR в полете; г – компоновка БПЛА