Вентиляторный рулевой винт: система компенсации крутящего момента вертолета

Введение

Система противодействия крутящему моменту вертолета, основанная на кольцевом вентиляторе

Фенестрон (иногда также называемый фантайлом или конструкцией с "вентилятором в киле") – это закрытый хвостовой винт вертолета, работающий как кольцевой вентилятор. Термин Fenestron является торговой маркой многонационального консорциума Airbus Helicopters (ранее известного как Eurocopter). Само слово происходит от окситанского термина, обозначающего небольшое окно, и восходит к латинскому слову fenestra – окно. Размещение вентилятора в кольцевом канале обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с обычным хвостовым винтом, таких как снижение потерь от концевых вихрей и потенциальное существенное снижение шума, а также защита самого хвостового винта от повреждений при столкновении и наземного персонала от опасности, создаваемой вращающимся ротором. Впервые он был разработан для использования на серийных вертолетах французской компанией Sud Aviation (ныне часть Airbus Helicopters) и впервые был применен на Aérospatiale Gazelle. С тех пор компания (и ее преемники) устанавливали Фенестроны на многие свои вертолеты. Изначально изобретение задумывалось как жизнеспособная замена традиционной хвостовой балке, направленная на повышение безопасности и эффективности оснащенных вертолетов. Однако, ранняя работа в Великобритании не привела к выпуску продукции Cierva с использованием этой инновации. Вместо этого, Фенестрон был дополнительно разработан в 1960-х годах другой компанией. Практическое применение Фенестрон получил от французского авиастроителя Sud Aviation, который решил внедрить его во вторую экспериментальную модель своего разрабатываемого SA 340 (первый прототип был оснащен обычным хвостовым винтом, компенсирующим крутящий момент). Фенестрон SA 340 был разработан французским аэродинамиком Полем Фабром; необычно, лопасти этого агрегата были установлены наступающим краем вверх, что противоречило общепринятой практике, но это было обосновано незначительным влиянием на конкретный вертолет. В соответствии с этим, 12 апреля 1968 года SA 340 стал первым вертолетом, совершившим полет с хвостовым агрегатом Фенестрон. Признанный удовлетворительным, этот хвостовой агрегат был сохранен и запущен в производство на усовершенствованной модели вертолета, получившей обозначение Aérospatiale SA 341 Gazelle. В 1990-х годах Eurocopter (многонациональный преемник Aérospatiale) разработал третье поколение Фенестрона, оснащенного лопастями с неравномерным шагом для оптимизации уровня шума; этот агрегат был впервые установлен на вертолет EC135 компании и впоследствии был включен в конструкции EC130 и EC145, последний из которых изначально производился более десяти лет с обычным хвостовым винтом. В 2010-х годах многонациональный производитель вертолетов Airbus Helicopters (переименованная версия Eurocopter) усовершенствовал Фенестрон для своего нового H160, среднеразмерного двухвинтового вертолета; в этой версии воздуховод вентилятора был намеренно наклонен на 12 градусов для повышения производительности и устойчивости при эксплуатации с большей полезной нагрузкой и на более низких скоростях. Помимо Airbus Helicopters и его предшественников, другие компании также использовали хвостовые устройства Фенестрон для компенсации крутящего момента. Одним из таких вертолетов был американский Boeing/Sikorsky RAH 66 Comanche, малозаметный разведывательный вертолет, программа которого была закрыта в 2004 году. Другой пример – Sikorsky S 67 Blackhawk, который в 1974 году был оснащен Фенестроном для испытаний, в течение которых было совершено 29 полетов. Он был демонтирован в августе того же года. Кольцевые хвостовые винты также использовались в российском среднеподъемном вертолете Камов Ка-60, а также на японском военном разведывательном вертолете Kawasaki OH-1 Ninja. Французский производитель легких вертолетов Hélicoptères Guimbal также использовал Фенестрон для своего Guimbal Cabri G2, компактного вертолета с поршневым двигателем. Китайская Harbin Aircraft Industry Group использует Фенестрон в разведывательно-штурмовом вертолете Z-19. Американская Bell Textron в проекте вертолета Bell 360 Invictus предложила конструкцию, предназначенную для удовлетворения требований армии США к будущему разведывательному ударному вертолету.

A Fenestron (sometimes alternatively referred to as a fantail or a "fan in fin" arrangement) is an enclosed helicopter tail rotor that operates like a ducted fan. The term Fenestron is a trademark of multinational helicopter manufacturing consortium Airbus Helicopters (formerly known as Eurocopter). The word itself comes from the Occitan term for a small window, and is ultimately derived from the Latin word fenestra for window. By placing the fan within a duct, several distinct advantages over a conventional tail rotor are obtained, such as a reduction in tip vortex losses and the potential for substantial noise reduction, while also shielding both the tail rotor itself from collision damage and ground personnel from the hazard posed by a traditional spinning rotor. It was first developed for use on an operational rotorcraft by the French company Sud Aviation (now part of Airbus Helicopters), being first adopted upon the Aérospatiale Gazelle. Since then, the company (and its successors) have installed Fenestrons upon many of their helicopters. In concept, the invention was to function as a viable replacement for the conventional tail rotor arrangement, aiming to produce improvements in both safety and performance upon such equipped rotorcraft. However, this early work in Britain would not directly lead to any released product by Cierva making use of this innovation. Instead, the Fenestron would only be further developed during the 1960s by an unrelated company. The Fenestron was first practically applied by the French aircraft manufacturer Sud Aviation, who had decided to introduce it upon the second experimental model of their in development SA 340 (the first prototype had been furnished with a conventional anti torque tail rotor). The SA 340's Fenestron was designed by French aerodynamicist Paul Fabre; unusually, this unit had its advancing blade set at the top in defiance of conventional practice, but this was reasoned to pose little impact upon this particular helicopter. Fitted accordingly, on 12 April 1968, the SA 340 became the first rotorcraft to fly using a Fenestron tail unit. Having been determined to have been satisfactory, this tail unit was retained and was put into production on a refined model of the rotorcraft, which was designated Aérospatiale SA 341 Gazelle. During the 1990s, a third generation Fenestron was produced by Eurocopter (Aérospatiale's multinational successor), equipped with unevenly spaced blades in order to optimize its noise levels; this unit was first fitted onto the company's EC135 helicopter, and was later incorporated into the designs of the EC130 and the EC145, the latter of which having original been produced for over a decade with a conventional tail rotor. During the 2010s, multinational helicopter manufacturer Airbus Helicopters (a rebranded version of the Eurocopter entity) developed the Fenestron further for their new H160, a medium twin sized rotorcraft; in this revision, the fan duct was intentionally sloped by 12 degrees to achieve improved performance and greater stability when being operated with higher payloads and flown at lower speeds. Other than Airbus Helicopters and its predecessors, other companies have also made use of Fenestron anti torque arrangements. One such rotorcraft was the American Boeing/Sikorsky RAH 66 Comanche, a stealthy aerial reconnaissance helicopter which was canceled in 2004. Another example is the Sikorsky S 67 Blackhawk, which, in 1974, had a Fenestron for testing purposes used for 29 flight hours. It was removed in August the same year. Ducted fan tail rotors have also been used in the Russian Kamov Ka 60 medium lift helicopter, and also on the Japanese military's Kawasaki OH 1 Ninja reconnaissance rotorcraft. French light helicopter manufacturer Hélicoptères Guimbal has also used a Fenestron for their Guimbal Cabri G2, a compact reciprocating engine powered rotorcraft. Chinese Harbin Aircraft Industry Group use Fenestron in Z 19 reconnaissance/attack helicopter. American Bell Textron in Bell 360 Invictus proposed helicopter design intended to meet the United States Army requirement for a Future Attack Reconnaissance Aircraft.

Преимущества

Повышенная безопасность для людей на земле, поскольку кожух обеспечивает периферийную защиту. Снижение энергопотребления на крейсерском этапе полета. Меньшая восприимчивость к повреждениям от посторонних предметов, так как кожух снижает вероятность попадания внутрь мелких объектов, таких как камни. Снижение риска аварий, вызванных хвостовым винтом, поскольку он не может столкнуться с окружающей средой.