Eurocopter X3, 2010

Śmigłowiec doświadczalny. Francja / Niemcy.
Śmigłowiec doświadczalny Eurocopter X3 w locie. (Źródło: ”Wikimedia Commons”).

Od lat trwają pracę nad zwiększeniem możliwości śmigłowców w zakresie osiągania dużych prędkości lotu poziomego. W praktyce, bez dodatkowych modyfikacji śmigłowce są w stanie osiągnąć prędkość maksymalną rzędu 300 km/h. Prędkość lotu poziomego zależy od dwóch czynników, od prędkości obrotowej łopat wirnika głównego oraz od jego powierzchni czyli długości łopat. Instalując mocniejsze silniki, a tym samym zwiększając prędkość obrotową wirnika oraz montując dłuższe łopaty można zwiększać prędkość śmigłowca. Nie można jednak tego robić w nieskończoność. Obydwa parametry mają swoje ograniczenia. Wraz ze wzrostem prędkości obrotu głowicy wirnika głównego, wzrasta siła odśrodkowa działająca na łopaty wirnika i elementy mocujące je do głowicy wirnika. Wirnik główny jest elementem tworzącym siłę nośną, ale również ją niwelującym. Przy dużych prędkościach cofająca się łopata wirnika głównego (obracająca się w kierunku przeciwnym do lotu śmigłowca) ma tendencję do przeciągnięcia. Końcówki szybko obracających się łopat często osiągają prędkości poddźwiękowe, powodując duży spadek sprawności łopaty, a po przekroczeniu prędkości dźwięku następuje gwałtowny wzrost oporu i spadek siły nośnej.

Od lat 1960- tych trwały prace nad zwiększeniem prędkości poziomej śmigłowców. Jednym z zastosowanych rozwiązań było zainstalowanie w maszynie niewielkich skrzydeł, odciążających wirnik przy dużej prędkości, a tym samym pozwalających na zmniejszenie jego obrotów. Rozwiązanie takie nie zapewnia jednak znacznego przyrostu prędkości poziomej. Zdecydowanie bardziej efektywne okazało się być zainstalowanie dodatkowego napędu przeznaczonego do generowania mocy wykorzystywanej w locie poziomym i skrzydeł odciążających wirnik główny. Dodatkowy napęd w formie śmigła pchającego zainstalowanego na końcu belki ogonowej wykorzystano w konstrukcji Lockheed AH-56 "Cheyenne". Śmigło zamontowane prostopadle do osi kadłuba, pełniące rolę śmigła pchającego, umożliwiającego osiąganie w locie dużej prędkości maksymalnej. Równolegle ze śmigłem pchającym, w konstrukcji AH-56 zastosowano również klasyczne śmigło ogonowe, kompensujące moment obrotowy. Z kolei w niezrealizowanym projekcie Sikorsky S-66, zamierzano zastosować pojedyncze śmigło ogonowe, zainstalowane na specjalnym przegubie, który podczas przechodzenia do lotu z dużą prędkością, odchylałby śmigło o 90° i w takim położeniu, pełniłoby ono rolę śmigła pchającego. Nieprzestawialne śmigło ogonowe zastosowano w śmigłowcach Piasecki 16H "Pathfinder" czy Piasecki X-49. Zamiast śmigła pchającego, konstruktorzy stosowali również silniki odrzutowe. Takie rozwiązanie zastosowane w śmigłowcu Bell 533, Kaman "Compound Seasprite", Lockheed XH-51A "Compound", Sikorsky NH-3A czy dwuwirnikowym Sikorsky S-69. Do koncepcji dwuwirnikowego śmigłowca ale z dodatkowym śmigłem pchającym firma Sikorsky powróciła w projekcie Sikorsky X2.

Tymczasem w Europie zaproponowano nieco prost­sze rozwiązanie, wręcz genialne proste. Prace nad śmigłowcem doświadczalnym Eurocopter X-3 rozpoczęły się w styczniu 2007 roku. Ich pomysłodawcą był francuski inżynier z Działu Innowacji firmy Eurocopter (obecnie Airbus Helicopters) Philippe Roesch. Idea rozwiązania, opierała się na zrezygnowaniu z tylnego śmigła ogonowego, które wytwarza jałowy ciąg skierowany w bok śmigłowca, nieprzydatny w locie na wprost z dużą prędkością, i zastąpieniu go dwoma śmigłami, umieszczonymi po obydwu stronach kadłuba, wytwarzającymi ciąg do przodu. Dzięki takiemu rozwiązaniu, symetrycznie umieszczono śmigieł po obydwu stronach kadłuba, przy czym jedno ze śmigieł pracuje na większych kątach natarcia, a drugie na mniejszych. W ten sposób z jednej strony obydwa wirniki wytwarzają ciąg potrzebny do uzyskania dużej prędkości w locie postępowym, a z drugiej strony przeciwdziałają reakcji kadłuba na obracający się wirnik główny, tak samo jak umieszczone klasycznie z tyłu śmigło ogonowe.

Po akceptacji pomysłu francuskiego inżyniera ruszyła budowa prototypu, który oparto o istniejącą konstrukcję śmigłowca Eurocopter AS 365N3 "Dauphin". Na końcach skrzydeł o ujemnym wzniosie, umieszczonych po obydwu stronach kadłuba zainstalowano śmigła, napędzane tymi samymi silnikami co wirnik główny, dwoma jednostkami Rolls-Royce Turbomeca RTM322-01/9a o mocy 1669 kW (2270 KM) każdy. Moc silników przenoszona jest na śmigła poprzez system wałów i przekładni planetarnych różnicujących moc w zależności od potrzeb. Zmodernizowany, pięciołopatowy wirnik główny pochodzi ze śmigłowca Eurocopter EC155. Zamiast śmigła ogonowego zainstalowano klasyczne usterzenie poziome z dwoma statecznikami pionowymi i sterami kierunku. Główną przekładnie pozyskano z maszyny Airbus Helicopters H175, opracowanego wspólnie przez Airbus Helicopters (dawnego Eurocoptera) i przez chińską firmę China Aviation Industry Corporation II (AVIC II).

Prototyp śmigłowca Eurocopter X-3 (o znakach F-ZXXX) został oblatany 6.09.2010 r. Próby w locie wykazały, że X3 posiada właściwości lotu, które nie są dostęp­ne w klasycznych śmigłowcach: prędkość przekraczającą 370 km/h, dynamiczne wznosze­nie (20 m/s) oraz zniżanie i dużą manewrowość przy wysokich prędkościach. Prędkość obrotową wirnika nośnego i śmigiel można regulować w dużym zakre­sie, co umożliwia zmniejszenie poziomu emitowanego hałasu podczas przelotów na malej wysokości. X3 generuje także niski poziom drgań w porówna­niu z klasycznymi śmigłowcami. Zapasy mocy pod­czas zawisu i przy małej prędkości są dużo większe w porównaniu z klasycznymi śmigłowcami, co ozna­cza większe bezpieczeństwo- zwłaszcza w przypadku awarii jednego silnika. Dzięki dużej prędkości wznoszenia i zniżania X3 może wykonywać starty i lądowania po zoptymalizowanym torze w celu zmniejszenia poziomu hałasu odczuwane­go przez osoby znajdujące się na ziemi. Dzięki opływo­wym, aerodynamicznym kształtom, podczas przelotu z dużą prędkością X3 zużywa mniej paliwa niż klasyczne śmigłowce najnowszej generacji.

W 2012 r. prototyp odbył szereg lotów na terenie Stanów Zjednoczonych. Za sterami maszyny zasiadali amerykańscy przedstawiciele służb porządkowych, sił zbrojnych jak również piloci cywilni. Podczas pobytu w USA śmigłowiec wykonał ogółem 199 lotów trwających 155 h.

W celu uzyskania jak największej prędkości lotu, dopracowano sylwetkę aerodynamiczną śmigłowca. Osłonięto owiewkami podwozie oraz piastę wirnika nośnego. 7.06.2013 r. śmigłowiec osiągnął największą prędkość w locie poziomym wynoszącą 472 km/h. Kilka dni wcześniej, podczas płytkiego lotu nurkowego, maszyna osiągnęła prędkość 487 km/h. Tym samym pobijając dotychczasowy rekord prędkości dla śmigłowców bez dodatkowego napędu (boczne śmigła napędzane są przez te same silniki co wirnik główny).

Program badań w locie X3 został zakończony w 2014 r., a jedyny egzemplarz przekazano do Muzeum Lotnictwa i Astronautyki Le Bourget.

Doświadczenia zdobyte przy projektowaniu i badaniach w locie śmigłowca X3 są wykorzystywane nad kolejną wersją maszyny z podobnym układem napędowym Airbusa, śmigłowcem "Clean Sky 2".

W styczniu 2013 r. podlegające US Army centrum badań i rozwoju systemów lotniczych i rakietowych (AMRDEC- Aviation and Missile Research, Development, and Engineering Center), mieszczące się w Redstone Arsenal, zaprosiła do udziału w pierwszej fazie programu Joint Multi- Role (JMR- wspólna platforma wielozadaniowa) potencjalnych wykonawców do zgłaszania swoich projektów. Program JMR jest pilotażowym programem większego projektu Future Vertical Lift (FVL- przyszły transport pionowy). Jego celem jest zaprojektowanie i budowa maszyny pionowego startu i lądowania, która swoimi osiągami będzie znacznie przewyższać obecnie używane śmigłowce Sikorsky UH-60 ( S-70 ) "Black Hawk", Boeing CH-47 "Chinook" i Boeing AH-64 "Apache" a w przyszłości jej wersje je zastąpią. Wśród zgłoszonych propozycji znalazła się między innymi konstrukcja X3, którą zgłosiła amerykańska filia Airbus Helicopters, EADS North America. Pod koniec tego samego roku Airbus wycofał się z projektu, oficjalnie motywując swoje stanowisko brakiem zgody na transfer technologii do Stanów Zjednoczonych, nieoficjalnie, uznaniem, iż X3 nie sprosta wymaganiom stawianym przez projekt.

W Polsce.

W pracach projektowych nad śmigłowcem Eurocopter X-3, obok zespołu Eurocoptera, brali udział również naukowcy z Instytutu Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej, którymi kierował wtedy prof. Jan Krysiński. Naukowcy z Politechniki brali udział w pracach nad śmigłami aparatu, integracją silnika, zaprojektowali wloty powietrza do silników.

W 2008 r. Eurocopter podpisał z Politechniką Łódzką umowę o współpracy na okres pięciu łat, w lipcu 2013 r. przedłużoną na kolejne pięć lat, do 2018 r. W ten sposób naukowcy z Politechniki Łódzkiej brali udział w opracowywaniu przyszłościo­wych technologii dla firmy Airbus Helicopters.

Galeria

  • Śmigłowiec Eurocopter X3 podczas demonstracji na berlińskim Internationale Luft- und Raumfahrtausstellung Berlin 2012. (Źródło: ”Wikimedia Commons”).
  • Śmigłowiec Eurocopter X3 w widoku z przodu. (Źródło: ”Wikimedia Commons”).

Źródło:

[1] Gruszczyński J., Fiszer M. "Airbus Helicopters X3. Demonstrator hybrydowego śmigłowca". Lotnictwo nr 10/2014.
[2] Gruszczyński J., Szopa M. "Airbus Helicopters otwiera nowe biuro konstrukcyjne w Łodzi". Lotnictwo nr 4/2015.
[3] Henski P. "Przyszłe platformy pionowego startu i lądowania dla US Army". Lotnictwo Aviation International nr 12/2017.

blog comments powered by Disqus