В 2030-е гг. практически все вертолеты, состоящие в настоящее время на вооружении авиации армии США, намечено заменить перспективными винтокрылыми летательными аппаратами. Официально работы по программе, получившей обозначение FVL (FutureVerticalLift), начались в 2009 г.
Долгое время статус наибольшего приоритета имел ЛА FLRAA (Future Long-Range Assault Aircraft), предназначенный для замены транспортных вертолетов Сикорский UH-60 «Блэк Хок». Техническое задание на данную машину оговаривало следующие требования: максимальная скорость полета – не менее 430 км/ч, дальность полета – не менее 850 км, боевой радиус – не менее 424 км, вместимость 12 бойцов с полной выкладкой. Перегоночная дальность полета вертолета UH-60 составляет 2220 км, боевой радиус – 590 км, вместимость – 11 бойцов, максимальная скорость – 294 км/ч. Не сложно заметить, что ЛА FLRAA превосходит вертолет UH-60 лишь по скорости полета. Впрочем, прирост скорости в 130 км/ч означает революцию в вертолетостроении. Стоит вспомнить тот факт, что абсолютный мировой рекорд скорости полета для классического вертолета (401 км/ч) был установлен в 1986 г. на вертолете «Линкс». Англичане тогда побили рекорд, установленный в 1978 г. на вертолете Ми-24 (368 км/ч). Рекордный Ми-24 не сильно отличался от серийной машины. Рекордный же «Линкс» был оснащен силовой установкой на 40% мощнее штатной, и несущим винтом с новыми лопастями BERPIII (British Experimental Rotor Programme), снабженными стреловидными законцовками.
На скоростях порядка 330-350 км/ч местная скорость потока на законцовках наступающих лопастей достигает скорости звука. Сверхзвуковая аэродинамика существенно отличается от дозвуковой. Использование стреловидных законцовок вызвано желанием совместить в одной лопасти до- и сверхзвуковую аэродинамику. Скорость в 400 км/ч можно считать рубежом, превзойти который вертолет классической схемы вряд ли способен. Таким образом, оговоренная в ТЗ на ЛА FLRAA максимальная скорость в 430 км/ч означала необходимость радикального изменения конструктивно-компоновочной схемы.
В 60—70-е гг. ХХ века фирмы «Сикорский» и «Пясецкий» экспериментировали с вертолетами, оборудованными дополнительными толкающими винтами. Толкающий винт, как правило, дополнялся крылом умеренного размаха. Аналогичную компоновочную схему имел и боевой винтокрыл Локхид АН-56 «Шайен». Максимальная скорость этих вертолетов-«винтокрылов» находилась примерно на уровне 400 км/ч. Впрочем, ни один их экспериментальных винтокрылых ЛА разработки 60-70-е гг. в серию запущен не был из-за сложности конструкции и наличия ряда врожденных дефектов, преодолеть которые в то время не представлялось возможным.
Другим направлением повышения скорости полета винтокрылых ЛА стало сочетание в одной машине особенностей, присущих вертолету и самолету: взлет и посадка выполнялись вертикально, как у вертолета, а полет – в самолетном режиме.
В США несколько фирм вело работы по вертолетам с дополнительными пропульсивными силовыми установками, крылом и жестким несущим винтом с широкими лопастями. В поступательном полет несущий винт жестко фиксировался, а лопасти выполняли функции плоскостей крыла. Дальше всего в данном направлении продвинулась фирма «Сикорский», изготовившая в 1986 г. прототип экспериментального винтокрылого ЛА RSRA(Rotor Systems Research Aircraft). Ни одного полета S-72-XIв варианте с Х-образным крылом-винтом не выполнил; программу окончательно закрыли в 1988 г. Тем не менее, определенный интерес к таким ЛА сохраняется. NASA ведет исследования по ЛА с жестким четырехлопастным винтом-крылом, рассчитанным на максимальную скорость полета М=0,85. Так, фирмой «Боинг» разработан БПЛА Х-50А «Дрэгонфлай» с жестким двухлопастным винтом-крылом выполнивший первый полет в ноябре 2003 г. В марте 2004 г. «Дрэгонфлай» разбился в испытательном полете, после чего работы по программе пришлось свернуть. Ни одного полета с переходом от вертолетного к самолетному режиму БПЛА Х-50А не выполнил.
Более перспективными оказались конвертопланы – ЛА с поворотными винтами. В режиме взлета и посадки винты конвертопланов создают тягу в вертикальной плоскости, как у вертолета. Полет осуществляется в самолетном режиме, с развернутыми на 90 градусов винтами. Максимальная скорость конвертоплана примерно равна максимальной скорости транспортного турбовинтового самолета – 500 - 600 км/ч. В США эксперименты с конвертопланами велись с середины 50-х гг. В нулевые гг. в серийное производство был запущен конвертоплан Белл-Боинг V-22 «Оспри», разработанный по заказу морской пехоты. Конвертопланы V-22, помимо КМП США, закупили ВВС и Силы специальных операций США, в то время как армейская авиация от принятия на вооружение этих машин воздержалась.
На конкурс ЛА FLRAA были представлены проекты или вертолетов комбинированной схемы с дополнительными пропульсивными силовыми установками, или конвертопланов. Такую конструктивно-компоновочную схему диктовало требование высокой максимальной скорости полета.
Реализация программы FVL связана с преодолением огромного количества проблем технического плана, поэтому практическая отработка новых конструктивно-компоновочных решений перспективных ЛА велась в рамках подпрограммы JMR (Joint Multy-Role). В летных испытаниях задействовали два технологических демонстратора JMR-TD: конвертоплан Белл V-280 «Вэлор» и скоростной вертолет соосной схемы с жесткими несущими и дополнительным толкающим винтами Боинг-Сикорский SB-1 «Дифайэнт». По своим летно-тактическим характеристикам эти ЛА примерно соответствуют ЛА FLRAA. Конкуренция фирм «Белл» и «Сикорский» оборачивается конкуренцией двух концепций – конвертоплана и вертолета с дополнительной пропульсивной силовой установкой.
Конвертоплан V-280 выполнил первый полет в декабре 2017 г. По своим массогабаритным параметрам он уступает V-22, однако оба ЛА весьма близки по компоновке и по особенностям конструкции. К примеру, кессон крыла конвертоплана V-280 по размерам аналогичен кессону крыла V-22, хотя масса кессона примерно на 30% меньше. Силовая установка конвертоплана V-280 состоит из двух ТВД Дженерал Электрик T64-GE-419 мощностью по 4750 л.с. (у V-22 – два по 6150 л.с.), вместимость 14 человек.
При разработке вертолета SB-1 учитывался опыт, полученный фирмой «Сикорский» в ходе НИОКР и испытаний экспериментального гибридного вертолета соосной схемы Х2. В 2010 г. на вертолете Х-2 был установлен неофициальный мировой рекорд скорости полета – 463 км/ч.
Х-2, в свою очередь, является дальнейшим развитием экспериментального двухместного вертолета соосной схемы с дополнительной пропульсивной силовой установкой S-69 (ХН-59А), выполнившего первый полет в 1973 г. В горизонтальном полете он достиг скорости 440 км/ч. Силовая установка вертолета S-69 включала четыре двигателя: два ТВД для привода соосного несущего винта и два ТРД для создания дополнительной пропульсивной тяги. Вертолет отличался чрезмерно сложной для своего времени конструкцией, обладал высокими уровнями шумности и вибраций, поэтому идеи, заложенные в его конструкции, развития в то время не получили. Вертолет Х2 – одноместный, однодвигательный, оснащен цифровой системой управления и системой активного подавления вибраций, лопасти соосного несущего винта изготовлены из КМ.
Вертолет SB-1 впервые поднялся в воздух в марте 2019 г. Силовая установка включает два ТВД Ханиуэлл Т55 мощностью по 4000 л.с., вертолет способен зависать при одном работающем двигателе. Согласно отзывам летчиков-испытателей, на больших скоростях пилотирование вертолета SB-1 больше напоминает пилотирование самолета. На малых скоростях толкающий винт, работающий в режиме реверса, возможно использовать для торможения; предусмотрена возможность отключения толкающего винта для снижения шумности.
В горизонтальном полете SB-1 достиг скорости 390 км/ч, в пологом пикировании – 430 км/ч. Продувки модели вертолета SB-1 в аэродинамических трубах НАСА показали возможность достижения скорости 460 км/ч.
В марте 2019 г. конвертоплан V-280 достиг скорости горизонтального полета 555 км/ч. К декабрю 2020 г. он налетал уже 200 ч, в то время как налет вертолета SB-1 на конец января 2021 г. не превысил 26 ч.
Официальный запрос предложений по ЛА FLRAAбыл разослан авиацией армии США фирмам «Белл», «Боинг» и «Сикорский» в декабре 2020 г. Завершение проектирования и заключение контрактов на постройку прототипов ЛА FLRAA запланировано на 2022 г., подведение итогов сравнительных летных испытаний – на 2024 г. Состояния первоначальной боеготовности ЛА FLRAA должен достигнуть в 2030 г.
Вертолет «Дифайэнт Х» является развитием демонстрационного SB-1 «Дифайэнт». Фирмы «Сикорский» и «Боинг» распространили синтезированные компьютером графические и видео изображения вертолета «Дифайэнт Х». Аэродинамика вертолета «Дифайэнт Х» в сравнении с вертолетом SB-1 улучшена. На нем планируется использовать убираемое трехопорное шасси с носовой стойкой (на вертолете SB-1 установлено шасси с хвостовой опорой). Выхлопная система двигателей для снижения ИК заметности будет выполнена аналогично системе вертолета Боинг-Сикорский RAH-66 «Команч» с выводом горячих газов через хвостовую балку. БРЭО вертолета «Дифайэнт Х» выполняется по принципу открытой архитектуры, система управления полетом – электродистанционная, с возможностью беспилотного управления. Тип двигателя для вертолета «Дифайэнт Х» еще не выбран.
Программой FVLтакже предусматривалась разработка легкого маневренного винтокрылого ЛА CS1, предназначенного для замены легких разведывательно-ударных вертолетов Белл ОН-58D. Истоки саги о замене вертолетов ОН-58D уходят в 90-е гг. ХХ века. Армия США провела минимум три конкурса, целью которых являлось принятие на вооружение преемника «Кайовы Уорриор». Но ни один из конкурсов до логического завершения доведен не был. Вертолеты ОН-58D сняли с вооружения авиации армии США в 2015 – 2016 гг. Задачи, выполняемые этими вертолетами, возложили на боевые вертолеты АН-64Е «Апач Гуардиэн» и БПЛА. Работы по программе CS1 велись, но приоритетными, в отличие от темы FLRAA, не являлись.
В 2017 г. высокопоставленный представитель армии США впервые заявил о возможном смещении приоритета программы FVL от среднего к ЛА (CS3) к легкому (CS1), а в марте 2018 г. было официально объявлено о проведении конкурса на легкий ударно-разведывательный винтокрылый ЛА FARAСР (FutureAttackReconnaissanceAircraftCompetitivePrototype) с весьма жесткими соками реализации: отбор двух лучших аванпроектов – 2020 г. первые полеты двух разных прототипов – 2022 - 2023 г., выбор победителя конкурса – 2023 г, начало поступления на вооружение – 2028 г.
По запланированным срокам программа ЛА FARA опережает программу ЛА FLRAA на год – два. Если планы армии США не изменятся (пересмотр приоритетов в армейской авиации США уже превратился в добрую старую традицию, следовать которой, кажется, просто необходимо), то временной разрыв между сроками принятия на вооружения ЛА FARA и ЛА FLRAA увеличится еще больше. Изначально требование к максимальной скорости ЛА CS1 и, соответственно, ЛА FARA оговаривалось требованиями к максимальной скорости ЛА FVL– не менее 430 км/ч. В 2020 г. требования в части максимальной скорости скорректировали – не менее 380 км/ч (крейсерская скорость 333 км/ч), что означало теоретическую возможность участия в конкурсе вертолета классической схемы без дополнительной пропульсивной установки. Текущая итерация требований к ЛА FARA практически дублирует ТЗ на разведывательно-ударный вертолет LHX, которую закрыли в 2004 г., хотя два прототипа вертолета Боинг-Сикорский RAH-66 были построены и успешно проходили летные испытания.
Осенью 2020 г. армия США признала лучшими предложения фирм «Белл» и «Сикорский». Обе фирмы сделали ставку на вертолеты, но и здесь наблюдается реверанс в сторону повышения скоростных характеристик.
Фирма «Белл» представила на конкурс проект вертолета Модель 360 «Инвиктус», внешне сильно похожий на вертолет RAH-66, хотя конструктивно проект гораздо ближе к гражданскому вертолету Белл 525. Вертолет модель 360, равно как вертолет RAH-66, отличается наличием крыла, внутренних отсеков вооружения, убираемым шасси и хвостовым винтом-вентилятором в кольцевом канале; экипаж из двух человек размещен в кабине тандемом. Четырехлопастный несущий винт вертолета Модель 360 спроектирован на основе пятилопастного несущего винта вертолета Белл 525. В полете с большими скоростями на долю крыла вертолета Модель 360 будет приходится порядка 50% создаваемой подъемной силы. Силовая установка включает один перспективный ТВД Дженерал Электрик Т901, начало летных испытаний которого запланировано на 2022 г. Проектом предусмотрена установка дополнительного двигателя, обеспечивающего прирост тяги в полете с большими скоростями. Представляется, что силовая установка является самым уязвимым местом в проекте фирмы «Белл». Первый полет прототипа вертолета «Инвиктус» запланирован на 2022 г., что автоматически исключает возможность установки на него штатного двигателя Т901. Информация о дополнительном пропульсивном двигателе сведена к минимуму. Не исключено, что этого двигателя на прототипе вообще не будет.
Предложение фирмы «Сикорский» на фоне проекта фирмы «Белл» выглядит намного солиднее. Фирма «Сикорский» в пику возобладавшим в армейском командовании взглядам, на свой страх и риск разработала и построила гибридный вертолет соосной схемы S-97 «Рэйдер». Он спроектирован с учетом опыта, приобретенного в ходе разработки и испытаний экспериментального вертолета Х2. Максимальная взлетная масса вертолета S-97 составляет 5000 кг, он способен перевозить до восьми бойцов с полной выкладкой. По взлетной массе и «пассажировместимости» вертолет S-97 соответствует несостоявшейся транспортно-ударной модификации вертолета LHX.
Вертолет S-97 проектировался с учетом требования к ЛА FVLCS1, за исключением требования к максимальной скорости. На фирме «Сикорский» скорость в 430 км/ч считали завышенной. S-97 развил на испытаниях скорость 383 км/ч; не исключено, что при выборе нового порога максимальной скорости для ЛА FARA составители ТЗ ориентировались на результаты испытаний именно этого вертолета.
На конкурс FARAСР фирма «Сикорский» представила проект вертолета «Рейдер-Х», представляющий собой масштабно увеличенный на 27% вертолет S-97. Конструктивной особенностью вертолетов S-97 и «Рейдер-Х» является сочетание жестких соосных несущих винтов и толкающего винта. Такая схема обеспечивает достижение высокой скорости полета (на экспериментальном вертолете Сикорский Х-2 аналогичной схемы достигнута скорость 463 км/ч). Жесткие несущие винты упрощают конструкцию втулок и снижают трудозатраты на техническое обслуживание. Диаметр несущих винтов вертолета «Рейдер-Х» составляет 16 м, диаметр несущих винтов вертолета S-97 – 12 м. Силовая установка вертолета «Рейдер-Х» включает один ТВД Т901 мощностью 2600 л.с.
При проектировании вертолета «Рейдер-Х» уделялось значительное внимание снижению заметности в различных областях спектра. Так, выхлопные сопла двигателя утоплены в хвостовую балку, форма планера сделана фасеточной, подвесное вооружение находится во внутренних отсеках. Экипаж из двух человек размещен в кабине тандемом.
Управление вертолетов S-97 на скоростях до 270 – 300 км/ч осуществляется как обычным вертолетом – рычагами общего и циклического шага. На более высоких скоростях общий шаг автоматически устанавливается на значение, обеспечивающее минимум лобового сопротивления при максимуме подъемной силы; изменение скорости полета осуществляется путем изменения шага лопастей толкающего винта и числа оборотов двигателя; управление пространственным положением вертолета – отклонением рулей хвостового оперения.
Подводя итог, можно отметить, что повышение скорости полета вертолетов является одним из ключевых требований, предъявляемых к перспективным винтокрылым машинам. Понять по информации из открытых источников откуда взялись значения максимальной скорости 370 км/ч и 430 км/ч для ЛА FARA и ЛА FLRAA соответственно, невозможно. Между тем, прирост скорости вертолета в 100 км/ч примерно равнозначен увеличению максимальной скорости полета самолета на 1000 км/ч, что влечет за собой необходимость преодоления массы проблем конструкторско-технологического плана наряду с ростом стоимости как НИОКР в целом, так и отдельно взятого «изделия».
Стоит вспомнить, что требование о необходимости повышения скорости полета вертолетов восходит к 1964 г., когда армия США объявила конкурс на разработку усовершенствованной авиационной системы огневой поддержки AAFSS (Advanced Aerial Fire Support System). Конкурс имел своеобразную подоплеку. Армейскую авиацию более чем устраивал самолет-штурмовик, но ВВС всячески препятствовали появлению в авиации сухопутных войск как боевых, так и транспортных самолетов. Такая позиция ВВС естественно стимулировала повышенный интерес армейской авиации к вертолетам. Техническое задание на ЛА AAFSS фактически дублирует требования к поршневому или турбовинтовому штурмовику за одним исключением: обязательное наличие несущего винта! Именно в рамках программы AAFSS были разработаны вертолеты-винтокрылы АН-56 «Шайен» и Сикорский S-66. Требование обеспечения высокой (самолетной) скорости полета во многом объясняет техническую сложность проектов фирм «Локхид» и «Сикорский»: прирост скорости обеспечивал толкающий винт. Конкурс выиграл «Шайен», но его доводка сильно затянулась, а сам винтокрыл привлек повышенное внимание ВВС США, увидевших в нем конкурента штурмовику А-Х – будущему А-10А.
Между тем, американцы к 1965 г. уже основательно увязли во Вьетнаме, точнее – в Индокитае, поскольку боевые действия захватывали Камбоджу и Лаос. Война довольно быстро приняла вертолетный характер. Основную нагрузку несли различные модификации вертолета UH-1. «Ирокезы» высаживали десанты, вели разведку, перевозили грузы, поддерживали огнем свои войска. Тут-то и проявились недостатки UH-1 как платформы для размещения оружия: уязвимость от огня земли в силу существенных размеров, отсутствие бронирования, недостаточная маневренность. Крейсерская скорость вооруженных UH-1 из-за наличия внешней подвески не превышала 160 км/ч, в то время как крейсерская скорость «гладких» транспортных UH-1 составляла 180-220 км/ч. Приходилось или снижать скорость полета всех вертолетов, или отказываться от эскортирования транспортных машин вооруженными вертолетами. Решением проблемы стал боевой вертолет Белл АН-1 «Хью Кобра». Уместно напомнить – лыжное шасси первого прототипа «Кобры» было выполнено убирающимся в целях повышения скорости полета, но от убираемого шасси отказались, дабы не усложнять конструкцию.
Во Вьетнаме вертолет АН-1 в целом оправдал возлагавшиеся на него надежды. Однако, разработка «Кобры» отнюдь не являлась единственным способом решения проблемы сопровождения транспортных вертолетов, прикрытия зоны высадки и нанесения ударов по точечным целям. У американцев имелся отличный инструмент для выполнения таких заданий – поршневой штурмовик А-1 «Скайрейдер». Во Вьетнаме «Скайрейдеры» выполняли ровно те же боевые задачи, что и боевые вертолеты АН-1, вплоть до сопровождения поисково-спасательных вертолетов НН-3. Принципиальная разница заключалась в принадлежности ЛА: штурмовик состоял на вооружении ВВС США, боевой вертолет – на вооружении авиации армии США. Ведомственная разобщенность и связанные с ней своеобразные договоренности существуют до сей поры. Армейская авиация не обладает вооруженными (и транспортными) самолетами, в ВВС нет боевых (и транспортных) вертолетов.
Дальность полета штурмовика А-1 составляла порядка 2000 км, максимальная скорость 520 км/ч крейсерская скорость 475 км/ч. Скоростные показатели весьма близки параметрам, оговоренным требованиями к ЛА FVL. «Скайрейдер» давно стал историей, чего не скажешь о современном штурмовике с ТВД Эмбраер ЕМВ-314 «Супер Тукано». Дальность полета «Супер Тукано» 1300 км, максимальная скорость 590 км/ч, крейсерская скорость 520 км/ч. Ассортимент боевой нагрузки самолета более разнообразен в сравнении с ассортиментом вертолетных средств поражения. Единственным очевидным, казалось бы, достоинством вертолета является возможность вертикальных взлета и посадки. Для транспортного вертолета данный аргумент – более чем серьезен, для боевого – не столь очевиден. В Ираке и Афганистане вертолеты АН-64 постоянно базировались на авиабазах, там же, где и самолеты. Боевые вылеты «Апачи» часто выполняли с передовых площадок, на которые перелетали утром (вечером) и с которых улетали вечером (утром). Организация таких площадок сама по себе представляет не самую простую задачу, так как требуется соответствующее логистическое обеспечение, выделение сил на охрану и пр. Самолет-штурмовик обладает большим радиусом полета и вдвое большей в сравнении с «Апачем» скоростью полета. Боевой радиус и время реакции на угрозу штурмовика «Супер Тукано» при действии с авиабазы и вертолета АН-64 при действии с передовой площадки примерно одинаковы. Требования к ЛА FVL в части максимальной скорости ужесточили, доведя данный показатель почти до самолетного, но требования к дальности полета и радиусу действий были снижены в сравнении с существующими вертолетами. Возможно, составители ТЗ хотели уменьшить время реакции на угрозу.
Вышеизложенное выше можно расценить как «диванную аналитику» или кусочек конспирологии с авиационно-вертолетным уклоном, а потому уместно процитировать солидное издание, тем более американское – «Beyond Close AirSupportForgingaNewAir-GroundPartnership», Rand, ProjectAirForce, 2005 г.: « - Отношение армии к воздушной мощи значительно отличаются от взглядов морской пехоты. Авиация морской пехоты включает боевые вертолеты и ударные самолеты. Морская пехота готовится к ведению боевых действий комбинированными боевыми группами, в которые входят авиация и наземные силы. Авиаторы морской пехоты своей единственной задачей считают обеспечение достижения успеха наземными войсками и снижение их потерь. Все передовые авианаводчики являются летчиками авиации морской пехоты.
На контрасте, армии запрещена разработка ударных самолетов, поэтому в составе сухопутных войск нет частей, аналогичных боевым группам морской пехоты. Летчики штурмовиков А-10, подобно авиаторам морской пехоты, действуют исключительно в интересах наземных войск, но другие летчики ВВС могут рассматривать непосредственную авиационную поддержку всего лишь как один из видов нанесения ударов по наземным целям. Офицеры армии, за исключение военного времени, мало интересуются авиацией и почти не уделяют времени совместным с ВВС тренировкам. Передовыми авианаводчиками в частях армии являются сержанты ВВС, которые лишь взаимодействуют с этими частями. Организационные и культурные различия между ВВС и армией вызывают глубокую озабоченность и требуют особого внимания».
К чему сия длинная цитата? Корпус морской пехоты не заинтересован в разведывательно-ударном вертолете FARА, потому как обладает собственными инструментами оказания непосредственной авиационной поддержки – истребителями-бомбардировщиками F/A-18E/F «Супер Хорнет», F-35 «Лайтнинг II» и боевыми вертолетами AH-1Z «Вайпер». Самолеты и вертолеты органично дополняют друг друга. Корпус морской пехоты США в январе 2021 г. приступил к анализу альтернативных вариантов винтокрылого ЛА, предназначенного для замены вертолетов МН-60. Скорее всего, выбор будет сделан в пользу маринизированного варианта ЛА FLRAA.
Таким образом, ударный вариант ЛА FVL вполне можно заменить реактивным или турбовинтовым штурмовиком (последний предпочтительнее из-за меньшей стоимости). Заменить же боевой вертолет ударным самолетом в армейской авиации США не получится в силу давних противоречий с ВВС, поэтому ЛТХ боевого вертолета волей-неволей приходится «подтягивать» к самолетным.
Заменить же транспортный вариант ЛА FVL самолетом невозможно, а требование высокой скорости полета действительно является ключевым, так как скорость доставки людей и грузов зачастую является определяющим фактором.