Новый принцип управления: экспериментальный проект DARPA / Aurora CRANE

С 2019 г. 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.
Конкурсная стадия

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.

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.

Кирилл Рябов