El corazón del avión: motor de avión y soluciones técnicas capaces de llevar el prometedor avión ruso VTOL a un nuevo nivel.
El artículo Despegue vertical: una dirección sin salida o el futuro de la aviación de combate Se consideraron las deficiencias reales y percibidas atribuidas a las aeronaves de despegue y aterrizaje vertical (VTOL).
Cabe señalar que con el advenimiento de las nuevas generaciones de aviones VTOL, sus características se están acercando a los aviones de combate "clásicos" de características de peso y tamaño comparables. Si el Yak-38 fue significativamente inferior al MiG-21bis y al MiG-23ML en vuelo y características técnicas (LTH), entonces la diferencia entre el LTH del Yak-141 y el MiG-29 ya no es tan significativa, mientras que en algunos parámetros, el Yak-141 incluso ganó. Si hablamos de la línea estadounidense de F-35, que contiene el F-35A "clásico", el VTOL F-35B y la versión de portaaviones del F-35C, entonces sus características ya son bastante comparables.
Cuando hablan de la pequeña distribución de aviones VTOL, olvidan que esta tecnología en sí es mucho más complicada, no todos los países pueden manejarla. Por ejemplo, los tiltroplanos todavía están muy poco extendidos, ni siquiera están en nuestro país, a pesar de la bastante desarrollada aviación industria, mientras que pocos dudan de la eficacia y las perspectivas de los convertiplanos. Con los aviones VTOL, la situación es similar: es bastante difícil construirlos sin una base técnica. De hecho, solo Estados Unidos ha podido hacer esto en el siglo XXI.
En general, los países de Europa están perdiendo gradualmente su competencia en la construcción de aviones de combate, su desarrollo es extremadamente lento y costoso en finanzas. Si hablamos, por ejemplo, de Suecia, entonces en su "Grippen" hay un motor turborreactor (TRD) basado en el motor estadounidense General Electric F404 del F / A-18 Hornet, es decir, los propios suecos no pueden crear un motor incluso para un avión clásico, lo que realmente aquí para hablar de aviones VTOL. Gran Bretaña perdió la competencia para crear un avión VTOL, abandonando el desarrollo del VTOL "Harrier" de próxima generación y cambiando al F-35B estadounidense. Francia estaba experimentando en esta dirección.
Lo mismo ocurre con la República Popular China, se están desarrollando y produciendo muchas cosas, pero no funcionará con los motores de los aviones; hay un retraso importante en términos de recursos de propulsión y turborreactores. Pero crear un motor para aviones VTOL es aún más difícil. Se puede suponer que tan pronto como la industria de construcción de motores de China resuelva sus problemas, se involucrarán de cerca en el tema de los aviones VTOL.
Según información de los medios chinos y estadounidenses, el trabajo en el avión J-18 VTOL ("Jian-18", según la clasificación de la OTAN "Red Eagle") se ha intensificado en la República Popular China. El planeador VTOL debe fabricarse utilizando tecnologías para reducir la firma, el alcance será de aproximadamente 2 kilómetros y se instalará una estación de radar (radar) con un conjunto de antenas en fase activa (AFAR) en el J-000.
China ha estado tratando de desarrollar un avión VTOL desde los años 60 del siglo XX, para lo cual incluso se compró un Harrier desmantelado a un coleccionista en Gran Bretaña. En 1994, el VTOL Yak-141 ruso se compró supuestamente con los mismos fines. Se supone que el avión chino VTOL puede aparecer en 2025.
En términos de la creación de aviones VTOL y motores turborreactores para ellos, Rusia recibió tal retraso de la URSS, que otros países solo podrían envidiar. A pesar de que ha pasado mucho tiempo, esta reserva puede y debe utilizarse.
La URSS era uno de los dos países capaces de crear muestras en serie de aviones VTOL, y fue en la URSS donde se creó el Yak-141, una máquina que se adelantó décadas a su tiempo.
El corazón del avión, del que dependen la mayoría de sus características de vuelo, es el turborreactor. No es difícil rastrear la cadena lógica: a medida que aumentaba la potencia específica y máxima del motor turborreactor, los parámetros del avión VTOL se acercaban cada vez más a los parámetros del avión "clásico".
Y para crear un avión VTOL ruso, en primer lugar, deberá crear un motor adecuado para él.
Motor para aviones VTOL
Hay dos maneras.
El primero es crear un motor de avión para un prometedor avión VTOL basado en el prometedor motor turborreactor 30, el motor de segunda etapa del Su-57, en el que se está trabajando con largas demoras. Es difícil decir qué tan realista es esto, ya que las características del motor turborreactor Product 30 están clasificadas, no hay información sobre si este motor puede equiparse con una boquilla giratoria, que es significativamente diferente de una boquilla convencional con un empuje controlado. vector (SVT).
Equipar aviones VTOL con motores de elevación no es una opción; esta es la tecnología del siglo pasado, es decir, es necesario proporcionar una toma de fuerza al ventilador del Producto 30. Y se desconoce si esto es posible en principio con este turborreactor.
El uso de un turborreactor para el despegue y aterrizaje vertical crea problemas durante la operación de los aviones VTOL debido a la destrucción de pistas (pistas) por una corriente de chorro caliente
Sin embargo, existe otra posibilidad: en un momento, el motor del avión Yak-141 mostró características sobresalientes y, sobre esta base, continúa el desarrollo de motores turborreactores prometedores, que se describió en el artículo. Legado soviético: motor turborreactor de quinta generación basado en el Producto 79.
Potencialmente, el corazón del prometedor avión ruso VTOL puede ser el motor turborreactor R579-300 desarrollado por Soyuz AMNTK.
TRD R579-300 desarrollado por AMNTK "Soyuz"
TRD R579-300
¿Por qué motor turborreactor R579-300?
Según el fabricante, este motor de avión se puede atribuir con confianza a la quinta generación de motores de avión, y el alto rendimiento se logra mediante el uso de soluciones de diseño efectivas, y no mediante el uso de operaciones y materiales tecnológicos complejos, cuyo desarrollo por nuestra industria puede causar retrasos en el desarrollo y la producción en serie de motores turborreactores prometedores.
El sitio web del desarrollador contiene una tabla con las características del motor turborreactor R579-300 en varias versiones, incluidas las opciones para aviones VTOL con un empuje de postcombustión máximo de hasta 21-23 mil kgf.
Opciones para la implementación del motor turborreactor R579-300 para varios aviones.
El turborreactor R579-300 tiene dos características que lo convierten en una solución extremadamente prometedora para un avión ruso VTOL prometedor.
El primero es la capacidad de conectar una carga de más de 40 MW en el eje del turborreactor.
El segundo es una relación de derivación adaptativa y una relación de compresión ajustable.
La capacidad de conectar la carga en el eje del motor turborreactor le permite colocar un ventilador de elevación en él, similar a cómo se implementa en el F-35B. El ventilador de elevación no solo elimina la necesidad de motores de elevación auxiliares pesados y que consumen mucho combustible, sino que también reduce la carga térmica en la pista.
Además, con una alta probabilidad, la base para la estabilidad de combate de los aviones de combate en el siglo XXI serán los prometedores sistemas de autodefensa aerotransportados, que incluyen sistemas láser para la autodefensa aérea y medios de guerra electrónica (EW). El aumento de la potencia del radar AFAR también requiere una potente fuente de electricidad a bordo. Este puede ser un generador eléctrico en el eje del motor turborreactor.
Un prototipo de motor de avión síncrono superconductor con una capacidad de 1 megavatio, con una densidad de potencia de 20 kilovatios por kilogramo, desarrollado en Alemania - dada la reversibilidad de las máquinas eléctricas síncronas, sobre la base de esta tecnología, generadores eléctricos compactos de dimensiones mínimas y se puede crear una alta eficiencia. Foto: Demaco.nl
Una relación de derivación ajustable ofrecerá no menos, si no grandes oportunidades, que le permite crear una corriente de chorro fría debido a una gran relación de derivación máxima y, en consecuencia, grandes volúmenes de aire pasados. En este caso, la velocidad del chorro "frío" será proporcional a la velocidad del chorro "caliente".
Según los desarrolladores de AMNTK Soyuz, en un prometedor avión ruso VTOL basado en el motor turborreactor R579-300, el despegue vertical se puede realizar sin girar la boquilla principal, utilizando un ventilador de elevación y purgando el aire del circuito externo, que será expulsado a través de pequeñas toberas descendentes en el fuselaje central / trasero y las puntas de las alas (estas últimas deben usarse para estabilizar aviones VTOL). En este caso, la temperatura de la corriente en chorro dirigida hacia abajo será de unos 150-200 grados Celsius, lo que resolverá por completo el problema de la destrucción de los materiales de la pista durante el despegue vertical (o despegue con un despegue corto) de las prometedoras aeronaves VTOL.
Potencialmente, se puede considerar una opción cuando ni siquiera se usará un ventilador de elevación, y el despegue y el aterrizaje verticales se realizarán solo debido a la extracción de aire del circuito "frío" a las boquillas ubicadas en varios puntos del VTOL. fuselaje.
Pero es precisamente la alta temperatura de la corriente en chorro lo que complica significativamente la operación de los aviones VTOL tanto en barcos como en tierra.
El avión VTOL creado anteriormente destruyó severamente la pista, existe un problema con el moderno avión VTOL F-35B: una llama al rojo vivo de la boquilla giratoria del motor turborreactor es claramente visible en la imagen de la foto
Además de brindar la posibilidad de despegue y aterrizaje verticales "en frío", así como proporcionar energía a prometedores sistemas de autodefensa láser, equipos de guerra electrónica y sistemas de radar con AFAR, un ventilador de elevación y una relación de derivación adaptativa lo harán Es posible realizar varias ventajas más en un avión VTOL prometedor.
Beneficios adicionales
Un gran volumen de aire frío recibido del segundo circuito del turborreactor puede usarse no solo en la etapa de despegue y aterrizaje vertical. Una de las formas prometedoras y efectivas de mejorar la aerodinámica y la capacidad de control de una aeronave en todo el rango de altitudes y velocidades de vuelo es el control de la capa límite.
Principio de control de la capa límite
El control de la capa límite consiste en asegurar un flujo ininterrumpido alrededor del ala en una amplia gama de ángulos de ataque aumentando la energía de la capa límite. El impacto en la capa límite es necesario para debilitar o prevenir el estancamiento del flujo en la superficie aerodinámica. En la URSS, los cazas MiG-21 utilizaron el soplo de la capa límite para aumentar la sustentación del ala durante el despegue y el aterrizaje; se suministró aire a alta presión a través de una ranura en el borde de ataque de los flaps.
El MiG-21PF / PFS / SPS (soplado de la capa límite) fue desarrollado para operar desde aeródromos sin pavimentar. Para ello, el caza se equipó con motores R-11-F2S-300 con purga de aire de un compresor y un sistema para soplar la capa límite de los flaps, lo que permitió reducir la duración de la carrera a un promedio de 480 m, y la velocidad de aterrizaje a 240 km / h!
En el prometedor avión VTOL con motor turborreactor R579-300, el control de la capa límite no solo mejorará la eficiencia de los controles, sino que también, por ejemplo, compensará las desventajas de la eficiencia aerodinámica del fuselaje, que pueden surgir como un resultado de su optimización para reducir la firma del radar.
La capacidad del turborreactor para crear un potente flujo de aire frío se puede utilizar para implementar el control dinámico de gas de los aviones VTOL, lo que, a su vez, puede conducir a una disminución en el tamaño de los controles aerodinámicos o incluso al abandono de algunos de ellos y , como consecuencia, a una disminución en la firma de radar de un avión de combate.
Incluso en el avión VTOL "Harrier" se utilizó el control dinámico de gas, sin embargo, la potencia del turborreactor de esa época no permitía hacerlo realmente efectivo.
Y, finalmente, se puede usar aire frío para enfriar la boquilla del motor turborreactor y otros elementos estructurales, lo que reducirá el rango de detección de un avión VTOL prometedor por sensores infrarrojos y reducirá la probabilidad de que sea alcanzado por misiles con cabezales de retorno infrarrojos (IR buscador).
En principio, todo esto se puede implementar en aviones con despegue y aterrizaje horizontales en el caso de que se instale un motor con una gran relación de derivación, pero el avión VTOL tiene otra ventaja, que a menudo se considera solo como una desventaja: su ventilador de elevación.
Ventilador de elevación
Por sí solo, el uso de un ventilador de elevación es más eficiente que el uso de motores a reacción separados, al menos debido al menor consumo de combustible y al flujo de aire frío creado por el ventilador de elevación, que no destruye la pista de la misma manera que lo hace el chorro incandescente de un motor a reacción dirigido hacia abajo.
Además, la implementación del ventilador de elevación requerirá el desarrollo de la tecnología de tomar alta potencia del eje del motor turborreactor. Un efecto secundario de esta tecnología será la posibilidad de colocar en el eje del turborreactor, además del propio ventilador de elevación, también un generador de energía eléctrica, que es vital para proporcionar energía a los sistemas de autodefensa láser a bordo, equipos de guerra electrónica. y radar con AFAR, como se mencionó anteriormente.
La presencia de poderosas fuentes de suministro de electricidad y aire a bordo de la aeronave VTOL abandonará por completo los accionamientos hidráulicos poco fiables y peligrosos para el fuego en favor de los accionamientos eléctricos y neumáticos.
Junto con el combustible, el aire es el componente más importante que permite al turborreactor realizar todas sus características. Hay situaciones en las que la cantidad de aire suministrada al turborreactor instalado a bordo de la aeronave resulta insuficiente. Este problema puede surgir cuando la aeronave se opera en aeródromos de gran altitud, en altitudes de vuelo elevadas o durante maniobras intensivas.
En esta situación, una aeronave VTOL prometedora puede usar un ventilador de elevación para bombear volúmenes de aire adicionales al motor, con las aletas superiores abiertas y las inferiores cerradas. En este caso, el flujo de aire a través de canales especiales ingresará al motor turborreactor, lo que le permitirá operar a la máxima potencia.
Ventilador de elevación VTOL F-35B
Por ejemplo, en algún lugar de un aeródromo de gran altitud para despegar un avión de combate "clásico" con una carga de combate completa, se requerirá una pista con una longitud de un kilómetro y medio, mientras que un avión VTOL, debido a la provisión de un turborreactor con volúmenes de aire adicionales, realizará un despegue "horizontal" desde una pista con una longitud de 300-500 metros.
Hallazgos
El crecimiento de la potencia específica y máxima de postcombustión y no postcombustión del turborreactor elimina en gran medida las diferencias entre el avión "clásico" y el avión VTOL.
Se puede suponer que las características de los aviones de combate "clásicos" prometedores y los aviones VTOL diferirán en un 10-15%. Por ejemplo, un avión VTOL tendrá 1-2 toneladas menos de carga de combate, lo cual es tolerable si un avión "clásico" tiene 8 toneladas, y un avión VTOL de 6-7 toneladas, de todos modos, el avión simplemente no tiene suficiente. puntos de suspensión, especialmente los del interior del fuselaje, para que cuelguen armas en tal masa. O el alcance del ferry de un avión "clásico" será de 200 a 300 kilómetros más largo que el de un avión VTOL, lo cual no es crítico cuando es de unos tres a cuatro mil kilómetros.
Al mismo tiempo, los aviones VTOL tendrán ventajas que no se pueden realizar en aviones de combate "clásicos".
En términos de desarrollo revolucionario de los activos de reconocimiento espacial и armas de precisión de largo alcance, incluyendo hipersónico, para garantizar la supervivencia de los aviones de combate en caso de un ataque enemigo repentino, solo puede proporcionar la posibilidad de dispersar los aviones de combate sobre pequeños aeródromos camuflados.
La combinación de aviones VTOL y servicios desarrollados para el despliegue operativo de aeródromos móviles permitirá crear una flota de aviones de combate más resistente a los ataques profundos del enemigo.
Y, por supuesto, los aviones VTOL encontrarán su nicho en la armada rusa. la flota (Marina)
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