От расчёта к полёту: интервью с завкафедрой 102 «Проектирование вертолётов» МАИ Александром Бельским

9 декабря в России отмечают День вертолётчика. В Московском авиационном институте работает единственная в мире кафедра, где ведётся комплексная подготовка специалистов в области вертолётостроения, — кафедра 102 «Проектирование вертолётов». В этом году для её студентов было открыто новое образовательное пространство и проведена трансформация лаборатории с натурными образцами вертолётной техники. Решение об обновлении кафедры 102 было принято руководством МАИ и холдинга «Вертолёты России». Команда портала «Научная Россия» побывала на кафедре и пообщалась с её заведующим Александром Борисовичем Бельским.

Справка: Александр Борисович Бельский ― доктор технических наук, профессор и заведующий кафедрой 102 «Проектирование вертолётов» Московского авиационного института (национального исследовательского университета), заместитель исполнительного директора по науке и инновационному развитию, заместитель генерального конструктора по вертолётным комплексам специального назначения, комплексам авиационного вооружения и обороны вертолётов АО «Национальный центр вертолётостроения им. М. Л. Миля и Н. И. Камова (АО «НЦВ Миль и Камов»), профессор кафедры «Лазерные и радиолокационные системы» факультета «Оптико-электронное приборостроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Какими знаниями в первую очередь должен обладать человек, проектирующий вертолёты?

Самыми разными, но прежде всего ― знанием законов аэродинамики и динамики полёта таких сложных летательных аппаратов, как вертолёт. Важно также понимать, как работает система управления вертолётом, разбираться в конструкторских задачах и компоновочных решениях вертолётов. Вертолётная отрасль развивается очень стремительно. За последнее время в мире были разработаны и реализованы абсолютно новые схемотехнические решения летательных аппаратов вертикального взлёта и посадки. Умение разработчика быстро осваивать передовые исследования и научно-технические наработки в сфере вертолётостроения имеет большое значение для своевременного создания новых типов вертолётной техники.

В чём уникальность вертолёта как транспортного средства?

В том, что эксплуатация винтокрылого летательного аппарата ― вертолёта ― не требует наличия стационарных аэродромов и взлётно-посадочных полос. Вертолёт может вертикально взлетать и так же вертикально садиться на любую твёрдую поверхность, в том числе на неподготовленную. Для него место посадки не имеет принципиального значения: отдельные типы вертолётов приземляются на подготовленные вертолётные площадки или на твёрдую поверхность земли, другие ― на палубу корабля, третьи ― на буровые платформы и т.п.

Современные методики аэродинамических расчётов, возможности математического моделирования позволяют формировать технические облики и проектировать винтокрылые летательные аппараты под различные тактико-технические требования как военных, так и гражданских заказчиков и формировать оптимальные компоновочные проработки и конструктивные решения винтокрылых летательных аппаратов нового поколения.

Но в то же время вертолёт имеет свои специфические ограничения: относительно небольшая высота полёта, сильная зависимость от погодных условий...

Любой летательный аппарат имеет ограничения для полётов, но я не думаю, что у вертолёта их больше, чем, например, у самолёта. Действительно, вертолёты совершают свои полёты на разной высоте, диапазон полётов ― от 5 м до 5 км. Кроме того, вертолёт может эксплуатироваться в достаточно жёстких климатических и географических условиях. Это могут быть северные широты, высокогорье, моря, южные широты. Пилотажно-навигационные комплексы и бортовые системы технического зрения должны давать экипажу исчерпывающую информацию о текущей ситуации, что гарантирует возможность безопасного пилотирования и выполнения поставленных задач экипажем на разных скоростях и в различных условиях эксплуатации.

Каких, например?

Я расскажу об одном очень показательном случае. В 2007 году впервые в истории авиации на вертолётах был совершён полёт от Южной Америки до Антарктиды и обратно. Пилоты преодолели в общей сложности 9 тыс. км. Этот межконтинентальный перелёт совершили два вертолёта Ми-8 с российским экипажем на борту. Это был уникальный рейс. Перелёт и посадка в Антарктиду прошли относительно легко, но путь обратно проходил в абсолютно неблагоприятных условиях: дули очень сильные ветры, в Магеллановом проливе поднимались большие волны, бушевал шторм. Добавьте к этому сильный мороз — и вы поймёте, что условия были действительно очень суровыми. Пилотам пришлось несколько раз менять высоту полёта и лететь над облаками, над сложными воздушными потоками. Тем не менее всё обошлось и экипаж благополучно добрался до Южной Америки.

Какой предельной скорости может достигать вертолёт и какое максимальное расстояние он может преодолеть за один полёт?

В настоящее время максимальная скорость вертолётов составляет 300–350 км/ч. Но перед разработчиками новой вертолётной техники стоит задача, чтобы уже в ближайшем будущем с 2030 по 2040 годы винтокрылые летательные аппараты достигали максимальной скорости 450–500 км/ч, а их крейсерская скорость была в диапазоне 400–450 км/ч. То есть скорость винтокрылых летательных аппаратов нового поколения должна быть увеличена примерно в 1,7 раза. Такие же требования выдвигаются для продолжительности и дальности полёта. Продолжительность полёта на современных вертолётах ― до 4–5 часов, и задача на ближайшую перспективу ― увеличить это время до 7–10 часов. Дальность беспосадочного перелёта на современных вертолётах ― 400–500 км (без дополнительных топливных баков), а для перспективных винтокрылых летательных аппаратов она должна составить около 1–1,5 тыс. км.

Вы сказали о том, что вертолёты постоянно совершенствуются. На какие характеристики специалисты делают упор в первую очередь?

Последние тенденции развития вертолётной техники на ближнесрочную и среднесрочную перспективы требуют от разработчиков винтокрылых летательных аппаратов более глубоко решать задачи, связанные в первую очередь с аэродинамикой вертолёта, повышением лётно-технических характеристик (скорость, дальность, продолжительность полёта), а также с эксплуатационными и функциональными характеристиками, отвечающими за безопасность полёта, с учётом высоких требований по экологичности и применения современных методов внутренней диагностики.

В последние годы перед разработчиками винтокрылых летательных аппаратов также стоит задача обеспечить транспортную доступность и осуществление транспортных перевозок в отдалённые регионы России, то есть задача транспортной связанности территории нашей страны. Решение этого вопроса напрямую связано с повышением эксплуатационных характеристик основных агрегатов вертолётов и расширением функциональных характеристик всех систем бортового оборудования.

Как известно, многие типы вертолётов создаются под требования конкретных заказчиков, входящих в структуры Минтранса России, Минобороны России, МВД, МЧС и других. При этом главными требованиями для всех типов винтокрылых летательных аппаратов остаются и будут оставаться безопасность пилотирования и эксплуатационная надёжность. Эти требования относятся как к гражданским транспортным вертолётам (пассажирским и грузопассажирским), так и к военным и специальным типам вертолётов. Поэтому модернизация современных и создание новых типов вертолётов гражданского, двойного и военного назначений будут направлены в первую очередь на выполнение повышенных требований к лётно-техническим, эксплуатационным и функциональным характеристикам, а для гражданских модификаций дополнительно должны решаться задачи экологичности, комфортности при перевозке пассажиров и т.п.

Давайте поговорим непосредственно о людях, выполняющих все эти задачи. Расскажите, пожалуйста, подробнее о работе кафедры 102 «Проектирование вертолётов» МАИ.

Кафедра была создана в 1952 году. Одним из её основателей был поистине легендарный человек ― советский учёный-авиатор академик Борис Николаевич Юрьев. Сотрудники кафедры на протяжении многих лет участвовали в разработке вертолётной техники для нашей отечественной вертолётной индустрии, сотрудничая с конструкторским бюро М. Л. Миля и Н. И. Камова, принимали непосредственное участие в разработке многих легендарных вертолётов серий «Ми» и «Ка». В настоящее время на кафедре выполняются научно-исследовательские работы в сотрудничестве с Национальным центром вертолётостроения им. М. Л. Миля и Н. И. Камова, а также с другими предприятиями, входящими в холдинг «Вертолёты России», и профильными организациями, например ФАУ «ЦАГИ», АО «Кронштадт» и т.д.

Основная деятельность кафедры ― проведение аэродинамических расчётов, формирование конструктивно-компоновочных решений технических обликов винтокрылых летательных аппаратов, проведение специальных расчётов пилотируемой и беспилотной вертолётной техники для критических режимов эксплуатации (например, срывное обтекание лопастей, левое вращение, «посадка на палубу» и т.д.). Существенно расширяется учебно-методическая деятельность кафедры в области как базового образования, так и дополнительного профессионального образования.

В настоящее время кафедра готовит инженеров по специальности «Самолёто- и вертолётостроение». После окончания университета наши выпускники находят работу в НИИ, ОКБ и на предприятиях, занятых созданием опытных и серийных вертолётов и других типов летательных аппаратов. Каждый год несколько лучших выпускников поступают в аспирантуру МАИ. Кафедра «Проектирование вертолётов» МАИ ― это единственная в мире кафедра, где есть комплексная подготовка специалистов в области вертолётостроения. В целом за годы существования на кафедре были выполнены тысячи работ в области вертолётостроения и выпущено около трёх тысяч специалистов.

Каково основное назначение вертолётов, где они используются чаще всего?

Вертолёты востребованы практически везде. Сложно назвать такую сферу, где вертолёты бы не использовались. Вертолёты необходимы как для гражданских транспортных перевозок, так и для военных миссий. Они незаменимы в МЧС (например, при тушении пожаров), есть медицинские модификации вертолётов, вертолёты используются также в сельскохозяйственном, рыбно-промышленном и лесном секторах, на офшорных шельфах, применяются в экологическом мониторинге лесов, полей и морей, в газодобывающей отрасли, в мониторинге нефтепроводов и газопроводов, в освоении Арктики и Антарктики и многих других сферах.

Чтобы учиться на легендарной кафедре 102, нужно обладать техническим складом ума? И что это вообще такое, на ваш взгляд?

Я думаю, что технический склад ума ― это прежде всего способность творчески мыслить и принимать оригинальные решения. Познания в области техники, изучение законов кинематики и динамики, а также знание физики внутренних процессов агрегатов и систем вертолёта требуют достаточно глубокого подхода и высоких компетенций специалистов, которые очень важны для проектирования новой вертолётной техники и реализации технических идей.

А в чём конкретно проявляется эта творческая составляющая?

В умении правильно проводить научные исследования, грамотно выполнять конструкторские расчёты и моделирование, в способности формировать дизайн-облики вертолётов нового типа с учётом условий их эксплуатации, в понимании ключевых элементов летательного аппарата и в реализации многих других требований. Часто необходимо просто ощутить самого себя рядом с проектируемым вертолётом нового типа, который ты решил создать. Тогда и результат будет, несомненно.

Стать с вертолётом одним целым?

Да, с точки зрения конструктора и инженерного понимания проектирования вертолёта так действительно можно сказать. Вертолётная техника сегодня неотделима от экипажа, от пилота. Но тенденции развития вертолётной техники направлены на создание опционально пилотируемых, роботизированных и беспилотных летательных аппаратов вертолётного типа. Эти направления сейчас активно развиваются, поэтому такие задачи будут ставиться и решаться на кафедре вертолётостроения МАИ в ближайшее время.

Откуда берутся идеи в области проектирования вертолётов?

Наука, как известно, никогда не стоит на месте. Для того чтобы те или иные практические решения воплотились в жизнь, необходимы огромная теоретическая база и работа коллектива инженеров и учёных. На кафедре будут развиваться новые направления исследований в области вертолётостроения, и это должно способствовать достижению новых результатов ― как ожидаемых, так и неожиданных. К новым направлениям прикладных исследований я бы отнёс в первую очередь внедрение в конструкцию перспективных винтокрылых летательных аппаратов комбинированных, гибридных или электрических силовых установок, разработку вариативных трансмиссий, применение новых методов проектирования с учётом диагностики и прогностики технического состояния агрегатов и силовых конструкций вертолётов, прогрессивных расчётно-теоретических исследований с применением CFD-методов и методов мультидисциплинарной оптимизации.

Повлияли ли санкции на работу вашей кафедры?

Да, конечно. Нам необходимо переходить с зарубежных расчётных программ на отечественные, учитывать применение отечественных материалов и комплектующих, включая элементную базу, сырьё и материалы.

С какой самой большой трудностью вы столкнулись в процессе импортозамещения?

Пожалуй, самая сложная задача ― это переход на отечественное программное обеспечение. Последнее время практически все расчёты выполнялись на зарубежном ПО. Сейчас мы постепенно будем переходить на аналоги российских разработчиков. Второе ― это отечественные агрегаты для вертолётов и, в первую очередь, новое поколение газотурбинных двигателей.

В России есть организации, которые могли бы взяться за эту работу?

Они, конечно же, есть, но нужно понимать, что создание любого двигателя по сложности и срокам почти сравнимо с созданием летательного аппарата. Реализация двигательного проекта требует очень длительного времени, большого количества теоретических расчётов и прикладных решений, развития технологий и т.д. Для создания полноценного двигателя вертолёта требуется около десяти лет. Этой задачей сейчас занимаются в «Объединённой двигателестроительной корпорации», но нужны время и, конечно, соответствующее финансирование.

Такая задержка в производстве двигателей может негативно повлиять на развитие вертолётостроения в нашей стране?

Мы смотрим на эту ситуацию положительно, зная, что в ближайшее время будут созданы отечественные двигатели для более лёгких типов вертолётов (с максимальным взлётным весом 3–4 т и 6–8 т). На базе этих двигателей будут проектироваться винтокрылые летательные аппараты до 2030 года. Такие разработки ведутся. Необходимо и создание газотурбинных двигателей в классе 4–5 тыс. лошадиных сил для тяжёлых типов перспективных винтокрылых летательных аппаратов (с максимальным взлётным весом 12–15 т).

Надеюсь, что мы увидим результаты этой работы в скором времени! Расскажите, пожалуйста, о том, как вы пришли к проектированию вертолётов? С детства увлекались летательными аппаратами?

Как ни странно, нет. Я сам по основному образованию физик. Долгое время работал в области оптико-электронного приборостроения в ракетно-космической сфере. В 2010 году меня пригласили в КБ «МВЗ М. Л. Миля» на должность заместителя генерального конструктора. До этого я имел опыт работы на руководящих должностях и даже в области вертолётной техники в части создания прицельных систем. С 2010 года по настоящее время я работаю в АО «НЦВ Миль и Камов» (холдинг «Вертолёты России») в должностях заместителя исполнительного директора по науке и инновационному развитию и заместителя генерального конструктора. Кафедру 102 «Проектирование вертолётов» МАИ мне предложили возглавить в 2021 году. До этого я был преподавателем спецкурса для магистров в МГТУ им. Н. Э. Баумана, на кафедре РЛ-2. Решение перейти из МГТУ в МАИ не было простым для меня. Но оно принято. В этом году исполнилось два года, как я возглавляю кафедру 102.

Ваши образование и опыт преподавания физики помогают в этом деле?

Конечно! Как любой физик, я привык глубоко анализировать решения моих коллег и часто задаю вопросы, нетривиальные для сферы вертолётостроения. За прошедшие два года я узнал много нового о проектировании вертолётной техники. Сейчас у меня уже три аспиранта, чьи работы посвящены новым решениям для создания вертолётной техники нового поколения. Очень хочу, чтобы в будущем мои аспиранты занимались своими задачами не в одиночку, а объединялись в небольшие коллективы и работали над системными проектами, решая целый комплекс вопросов в области проектирования вертолётов.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук

Фото: Елена Либрик, «Научная Россия»; Никита Спицин, пресс-служба МАИ