Летательные аппараты нетрадиционных схем

Глава 11 Конвертопланы

Конвертопланы — это летательные аппараты, способные осуществлять вертикальные взлет и посадку (как это делают вертолеты) и длительный высокоскоростной горизонтальный полет, характерный для обычных самолетов. Так как летательные аппараты этого типа не являются в полной мере ни вертолетами, ни самолетами, это сказывается и на их облике. В результате конфигурация таких летательных аппаратов может принимать самый неожиданный вид. Кроме того, так как летательные аппараты этого типа характеризуются двумя резко различающимися режимами полета, при их проектировании приходится постоянно идти на компромиссные решения.

Мечты о создании аппарата, способного совершать взлет и посадку вертикально, а также выполнять скоростной горизонтальный полет, имеют столь же долгую историю, как и мечты о полетах вообще. Вертолет, концепцию которого Леонардо да Винчи предложил около 1500 г., не является в чистом виде конвертопланом — воздушный винт его вертолета создает всю подъемную силу как в горизонтальном, так и в вертикальном полете. Достаточно эффективные конвертопланы появились лишь в последнее время, когда разработка газотурбинных двигателей достигла такого уровня, что оказалось возможным создавать летательные аппараты с тягой силовой установки, превышающей массу самого аппарата. Это позволяет обеспечивать вертикальный взлет только за счет использования тяги двигателя.

Все конвертопланы сталкиваются со специфической проблемой управляемости, которая не является характерной для самолетов. На самолетах, движущихся с достаточно высокой поступательной скоростью, традиционные органы управления типа элеронов, рулей направления и рулей высоты находятся в воздушном потоке; реакция воздушного потока на отклонение этих органов управления обеспечивает управляющие силы, которые изменяют положение самолета в пространстве. На конвертопланах использование таких органов управления полетом возможно лишь на режиме горизонтального (поступательного) полета, но* они оказываются бесполезными на режимах вертикального взлета и посадки, а также висения (так как на этих режимах набегающий поток отсутствует).

Поэтому конвертопланы должны располагать второй системой управления, эффективной при малых или нулевых значениях воздушной скорости. В зависимости от схемы и силовой установки летательного аппарата такую роль может выполнять: а) струйная (реактивная) система управления, в которую входят установленные на законцовках крыла и в других точках летательного аппарата сопла и быстродействующие клапаны; б) система управления вектором тяги, состоящая из нескольких воздушных винтов для создания и непосредственного управления подъемной силой; в) поверхности управления, расположенные в спутном следе основных воздушных винтов или турбин.

Конвертопланы по своей схеме можно условно подразделить на два основных класса, каждый из которых характеризуется специфическими для него проблемами передачи и преобразования тяги, развиваемой силовой установкой. Все описанные в данной главе летательные аппараты демонстрируют техническую реализуемость заложенных в них идей, но большинство из них ввиду недостаточного совершенства и высокой стоимости не достигли стадии серийного производства и широкой эксплуатации.

Конвертопланы с горизонтальным положением аппарата на взлетно-посадочных режимах

Эти аппараты остаются в горизонтальном положении как на взлетно-посадочных режимах, так и на режиме горизонтального полета. В этих конвертопланах для осуществления переходных режимов типа взлета используется тяга воздушных винтов, вентиляторов или реактивных двигателей, после чего производится изменение направления вектора тяги таким образом, что аппарат начинает выполнять обычный горизонтальный полет. На режиме горизонтального полета необходимая для движения аппарата подъемная сила обыкновенно создается за счет обтекания потоком довольно традиционных крыльев. В некоторых из летательных аппаратов этого класса устройства создания тяги отклоняются на небольшой угол для обеспечения горизонтального полета; в этом положении они также создают значительную часть подъемной силы.

Конвертопланы с вертикальным положением аппарата на взлетно-посадочных режимах

К этому классу аппаратов относятся конвертопланы, которые взлетают и садятся в вертикальном положении, а для перехода к горизонтальному полету совершают поворот на 90°. Аппаратам этого класса присущи принципиальные недостатки, делающие их непригодными для коммерческого применения. Было построено всего несколько аппаратов этого типа; как правило, это одноместные военные аппараты типа самолетов-истребителей либо чисто экспериментальные образцы.

Многие конвертопланы успешно летали, но только английский «Харриер» и советский Як-38 выпускались серийно. Это объясняется высокой стоимостью, технической сложностью, ограниченным радиусом действия и малой полезной нагрузкой таких летательных аппаратов.

Исключения

Некоторые из летательных аппаратов, способных подниматься вертикально, а затем совершать горизонтальный полет, находятся, тем не менее, в коммерческой эксплуатации. Но эти аппараты относятся к классу аппаратов на воздушной подушке или экранопланам, а не к конвертопланам: они движутся над поверхностью земли или воды на воздушной прослойке, создаваемой собственным двигателем. Эги машины едва ли можно отнести к летательным аппаратам, поэтому в данной книге они не рассматриваются.

Ниже описаны наиболее интересные с технической точки зрения конвертопланы; описания сгруппированы но схемному признаку, а внутри трупп по хронологии. Описанию каждой из групп летательных аппаратов предшествует небольшой вводный текст.

До того, как для создания подъемной силы на конвертопланах стали использоваться мощные газотурбинные двигатели, простейший подход к созданию конвертоплана состоял в наклоне оси несущего винта при переходе от вертикального взлета к горизонтальному полету. Значительная часть подъемной силы для обеспечения скоростного горизонтального полета при этом создавалась традиционным крылом. Рассмотрим два примера аппаратов такого типа.

• XV-1 фирмы «Макдоннел-Дуглас»

В 1952 г. Армия и ВВС США установили недолго просуществовавшую категорию летательных аппаратов - класс V для аппаратов. способных совершать вертикальные взлет и посадку и в то же время не являющихся вертолетами (которые до 1948 г. обозначались буквой R от английского слова Rotorcraft, а после 1948 г. буквой Н от английского слова Helicopter). В 1956 г. класс V был расширен путем включения в него летательных аппаратов, способных выполнять укороченные взлет и посадку (КВП STOL), а также вертикальные взлет и посадку (ВВП-VTOL). Первым летательным аппаратом в новом классе стал четырехместный аппарат XV-1 «Макдоннел-Дуглас» (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Конвертоплан XV-1 фирмы «Макдоннел», успешно объединяющий функции вертолета и самолета с неподвижным крылом.

Были построены две опытные машины этого типа, предназначавшиеся для выполнения особых заданий (а не в качестве экспериментальных самолетов). Эти аппараты были способны нести летчика и трех пассажиров или двух больных и сопровождающего медицинского работника.

XV-1 выполнил первый полет 29 апреля 1955 г. Этот аппарат объединял в себе свойства вертолета и самолета, так как он имел вертолетный винт, крыло и толкающий воздушный винт. Последний приводился в движение обычным поршневым двигателем с воздушным охлаждением R-975-19 мощностью 550 л.с. (404 кВт) фирмы «Континенталь». Ротор, однако, не имел механического привода, как это обычно делается на вертолетах. Воздух высокого давления, поступающий от компрессора двигателя, направлялся к небольшим реактивным соплам, установленным на законцовках ротора относительно малого диаметра.

Для осуществления скоростного горизонтального полета подача воздуха в реактивные сопла отключалась, и ротор устанавливался в режим авторотации. После завершения первого этапа летных испытаний на кили были установлены дополнительно два маленьких хвостовых ротора вертолетного типа е целью повышения управляемости аппарата на режиме висения. Даже в тех случаях, когда толкающий воздушный винт не использовался для создания горизонтальной тяги, скорость полета XV-1 в вертолетном режиме достигала 322 км/ч. Размах крыла этого аппарата составлял 7,93 м.

• «Ротодайн» фирмы «Фэйри»

Этот аппарат представляет собой один из наиболее тяжелых аппаратов рассматриваемого класса (рис. 11.2). Он действительно является комбинированным вертолетом, а не конвертопланом. Аппарат оснащается вертолетным ротором диаметром 27,45 м и крылом площадью 53,94 м².

Рис. 11.2. Британский комбинированный вертолет «Ротодайн» фирмы «Фэйри» — самый тяжелый из конвертопланов (взлетная масса 14 970 кг).

Первый полет аппарата состоялся 6 ноября 1957 г. Это 40-местный пассажирский аппарат (пригодный и для выполнения транспортных операций) с двумя турбовинтовыми двигателями «Нэпьер Эланд» мощностью 3000 л.с. (2205 кВт). Двигатели, приводящие в движение воздушные винты, используются также для привода компрессора, подающего воздух высокого давления к реактивным соплам, установленным на законцовках лопастей ротора. При горизонтальном полете реактивные сопла лопастей отключаются и ротор функционирует аналогично тому, как это происходит на автожирах.

Располагая огромной мощностью силовой установки для создания подъемной силы и тяти в горизонтальном полете (6000 л.с. — 4410 кВт), «Ротодайн» (взлетная масса 14 970 кг) являлся скоростным летательным аппаратом - на нем был установлен рекорд скорости для вертолетов (307.5 км/ч). Фирма получила несколько заказов на постройку таких аппаратов, однако впоследствии эти заказы были аннулированы, а две опытные машины были отправлены на слом в 1960 г.

Необходимость поворота аппаратов этого типа при выполнении переходного процесса создаст значительные трудности, связанные, в первую очередь, с проблемами ориентировки летчика в пространстве. Если кресло летчика неподвижно, то во время взлета и посадки он как бы лежит на спине, и выполнение этих маневров, а также контроль эволюции аппарата в такой позе очень затруднены. Некоторые конструкторы таких аппаратов пытались установить кресло летчика на шарнирах с тем, чтобы он располагался вертикально относительно линии горизонта вне зависимости от пространственного положения летательного аппарата. Ниже будут описаны три американских летательных аппарата этого типа.

• XFY-1 «Пого» фирмы «Конвэр»

Первым пригодным для эксплуатации американским конвертопланом с вертикальным положением корпуса при взлете и посадке стал довольно оригинальный одноместный истребитель, спроектированный фирмой «Конвэр» по заказу ВМС США. XFY-1 разрабатывался как истребитель защиты конвоев и как летательный аппарат, который мог бы применяться с малых свободных площадок на палубе корабля, не требуя длинных взлетно-посадочных палуб, характерных для авианосцев. После проведения длительного этапа доводочных работ XFY-1 2 августа 1954 г. выполнил первый самостоятельный вылет и стал первым самолетом вертикального взлета и посадки (рис. 11.3, 11.4).

Рис. 11.3. Вертикально взлетающий конвертоплан с треугольным крылом XFY-1 фирмы «Конвэр» в полете.

Рис. 11.4. Конвертоплан XFV-1 «Пого» на стоянке в портативном ангаре, состоящем из двух оболочек.

Важная особенность самолета состояла в том, что располагаемая тяга винтового двигателя была больше взлетной массы. Из-за малых размеров и массы самолета при большой мощности (5850 л.с. 4299 кВт) турбовинтового двигателя YT-40-A-14 оказалось необходимым установить соосные винты для нейтрализации гироскопического момента. В действительности двигатель YT-40-A-14 (фирмы «Эллисон») представлял собой два газотурбинных двигателя Т-38, соединенных редуктором и общим валом для привода воздушных винтов.

Самолет, получивший прозвище «Пого», имел близкое к треугольному крыло и два больших киля. Вертикальное оперение и крыло имели одинаковый размах, а законцовки оснащались длинноходовыми амортизаторами, на концах которых устанавливались небольшие колеса шасси самолета. Традиционные рули направления и элероны были достаточно эффективными даже на режиме висения, так как они располагались в зоне воздушного потока, сходящего с винта самолета.

Кресло летчика было установлено на карданном подвесе, благодаря чему он занимал практически одинаковое положение при любых эволюциях аппарата в пространстве. Хотя это и упростило решение некоторых проблем, все же летчик вынужден был выполнять посадку, глядя назад, что крайне затрудняло летную эксплуатацию самолета. Первый полет, в ходе которого отрабатывались переходные режимы полета (от вертикального к горизонтальному и обратно), был выполнен 2 ноября 1964 г. Несмотря на то, что эти полеты прошли в целом успешно, дальнейшая доводка летательного аппарата была прекращена.

Один из двух построенных XFY-1 в настоящее время хранится в Музее авиации ВМС США в г. Норфолк (шт. Виргиния).

• XFV-1 «Салмон» фирмы «Локхид»

Интересным контрастом по сравнению с XFY-1 «Пого» служит созданный фирмой «Локхид» аппарат XIV–1 «Салмон». Он создавался по тем же требованиям ВМС США к турбовинтовому истребителю вертикального взлета и посадки и получил название «Салмон» в честь летчика-испытателя фирмы «Локхид» Германа Салмона.

XFV-1 имеет прямое крыло и крестообразное оперение, расположенное относительно крыла но схеме «X». На законцовках оперения установлены амортизаторы и колеса шасси (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Конвертоплан XFV-1 «Салмон» фирмы «Локхид» с крестообразным оперением, развернутым на 45 относительно крыла.

Для проведения начального этапа летных испытаний в марте 1954 г. «Салмон» был оснащен традиционным временным шасси, установленным в передней части самолета; два нижних из размещенных па оперении амортизаторов с колесами были модифицированы для обеспечения самолетного взлета аппарата.

XFV-1 не оправдал возлагавшихся на него надежд; были выполнены полеты только лишь при взлете с разбегом. Сборка второго из двух заказанных образцов самолета, как и разработка турбовинтовых самолетов вертикального взлета и посадки, была прекращена.

• Х-13 «Вертиджет» фирмы «Райан»

Фирма «Райан» по заказу ВВС США в 1955 г. построила два самолета с вертикальным положением корпуса на взлетно-посадочных режимах. Эти самолеты с треугольным крылом оснащались английскими двигателями «Эвон» фирмы «Роллс-Ройс» тягой 45,4 кН. Самолеты «Вертиджет» получили обозначение Х-13 согласно принятой в вооруженных силах США классификации.

Так как на этих реактивных самолетах обычные поверхности управления не обдувались сходящим с воздушного винта потоком и не обладали достаточной эффективностью при нулевой воздушной скорости, управление на таких режимах обеспечивалось посредством поворотного сопла. В декабре 1955 г. были начаты летные испытания. Летательный аппарат был оснащен временным трехопорным шасси, которое позволяло выполнять взлет и посадку по-самолетному.

Для проведения вертикального взлета и посадки самолетов «Вертиджет» использовался, несомненно, самый необычный в мире аэродром. Этот самолет не опускался на землю, как птица, а устраивался на стене, как муха. Аэродром представлял собой обычный трайлер, транспортная площадка которого могла с помощью гидравлических цилиндров подниматься в вертикальное положение. На верхней част и трайлера между двумя мощными мачтами был натянут прочный трос. «Вертиджет» крепился к тросу с помощью крюка, установленного под носовой частью самолета. Так как крюк находился под самолетом, летчик не мог его видеть. Наведение самолета для зацепки осуществлялось с помощью оператора, находящегося на верхушке трайлера. Кроме того, из верхней части трайлера выходила специальная балка длиной 6 м, по которой летчик мог ориентировать самолет в пространстве (эта балка была размечена белыми и черными полосами, позволявшими летчику определить, насколько далеко от трайлера он находится (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Реактивный конвертоплан Х-13 «Вертиджет». Взлет осуществлялся не с земли, а с установленного на вертикальной стенке крюка.

Первый полет самолета был осуществлен 10 декабря 1955 г. При этом использовалось временное тpexoпopнoe шасси, а взлет и посадка самолета осуществлялись традиционным способом (рис. 11.7).

Рис. 11.7. «Вертиджет» с традиционным шасси фирмы «Райан», позволяющим выполнить взлет по-самолетному.

Первый полет с вертикальными взлетом и посадкой был выполнен 11 апреля 1957 г. Тяговооруженность аппарата составляла 1,3; взлет и посадка прошли успешно. Однако дальнейшие работы по аппаратам с вертикальным положением корпуса на режимах взлета и посадки были прекращены. Один из самолетов «Вертиджет» на протяжении нескольких последующих лет использовался в качестве путешествующего статического экспоната ВВС США на нескольких крупных международных авиационных выставках. В настоящее время этот аппарат находится на хранении в музее ВВС США в Дейтоне (шт. Огайо), а второй экземпляр принадлежит Национальному музею авиации и космонавтики США.

Летательные аппараты с поворотным крылом сочетают в себе способность вертикального взлета, характерного для вертолетов, с довольно обычными характеристиками многодвигательного самолета, у которого двигатели установлены на консолях в фиксированном относительно хорды крыла положении. Такое техническое решение направлено на достижение таких скоростей и дальностей полета, как у самолетов (а также возможностей по перевозке грузов), наряду с возможностью выполнения вертикального взлета и посадки. При взлете крыло таких аппаратов устанавливается в вертикальное положение, а воздушные винты создают всю тягу, необходимую для взлета. На переходном режиме крыло постепенно переводится в горизонтальное положение; после этого вся подъемная сила создается крылом, а воздушные винты обеспечивают необходимую для горизонтального перемещения тягу.

Несколько американских авиастроительных фирм и одна канадская построили экспериментальные аппараты с поворотным крылом. Ниже описаны наиболее удачные из них.

• ХС-142А фирм «Райан», «Воут» и «Хиллер»

Уникальный четырехдвигательный аппарат ХС-142А был разработан совместно фирмами «Воут», «Райан» и «Хиллер» по заказу ВВС США в качестве транспортного средства. Он оказался последним в создававшейся с 1945 г. для ВВС США серии машин группы «С» транспортных летательных аппаратов. ВВС США приняли решение вместо дальнейшего увеличения порядковых номеров самолетов и других летательных аппаратов этой серии заново определить данный класс самолетов и с 1962 г. начать новую серию, присвоив первому летательному аппарату обозначение С-1.

Несмотря на несколько измененные по сравнению с традиционными пропорции, ХС-142А напоминал обычный транспортный самолет. Все крыло, на котором было установлено 4 турбовинтовых двигателя Т-64-1 мощностью 2850 л.с. (2094 кВт) фирмы «Дженерал электрик», поворачивалось относительно нормального горизонтального положения до полностью вертикального (рис. 11.8, 11.9).

Рис. 11.8. Четырехдвигательный ХС-142А фирм «Хиллер», «Райан» и «Воут» с крылом в положении, соответствующем вертикальному взлету.

Рис. 11.9. Переход ХС-142А от вертикального полета к горизонтальному.

По мере того, как крыло поднималось вверх, горизонтальное оперение отклонялось вниз. Балансировка и управление аппаратом на малых скоростях осуществлялись хвостовым ротором, расположенным в горизонтальной плоскости.

Первый полет ХС-124А был выполнен 29 сентября 1964 г. и прошел успешно - гораздо лучше, чем у многих других конвертопланов. Хотя было построено 5 таких аппаратов, серийное производство их так и не было развернуто. Для выполнения таких задач более экономичным оказалось делать более тяжелые скоростные вертолеты.

Конвертопланы с поворотными винтами распространены шире, по крайней мере среди экспериментальных летательных аппаратов. Недостатком этой схемы, в сравнении с вертолетами, является необходимость иметь довольно большой размах крыла. Эта необходимость обусловлена тем, что на таких аппаратах обычно устанавливаются рядом два довольно больших по диаметру винта, что требует увеличения площадки для выполнения взлета и посадки.

Так как в конструкции многих конвертопланов используются силовые установки с большим количеством двигателей, которые приводят в движение отдельные воздушные винты, отказ одного или нескольких двигателей в полете может иметь катастрофические последствия. Для предотвращения этого в конструкции многодвигательных конвертопланов часто используются перекрестные трансмиссии, которые обеспечивают привод нескольких воздушных винтов от одного или нескольких двигателей (однако значительно увеличивают массу конструкции).

• Х-100 фирмы «Кертисс-Райт»

В отличие от поворота установленных на крыле двигателей, как это было сделано на ХС-142А, созданный фирмами «Кертисс» и «Райт» аппарат Х-100 имел два несущих винта. На переходном режиме эти несущие винты поворачивались вперед для создания необходимой тяги. Одноместный Х-100 (обозначение этого летательного аппарата не имеет никакого отношения к экспериментальной серии ВВС США) был сравнительно недорогим экспериментальным самолетом, созданным для оценки технической реализуемости аппарата с поворотными винтами (рис. 11. 10).

Рис. 11.10. Дешевый экспериментальный аппарат Х-100 фирмы «Кертисс-Райт» с двумя несущими винтами.

Самолет оснащался одним турбовинтовым двигателем YT-53L-1 фирмы «Лайкоминг» (мощность 825 л.с., или 606 кВт). Двигатель размещался в фюзеляже и приводил в движение оба поворотных винта. Балансировка в режиме висения и при полете с малыми скоростями обеспечивалась с помощью управляемого реактивного сопла, расположенного в хвостовой части аппарата.

Первый полет Х-100 был выполнен в марте 1960 г. Летные характеристики аппарата оказались не вполне удовлетворительными, а система балансировки и управления на малых скоростях практически не отвечала поставленным требованиям В то же время реализуемость концепции Х-100 была доказана, что вдохновило проектировщиков и руководство фирмы на разработку более тяжелого аппарата данного типа X–19A. В настоящее время Х-100 находится в Национальном музее авиации и космонавтики США при Смитсонском институте.

• Х-19 фирмы «Кертисс-Райт»

Два аппарата, получившие наименование Х-19, были заказаны по контракту ВВС США, но построен был только один. Этот аппарат с напоминающим самолетный фюзеляжем (в котором размещалось 6 пассажиров) был оснащен двумя тандемными крыльями малого размаха На законцовке каждого крыла установлены поворотные несущие винты

Х-19 оснащался двумя турбовинтовыми двигателями Т-55 фирмы «Лайкоминг» мощностью 2000 л с. (1470 кВт). Каждый из двигателей приводил в движение два воздушных винта диаметром 4 м. Перекрестная трансмиссия обеспечивала привод всех четырех воздушных винтов от одного двигателя (рис. 11.11).

Рис 11.11. Конвертоплан Х-19 фирмы «Кертисс-Райт» с четырьмя винтами на законцовках неподвижных крыльев малого размаха.

Скорость вращения воздушного винта составляла при вертикальном полете 1203 об/мин, а при крейсерском горизонтальном полете 955 об/мин. Управление на переходных режимах и режиме висения обеспечивалось изменением подъемной силы за счет изменения утла установки лопастей воздушных винтов. При выполнении горизонтального полета использовались элероны и руль направления.

Первый полет аппарата был выполнен 26 июня 1964 г., но, как и в случае с Х-100, полученные характеристики оказались не очень обещающими. Х-19 разбился 25 августа 1965 т., чем и закончилась разработка летательных аппаратов на знаменитой фирме «Кертисс-Райт», возникшей в результате слияния в 1929 г. фирм Кертисса и Райта.

• Х-22А фирмы «Белл»

Х-22А фирмы «Белл» еще один конвертоплан с четырьмя поворотными шинами, который иллюстрирует эволюцию таких летательных аппаратов. Вместо двух двигателей на Х-22А были установлены 4 двигателя YT-53-8 мощностью 1250 л.с. (918,7 кВт) фирмы «Дженерал электрик». Каждый из двигателей приводил в движение один воздушный винт, но они были связаны для надежности перекрестной трансмиссией. По выданному военно-морской авиацией и сухопутными силами США заказу было построено два таких аппарата.

Как и в случае с X-Г9, управление аппаратом при полете с малыми скоростями осуществлялось за счет изменения тяги винтов при изменении угла установки лопастей, но эффективность воздушных винтов была существенно повышена благодаря тому, что они находились в кольцевых каналах (рис. 11.12, 11.13).

Рис. 11.12. Конвертоплан Х-22А фирмы «Белл» с четырьмя несущими винтами, установленными в кольцевых каналах для увеличения кпд.

Рис. 11.13. Конвертоплан Х-22А в горизонтальном полете. Воздушные винты в кольцевых каналах установлены в соответствующее положение.

Дополнительное улучшение управляемости аппарата было достигнуто путем установки элевонов в спутной струе воздушных винтов. Первый полет был выполнен 17 марта 1966 г.

• XV-3 фирмы «Белл»

Первым достаточно эффективным аппаратом рассматриваемого типа стал четырехместный аппарат XV-3 фирмы «Белл», который был построен в рамках проводившейся ВВС и Армией США исследовательской программы. Так же, как и па Х-100, подъемная сила и тяга на XV-3 создавались двумя воздушными винтами, приводимыми в движение одним двигателем (рис. 11.14).

Рис. 11.14. XV-3 фирмы «Белл» с поворотными винтами большого диаметра, напоминающими вертолетные.

Воздушные винты (которые нельзя отнести к категории несущих) напоминали вертолетные и имели диаметр ~ 10 м. Аппарат оснащался радиальным двигателем воздушного охлаждения R-985 (мощность 500 л.с., или 367,5 кВт) фирмы «Пратт-Уитни». Перекрестная трансмиссия, характерная для многодвигательных аппаратов этого типа, отсутствовала. В случае отказа двигателя винты автоматически приводились в вертикальное положение, вследствие чего XV-3 мог снижаться на авторотации как автожир или обычный вертолет.

Воздушные винты наклонялись вперед для создания тяги, но при горизонтальном полете часть подъемной силы создавалась крылом, имевшим размах 9,46 м. Аппарат оснащался традиционными самолетными поверхностями хвостового оперения; дополнительное реактивное управление типа примененного на Х-100 отсутствовало. Первый полет был осуществлен 23 августа 1955 г. XV-3 удовлетворительно зарекомендовал себя, хотя мощность двигателей R-985 была недостаточной.

Эта категория аппаратов ВВП, в которых сходящий с горизонтально установленных воздушных винтов поток отклонялся вниз с помощью больших закрылков, просуществовала недолго. Такая техническая идея, действительно, реализуема, однако существуют гораздо более эффективные способы использования располагаемой мощности силовой установки для решения задачи вертикального взлета и посадки. Ниже описан только один летательный аппарат из этой категории.

• VZ-3 фирмы «Райан»

Первым удачным летательным аппаратом рассматриваемого типа был VZ-3 фирмы «Райан». После появления этого летательного аппарата в 1956 г. Армия и ВВС США учредили новую серию экспериментальных аппаратов ВВП.

Одноместный VZ-3 был чисто исследовательским аппаратом. В качестве силовой установки аппарата использовался турбовинтовой двигатель YT53-L–I мощностью 785 л.с. (576,9 кВт) фирмы «Лайкоминг», размещенный в фюзеляже и приводящий в движение два установленных на крыле воздушных винта большого диаметра (ометаемые поверхности воздушных винтов выходили за законцовки крыла). Крыло оснащено по всему размаху двухщелевыми закрылками, которые могли отклоняться на 90”, изменяя при этом направление потока, сходящего с воздушного винта. Для предотвращения перетекания воздушного потока через законцовки крыла на них были установлены большие аэродинамические гребни (рис. 11.15, 11.16). Для обеспечения управляемости на режимах висения и малоскоростного полета в хвостовой части аппарата были установлены воздушные сопла.

Рис. 11.15. VZ-3 фирмы «Райан» с полностью отклоненными щитками для обеспечения вертикального взлета.

Рис 11.16. VZ-3 в горизонтальном полете с убранными щитками Отметим небольшое отклонение вверх вектора тяги воздушных винтов конвертоплана.

Первый полет VZ-3 был выполнен 7 февраля 1958 г. Программа исследований продолжалась несколько лет. При располагаемой мощности почти 800 л.с. взлетная масса самолета составляла всего 1179 кг.

Данные о летно-технических характеристиках аппарата не публиковались.

После выполнения взлета вектор тяги реактивных двигателей конвертоплана поворачивается для создания движущей силы в горизонтальном направлении. Эта концепция обычно реализуется одним из двух способов поворотом двигателей или отклонением реактивной струи жестко установленных двигателей с помощью отклоняемых сопел. Ниже представлены наиболее характерные летательные аппараты обоих типов.

• Аппарат ВВП фирмы «Белл»

Первым успешно летавшим аппаратом вертикального взлета и посадки с реактивной силовой установкой стал не имеющий обозначения аппарат фирмы «Белл», созданный в 1954 г. Это чисто экспериментальный аппарат, собранный из имевшихся в наличии агрегатов. Металлический фюзеляж и вертикальное оперение были заимствованы у планера «Швайзер» 1023, крыло у легкомоторного самолета «Цессна» 140А, а шасси у вертолета «модель 47» фирмы «Белл» (рис. 11.17). Силовая установка аппарата состояла из двух реактивных двигателей J-44 тягой 45,4 кН каждый фирмы «Фэрчайлд».

Рис. 11.17. Экспериментальный двухдвигательный реактивный аппарат ВВП фирмы «Белл», собранный из агрегатов существующих ЛА.

Реактивные двигатели, располагавшиеся по бортам фюзеляжа, могли поворачиваться, создавая, таким образом, подъемную силу и тягу для горизонтального полета. Управление на режиме висения и при малых скоростях полета обеспечивалось с помощью воздушных сопел в законцовках крыла и оперения, для питания которых использовался турбокомпрессор.

Первый полет аппарата состоялся 16 ноября 1954 г. Тяга реактивных двигателей едва превышала взлетную массу аппарата, но для горизонтального полета была чрезмерной. Летчику было трудно задросселировать двигатель в достаточной степени для того, чтобы не превысить ограничений по максимальной скорости горизонтального полета. По результатам испытаний фирма «Белл» отказалась от дальнейшего исследования аппаратов ВВП этой схемы и стала больше интересоваться другими аппаратами (см. XV-3 и Х-22).

• Летающий стенд фирмы «Роллс-Ройс»

Летающий стенд фирмы «Роллс-Ройс», созданный в 1958 г., сыграл важную роль в дальнейшей разработке реактивных конвертопланов. Этот аппарат был построен для проверки идеи о том, что отклоненная реактивная струя может обеспечить вертикальный взлет аппарата.

Этот аппарат имел обозначение TMR — стенд для измерения тяги. Его силовая установка состояла из двух двигателей «Нин» фирмы «Роллс-Ройс», каждый из которых развивал статическую тягу 45,4 кН в горизонтальном положении. Вертикальная составляющая тяги возникала при отклонении реактивной струи вниз. Вопрос состоял в том, можно ли механически отклонить вектор тяги вплоть до 90° без значительных потерь. 25 октября 1958 г. TMR экспериментально подтвердил возможность вертикального взлета таким способом (рис. 11.18).

Рис. 11.18. Летающий стенд фирмы «Роллс-Ройс», продемонстрировавший эффективность отклонения реактивной струи для получения подъемной силы

Летающий стенд не проектировался для полетов на большой высоте, но тем не менее нуждался в эффективном управлении. Такое управление обеспечивалось с помощью четырех воздуховодов и сопел, через которые выбрасывался воздух, отобранный от компрессора реактивного двигателя. Два сопла использовались для управления по тангажу и два — по крену.

• «Харриер» фирм «Хоукер» и ВАС

Одним из наиболее известных летательных аппаратов ВВП с отклоняемым вектором тяги является английский самолет «Харриер». Этот одноместный истребил ель имеет довольно долгую историю создания.

Разработка «Харрнера» началась в 1958 г. постройкой 6 опытных машин Р. 1127. На Р.1127 использовался один ТРД тягой 5216 даН формы «Бристоль-Сиддли», оснащенный четырьмя поворотными соплами. Расположение двигателя в фюзеляже привело к необходимости использования велосипедного шасси с дополнительными стойками на крыле, аналогично тому, как это было сделано на самолете В-47 фирмы «Боинг». Управление на режиме висения и при полете с малыми скоростями обеспечивалось с помощью реактивных струй в носовой и хвостовой частях фюзеляжа, а также на законцовках крыла.

Первый полет, в котором был проверен режим висения, состоялся 21 октября 1960 г., а первый переход от висения к горизонтальному полету был осуществлен в сентябре 1961 г. Благодаря большому диапазону отклонения сопел Р. 1127 мог не только взлетать вертикально, по был способен летать назад или даже вбок, как вертолет (рис. 11.19).

Рис. 11.19. Британский истребитель «Харриер» фирмы «Хоукер», наиболее известный на Западе самолет с управлением вектором тяги. На фотоснимке показан лицензионный американский вариант AV-8 авиации корпуса морской пехоты США.

Полученные в ходе летных испытаний результаты вдохновили фирму на создание дополнительных опытных машин «Кестрел» с увеличенной тягой. За опытными машинами последовали серийные модели, которые получили название «Харриер» и «Си Харриер» (поступили на вооружение в апреле 1969 г.). К этому времени фирма «Хоукер» была поглощена фирмой «Бритиш аэроспейс» (ВАС), поэтому самолет стал называться «ВАС Харриер». Самолеты этого типа находятся в серийном производстве в Англии, а также выпускаются в Соединенных Штатах по английской лицензии как AV-8B (самолеты непосредственной авиационной поддержки для корпуса морской пехоты США). Палубный вариант английского «Харриера» получил широкую известность после успешного использования в ходе Фолклендской войны 1982 г.

Для того чтобы «Харриер» был способен выполнять вертикальный взлет с небольших площадок, его взлетная масса должна быть меньше тяги двигателей. Это накладывает жесткие ограничения на дальность полета (из-за располагаемого запаса топлива) и массу боевой нагрузки. При выполнении взлета с разбегом («Си Харриер») самолет способен нести большую боевую нагрузку.

В конце разбега на палубе авианосца «Си Харриер» увеличивает свой угол атаки за счет пробега по наклонному трамплину, выполненному на носовой части взлетной палубы авианосца. (Этот способ взлета используется только в ВМС Великобритании.)

• «Вертоплейн» Дж. Херрика

В отличие от комбинированных вертолетов, роторы которых продолжают вращаться, когда аппарат выполняет горизонтальный полет, используя тягу горизонтальных воздушных винтов, «Вертоплейн» Джеральда Херрика представлял собой автожир с крыльями. Ротор этого аппарата преобразовывался во второе фиксированное крыло, и наоборот (рис. 11.20).

Рис 11.20. Американский конвертоплан «Вертоплейн» конструкции Д. Херрика. Верхнее крыло конвертоплана также является ротором автожирного типа.

Эту идею американец Дж. Херрик впервые опробовал на созданном им аппарате «Вертоплейн» HV-1 в ноябре 1931 г. Созданию этого летательного аппарата предшествовали интенсивные продувки в аэродинамической трубе. Первый полет аппарат выполнил как самолет-биплан, жесткий ротор которого выполнял функции второго крыла. Затем были осуществлены полеты аппарата в конфигурации автожира. Херрик сознательно отошел от разработанных Сьервой базовых принципов гибких лопастей и управления общим шагом. Жесткий ротор Херрика был достаточно удачным благодаря использованию симметричного профиля совместно с качающейся головкой ротора, что позволяло создавать одинаковую подъемную силу на всей ометаемой поверхности. HV-1 потерпел аварию при первой попытке перехода от режима биплана к автожиру.

Второй попыткой Херрика стал аппарат HV-2A. Этот самолет отличался существенно меньшим по размерам верхним крылом. Первый полет был выполнен в 1937 г. Преобразование аппарата из биплана в автожир проходило успешно, но возник ряд других аэродинамических проблем, затруднивших доводку. Вторая мировая война положила конец дальнейшим работам по HV-2A. Аппарат в настоящее время находится на хранении в Национальном музее авиации и космонавтики США.

Конвертоплан с поворотными винтами V-22 является на сегодняшний день последней конструкцией подобного типа; в отличие от своих предшественников, он сразу проектировался для крупносерийного производства.

Аппарат предназначен для выполнения операций специального назначения, включая скрытную заброску и эвакуацию диверсионных групп, проведение спасательных работ, патрулирование и т. п. Общий объем производства конвертопланов «Оспри» составит 682 образца, в том числе 552 для корпуса морской пехоты. 80 для ВВС и 50 - для ВМС США. Программа разработки аппарата оценивается в 1,81 млрд. долл. Первые серийные поставки намечены на декабрь 1991 г. Первый полет V-22 был осуществлен в сентябре 1988 г. Программа летных испытаний, рассчитанная на 6 аппаратов, должна составить около 4000 ч.

Три из них изготавливаются и испытываются фирмой «Белл», остальные фирмой «Боинг вертол».

Внешне V-22 (рис. 11.21) аналогичен своему предшественнику XV-3: полет на вертолетном и высокоскоростном самолетном режимах осуществляется путем поворота установленных на концах крыла воздушных винтов. Однако на V-22 поворот винтов производится совместно с двигателями.

Рис. 11.21. Новый американский конвертоплан V-22 «Оспри».

Для обеспечения устойчивости и повышения маневренности аппарата каждый винт (изменяемого шага) снабжен автоматом перекоса, что позволяет регулировать вектор тяг и при фиксированном положении двигателя. Управление перекосом каждого винта автономное, что позволяет аппарату на вертолетном режиме работы перемещаться вперед-назад и вбок без поворота двигателей. Уменьшение габаритных размеров «Оспри» на стоянке достигается за счет складывания винтов вдоль размаха крыла по направлению к фюзеляжу и поворота всего крыла с его размещением вдоль фюзеляжа. При этом максимальная ширина аппарата не превосходит 5,3 м.

Повышение безопасности полета при отказе одного из двигателей достигнуто путем использования поперечных валов, обеспечивающих привод обоих винтов от одного двигателя.

Фюзеляж аппарата обычной полумонококковой конструкции имеет двухместную кабину экипажа в передней части и грузовой отсек в центральной части, позволяющий разместить до 24 десантников или груз массой до 4540 кг (длина отсека 7,3 м, площадь сечения 5,6 м²). Двухлонжеронное крыло оборудовано щелевыми двухсекционными (на каждой консоли) флаперонами и устанавливается над фюзеляжем на поворотном кольце из нержавеющей стали. С целью уменьшения массы конструкции в ней широко применены композитные материалы на основе угле- и стеклопластиков с эпоксидным связующим (70 % конструкции выполнено из композитных материалов). Силовая установка состоит из двух газотурбинных двигателей Т 406-AD-400 мощностью 4,4 МВт фирмы «Эллисон», размещенных в мотогондолах на концах крыла. Трехлопастные винты из стеклопластика диаметром 11,6 м сопрягаются с двигателями посредством понижающих редукторов, также располагающихся в мотогондолах.

Мотогондола крепится к концевой части крыла с помощью трубчатого вала из стеклопластика и может поворачиваться в вертикальной плоскости на 98°. С целью снижения ИК-излучения используются выходные сопла двигателей диффузорного типа, обеспечивающие смешение выходных газов двигателя с холодным забортным воздухом, поступающим от специального вентилятора или через створки охлаждения сопла.