Экспериментальные беспилотники Hermeus Quarterhorse: на пути к гиперзвуку
06 мая 2024, 04:30
Опытный БПЛА Quarterhorse Mk 0 на испытаниях, январь 2024 г.Гиперзвуковой тематикой в США занимаются не только лидеры
авиационной и ракетной отрасли, но и молодые компании, созданные специально для таких проектов. Одной из них является фирма Hermeus Corporation, основанная в конце прошлого десятилетия. В настоящее время она занимается линейкой экспериментальных летательных аппаратов Quarterhorse. С их помощью планируется накопить опыт и создать технологии для разработки полноценных гиперзвуковых летательных аппаратов.
Концепты и опыты
Компания Hermeus Copr. (г. Атланта, шт. Джорджия) была основана в 2018 г. бывшими сотрудниками нескольких крупных авиастроительных организаций и молодыми специалистами. Главной ее задачей было объявлено создание многоцелевых воздушных платформ с гиперзвуковой скоростью полета, пригодных для применения в военной и гражданской сфере. Уже на ранних этапах своей деятельности компания представила несколько концептов такой техники.
Впрочем, понимая уровень своих возможностей и компетенций, в компании решили не начинать с разработки полноценного проекта гиперзвукового летательного аппарата. Сначала решили провести необходимые исследования, потом на основе их результатов создать экспериментальную технику и лишь после этого переходить к основной задаче.
Изделие Mk 0, вид сзадиНаправление летательных аппаратов начали с исследований на стендах и в аэродинамических трубах. Затем планировали последовательно разработать несколько экспериментальных беспилотных аппаратов для наземных и летных испытаний. Эти проекты получили общее название Quarterhorse ("Квортерхорс" – скаковая лошадь, участвующая в скачках на четверть мили), которое отражает необходимость получения максимальной скорости полета при отсутствии высоких требований к дальности.
Вторым направлением работ стало создание двигателя для летных "Квортерхорсов". По результатам исследований решили использовать систему смешанного цикла, объединяющую турбореактивный и прямоточный двигатели. Такую архитектуру отметили в названии проекта – Chimera ("Химера").
В новых проектах планировалось использовать все современные конструкторские и технологические процессы, способные ускорить разработку и прототипирование. Проектирование и расчет конструкций вели в электронном виде, при изготовлении опытных изделий применяли аддитивные технологии, в первую очередь 3D-печать из металлов, и т.д.
Экспериментальная серия
Предварительные исследования завершились в 2021-22 гг., что позволило компании Hermeus перейти к разработке и строительству изделия Quarterhorse Mk 0. Этот беспилотник предназначался только для наземных испытаний в виде рулежек и пробежек, что позволило упростить его комплектацию, а также ускорило разработку и сборку. Готовый БПЛА Mk 0 представили в октябре 2023 г.
Опытный БПЛА Quarterhorse Mk 1После заводских испытаний, в январе 2024 г. аппарат перевезли в инженерный центр ВВС Arnold Engineering Development Complex (AEDC). На его аэродроме провели комплекс наземных испытаний с маневрированием по взлетно-посадочной полосе, пробежками с разной скоростью и т.д. Целью таких испытаний была проверка систем управления, части элементов планера, шасси и т.д. в щадящих условиях и без нагрузок полноценного полета.
Параллельно шла разработка первого летного БПЛА под названием Quarterhorse Mk 1. По своей конструкции он похож на предыдущий образец, но отличается более полным составом оборудования, соответствующим предстоящим испытаниям. Его сборка завершилась в конце марта, и сейчас "Скаковая лошадь" Mk 1 готовится к предварительным испытаниям на земле, после которых начнутся тестовые полеты.
Любопытно, что этот БПЛА, несмотря на характерный экстерьер, является дозвуковым. Его задачей является демонстрация работы бортовых систем, но не достижение высоких скоростей полета. При этом сокращение диапазона рабочих скоростей позволило упростить конструкцию и ускорить испытания перед следующим этапом.
Двигатель Chimera первой версии на испытанияхОпыт проектов Quarterhorse Mk 0 и Mk 1 будет использован на финальной стадии разработки следующей летающей лаборатории с индексом Mk 2. Это будет полноценный сверхзвуковой БПЛА с максимальной скоростью порядка 4М. Предполагается, что Quarterhorse Mk 2 удастся построить до конца следующего 2025 г., и вскоре после этого начнутся летные испытания. Впрочем, сроки выхода на сверхзвуковые режимы и достижения максимальных скоростей пока назвать не могут.
Параллельно с работами по летательному аппарату велась разработка двигателя Chimera. Его первую версию построили на основе серийного ТРД General Electric J85. Исходное изделие дополнили прямоточным контуром собственной разработки. Осенью 2022 г. такой двигатель прошел испытания и подтвердил возможность работы на двух режимах.
Сейчас ведется разработка более крупного и мощного двигателя Chimera II. За основу для него взяли двигатель Pratt & Whitney F100. Этот двигатель предназначен для будущего сверхзвукового БПЛА Mk 2 и последующих гиперзвуковых самолетов. Разработка и испытания такого изделия должны закончиться до завершения строительства беспилотной летающей лаборатории, т.е. в течение 2025 г.
Облик будущего сверхзвукового Quarterhorse Mk 2 Технические особенности
Все три "Квортерхорса" имеют схожую архитектуру и конструкцию, но отличаются составом агрегатов и приборов, размерами и возможностями. Первый опытный Mk 0 фактически представляет собой не до конца собранный летный БПЛА Mk 1. Следующий Mk 2 похож на увеличенную и переработанную модификацию своего предшественника, сохраняющую часть прежних черт и получающую некоторые новые особенности.
Полноценный летный образец Quarterhorse Mk 1 представляет собой беспилотный самолет в размере современного истребителя. Он построен по нормальной аэродинамической схеме со стреловидным крылом и полноценным хвостовым оперением. Используется веретенообразный фюзеляж большого удлинения с характерной носовой частью. Ее верхняя часть выполнена в виде половины конуса, а под ней размещен воздухозаборник со скошенным входом. По всей видимости, так сымитировали конструкцию и аэродинамику гиперзвукового летательного аппарата.
В хвостовой части БПЛА находится ТРД General Electric J85, так же используемый в качестве основы для комбинированной установки Chimera. В связи с характером будущих испытаний, было решено обойтись без полноценного двигателя новой модели, который попросту не сможет показать весь свой потенциал.
Концепт военного многоцелевого летательного аппарата Darkhorse"Квортерхорс" Mk 1 оснащается системой дистанционного управления для контроля с наземной станции управления. По двустороннему каналу БПЛА будет получать команды и передавать обратно телеметрию, видеосигнал и т.д. Предполагается, что отказ от пилотируемого самолета в пользу БПЛА позволит собрать всю необходимую информацию без риска для людей.
Опытное изделие Quarterhorse Mk 0, предназначенное для наземных испытаний, представляло собой недостроенный БПЛА Mk 1. Оно имело основной силовой набор планера, но не получило всю обшивку и хвостовое оперение. При этом использовались штатные бортовые системы, силовая установка и контрольная аппаратура.
Будущий прототип Mk 2 будет серьезно отличаться от двух предыдущих. Его планируется сделать крупнее и построить по схеме "бесхвостка" с треугольным крылом. Кроме того, оно получит лобовой воздухозаборник с коническим центральным телом. Расчетные габариты, масса и характеристики такого изделия пока не называют и говорят только о планируемой скорости полета.
Гиперзвуковые перспективы
В рамках серии летающих лабораторий Quarterhorse компания Hermeus Corp. планирует достичь только высоких сверхзвуковых скоростей полета. При этом испытания такой техники помогут накопить опыт и найти технологии, на основе которых в дальнейшем будут созданы полноценные гиперзвуковые летательные аппараты. Полномасштабные работы в этом направлении начнутся во второй половине десятилетия, после проведения испытаний нынешней серии БПЛА.
Предполагаемый облик пассажирского самолета HalcyonК настоящему времени компания представила два концепта гиперзвуковой техники. Первый получил название Darkhorse и, очевидно, станет прямым продолжением идущих сейчас работ. Этот проект предлагает строительство большого и тяжелого опционально пилотируемого летательного аппарата с двумя двигателями Chimera II. Его рассматривают в качестве платформы для размещения различной полезной нагрузки военного назначения.
Для гражданских заказчиков предложен концепт пассажирского самолета Halcyon. Этот летательный аппарат будет похож на "Даркхорс", но получит иное крыло и четырехдвигательную силовую установку. По расчетам, рейс из Лондона в Нью-Йорк, вне зависимости от количества пассажиров, будет занимать всего полтора часа.
Большие планы
Компания Hermeus Corp., несмотря на свой малый стаж и ограниченные возможности, делает все возможное для наработки необходимого опыта и последующего создания полноценных гиперзвуковых летательных аппаратов. При этом компания использует интересный подход – она последовательно создает более сложные опытные образцы, постепенно приближающие ее к конечному результату.
К настоящему времени прошел испытания упрощенный "наземный" прототип, а в ближайшее время в воздух поднимется первая летная машина. Если она не столкнется с трудностями и проблемами, то в следующем году начнутся полеты сверхзвукового опытного БПЛА. Насколько успешной в итоге окажется серия проектов Quarterhorse, пока не ясно. Однако компания-разработчик проявляет оптимизм и надеется, что они решат все поставленные задачи и поспособствуют появлению следующих проектов Darkhorse и Halcyon.