Главная Термины

Схема самолета с вертикальным взлетом. России нужны самолеты вертикального взлета и посадки

23.09.2019

Самолёт вертикального взлёта и посадки , общепринятое сокращение - СВВП или англ. VTOL - Vertical Take-Off and Landing - самолёт , способный взлетать и садиться при нулевой горизонтальной скорости , используя тягу двигателя направленную вертикально.

Принципиальным отличием СВВП от различных винтокрылых машин является то, что в режиме горизонтального полета на крейсерской скорости, как и у самолёта традиционной схемы, подъёмную силу создает неподвижное крыло.

По компоновочной схеме

По положению фюзеляжа при взлете и посадке.

  • Вертикальное положение (т. н. tailsitter):
    • с винтами (пример: Convair XFY Pogo, Lockheed XFV);
    • реактивные;
      • с прямым использованием тяги от маршевого реактивного двигателя (пример- X-13 Vertijet);
      • с кольцевым крылом (колеоптер);
  • Горизонтальное положение:
    • с винтами;
      • с поворотным крылом;
      • с вентиляторами на конце крыла;
      • с отклонением струи от винтов;
    • реактивные;
      • с поворотными двигателями;
      • с отклонением струи газов маршевого реактивного двигателя;
      • с подъёмными двигателями;

История создания и развития СВВП

Разработка самолётов ВВП началась впервые в 1950-х годах , когда был достигнут соответствующий технический уровень турбореактивного и турбовинтового двигателестроения, что вызвало повсеместную заинтересованность в самолётах этого типа как среди потенциальных военных пользователей, так и в конструкторских бюро . Значительным импульсом в пользу развития СВВП послужило и широкое распространение в ВВС различных стран скоростных реактивных истребителей с высокими взлётными и посадочными скоростями. Такие боевые самолёты требовали длинных взлётно-посадочных полос с твёрдым покрытием: было очевидно, что в случае масштабных военных действий значительная часть этих аэродромов, особенно прифронтовых, будет быстро выведена из строя противником. Таким образом, военные заказчики были заинтересованы в самолётах, взлетающих и садящихся вертикально на любую небольшую площадку, то есть фактически независимых от аэродромов. В значительной мере благодаря такой заинтересованности представителей армии и флота ведущих мировых держав были созданы десятки опытных самолётов ВВП разных систем. Большинство конструкции было изготовлено в 1-2 экземплярах, которые, как правило, терпели аварии уже во время первых испытаний, и дальнейшие исследования над ними уже не проводились. Техническая комиссия НАТО , огласившая в июне 1961 года требования к истребителю-бомбардировщику вертикального взлёта и посадки, дала тем самым импульс развитию сверхзвуковых самолётов ВВП в западных странах. Предполагалось, что в - -х годах странам НАТО потребуется около 5 тысяч таких самолётов, из которых первые войдут в эксплуатацию уже в 1967 году . Прогноз такого большого количества продукции вызвал появление шести проектов самолётов ВВП:

  • P.1150 английской фирмы «Хоукер-Сиддли» и западногерманской «Фокке-Вульф»;
  • VJ-101 западногерманского Южного Объединения «EWR-Зюд» («Бельков », «Хейнкель », «Мессершмитт»);
  • D-24 нидерландской фирмы «Фоккер» и американской «Рипаблик»;
  • G-95 итальянской фирмы «Фиат »;
  • Мираж III-V французской фирмы «Дассо »;
  • F-104G в варианте ВВП американской фирмы «Локхид » совместно с английскими фирмами «Шорт» и «Роллс-ройс ».

Программа СВВП В СССР

Первым советским самолётом вертикального взлёта и посадки стал Як-36 . Разработка его велась в КБ Яковлева с 1960 года под руководством С. Г. Мордовина. В ходе испытаний вначале был построен и испытан летающий стенд «турболёт », на котором отрабатывались вертикальные режимы полёта. Ведущими лётчиками-испытателями по программе Як-36 были Ю. А. Гарнаев и В. Г. Мухин. 24 марта 1966 года лётчик Мухин впервые выполнил полёт с вертикальным взлётом, переходом в горизонтальный полёт и вертикальной посадкой. В 1967 году во время демонстрационных полётов над подмосковным аэродромом «Домодедово» были показаны три сверхзвуковых самолёта КВП (короткого взлёта и посадки) конструкции А. И. Микояна , П. О. Сухого и один самолёт вертикального взлёта и посадки конструкции А. С. Яковлева - Як-36.

Преимущества и недостатки СВВП

История развития самолётов ВВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации . Преимущества СВВП для военного применения очевидны. Самолёт ВВП может базироваться на площадках, размеры которых ненамного превышают его габариты . Кроме способности вертикального взлёта и посадки, самолёты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам- например вертолётам - СВВП обладают несравненно большими, вплоть до сверхзвуковых (Як-141) - скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом. Всё это привело к увлечению идеей вертикально взлетающего самолёта, своего рода «буму СВВП» в инженерно-конструкторской и в целом авиационной областях в 1960-е-1970-е годы.

Посадка СВВП AV-8B_Harrier_II. Видны газовые струи вертикальной тяги.

Прогнозировалось широкое распространение этого типа машин, предлагалось множество проектов военных и гражданских, боевых, транспортных и пассажирских СВВП различных конструкций (типичный для 70- х годов пример проекта пассажирского лайнера СВВП - Hawker Siddeley HS-141).

Однако, недостатки СВВП также оказались значительными. Пилотирование этого типа машин весьма сложно для лётчика и требует от него высочайшей квалификации в технике пилотирования. Особенно это сказывается в полете на режимах висения и переходных - в моменты перехода из висения в горизонтальный полёт и обратно. Фактически, пилот реактивного СВВП должен перенести подъёмную силу, и, соответственно, вес машины - с крыла на вертикальные газовые струи тяги или наоборот.

Такая особенность техники пилотирования ставит сложные задачи перед пилотом СВВП. Кроме того, в режиме висения и переходных режимах СВВП в целом неустойчивы, подвержены боковому скольжению, большую опасность в эти моменты представляет возможный отказ подъёмных двигателей. Такой отказ нередко служил причиной аварий серийных и экспериментальных СВВП. Также к недостаткам можно отнести значительно меньшую в сравнении с самолётами обычной схемы грузоподъёмность и дальность полёта СВВП, большой расход топлива на вертикальных режимах полета, общую сложность и дороговизну конструкции СВВП, разрушение покрытий взлётно-посадочных площадок горячим газовым выхлопом двигателей.

Указанные факторы, а также резкое повышение на мировом рынке цен на нефть (и, соответственно, авиационное топливо) в 70-годах 20-го века привели к практическому прекращению разработок в области пассажирских и транспортных реактивных СВВП.

Из множества предложенных проектов реактивных транспортных СВВП практически был завершен и испытан лишь один самолёт Dornier Do 31 , однако и эта машина серийно не строилась. Исходя из всего вышеизложенного, перспективы широких разработок и массового применения реактивных СВВП очень сомнительны. В то же время, существует современная конструкторская тенденция к отходу от традиционной реактивной схемы в пользу СВВП с винтомоторной группой (чаще - конвертопланов): в частности, к таким машинам относится производящийся серийно в настоящее время Bell V-22 Osprey и разрабатываемый на его основе Bell/Agusta BA609 .

См. также

  • Список самолётов по производителям
  • Классификация самолётов по конструктивным признакам и силовой установке

Литература

  • Э.Цихош «Сверхзвуковые самолёты» пр. «Самолёты вертикального взлёта и посадки».

На протяжении долгих лет продолжаются разговоры о возможном строительстве нового российского авианосца, которые, впрочем, пока не привели к старту реальных работ. В контексте подобного развития флота также нередко обсуждается вопрос авиационной группы для перспективного корабля. Высказываются те или иные предложения, в том числе и самые смелые. К примеру, в прошлом неоднократно предлагалось возобновить работы по тематике самолетов вертикального взлета и посадки. Согласно некоторым заявлениям официальных лиц, такое предложение может быть реализовано в отдаленном будущем.

Настоящее и планы


На данный момент палубную авиацию военно-морского флота России нельзя назвать многочисленной. В распоряжении летчиков имеется всего несколько десятков истребителей Су-33 и МиГ-29К. Все эти машины предназначаются для взлета с палубы, оснащенной трамплином. Посадка осуществляется при помощи аэрофинишера. Такая группировка достаточна для комплектации единственного имеющегося авианесущего крейсера, но строительство новых авианосцев потребует заказать определенное количество дополнительных самолетов.

Як-141 в полете

В настоящее время российское военное ведомство изучает перспективы развития палубных истребителей, и уже формирует некоторые предварительные предложения. Так, любопытный вариант дальнейшего развития морской авиации был предложен в прошлом году. Во время международного аэрокосмического салона МАКС-2017 заместитель министра обороны России Юрий Борисов затронул тему отдаленного будущего авиации флота. Как оказалось, Минобороны имеет весьма любопытные планы.

По словам Ю. Борисова, имеющиеся самолеты Су-33 и МиГ-29К постепенно будут морально устаревать, вследствие чего примерно через 10 лет потребуется разработка новых летательных аппаратов. При этом военное ведомство уже имеет планы на этот счет. Они предусматривают разработку и выпуск новых самолетов с укороченным или вертикальным взлетом и посадкой. Предполагается, что новые самолеты вертикального взлета станут своеобразным продолжением линейки подобной техники, в прошлом разрабатывавшейся в ОКБ А.С. Яковлева.

Замминистра обороны указал, что перспективные самолеты будут служить уже на новом авианосце, строительство которого может начаться в середине двадцатых годов. Иные подробности гипотетического проекта из будущего пока не оглашались. По всей видимости, разработка нового самолета еще не начиналась, а специалисты военного ведомства и авиационной промышленности пока и сами не знают, каким может быть новый российский палубный самолет.

Успехи прошлого

Прошлогодние заявления представителя Минобороны не раскрывают никаких подробностей, но дают интересный намек на возможное дальнейшее развитие событий. По словам Ю. Борисова, новый палубный истребитель станет продолжением семейства машин ОКБ Яковлева. Если для реализации будет выбрано именно такое предложение, то самолет из будущего может оказаться похожим на некоторые хорошо известные разработки. Это позволяет делать прогнозы и пытаться предугадать, какой будет новая техника.

Напомним, ОКБ Яковлева начало изучать тематику вертикального взлета еще в конце пятидесятых годов. К середине следующего десятилетия был создан экспериментальный проект Як-36. Опытные образцы этого типа показали основные особенности техники нового класса и позволили приступить к разработке полноценных боевых машин. На основе наработок по Як-36 был создан палубный штурмовик Як-38. Он имел встроенное вооружение, а также мог нести ракеты и бомбы. В конце семидесятых годов Як-38 был принят на вооружение и вошел в состав авиационных групп ряда кораблей ВМФ СССР. Также были разработаны несколько проектов модернизации такой машины.

Не дожидаясь завершения испытаний Як-38, конструкторское бюро приступило к разработке нового самолета со схожими взлетно-посадочными характеристиками, но с расширенными боевыми возможностями. Новый Як-41 (позже проект переименован в Як-141) должен был стать многоцелевым истребителем, способным завоевывать превосходство в воздухе, а также наносить удары по наземным или надводным целям. В рамках проекта конструкторам нескольких организаций предстояло решить большое число достаточно сложных задач, что привело к определенному затягиванию работ. Подготовка к испытаниям опытной техники стартовала только спустя десятилетие после начала проектирования.

Первый полет одного из опытных Як-41 состоялся в марте 1987 года. В течение нескольких следующих лет прототипы выполняли те или иные полетные программы, что позволяло проверить работу всех бортовых систем. В самом конце 1989 года состоялся первый полет с висением, а в июне 1990-го – первый вертикальный взлет и вертикальная посадка. После новых полетов с сухопутного аэродрома были начаты проверки на палубе. В конце сентября 1991 года состоялась первая посадка Як-141 на авианосец. Через несколько дней выполнили и взлет.

В начале октября во время очередной тестовой вертикальной посадки один из опытных самолетов превысил вертикальную скорость, что привело к разрушению конструкции и пожару. Этот инцидент стал фатальным для проекта. Возможность строительства нового опытного образца взамен утраченного отсутствовала, а вскоре было принято решение о закрытии проекта. Официально работы прекратились в 1992 году. Оставшиеся Як-141 все еще показывали на различных выставках, но эти машины более не имели будущего.

Один из вариантов облика Як-201

Экономические проблемы и специфические взгляды на военно-политические вопросы привели к тому, что Россия в начале девяностых годов отказалась от создания новых самолетов вертикального / укороченного взлета и посадки. Тем не менее, ОКБ Яковлева не прекратило проработку многообещающих идей и продолжило работы в инициативном порядке. В середине девяностых годов был предложен новый проект многоцелевого палубного истребителя Як-201.

По известным данным, проект Як-201 предусматривал строительство планера, выполненного с использованием стелс-технологий, что позволяло резко снизить заметность самолета в полете. Машину планировалось оснастить одним двигателем, предназначенным для вертикального взлета / посадки и горизонтального полета. Взлетать предлагалось за счет изменения тяги при помощи поворотного сопла. Поскольку двигатель помещался в хвосте машины, его должна была дополнять вспомогательная подъемная система. Среди прочего, прорабатывался вариант монтажа в носовой части фюзеляжа дополнительного ротора, приводимого в движение удлиненным валом двигателя.

Конкретный двигатель для Як-201 так и не был выбран, из-за чего большая часть летно-технических данных не была точно рассчитана. Самолет должен был получить автоматическую пушку и внутренние грузоотсеки для ракет или бомб. Сбрасываемое предлагалось перевозить на четырех точках подвески. Возможно, истребитель мог бы получить и пилоны внешнего размещения.

По очевидным причинам, проект Як-201 так и не вышел из стадии предварительной проработки. Потенциальный заказчик не проявлял интереса к такой технике, а кроме того, не имел финансовой возможности заказать ее разработку и строительство. Как следствие, очередное многообещающее предложение отправилось в архив.

Согласно заявлениям Ю. Борисова, имеющийся парк палубных самолетов в отдаленном будущем устареет, и им потребуется замена. В настоящее время рассматривается возможность создания самолетов вертикального / укороченного взлета и посадки, что может дать определенные преимущества. При этом пока не уточняется, какими они будут и какие возможности получат. Впрочем, указано, что военное ведомство намерено продолжить развитие старых идей ОКБ А.С. Яковлева. Таким образом, можно попробовать представить, как будет выглядеть перспективный палубный истребитель.

Взгляд в будущее

Из всех проектов самолетов вертикального взлета под маркой «Як» наибольший интерес может представлять самый последний, предложенный в середине девяностых годов и не дошедший до полноценных конструкторских работ. Прорабатывая облик машины будущего, ОКБ Яковлева предложило весьма интересный летательный аппарат, который и сейчас выглядит вполне современным. Те или иные составляющие этого проекта могут потребовать заметной переработки в соответствии с актуальными тенденциями, но ряд общих черт можно сохранить.

Следует отметить, что ряд основных черт проекта Як-201 заставляет вспомнить об американском истребителе Lockheed Martin F-35B Lightning II, имеющем возможность укороченного взлета и посадки. Российский и американский проекты предусматривали снижение заметности для средств обнаружения противника, использовали комбинацию маршевого двигателя с поворотным соплом и подъемного ротора, а также предлагали внутреннее размещение всего вооружения. Как показывает текущее положение дел с американскими самолетами, подобный вариант технического облика техники оправдывает себя и пригоден для решения поставленных задач. При этом нельзя не отметить, что получение желаемых результатов в рамках американского проекта было связано с множеством технических трудностей, затягиванием работ и ростом стоимости программы.

Поскольку Як-201 разрабатывался в девяностых годах, а проектирование нового аналогичного самолета стартует не ранее начала двадцатых, прямое заимствование тех или иных конструкторских решений фактически исключается. Одним из главных отличий нового проекта должно стать широчайшее применение современных материалов и технологий, созданных уже после отказа от эскизного проекта Як-201. Такой же подход следует применить и при создании бортового комплекса радиоэлектронного оборудования.


Музейный Як-141

Очевидно, что планер перспективного самолета должен строиться с учетом снижения заметности. Вполне возможно, что оптимальная его конфигурация будет похожа на планер истребителя пятого поколения Су-57. Впрочем, в любом случае будут присутствовать самые серьезные отличия. По известным данным, еще в рамках проекта Як-201 было проработано несколько версий аэродинамического облика малозаметной машины. В частности, изучалось переднее и заднее размещение горизонтального оперения.

Из всех известных вариантов силовых установок, обеспечивающих вертикальный или укороченный взлет, наиболее выгодной выглядит предложенная в проекте Як-201 и реализованная на самолете F-35B. Основной маршевый двигатель, показывающий достаточные характеристики, должен иметь поворотное сопло. При этом его вал следует связать с передним ротором, отвечающим за создание тяги под носовой частью планера. Также машина нуждается в газоструйных средствах управления по трем осям на вертикальном режиме и при переходе к горизонтальному полету.

Текущий прогресс в области радиоэлектронных систем позволяет смотреть в будущее с оптимизмом. На борту перспективного самолета может появиться РЛС с фазированной антенной решеткой, в том числе активной, оптико-локационные средства обнаружения и современный прицельно-навигационный комплекс. В соответствии с актуальными требованиями, авионика должна иметь полную совместимость с имеющимися и перспективными войсковыми средствами связи и управления.

Состав вооружения будет определен в соответствии с пожеланиями военных и предполагаемыми боевыми задачами. Отечественные самолеты вертикального взлета и посадки оснащались встроенной 30-мм автоматической пушкой и могли нести разнообразные авиационные средства поражения. Так, в проекте Як-141 предусматривалось применение различных ракет класса «воздух-воздух», в том числе изделий средней дальности. Для поражения наземных или надводных целей предлагался широкий круг управляемых и неуправляемых ракет и бомб. Такие же возможности могут перейти и к перспективному самолету. При этом важнейшей его чертой станет наличие внутренних грузоотсеков для оружия, позволяющих снизить заметность в полете.

Как следует из известных данных, пока российское министерство обороны лишь рассматривает возможность возобновления разработки и строительства самолетов вертикального взлета. Подобные предложения смогут превратиться в реальные проекты только через несколько лет, и затем определенное время потребуется для проведения всех необходимых работ. В итоге готовые палубные самолеты появятся не ранее второй половины двадцатых годов. К этому времени предполагается начать строительство нового авианосца, на котором предстоит служить новой авиационной технике.

Разработка нового самолета для авиации ВМФ России, по всей видимости, еще не начиналась, и это обстоятельство является прекрасным поводом для составления прогнозов и высказывания различных версий. Тем временем, специалисты военного ведомства и авиационной промышленности могут оценить перспективы существующего предложения и решить, что делать дальше. Если флоту действительно необходим самолет с необычными взлетно-посадочными характеристиками, то его разработка начнется уже в ближайшем будущем.

По материалам сайтов:
http://rg.ru/
https://ria.ru/
http://tass.ru/
http://airwar.ru/
http://yak.ru/
http://avia.pro/

0

Конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой сопряжено с большими трудностями, связанными с необходимостью создания легких двигателей, управляемостью на околонулевых скоростях и др.

В настоящее время известно много проектов схем самолетов вертикального взлета и посадки, многие из которых уже воплощены в реальные аппараты.

Самолеты с воздушными винтами

Одним из решений проблемы вертикального взлета и посадки является создание самолета, у которого подъемная сила при взлете и посадке создается поворотом оси вращения винтов, а в горизонтальном полете - крылом. Поворот оси вращения винтов может быть достигнут поворотом двигателя или крыла. Крыло такого самолета (рис. 160) выполняется по многолонжеронной схеме (минимум два лонжерона) и крепится к фюзеляжу на шарнирах. Механизм поворота крыла чаще всего представляет винтовой домкрат с синхронизированным вращением, обеспечивающий изменение угла установки крыла на угол больше 90°.

Крыло снабжается по всему размаху многощелевыми закрылками. На участках, где крыло не обдувается воздушным потоком от винта, или там, где скорости обдувания невелики (в центральной части крыла), устанавливаются предкрылки, способствующие устранению срыва потока при больших углах атаки. Вертикальное оперение отличается относительно большими размерами (для повышения путевой устойчивости при малых скоростях полета) и оснащается рулем направления. Стабилизатор такого самолета обычно управляемый. Углы установки стабилизатора могут изменяться в больших пределах, обеспечивая переход самолета от вертикального взлета к горизонтальному полету и обратно. Основание киля переходит в вынесенную назад хвостовую балку, на которой в горизонтальной плоскости крепится хвостовой винт небольшого диаметра, изменяемого шага, обеспечивающий продольное управление на режиме висения и переходных режимах полета.

Силовая установка состоит из нескольких мощных турбовинтовых двигателей, отличающихся небольшими размерами и малым удельным весом порядка 0,114 кГ/л. с., что очень важно для летательного аппарата вертикального взлета и посадки любой схемы, так как у таких аппаратов при вертикальном взлете тяга должна быть больше веса. Кроме преодоления веса, тяга должна преодолевать аэродинамическое сопротивление и создавать ускорение для разгона самолета до такой скорости, при которой подъемная сила крыла будет полностью компенсировать вес самолета, а рулевые аэродинамические поверхности будут достаточно эффективны.

Серьезный конструктивный недостаток самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами заключается в том, что обеспечение безопасности полета и надежной управляемости самолета при вертикальном взлете и на переходных режимах полета достигается ценой утяжеления и усложнения конструкции за счет применения механизма поворота крыла и трансмиссии, синхронизирующей вращение воздушных винтов.

Сложной является также система управления самолетом. Управление во время взлета и посадки и в крейсерском полете по трем осям осуществляется с помощью обычных аэродинамических поверхностей управления, но на режиме висения и. переходных режимах до и после крейсерского полета применяются иные методы управления.

Во время вертикального набора высоты продольное управление осуществляется с помощью горизонтального рулевого винта (с изменяемым шагом), расположенного за килем (рис. 160, б), путевое управление - дифференциальным отклонением концевых секций закрылков, обдуваемых струей от воздушных винтов, а поперечное управление - дифференциальным изменением шага крайних воздушных винтов.






На переходном режиме осуществляется постепенный переход к управлению с помощью обычных поверхностей; для этого используется смеситель команд, работа которого программируется в зависимости от угла поворота крыла. В систему управления включен механизм стабилизации.

Улучшение характеристик самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами в настоящее время возможен за счет того, что воздушный винт заключают в кольцевой канал (короткую трубу соответствующего диаметра). Такой винт развивает тягу на 15-20% больше, чем тяга винта без «ограждения». Объясняется это тем, что стенки канала препятствуют перетеканию сжатого воздуха с нижних поверхностей винта на верхние, где давление понижено, и исключают рассеивание потока от винта в стороны. Кроме того, при подсасывании воздуха винтом над кольцевым каналом создается область пониженного давления, а так как винт отбрасывает вниз поток сжатого воздуха, разность давлений на верхнем и нижнем срезе кольца канала приводит к образованию дополнительной подъемной силы. На рис. 161, а представлена схема самолета вертикального взлета и посадки с воздушными винтами, установленными в кольцевых каналах. Самолет выполнен по схеме тандем с четырьмя винтами, приводимыми в движение общей трансмиссией.

Управление по трем осям в крейсерском и вертикальном полете (рис. 161, б, в, г) производится в основном путем дифференциального изменения шага воздушных винтов и отклонения закрылков, расположенных горизонтально в струях, отбрасываемых винтами за каналами.

Следует отметить, что самолеты вертикального взлета и посадки с воздушными винтами способны развивать скорость 600- 800 км/ч. Достижение более высоких дозвуковых, а тем более сверхзвуковых скоростей полета возможно лишь при использовании реактивных двигателей.

Самолеты с реактивной тягой

Известно много схем самолетов вертикального взлета и посадки с реактивной тягой, однако их можно достаточно строго разделить на три основные группы по типу силовой установки: самолеты с единой силовой установкой, с составной силовой установкой и с силовой установкой с агрегатами усиления тяги.

Самолеты с единой силовой установкой, у которой один и тот же двигатель создает вертикальную и горизонтальную тягу (рис. 162), теоретически могут летать со скоростями, превышающими скорость звука в несколько раз. Серьезным недостатком такого самолета является то, что отказ двигателя на взлете или при посадке грозит катастрофой.


Самолет с составной силовой установкой может совершать полет также со сверхзвуковыми скоростями. Его силовая установка состоит из двигателей, предназначенных для вертикального взлета и посадки (подъемные), и двигателей для горизонтального полета (маршевые), рис. 163.

Подъемные двигатели имеют вертикально расположенную ось, а маршевые - горизонтально расположенную. Отказ одного или двух подъемных двигателей на взлете позволяет продолжать вертикальный взлет и посадку. В качестве маршевых двигателей могут использоваться ТРД, ДТРД. Маршевые двигатели на взлете могут также участвовать в создании вертикальной тяги. Отклонение вектора тяги производится или поворотными соплами, или поворотом двигателя вместе с гондолой.

На самолетах ВВП с реактивными двигателями устойчивость и управляемость на режимах взлета, посадки, висения и переходных режимах, когда аэродинамические силы отсутствуют или малы по величине, обеспечивается управляющими устройствами газодинамического типа. По принципу работы они разделяются на три класса: с отбором сжатого воздуха или горячих газов от силовой установки, с использованием величины тяги движителей и с применением устройств отклонения вектора тяги.


Управляющие устройства с отбором сжатого воздуха или газов наиболее просты и надежны. Пример компоновки управляющего устройства с отбором сжатого воздуха от подъемных двигателей представлен на рис. 164.

Самолеты ВВП, оснащенные силовой установкой с агрегатами усиления тяги, могут иметь турбовентиляторные агрегаты (рис. 165) или газовые эжекторы (рис. 166), которые и создают необходимую вертикальную тягу на взлете. Силовые установки этих самолетов могут быть созданы на базе ТРД и ДТРД.

Силовая установка самолета с агрегатами усиления тяги, представленная на рис. 165, состоит из двух ТРД, установленных в фюзеляже и создающих горизонтальную тягу. При вертикальном взлете и посадке ТРД используются в качестве газогенераторов для привода во вращение двух турбин с вентиляторами, размещенных в крыле, и одной турбины с вентилятором в носовой части фюзеляжа. Передний вентилятор используется только для продольного управления.

Управление самолетом на вертикальных режимах обеспечивается вентиляторами, а в горизонтальном полете - аэродинамическими рулями. Самолет с эжекторной силовой установкой, представленный на рис. 166, имеет силовую установку из двух ТРД. Для создания вертикальной тяги поток газов направляется в эжекторное устройство, расположенное в центральной части фюзеляжа. Устройство имеет два центральных воздушных канала, из которых воздух направляется в поперечные каналы с щелевыми соплами на концах.




Каждый ТРД соединен с одним центральным каналом и половиной поперечных каналов с соплами, чтобы при выключении или выходе из строя одного ТРД эжекторное устройство продолжало работать. Сопла выходят в эжекторные камеры, которые закрываются створками на верхней и нижней поверхностях фюзеляжа. При работе эжекторной установки вытекающие из сопла газы эжектируют воздух, объем которого в 5,5-6 раз больше объема газов, что на 30% превышает тягу ТРД.

Вытекающие из эжекторных камер газы имеют небольшую скорость и температуру. Это позволяет эксплуатировать самолет с взлетно-посадочных площадок без специального покрытия, кроме того, эжекторное устройство понижает уровень шума ТРД. Управление самолетом на крейсерском режиме осуществляется обычными аэродинамическими поверхностями, а на режиме взлета, посадки и переходных режимах - системой струйных рулей, обеспечивающих устойчивость и управляемость самолету.

Силовые установки с усилением вектора тяги обладают несколькими очень серьезными недостатками. Так, силовая установка с турбовентиляторным агрегатом требует больших объемов для размещения вентиляторов, что затрудняет создание крыла с тонким профилем, нормально работающего в сверхзвуковом потоке. Еще больших объемов требует эжекторная силовая установка.



Обычно при таких схемах возникают трудности с размещением топлива, что ограничивает дальность полета самолета.

При рассмотрении схем самолетов ВВП может сложиться ошибочное мнение о том, что возможность вертикального взлета должна окупаться уменьшением поднимаемого самолетом полезного груза. Даже приближенные расчеты подтверждают вывод о том, что вертикально взлетающий самолет, обладающий большой скоростью полета, может быть создан без значительных потерь в полезной нагрузке или дальности, если с самого начала проектирования самолета в основу его положить требования вертикального взлета и посадки.

На рис. 167 представлены результаты анализа весов самолетов обычной схемы (нормального взлета) и ВВП. Сравниваются самолеты равного взлетного веса, имеющие одинаковую скорость крейсерского полета, высоту, дальность и поднимающие одинаковую полезную нагрузку. Из диаграммы рис. 167 видно, но самолет ВВП (с 12 подъемными двигателями) имеет силовую установку тяжелее обычного самолета примерно на 6% взлетного веса самолета нормального взлета.



Кроме того, гондолы подъемных двигателей еще на 3% от взлетного веса увеличивают вес конструкции самолета ВВП. Расход топлива на взлет и посадку, включая движение по земле, больше, чем у обычного самолета, на 1,5%, а вес дополнительного оборудования самолета ВВП на 1%.

Этот неизбежный для вертикально взлетающего самолета дополнительный вес, равный примерно 11,5% взлетного веса, может быть скомпенсирован уменьшением веса других элементов его конструкции.

Так, для самолета ВВП крыло выполняется меньшего размера по сравнению с самолетом обычной схемы. К тому же отпадает необходимость в применении механизации крыла, и это уменьшает вес примерно на 4,4%.

Дальнейшей экономии веса самолета ВВП можно ожидать от уменьшения веса шасси и хвостового оперения. Вес шасси самолета ВВП, рассчитанного на максимальную скорость снижения 3 м/сек, может быть уменьшен на 2% взлетного веса по сравнению с самолетом обычной схемы.

Таким образом, весовой баланс самолета ВВП показывает, что вес конструкции самолета ВВП больше веса обычного самолета приблизительно на 4,5% максимального взлетного веса самолета обычной схемы.

Однако обычный самолет должен иметь значительный резерв топлива для полетов в зоне ожидания и для поиска запасного аэродрома в плохую погоду. Этот резерв топлива для вертикально взлетающего самолета может быть значительно уменьшен, так как он не нуждается во взлетно-посадочной полосе и может приземляться практически па любой площадке, размеры которой могут быть незначительны.

Из вышесказанного следует, что самолет ВВП, имеющий взлетный вес такой же, как и у самолета обычной схемы, может нести ту же полезную нагрузку и совершать полет с той же скоростью и на ту же дальность.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Экспериментальный реактивный самолет вертикального взлета и посадки X-13 «Vertijet» был создан по заказу ВВС США компанией Ryan Aeronautical в середине 1950-х. Было построено два самолета.
Первый самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) X-13 «Vertijet» был построен в 1955 г. и начал проходить наземные испытания на базе ВВС США, где совершил ряд полетов с помощью вспомогательного шасси, позволяющего осуществлять обычные взлет и посадку. Наземные испытания включали 15 часов испытаний на стенде в вертикальном положении и 10 часов - в горизонтальном положении.
Первый полет па режиме висения СВВП Х-13 «Vertijet» совершил в начале 1956 г., а первый полет с переходом от вертикального взлета к горизонтальному полету и затем к вертикальной посадке в ноябре 1956 г.


В 1956 г. фирмой «Ryan» был построен второй экспериментальный самолета с вертикальным взлетом Х-13 с обычным трех опорным шасси, который совершал взлет с разбегом, переходил к полету на режиме висения, а затем совершал посадку с пробегом. В процессе испытаний самолета Х-13 «Vertijet» фирма «Ryan» встретилась с рядом новых проблем, одной из которых стала необходимость преодоления гироскопического эффекта вращающихся масс двигателя и гироскопической прецессии, воздействующих на путевое и продольное управление, что потребовало разработки для X-13 системы автоматической стабилизации. Другой проблемой стал срыв потока на треугольном крыле при углах атаки более 30° на переходных режимах, вызывавший неустойчивость движения самолета.

Самолет Х-13 «Vertijet» выполнен по бесхвостовой схеме с треугольным крылом и одним турбореактивным двигателем и не имеет обычного шасси.
Фюзеляж отличается небольшим удлинением, в носовой части его размещена кабина летчика. При переходе от вертикального взлета к горизонтальному полету и обратно сиденье летчика может наклоняться вперед на 70°. Для улучшения обзора, особенно при вертикальном взлете и посадке, фонарь имел большую площадь остекления, а в кабине было установлено зеркало заднего обзора, как на автомобиле.
Крыло треугольное, высокорасположенное, малого удлинения, размахом 6,4 м со стреловидностью по передней кромке около 60°. Площадь крыла - 17 м2, нагрузка на крыло 215 кг/м2. На крыле имеются элероны, а на концах крыла установлены небольшие вертикальные шайбы.


Особенностью конструкции самолета X-13 «Vertijet» является отсутствие шасси. Для взлета и посадки самолета используется тележка с установленной на ней рампой, последняя может подниматься гидравлическими силовыми цилиндрами и принимать вертикальное положение. При подготовке самолета к взлету рампа опускается, на ней устанавливается самолет, затем она поднимается. Самолет имеет крюк в носовой части фюзеляжа, который зацепляется за трос прицепного устройства на рампе. Кроме того, на экспериментальном самолете на центральной части фюзеляжа установлены вспомогательные ферменные стойки, опирающиеся на рампу. Когда рампа, поднимаясь, занимает вертикальное положение, самолет повисает на крюке «подобно летучей мыши».

При вертикальном взлете с рампы, к которой самолет подвешен на крюке, летчик увеличивает тягу двигателя, самолет при этом перемещается вверх, крюк выходит из зацепления с тросом и самолет вертикально поднимается, а затем постепенно переходит в горизонтальный полет.
Перед посадкой летчик переводит самолет из горизонтального в вертикальное положение, в котором самолет поддерживается тягой двигателя. При уменьшении тяги самолет снижается, затем, управляя тягой двигателя и газовыми и струйными рулями, летчик подводит самолет к рампе, пока не зацепится крюком за трос. После этого рампа вместе с самолетом опускается в горизонтальное положение.


Для того чтобы летчик мог точно определить расстояние до рампы при приближении к ней, на рампе в горизонтальном положении была установлена мерная рейка с нанесенными на ней делениями. Кроме того, сверху рампы расположена площадка, на которой находится оператор, подающий руками сигналы летчику.
По мнению фирмы «Ryan», такой метод взлета и посадки вертикально взлетающих самолетов дает ряд преимуществ, позволяя значительно упростить конструкцию самолета, отказавшись от обычного шасси, и получить экономию в весе конструкции. Тележка с рампой может использоваться также для транспортировки самолета к районам боевых действий и для технического обслуживания.

Силовая установка самолета X-13 «Vertijet» состоит из одного турбореактивного двигателя Rolls-Royce Avon R.A.28, установленного в хвостовой части фюзеляжа, воздух в двигатель поступает через боковые воздухозаборники. Тяга двигателя составляет 4540 кгс, что при взлетной массе самолета 3630 кг позволяет получить тяговооруженность 1,25.
В горизонтальном полете самолет управляется с помощью элеронов и руля направления. На вертикальных режимах самолет управляется с помощью газовых рулей и струйной системы управления: на концах крыла расположены реактивные сопла, к которым подводится сжатый воздух, отбираемый от компрессора турбореактивного двигателя.


Оба СВВП успешно проходили летные испытания, которые завершились без каких-либо летных происшествий в 1958 г., когда разработка СВВП Х-13 «Vertijet» была прекращена ВВС, отдавшими предпочтение СВВП с горизонтальным положением фюзеляжа. Общая стоимость разработки, постройки и испытаний двух экспериментальных СВВП Х-13 превысила 7 млн. долл. Тем не менее ВВС и флот США не раз возвращались к схеме СВВП с вертикальным положением фюзеляжа, предлагая ее использовать для палубных истребителей легких авианосцев, взлетающих с поворотных рамп.

Летно-технические характеристики СВВП Х-13 «Vertijet»
Экипаж, чел.: 1;
Длина, м: 7,14;
Размах крыльев, м: 6,40;
Высота, м: 4,62;
Вес пустого, кг: 2424;
Максимальный взлетный вес, кг: 3272;
Силовая установка: 1 х ТРД Rolls-Royce Avon, взлетная тяга 4540 кгс;
Максимальная скорость, км/ч: 560;
Дальность, км: 307;
Практический потолок, м: 6100;

В современном мире появляется все больше самолетов с любыми характеристиками и мощностью. Инженеры повсеместно пытаются решить главные проблемы, связанные с этим видом транспорта: уменьшить расход топлива, увеличить дальность, упростить взлет и посадку, но при этом не жертвовать пространством и площадью салона.

Пожалуй, все привыкли видеть разгон самолета по взлетной полосе – это сложная задача, и сами пилоты говорят, что именно от взлета и посадки во многом зависит удачность полета в целом. Но не логичнее ли представить, как упростится эта процедура, если самолет будет просто подниматься вверх, вертикально? Однако в широком обсуждении нигде особо таких вариантов не видно. Самолет с вертикальным взлетом – это миф, реальность или, может быть, далеко идущие планы, за которыми стоит будущее авиации? Стоит разобраться подробнее.

Истребитель короткого взлета и вертикальной посадки STOVL F-35B

В первую очередь нужно знать, что самолет вертикального взлета и посадки действительно существует. Первые модели начали появляться одновременно с развитием реактивной авиации, и с тех пор до сих пор не дают покоя инженерам во всем мире. По времени это совпадает со второй половиной прошлого столетия. Название они носили весьма говорящее – «турболеты ». Поскольку тогда происходил бум военных разработок техники, к инженерам выдвигалось требование разработать такой аппарат, который поднимался бы воздух с минимальными усилиями или вообще из вертикального положения. Такие самолеты не требуют взлетной полосы, а значит, стартовать им можно откуда угодно и в любых условиях, даже с мачты корабля.

Все эти проекты совпали с другими, не менее важными, связанными с освоением космического пространства. Общий симбиоз позволил удвоить силы, черпать идеи из космического проектирования. Как итог, первый вертикальный аппарат увидел свет в 1955 году. Можно сказать, что это было одно из самых странных строений в истории техники. У самолета не было крыльев, хвоста – только двигатель (турбореактивный), колбообразная кабина, топливные бани. Двигатель был сделан внизу. Можно выделить такие особенности первого турболета:

  1. Подъем за счет реактивной струи из двигателя.
  2. Управление посредством газовых рулей.
  3. Вес первого аппарата – немногим больше 2000 килограмм.
  4. Тяга – 2800 килограмм.

Поскольку такой самолет нельзя было назвать ни устойчивым, ни управляемым, первые испытания были сопряжены с большим риском для жизни. Несмотря на это, в Тушино прошла демонстрация аппарата, причем успешно. Это все дало базу для дальнейших исследований в этой области, хоть сам самолет был далек от идеала. Но информация послужила для создания нового проекта. Это был первый российский самолет с вертикальным взлетом под названием ЯК-38.

История создания вертикальных самолетов в России и других странах

Многие инженеры и проектировщики до сих пор утверждают, что турбореактивные двигатели, которые начали активно использовать и совершенствовать в 50-х годах, позволили сделать множество открытий, используемые и в настоящее время. Одно из них – активные испытания вертикальных аппаратов. Особый вклад принесло развитие этой области, а точнее, реактивных устройств, в странах, которые в то время считались передовыми. Поскольку реактивные самолеты имели огромные показатели скорости при посадке и взлете, для них, соответственно, использовались очень длинные, масштабные и качественные взлетные полосы. А это – дополнительные траты, оборудование новых аэродромов, неудобства в военное время. Вертикальный самолет может решить все эти проблемы.

Именно в 50-е годы были созданы различные образцы. Но их проектировали в одном или двух вариантах, не больше, ведь все равно не получалось создать полностью подходящие варианты. Ведь поднимаясь в воздух, они терпели крушения. Несмотря на неудачи, комиссия НАТО в 60-х годах дала этому направлению приоритет, как крайне перспективному. Были попытки создать и конкурсы, но каждая страна сфокусировалась на своих разработках. Так, свет увидели такие аппараты со всего мира:

  • «Мираж» III V;
  • ФРГ VJ-101C;
  • XFV-12A.

В СССР таким турболетом стал ЯК-36, а после и 38. Его разработки начались в тех же годах, а для испытаний создали специальный павильон. Уже через 6 лет прошел первый полет. То есть, самолет вертикально взлетел, принял горизонтальное положение, а после вертикально приземлился. Поскольку испытания были успешными, создали 38-ю модель, а после Россия представила самолет с вертикальным взлетом ЯК-141 и 201 в девяностых.

«Мираж» III V

Самолет ФРГ VJ-101C

Самолет XFV-12A

Особенности конструкции

Фюзеляж в таких аппаратах может быть расположен вертикально или горизонтально. Но в обоих случаях бывают модели реактивные и с винтами. Довольно мощные самолеты с вертикальным фюзеляжем, которые используют тягу от маршевого двигателя. Еще один вариант – кольцевые крылья, которые также дает неплохие результаты во время подъема и полета.

Если говорить подробнее о горизонтально фюзеляже, то тут часто делают поворотные крылья. Другая разновидность, когда винты располагают на конце крыльев. Здесь может быть и двигатель поворотного типа. В Англии также вели активную работу над подобными аппаратами. Там активно разрабатывали проект, который назывался инновационный, реализованный с помощью двух двигателей с тягой в 1800 килограмм. В итоге даже это не спасло самолет от аварии.

Сейчас во всем мире ведутся работы по разработке уже не военного, а гражданского вертикального самолета. В теории, это прекрасные перспективы, ведь тогда самолеты смогут без труда летать даже в небольшие города, где нет масштабным и дорогостоящих самолетов, а взлет и посадка облегчаются в разы. Но на деле, есть множество минусов у такой технологии и задумки.

Почему вертикальные самолеты до сих пор не нашли широкого применения?

К сожалению, все разработки, даже если отличались неплохими результатами, не могут похвастаться надежностью. Лопасти винтов, которые и помогают делать вертикальный взлет, поражают своими размерами. Они вместе с мощными двигателями создают невообразимый шум. Также с точки зрения конструкции нужно избежать любых возможных препятствий на их пути, исключить попадание различных предметов.

Как ни крути, невозможно отменить ограничение по скорости. Просто по законам физики такой самолет не сможет двигаться также быстро, как современные. И если военные аппараты могут развить фантастическую в их случае скорость в 1000 километров в час, то с увеличением массы и размеров для гражданской авиации показатель падает до 700 и ниже километров в час.

Вконтакте