Взлететь спятачка: авиация

Возможность создания самолетов с вертикальными посадкой и взлётом (СВВП, британский термин — VTOL, Vertical Take-Off and Landing) начала обсуждаться в 1950-х, в то время, когда мировое двигателестроение переживало бурный рост. Для вертикального взлета тяга двигателя должна была быть больше вес самолета, но такие автомобили имели возможность бы взлетать по тревоге прямо из ангаров либо с любых неподготовленных площадок. Подобная схема сулила необыкновенные преимущества и для корабельной авиации.

Проекты, еще сравнительно не так давно казавшиеся неосуществимыми, стали деятельно финансироваться.

В 1957-м совершил собственный первый полет американский самолет X-13 Vertijet компании Ryan. Эта необыкновенная машина взлетала вертикально во всех смыслах. Потому, что по окончании отрыва от почвы направление тяги двигателя необходимо было поменять, дабы начать разгон в горизонтальной плоскости, а в 1950-х о создании поворотного сопла еще не было речи, конструкторы решили стартовать прямо из вертикального положения.

Маленький самолет висел, зацепившись носовым крюком за выступ на особой мачте, а в то время, когда аппарат начинал подниматься, совокупность расцеплялась.

Сначала стало ясно, что привычный метод управления самолетом посредством аэродинамических поверхностей (элеронов, направления и рулей высоты) совсем неэффективен на малых скоростях. Поменять положение «висящей на двигателе» автомобили возможно лишь струйными рулями (отклоняемой тягой дополнительных реактивных микродвигателей), и конструкторы, перебрав около сорока вариантов конструкций, сумели создать такую совокупность.

Vertijet удачно летал, а на протяжении демонстрационного полета кроме того приземлился неподалеку от Пентагона, но сложность в управлении сделала самолет недоступным для летчиков средней квалификации, и программа была закрыта. Бессчётные проекты вторых американских компаний, таких как Lockheed и ConVair, кроме этого не дошли до серийного производства.

От «стола» до «луня»

Занимались данной темой и по другую сторону океана — в СССР и Англии. Для отладки и испытаний новых технических ответов строились разные экспериментальные стенды, такие как английский TMR и его коммунистический аналог «Турболет». На этих аппаратах турбореактивный двигатель был установлен вертикально, а струйные рули разнесены по сторонам на четырех ферменных кронштейнах.

Из-за собственного внешнего вида «Турболет» прозвали «летающим столом».

На опробованиях аппараты всецело оправдали новую концепцию, продемонстрировав хорошую управляемость. Но в случае если стенду не требовались особые тактико-технические характеристики, то боевой самолет должен был владеть приемлемыми качествами и при обычном, горизонтальном полете. Для этого требовалось создать новый, «подъемно-маршевый», двигатель (ПМД), изменение вектора тяги которого достигалось за счет применения поворотного сопла, отклонявшего реактивную струю в нужном направлении.

Первым таким двигателем стал британский турбовентиляторный Rolls-Royce Pegasus.

Проектирование компанией Rolls-Royce нового двигателя шло в один момент с разработкой нового самолета, за которую взялась компания Hawker. В создании автомобили участвовал сам господин Сидней Кэмм — один из прославленных британских инженеров, конструктор известного самолета Hurricane, составившего базу истребительной авиации Королевских ВВС на протяжении «Битвы за Британию».

NATO весьма заинтересовалось новым проектом и дало согласие профинансировать разработки, так что уже в осеннюю пору 1960 года из цеха завода Hawker выкатили первую умелую машину. Сперва Р.1127 Kestrel (так был скоро назван самолет) совершил цикл пробных взлетов «на привязи» (его прикрепили к почва металлическими тросами). Это было нужно для правильного определения черт силовой исследования и установки изюминок аэродинамики самолета.

Наконец, по окончании тщательной обработки взятой информации и внесения нужных трансформаций летчик-испытатель Билл Брэдфорд поднял машину в атмосферу по-настоящему. испытания и Доводка Kestrel шли в весьма стремительном темпе, и уже на следующий год Брэдфорд удачно совершил первую посадку на авианосец Arc Royal.

Тем временем конструкторы компании Rolls-Royce существенно улучшили характеристики собственного двигателя, и полностью перепроектированный Р.1127 отправился в серию называющиеся Harrier Gr.1 (harrier переводится как «болотный лунь»). Первая эскадрилья из 12 автомобилей была укомплектована во второй половине 60-ых годов двадцатого века. Ее главной задачей стала выработка тактических приемов для применения необыкновенного самолета.

Анатомия «Луня»

Главные изюминки конструкции Harrier — в его системе управления и силовой установке самолетом. Двигатель Pegasus («Пегас») имеет четыре реактивных сопла, расположенных попарно по бокам самолета и талантливых синхронно поворачиваться на 89,5° посредством особой цепной передачи. Так, при вертикальном взлете подъемная сила прикладывается в четырех точках, что придает самолету дополнительную устойчивость.

Передние два сопла соединены с турбокомпрессором низкого давления, а задние — с камерой сгорания двигателя. Потому, что двигатель на самолете всего один, распределение тяги по четырем соплам существенно облегчается, поскольку отсутствует необходимость правильного согласования работы нескольких двигателей. За счет трансформации положения сопел на протяжении собственной оси самолет может создавать вертикальные взлет и посадку, горизонтальный полет а также летать «хвостом вперед».

Тяга ПМД так громадна, что, в то время, когда сопла Pegasus опущены вниз, летчик фактически не в силах сам осуществлять контроль устойчивое положение самолета. На таких страшных режимах включается автоматическая совокупность реактивного управления. Она складывается из микродвигателей, установленных в носовой и хвостовой частях, и на консолях крыльев.

Камер сгорания в этих двигателях нет, а трудятся они за счет выбрасывания сжатого воздуха, что поступает к ним по особым трубопроводам от компрессора главного двигателя. Совокупность реактивного управления разрешает Harrier в режиме висения поворачиваться на месте в любом направлении и управляться по крену. Из-за изюминок компоновки на самолете употребляется «велосипедная» схема шасси.

Она складывается из двух главных стоек, расположенных на протяжении оси самолета, и двух поддерживающих, установленных на финишах крыльев.

Суммарная емкость внутренних топливных баков самолета образовывает 2861 л, вероятна кроме этого подвеска двух сбрасываемых дополнительных баков по 455 л. Много горючего нужно из-за огромного расхода при вертикальных посадке и взлёте, исходя из этого для увеличения экономичности используется режим «укороченного» взлета, при котором на протяжении маленького разбега часть подъемной силы создается крылом, а часть — двигателем. Такое ответ разрешило существенно расширить радиус действия самолета, а из-за собственной весьма характерной манеры полета Harrier взял прозвище Jump Jet — «реактивный попрыгунчик».

На случай аварии самолет оборудован одним из самых надежных катапультных кресел — Martin-Baker Mk.9. Взлет происходит следующим образом: развернув сопла в горизонтальное положение и поставив самолет на тормоз, летчик выводит двигатель на большие обороты, переводом особой рукоятки опускает сопла вниз, и реактивная струя отрывает Harrier от почвы.

На протяжении боев за Фолклендские острова самолеты Harrier показали высокую эффективность и продемонстрировали себя страшными соперниками кроме того для таких важных оппонентов, как стоящие на вооружении Аргентины французские истребители Mirage III. Но громче всего о качествах Harrier свидетельствует то, что с возникновением данной превосходной автомобили США и другие страны NATO на долгое время отказались от разработки собственных СВВП.

Коммунистический опыт

В Советском Альянсе тематикой вертикального взлета занимались многие ОКБ. По большей части опыты сводились к установке подъемных двигателей на серийные автомобили. Но спроектировать серийный СВВП смогло лишь ОКБ Яковлева.

По ходу работы по «вертикалкам» было рассмотрено много проектов.

Одно необыкновенное предложение заключалось в применении турбовентиляторного двигателя (по принципу работы аналогичного «Пегасу»), подъемные вентиляторы которого должны были монтироваться в крыле, а их вращение осуществлялось газовой струей, а не механическим приводом. Но Яковлев осознавал, что создание нового двигателя с громадной удельной тягой связано с огромными сложностями, и внес предложение создать умелый самолет с комбинированной силовой установкой — сочетанием подъемно-маршевого и дополнительного подъемного двигателя. Начались опыты с установкой подъемных двигателей на серийный перехватчик Як-28, и уже в первой половине 60-ых годов двадцатого века первый коммунистический СВВП Як-36, управляемый Юрием Гарнаевым, поднялся в воздух.

Необыкновенная машина доставила много хлопот и конструкторам, и летчикам: новый Як обучили летать ценой огромных упрочнений. Конструкторам во главе со Станиславом Мордовиным было нужно преодолеть большое количество доселе неизвестных неприятностей, которые связаны с обтеканием реактивной струей корпуса самолета и находящейся рядом поверхности почвы. Было нужно кроме того придумывать защиту для покрытия цементной взлетной полосы, которая не выдерживала действия тёплых газов.

Отдельной проблемой стала особенность аэродинамики вертикального взлета — происхождение разреженного пространства под крыльями, которое практически не разрешало машине оторваться от почвы. Много хлопот доставила и отработка совокупности струйных рулей, по принципу работы аналогичная той, что стояла на «Харриере». Однако неприятности были решены, и скоро Як-36, управляемый Валентином Мухиным, показал собственные возможности на авиационном празднике в Домодедово.

Но самолет владел через чур скромным радиусом действия и маленькой нужной нагрузкой, исходя из этого о серийном производстве военной машины обращение не шла.

Попытка — не пытка

Но, приобретённый опыт разрешил скоро создать Як-38, что поступил на вооружение морской авиации. Из-за отсутствия в СССР подходящего ПМД Як-38 оснастили сходу тремя двигателями, два из которых устанавливались вертикально за кабиной летчика и включались лишь при посадке и взлёте, а третий — оборудованный поворотными соплами — был подъемно-маршевым. С одной стороны, такая схема снимала необходимость создания нового ПМД, но с другой — два отключённых при крейсерском режиме подъемных двигателя становились ненужным балластом и катастрофически «съедали» характеристики самолета.

Применение сходу трех отдельных двигателей потребовало создания особой совокупности, предназначенной для координации их работы и регулировки тяги. Проблему удалось решить без применения электроники: устройство было полностью механическим, что дополнительно повысило надежность. Из-за громадных неприятностей с «лишним весом» конструкция Як-38 максимально облегчена, кое-где кроме того в ущерб запасу прочности.

Это сделало неосуществимым создание модификации, предназначенной для катапультного старта. Появились неприятности с силовой установкой Як-38 — в условиях тропиков на протяжении южных крейсеров и походов подъемные двигатели запускаться. Было нужно установить дополнительные кислородные баллоны для питания двигателей, что разрешило им развивать приемлемую тягу.

Боевые возможности Як-38 были очень ограниченными: во-первых, для экономии веса было нужно отказаться от РЛС, а во-вторых, ранние Яки не могли поднять в атмосферу ничего, не считая бомб и неуправляемых ракет маленького калибра, что делало их фактически ненужными в обороне — как против морских, так и против воздушных целей. Авианесущему крейсеру при чего было нужно бы всецело надеяться на собственную ПВО и замечательный противокорабельный ракетный комплекс «Гранит».

«Огурец»

Не обращая внимания на очень плохие обидное прозвище и лётные данные «самолет обороны топмачты», полученное из-за очень скромного радиуса действия, Як-38 разрешил военным и инженерам накопить воистину бесценные наработки по применению и эксплуатации СВВП. Модификацию Як-38М уже вооружили управляемыми ракетами и обучили взлетать с маленьким разбегом (экономя наряду с этим горючее), а для подготовки морских летчиков была создана особая программа, разрешавшая действенно обучать их полетам на непростой в управлении машине. Собственный боевое крещение «огурец», как именовали его летчики, проходил в Афганистане, в составе намерено созданной для этого авиагруппы.

На протяжении конструирования Як-38 была создана неповторимая по надежности совокупность автоматического принудительного катапультирования СК-3М. Дело в том, что во многих случаях при отказе последовательности совокупностей на протяжении взлета летчику просто не хватит скорости реакции, дабы успеть ответить на появившуюся опасность.

Скажем, при отказа струйных рулей при режиме висения самолет переворачивается «на пояснице» за 1,5 с. СК-3М разбирает множество параметров, разрешая найти опасность раньше человека, и выдает сигнал на автоматическое катапультирование пилота креслу К-36ВМ. В следствии, не смотря на то, что уровень аварийности Як-38 для СССР был легко рекордным, за все время эксплуатации этих самолетов при включенной СК-3М не погиб ни один летчик.

На авианесущем крейсере «Минск» случился случай, в то время, когда экипаж был катапультирован из-под воды: на Як-38У (учебная модификация) отказали двигатели, и упавший рядом с кораблем самолет начал скоро тонуть. Своевременно сработавшая катапульта выкинула обоих летчиков из кабины уже ушедшего под воду самолета — пилоты приземлились на парашютах прямо на палубу крейсера. По окончании распада СССР все Як-38 были списаны, потому, что в этих автомобилях страна больше не нуждалась.

Последний полет этого самолета состоялся на протяжении подготовки к показательной программе на авиасалоне МАКС-95 и закончился аварией. Оба пилота остались живы.

Созданный во второй половине 80-х годов Як-41 стал ярким развитием концепции Як-38, но с возможностью сверхзвукового полета. Руководил проектом сын Александра Яковлева — Сергей Яковлев.

Первоначально на самолет планировалось установить единый подъемно-маршевый двигатель, но в связи со смертью Дмитрия Устинова, покровительствовавшего всей программе, работы по новой силовой установке затянулись, а скоро и вовсе заглохли, и конструкторам ничего не оставалось, как решить об применении схемы с комбинацией двигателей. Не обращая внимания на уже ставшую явной на опыте Як-38 порочность для того чтобы решения, постройка самолета была нужна для отработки всех агрегатов и систем с последующей переделкой автомобили под новый, замечательный и экономичный турбовентиляторный двигатель.

Полеты модернизированного варианта Як-41М начались 9 марта 1987 года, и с прохождением каждого этапа опробований становилось все более разумеется, что самолет оказался достаточно успешным. О его уникальности говорит да и то, что летчик Андрей Синицын установил на нем 12 высоты полёта и мировых рекордов скороподъёмности для СВВП. С развалом СССР движение работ по машине, взявшей новое наименование — Як-141, — замедлился, а случившаяся в первой половине 90-ых годов двадцатого века авария послужила только предлогом для сворачивания проекта.

Европа

Определенного успеха в конструировании СВВП добилась и Франция, в первой половине 60-х годов прошлого века начавшая создание собственных автомобилей. Первым из них стал истребитель Mirage-Balzac, оборудованный кроме маршевого двигателя Orpheus 803F аж восемью подъемными! Опробования самолета в первой половине 60-ых годов двадцатого века закончились трагедией.

Следующий самолет, Mirage V, повторявший конструкцию предшественника, стал первым в мире сверхзвуковым СВВП. Но и он потерпел аварию, и работы были остановлены в пользу классических самолетов с простыми посадкой и взлётом.

Во второй половине шестидесятых годов прошлого века в Германии разрабатывалось пара проектов СВВП: первым был тактический транспортный самолет Dornier Do.31. Не обращая внимания на успешные опробования, работы по Do.31 были прекращены из-за конкуренции с транспортными вертолетами, в итоге появлявшимися более эргономичными в применении.

Еще одна необыкновенная разработка германских инженеров — сверхзвуковой истребитель-перехватчик EWR-Sud VJ-101, подъемно-маршевые двигатели которого размешались в двух поворотных мотогондолах на законцовках крыла (а дополнительные подъемные — в фюзеляже). Согласно расчетам совокупность поворота всего двигателя должна была давать некий выигрыш в весе если сравнивать с трансформацией вектора тяги за счет поворотного сопла.

Реактивное управление этого самолета трудилось за счет регулирования тяги самой силовой установки. Так, в режиме висения самолет балансировал на трех двигателях. Не обращая внимания на неплохие характеристики и красоту конструкции, полученные на протяжении полетов, VJ-101 так и не был запущен в серию.

Работы германского концерна VFW-Fokker по истребителю VAK-191 с двигателем Pegasus кроме этого не увенчались успехом: чёрта поставленного на поток Harrier были выше, и «доводить» новую машину было легко не нужно.

Предстоящие возможности

Не обращая внимания на широкое применение самолетов Harrier ВМС США, созданья СВВП в этом государстве не остановились. По некоторым данным, в середине 1990-х годов между ОКБ им. А.С.

Яковлева и компанией Lockheed Martin было достигнута договоренность о совместных работах в рамках программы JAST по созданию перспективного истребителя для ВВС Соеденненых Штатов (позднее переименован в JSF).

В соответствии с этим соглашением ОКБ им. А.С. Яковлева представило американской стороне информацию и данные исследований по СВВП, и эскизные проекты будущего истребителя Як-201.

Эти сведенья были использованы при разработке JSF F-35 Lightning II, самой современной разработки в этом направлении.

На сегодня данный самолет находится в стадии летных опробований. Новый многофункциональный истребитель обязан будет заменить собой множество боевых самолетов, в числе которых и морально устаревающий, не обращая внимания на постоянную и действенную модернизацию, Harrier. В силовой установке F-35 употребляется турбовентиляторный двигатель F-119-PW100, что был создан компанией PrattWhitney специально для F-35.

Отличительная черта нового самолета в варианте VTOL — применение внешнего вентилятора, установленного в фюзеляже вертикально. Крутящий момент на вращающиеся в противоположные стороны крыльчатки передается от турбины через вал.

Многие современные армейские аналитики достаточно скептически относятся к F-35 в варианте VTOL, частично справедливо полагая, что использование внешнего вентилятора (что отключен в полете) — не наилучшее ответ с позиций экономии веса и что Lockheed Martin повторили во многом неточности ОКБ Яковлева. Однако развитие самолетов с маленьким (либо вертикальной) посадкой и вертикальным взлётом — на сегодня одно из самых перспективных и актуальных направлений. Так как благодаря применению разведывательных спутников и точного оружия такое сооружение, как армейский аэропорт, неспешно уходит в прошлое, уступая место мобильным СВВП, талантливым вылететь на задание с любого пятачка.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№76, февраль 2009).