50-летие фенестрона⁠⁠

Оказывается, месяц назад, 12 апреля 2018 года, исполнилось 50 лет с начала применения фенестрона на серийных вертолетах. Это малозаметное в общем-то событие является довольно значительной вехой в развитии технологий вертолетостроения.
И компания Airbus Helicopters, которая активно внедряет данную технологию в своих вертолетах, не оставила данное событие без внимания, выпустив так же интересный ролик в котором рассказали коротко историю развития фенестрона:

Свою историю фенестрон, изобретенный Полом Фабре и Рене Муилем, начал 12 апреля 1968 в первом полете на прототипе №2 вертолета Gazelle SA340.

Первоначально идея размещения хвостового винта в кольцевом канале была разработана для обеспечения безопасности людей работающих на земле, в непосредственной близости от вертолета, и обеспечения безопасности в сложных условиях эксплуатации, таких как работа возле высоковольтных линий электропередачи и на ограниченных площадках. Снижение уровня шума фенестрона потребовало большого количества исследований, улучшений и доработок в течение нескольких поколений этой технологии.

Первоначально названный «Fenestrou», что в переводе с провансальского диалекта означает  «маленькое окно», термин превратился в известный теперь Fenestron. Впервые он был сертифицирован на Gazelle SA 341 в 1972 году, а впоследствии установлен на одномоторном первом прототипе Dauphin SA-360, первый полет которого состоялся в июне 1972 года.

Затем в 1975 году были проведены испытания на семитонной Puma SA-330Z в 1975 году, которые показали что для данной весовой категории необходим ротор диаметром 1,6м с 11-ю лопастями и который потребляет настолько большую мощность, что применение фенестрона на вертолетах такого класса оказалось нецелесообразным.

Второе поколение фенестрона появилось в конце 1970-х годов с ротором выполненным полностью из композитных материалов, диаметр которого увеличился на 20% по сравнению с фенестроном первого поколения на Dauphin SA-360, до 1,1м. Эти работы были проделаны для удовлетворения требований Береговой охраны США (United States Coast Guard) по созданию высокоманевренного вертолета для проведения поисково-спасательных операций. Сегодня береговая охрана США по-прежнему эксплуатирует HH-65 Dolphin различных модификаций, общий налет которых составил более 1,5 млн. часов.

Исследования по улучшению фенестрона продолжились и конструкторам удалось оптимизировать форму и профиль лопастей ротора, тем самым уменьшив уровень шума на различных этапах полета. В период с 1987 по 1991 год он был успешно протестирован на Ecureuil AS350 B2, прототип которого и сегодня можно увидеть у входа в штаб-квартиру вертолетов Airbus в Мариньяне.

В 1994 году фенестрон 3-го поколения был установлен на Airbus H135. Используя неравномерную расстановку лопастей ротора было достигнуто значительное уменьшение уровня шумов.

В 1999 году H130 выполнил первый полет с фенестроном, спроектированным изначально по принципу неравномерного расположения лопастей ротора.

В 2010 году фенестроном оснастили модель H145.

50 лет спустя, новейший H160 оснастили последним и крупнейшим из когда-либо устанавливавшихся на вертолеты Airbus, фенестроном c диаметром 1,2м. Его наклон на 12°, позволил увеличить полезную нагрузку и увеличил стабильность вертолета, особенно на малых скоростях.

Однако это не самый большой фенестрон которым оснащали вертолеты.
Скандально известный Boeing/Sikorsky RAH-66 Comanche был так же оснащен фенестроном, которому они дали своё название fan-in-fin (вентилятор в киле) поскольку доработали аэродинамику кольцевого канала фенестрона, что позволило снизить потребную на его привод мощность. Его диаметр 1,37м, при максимальном взлетном весе вертолета 7 896кг. Вертолет так и остался экспериментальным.

И наверно самым тяжелым вертолетом оснащенным фенестроном был Ми-24А с максимальным взлетным весом в 11 тонн.
В 1975 г. на одном из опытных Ми-24 были проведены испытания фенестрона. Он не получил практического применения, так как испытания показали, что фенестрон оказывается весьма эффективным на сравнительно легких вертолетах, а на таких тяжелых аппаратах, каким являлся Ми-24, применение его нецелесообразно.
Что интересно - испытания французов на Пуме проводились в то же время и они продолжили работы на легких вертолетах, а КБ Миля отказалось от идеи дальнейшего применения фенестрона.

Неожиданно эту идею подхватило КБ Камова в 1983 году, начав разработку вертолета нехарактерной для них одновинтовой схемы с применением фенестрона. Максимальный взлетный вес Ка-60 составляет  6500кг, диаметр фенестрона - 1,4м.

Несколько слов о преимуществах фенестрона:
- большая безопасность для персонала на земле работающего в непосредственной близости и меньшая вероятность повреждения самого винта, поскольку он защищен кольцевым каналом.
- больший КПД за счет канала, в сравнении с открытым винтом
- меньшая потребная мощность на больших скоростях
- эффективность фенестрона выше поскольку ротор не находится аэродинамической тени от киля как это имеет место с традиционным рулевым винтом у вертолетов при наличии киля
- меньшие вибрации засчет больших оборотов и меньших размеров лопастей при их большем количестве
Ну и конечно он не лишен существенных недостатков:
- сложность конструкции, обслуживания и высокая стоимость
- большой вес

- большая потребная мощность на режимах висения

- высокочастотный шум
- большее аэродинамическое сопротивления корпуса фенестрона
- резкое увеличение потребной мощности при использовании на тяжелых вертолетах

Ну и для финала, фото механизма управления шагом лопастей фенестрона Eurocopter EC135.