Экспериментальный вертолёт Sikorsky S-72 RSRA для исследования роторных систем был уникальным аппаратом, созданным для испытания передовых роторов вертолетов в полете. Идея заключалась в том, чтобы предоставить возможность более полно исследовать летные характеристики новых конструкций несущего винта, прежде чем использовать их в программе создания прототипов или серийных вертолетов. До начала программы RSRA (Rotor Systems Research Aircraft) новые конфигурации ротора могли быть испытаны только в полном масштабе на стационарной вихревой стойке или в крупномасштабной аэродинамической трубе. Из-за этих ограничений диапазона испытаний всегда существовал риск, связанный с новой конфигурацией ротора, когда они впервые использовались на вертолетах, для которых они были разработаны. Чтобы снизить этот риск, НАСА и армия пришли к выводу, что испытательный вертолет, предназначенный для безопасного исследования характеристик, границ устойчивости и нагрузок, создаваемых новым несущим винтом на протяжении всего диапазона его полета, заслуживает разработки.

Наличие такого вертолета также будет способствовать проектированию и летным испытаниям уникальных конфигураций винта, которые расширят возможности винтокрылых технологий. Эти соображения и послужили основанием для создания RSRA в начале 1970-х годов. Летом 1971 года НАСА и армия опубликовали запрос предложений на «предварительное проектирование роторного испытательного вертолета». Сикорски и Белл ответили на этот запрос и получили контракты и техзадания. Первостепенное требование заключалось в том, чтобы определить, что практично для такого транспортного средства и как минимизировать затраты и риски на разработку.

В июле 1972 года Сикорский сообщил НАСА и армии о результатах предварительного проектирования. К настоящему времени вертолет был известен как «Самолет для исследования роторных систем» или RSRA (Rotor Systems Research Aircraft). Чтобы максимально снизить стоимость программы, поощрялось использование существующих вертолетов и компонентов. Размер испытательного вертолета определялся требованием, чтобы все проверяемые роторы были достаточно маленькими, чтобы поместиться в аэродинамической трубе NASA Ames 40x80. Вертолет должен был быть установлен в туннеле размером 40x80 мм.

Проект Сикорского включал новый фюзеляж с динамической системой из «роликовой» коробки передач мощностью 3700 лошадиных сил, которая тогда разрабатывалась в Sikorsky по армейскому контракту. В качестве вспомогательной силовой установки использовались ТРДД General Electric TF-34. У него было два сменных крыла, одно с площадью 348 кв. Футов и размахом 45,7 фута для диапазона скоростей от 100 до 200 узлов, а второе - площадью 184 кв. Фута и размахом 33,3 фута для скоростей до 300 узлов. Он включал изменяемый угол падения крыла; несущий винт, рулевой винт, крыло и вспомогательные двигатели системы баланса сил и момента; функция виброизоляции несущего винта, а также система электродистанционного управления с места пилота. Чтобы еще больше снизить риск при испытании усовершенствованных роторов, которые ранее не использовались, была включена система эвакуации экипажа, аналогичная той, что используется на самолетах с неподвижным крылом. Требуемая система регулируемого наклона вала несущего винта была сочтена слишком сложной и была исключена. В вертолете использовалась система противодействия крутящему моменту типа «вентилятор в плавниках» с рядом жалюзи, которые перекрывали его на высокой скорости.

В результате предпроектных исследований и анализа, НАСА и армия выпустили RFP для программы RSRA в 1973 году. 15 мая 1973 года Сикорский представил свое предложение. Хотя он был очень похож на пилотируемый самолет Predesign, в него были внесены некоторые практические изменения. Планировалось использовать двигательную установку TF-34 от Fairchild-Republic A-10 с установленными сбоку ТРДД General Electric. По контракту это не сработало, поэтому верхняя установка TF-34 от Lockheed S-3A была заменена, что потребовало установки на вертолет довольно неудобной изогнутой монтажной конструкции. Программа разработки роликовой главной коробки передач мощностью 3700 лошадиных сил не шла, как планировалось, и был предложен серийный главный редуктор SH-3 мощностью 2500 лошадиных сил. Предварительная разработка системы противовращения «вентилятор в плавнике», которая находилась в рамках завершенной на тот момент отдельной программы разработки, больше не использовалась из-за больших затрат на программу, и использовался обычный хвостовой винт. Остальная часть дизайна была практически такой же, как было показано в предварительном исследовании.

Компания Sikorsky выиграла контракт по программе RSRA и инициировала проектирование и производство двух опытных вертолетов S-72 RSRA. Первоначальные летные испытания проводились на заводе Sikorsky в Стратфорде, штат Коннектикут. В июле 1977 года первый вертолет S-72 RSRA был доставлен на испытательный полигон НАСА на острове Уоллопс на восточном берегу Вирджинии. Летные испытания проводились там, поскольку это был большой объект, контролируемый НАСА, с взлетно-посадочными полосами для аппаратов с неподвижным крылом, которые потребовались бы для некоторых летных испытаний в сложном режиме. Это также было удобно для объекта НАСА в Лэнгли, над проектом которого работало НАСА. У Сикорского была команда из примерно двадцати инженеров, техников и пилотов, дислоцированных в Уоллопсе. У НАСА и армии также были сотрудники для участия в программе испытаний.

Одним из самых интересных аспектов RSRA была система эвакуации экипажа. Хотя ее нельзя было испытать в полете, вся система была испытана на испытательном стенде ВВС на базе ВВС Холломан в Нью-Мексико. В ноябре 1977 года состоялся первый полет с полностью квалифицированной системой эвакуации. Первый полет в полной составной конфигурации состоялся 10 апреля 1978 года. После того, как Сикорский завершил опытно-конструкторские испытания на нем, вертолет №2 был доставлен в НАСА Эймс осенью 1978 года. Вертолет №1 продолжил свою программу испытаний на острове Уоллопс., с установленной системой виброизоляции ротора. Фаза летных испытаний Sikorsky завершилась 17 августа 1979 года. Вертолет S-72 RSRA налетал в общей сложности 60,1 летных часа, выполняя необходимые опытно-конструкторские испытания и открывая границы того, что требовалось правительством для первоначальных испытаний НАСА / Армии. В сентябре RSRA №1 был доставлен в НАСА Эймсу, чтобы присоединиться к вертолету №2. В то время программа RSRA по контракту с Sikorsky была завершена, за исключением заключительных отчетов. НАСА заключило контракт с Сикорски на двухлетнюю поддержку летных испытаний в Эймсе.

К началу 1980-х годов и НАСА, и армия направляли большую часть финансирования своих исследований винтокрылого типа на концепцию наклонного винта. За исключением нескольких второстепенных тестов, это привело к остановке программы RSRA до того, как она смогла выполнить намеченные задачи. RSRA вскоре перевоплотился в испытательный аппарат для концепции X-Wing. X-Wing использовал жесткий четырехлопастный ротор, который останавливался в полете, чтобы стать X-крылом. Важнейшей технологией была последовательность запуска и остановки ротора. Благодаря неподвижному крылу RSRA, которое позволяло выполнять начальные преобразования старт/стоп без необходимости поддерживать подъемную силу ротора/крыла, RSRA был идеальным испытательным аппаратом для X-Wing.

Особенности S-72 RSRA

Фюзеляж S-72 RSRA был полностью новым, рассчитанным на низкое лобовое сопротивление и высокое динамическое давление, необходимое для полета до максимальной расчетной скорости в 340 узлов. У него была двухместная кабина, расположенная бок о бок, и место инженера-летчика в кабине. Кабина была около шести футов в длину, в ней также размещалось испытательное оборудование на стойках вдоль кормовой переборки. На нижнем оперении были установлены большие тормозные механизмы. Система привода была взята непосредственно из серии самолетов Sikorsky SH-3 / S-61. Поставляемый ротор также был взят от SH-3 / S-61. Этот ротор, разумеется, предполагалось использовать только для первоначальных летных испытаний по встряхиванию. После того, как вертолет был доставлен и проверен НАСА / Армией, должны были быть установлены новые винты.

Управление полетом осуществлялось по проводам с места пилота-испытателя (левая сторона кабины). Хотя ручки и педали выглядели обычными, они не были связаны механически с системой управления вертолетом. Электронное соединение было выполнено с пультом управления пилота безопасности на правом посту экипажа. Таким образом, второй пилот становился запасным или аварийным пилотом, если электронное управление не функционировало должным образом. Цифровые компьютеры использовались для изменения и увеличения входных данных от средств управления пилотом-испытателем по желанию проводимого тестирования, прежде чем они были введены в механические средства управления пилота безопасности. Компьютеры управления полетом также управляли, с ограниченными полномочиями, множеством других исполнительных механизмов в механической системе управления.

Концепция двух крыльев, одно для средней скорости, а одно для высокой скорости, из предварительного исследования было обнаружено, что не требуется. Для разгрузки несущего винта в прямом полете или, при отрицательном угле падения, для перегрузки несущего винта в горизонтальном полете было предусмотрено единственное крыло с регулируемым углом атаки. Крыло легко снималось для испытаний в качестве базового вертолета. Вспомогательные двигатели TF-34 обеспечивали горизонтальное движение для испытания роторов, когда они не создавали горизонтальной тяги, необходимой для горизонтального полета. Их тоже нужно было легко удалить. В хвостовое оперение было включено регулируемое устройство с высоким лобовым сопротивлением, чтобы перегрузить тягу несущего винта.

Главная передача была установлена на системе измерения силы / момента для получения точных данных для тестируемых роторов. Семь датчиков веса были установлены в ортогональных направлениях для предоставления данных в координатах вертолета. Необходимое резервирование предусматривалось креплением рамы крепления трансмиссии к фюзеляжу. Альтернативная система крепления трансмиссии добавила изоляторы вибрации между монтажной рамой и фюзеляжем. Это была система «сфокусированного пилона» с регулируемыми на земле углами наклона и регулируемой жесткостью пружины для настройки и ослабления, с контролем возникающих статических смещений, обеспечиваемых гидравлическим центрированием с сервоприводом. Были использованы четыре плоских мягких изолятора и четыре номинально вертикальных датчика веса. В альтернативной конструкции для других типов роторов использовалось семь мягких изоляторов. Крыло было установлено низко и имело функцию переменного угла падения, с изменением в полете от 15 градусов носа до 9 градусов вниз. Эта система крепления также включала точные датчики нагрузки для измерения сил и моментов крыла.

Одной из поистине уникальных особенностей S-72 RSRA была система эвакуации экипажа. Она была спроектирована так, чтобы быть похожим на те, которые используются на самолетах с неподвижным крылом, но должена была иметь дело с вращающимся несущим винтом, блокирующим безопасное покидание машины летным экипажем. Было определено, что попытка катапультирования экипажа вниз будет неприемлема из-за проблем, связанных с человеческим фактором, а также из-за того, что S-72 RSRA должен выполнять множество полетов вблизи земли. Таким образом, была разработана система отрыва лезвия. При этом использовались кумулятивные заряды взрывчатого вещества вокруг основания лопасти, чтобы отрезать лонжероны лопасти и оторвать лопасть от вертолета. Чтобы гарантировать, что ни одна лопасть не вылетела вперед, где пилоты могли пострадать, или на корму, где она могла удариться о хвостовое оперение, использовалось двухступенчатое отрывание лопасти.

На пятилопастном несущем винте первые три лопасти отрывались и отбрасывались в стороны от вертолета. После поворота еще на 72 градуса последние две лопасти также отбрасывались в стороны. Сама система эвакуации экипажа была разработана Stanley Aviation, Inc. с использованием небольших ракет, которые катапультировали члена экипажа из вертолета, а не обычной ракеты установленной на самом сиденье, как это используется в большинстве самолетов с неподвижным крылом. Хотя эта система не могла быть практически испытана в полете, она прошла многочисленные наземные испытания, кульминацией которых стало полное испытание системы на скорости, проводившееся на базе ВВС Холломан «Лонг-Трек» в Нью-Мексико. Система S-72 RSRA стала первой и единственной системой эвакуации экипажа, пригодной для использования на летательном аппарате с винтокрылым крылом.

Задача S-72 RSRA заключалась в испытании усовершенствованных роторов во всем диапазоне их подъемной силы и диапазона горизонтальной тяги. После доставки в НАСА / Армию вертолет использовался для небольших испытаний ротора. Основная программа испытаний включала разработку X-wing. Она включало четырехлопастный несущий винт, который останавливался в полете и превращался в неподвижное X-образное крыло. Интересной частью программы X-wing был полет на RSRA без винта. Это должно было доказать, что RSRA можно использовать для испытаний на запуск и остановку X-wing, когда подъемная сила винта будет равна нулю. Он также продемонстрировал первый вертолет с неподвижным крылом, разработанный Сикорским со времен летающих лодок.

С 1975 года на фирме Сикорского проводились теоретические исследования по программе «X-Wing». В 1983 году получены ассигнования на экспериментальную проверку концепции на базе S-72. Официальная демонстрация аппарата с винтом-крылом состоялась 19 августа 1986 года. Винт-крыло представляет собой четырехлопастный винт диаметром 17,9 мм, хордой 0,9 м, площадью каждой лопасти 6,6 м. Для обеспечения высоких аэродинамических характеристик предполагается управляемая посредством ЭВМ подача сжатого воздуха через щели в задней и передней кромках лопастей (система управления циркуляцией).

2 декабря 1987 года выполнен первый полет со свободно вращающимся винтом аналогично автожиру. В 1988 году проведены испытания в вертолетном режиме. Испытания с остановленным винтом показали, что винт-крыло не обладает достаточной жесткостью, необходимой для безопасного полета. Возникли также проблемы с работой системы управления циркуляцией. Финансирование работ со стороны государства было приостановлено. Таким образом, первый этап летных испытаний по программе «X-Wing» завершился без принятия решения о постройке опытного боевого вертолета. Летающая лаборатория S-72 RSRA, выполненная в двух экземплярах, находится по-прежнему в эксплуатации.

Технические характеристики Sikorsky S-72
Экипаж: 3
Длина: 21,51 м
Размах крыла: 13,74 м
Высота: 4,42 м до верха ступицы ротора
Профиль : NACA 63-415
Пустой вес: 9 535 кг составная конфигурация вертолета
Полная масса: 11 884 кг составная конфигурация вертолета
Силовая установка: 2 турбовальных General Electric T58-GE-5 мощностью 1400 л.с. (1000 кВт) каждый
Силовая установка: 2 ТРДД General Electric TF34-GE-400A, (41,26 кН) каждый
Диаметр несущего винта: 18,9 м
Площадь несущего винта: 280,5 м2
Максимальная скорость: 560 км/ч