К настоящему времени в нашей стране и за рубежом создано великое множество беспилотных авиационных комплексов различного назначения. При строительстве БПЛА используется широкий круг идей и решений, в т.ч. все основные аэродинамические схемы. Определенной популярностью пользуется компоновка «летающее крыло», дающая известные преимущества – и одновременно приводящая к некоторым ограничениям.
В нашей стране тематикой летающего крыла занялись еще несколько десятилетий назад, но особых успехов это направление не имело. В сфере пилотируемой авиации развитие получали другие схемы, в т.ч. конструктивно близкие, такие как бесхвостка или интегральная компоновка.
Однако ситуация резко изменилась с началом активной и массовой разработки беспилотных летательных аппаратов. В этой сфере удалось более полно реализовать – и довести до эксплуатации – все основные плюсы «летающего крыла» в разных классах техники. Рассмотрим наиболее интересные примеры применения подобной схемы в отечественных БПЛА.
Легкий класс
В начале двухтысячных появился первый БПЛА будущего семейства «Элерон» от компании «ЭНИКС». Он представлял собой сверхлегкий аппарат массой 3400 г с крылом размахом менее 1,5 м. При помощи электрической винтомоторной группы он мог развивать скорость более 100 км/ч и летать в течение 70-75 мин. Полезной нагрузкой беспилотника были дневные и ночные камеры.
В дальнейшем появились новые образцы семейства, такие как «Элерон-10». Его крыло увеличилось до 2,2 м в размахе, а масса выросла до 15,5 кг. За счет более крупных и емких аккумуляторов он способен оставаться в воздухе 2,5 ч и работать на удалении не менее 50 км от оператора (с передачей видеосигнала). Все образцы семейства «Элерон» нашли применение в армии и силовых структурах.
Также можно отметить БПЛА линейки ZALA 421 от компании ZALA Aero Group. В это семейство входят бесхвостки, летающие крылья и даже конвертоплан и мультикоптер. Аппараты массой в килограммы способны летать на десятки километров и нести разведывательное оборудование. Некоторые из этих образцов приняты на снабжение и выпускаются серийно. Особняком стоит барражирующий боеприпас ZALA КУБ. Это изделие тоже имеет черты летающего крыла.
В тяжелом весе
По ряду причин, схема «летающее крыло» не нашла применения в отечественных проектах среднего класса, однако пригодилась при создании некоторых тяжелых образцов. По причине размеров и предлагаемых функций такие проекты неизменно привлекали внимание общественности и специалистов.
В 2007 г. РСК «МиГ» представила полноразмерный макет тяжелого ударного БПЛА «Скат». Проект предусматривал строительство машины массой 20 т с размахом крыла 11,5 м и турбореактивным двигателем. Расчетная скорость достигала 850 км/ч, дальность – 4000 км. Беспилотник должен был брать на борт до 6 т вооружений на 4 точках внутренней подвески. Вместе с макетом «Ската» демонстрировались управляемые авиационные средства поражения нескольких типов, совместимые с ним.
В дальнейшем судьба проекта оставалась туманной. О нем вспоминали раз в несколько лет, но без упоминаний о каком-либо прогрессе. При этом, как утверждалось, работы останавливались и продолжались. Последние новости такого рода фигурировали год назад – и с тех пор новые сообщения не поступали.
В июне 2018 г. из сборочного цеха вывели опытный тяжелый БПЛА С-70 «Охотник» разработки фирмы «Сухой». Размах крыла этой машины оценивается в 18-20 м, взлетная масса – не менее 20 т. Используется один ТРД. Полезная нагрузка – несколько тонн во внутренних отсеках. По разным данным, БПЛА выполнен до- или трансзвуковым. Используется развитая система автоматического управления, способная взаимодействовать с оператором или другими летательными аппаратами.
Первый полет «Охотника» состоялся 3 августа 2019 г., и летные испытания продолжаются до сих пор. С-70 работает самостоятельно и в связке с истребителем Су-57. Когда завершатся опытно-конструкторские работы и начнется серийное производство, неизвестно.
Преимущества в контексте
Преимущества схемы «летающее крыло» перед другими аэродинамическими компоновками хорошо известны. Рассмотрим, почему именно она оказалась полезной при создании некоторых отечественных (и не только) беспилотных летательных аппаратов.
Главный плюс схемы состоит в возможности превратить всю или почти всю поверхность планера в несущую – с соответствующим ростом летных характеристик и/или грузоподъемности. Эта особенность схемы позволяет сравнительно легким БПЛА с малым запасом топлива или аккумуляторами ограниченной емкости оставаться в воздухе дольше, чем традиционным конструкциям аналогичных размеров и веса.
Летающее крыло дает преимущества с точки зрения доступных компоновочных пространств. Необходимые узлы и агрегаты можно размещать не только в фюзеляже, как в нормальной схеме, но и в плавно сопряженном с ним центроплане или в крыле увеличенной толщины. Такие возможности лучше всего демонстрируют тяжелые «Скат» и «Охотник». Внутри их планеров удалось разместить достаточно крупные ТРД, грузоотсеки и баки с большим количеством топлива. Легкие БПЛА строятся схожим образом, хотя и с понятными отличиями.
Немаловажной особенностью летающего крыла является потенциал с точки зрения малозаметности. Плавные обводы нужной конфигурации в сочетании с правильным выбором материала позволяют резко снизить эффективную площадь рассеяния. По разным оценкам, в проектах «Охотник» и «Скат» использовались такие методики. То же касается и ряда зарубежных разработок.
Борьба с недостатками
При всех своих плюсах, летающее крыло не лишено минусов, с которыми приходится бороться. Нередко подобные проблемы оказываются слишком серьезными и приводят к отказу от такой схемы в пользу иных компоновок.
Одна из самых больших сложностей при создании летающих крыльев, в т.ч. БПЛА, связана с компоновкой необходимых агрегатов внутри объемов специфической конфигурации. Наиболее крупные узлы можно разместить только внутри выступа-фюзеляжа или центроплана, объем которых не бесконечен. Расширение доступных отсеков требует переработки аэродинамики, что не всегда возможно или целесообразно.
К счастью, подобные вопросы успешно решаются уже на ранних стадиях проектирования. Кроме того, в сфере БПЛА имеются некоторые особенности, облегчающие компоновку агрегатов. Так, беспилотник не нуждается в кабине и сопутствующих системах, а управление осуществляется электроникой, не требующей много места.
Серьезной проблемой являются особенности поведения летающего крыла в воздухе. Не имея вертикального оперения, такой летательный аппарат не может показывать приемлемую путевую устойчивость. Также возникает проблема с обеспечением управления. Традиционные элевоны на задней кромке крыла хорошо справляются с управлением по крену, но могут показывать недостаточную эффективность в управлении по тангажу – из-за недостаточного выноса от центра масс. Без вертикального оперения возникает проблема обеспечения управления по рысканью.
Устойчивость по курсу может обеспечиваться при помощи загнутых законцовок, как на некоторых «Элеронах» и части БПЛА марки ZALA. Курсовое управление может осуществляться за счет расщепляющихся элевонов, подобно «Скату». Радикальным решением может быть отказ от схемы «летающее крыло» в пользу бесхвостки с килем и полноценным рулем направления.
Решению всех проблем с устойчивостью и управляемостью способствует активное развитие автопилотов и электроники в целом. Современные БПЛА всех основных классов используют быстродействующую автоматику и развитые алгоритмы, способные поддерживать полет с заданными параметрами и реагировать на нежелательные явления.
Один из вариантов
В целом схема «летающее крыло» при современном уровне развития технологий является полезной и может находить применение в тех или иных проектах. Ее характерные особенности можно использовать при решении определенных задач, получая серьезные выгоды и преимущества перед другими схемами. Однако из-за наличия ограничений и недостатков летающее крыло не становится универсальным и однозначно положительным решением – и потому не может вытеснить другие схемы.
По-прежнему создаются и внедряются БПЛА прочих схем. Так, наряду с летающим крылом «Элерон» активно используются «Орланы» нормальной компоновки. Одновременно с ударным «Охотником» испытывается «Альтиус» с полноценным фюзеляжем и узким прямым крылом. Более того, в отдельных классах беспилотников летающее крыло пока не находит применения, например в области средневысотных аппаратов большой дальности (MALE).
Таким образом, создателям новой авиационной техники необходимо помнить о существовании разных аэродинамических схем и понимать их характерные особенности, что позволит выбирать оптимальные решения для конкретных проектов. При таком подходе новые образцы беспилотной или иной техники будут иметь оптимальный облик и характеристики – вне зависимости от наличия или отсутствия выраженного фюзеляжа и оперения.
12 лет жизни в пузыре