Евгений Ружицкий - Американские самолеты вертикального взлета

• Название: Американские самолеты вертикального взлета
• Автор: Евгений Ружицкий
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2000

В данном издании собраны все (во всяком случае доведенные до экспериментальных аппаратов) "вертикалки", разрабатывавшиеся в США.Вообще складывается впечатление, что реализация вертикально взлетающего самолета была в США чем то вроде навязчивой идеи. Пожалуй, количество доведенных до "железа" аппаратов составляет половину таковых во всем мире. Хотя первую успешную и производимую серийно "вертикалку" пришлось брать у англичан (Харриер).

Перевод не всегда точен в терминах. Например, общепринятый термин "авторотация" переведен как "самовращение". Невысокое качество скана - лучшее из найденных в сети.

---

Для вертикального взлета гондолы на концах крыла должны устанавливаться в вертикальное положение, а у размещенных в них четырех двигателях включаются форсажные камеры. Затем запускаются подъемные ТРД в передней части фюзеляжа, а двигатели в хвостовой части фюзеляжа, имеющие дефлекторы для отклонения выхлопной струи, переводятся на режим форсажа для вертикального взлета. Самолет должен отрываться от земли, когда все двигатели развивают общую тягу 12 840 кгс. При этом тяговооружеп-ность самолета составляет 1,14, а вертикальная скороподъемность 0,9- 1,5 м/с.

Предусматривалась система аварийного выключения двигателей, связывающая попарно противоположно расположенные двигатели. Если во время вертикального полета тяга одного из двигателей уменьшится до величины ниже установленной, эта система должна выключить не только вышедший из строя двигатель, но и противоположный двигатель.

При использовании взлета с разбегом дальность и платная нагрузка СВВП D-188A могут быть значительно увеличены. При разбеге гондолы занимают горизонтальное положение, а дефлекторы полностью открываются для обеспечения максимального ускорения. Непосредственно перед отрывом от земли гондолы на концах крыла должны отклоняться, а дефлекторы поворачиваться, обеспечивая отклонение струи газов вниз. При этом вертикальная составляющая тяги складывается с аэродинамической подъемной силой, обеспечивая взлет с укороченным разбегом.

Проблемы разрушения взлетно-посадочной площадки также исследовались фирмой «Белл»: определялись температуры и распределение давлений, создаваемых направленной вниз струей газов двигателей и эрозия стартовых площадок вследствие воздействия струи газов. Было проведено более 1700 стендовых испытаний, которые показали, что обычные бетонные плиты могут длительное время выдерживать температуру 1650°С. создаваемую работающими ТРД J85-5 с форсажными камерами. Было также установлено, что обычные грунтовые поверхности после обработки смолами могут служить стартовыми площадками, а если использовать алюминиевые плиты, защищающие поверхность от непосредственного воздействия газов, то разрушения почвы не возникает даже после нескольких сот взлетов.

Вооружение самолета предполагалось размещать на внешней подвеске: две УР «Мартин» «Булпап» класса «воздух-земля» и три УР «Сайдуиндер» класса «воздух-воздух».

Проект СВВП Белл D-188A не получил дальнейшего развития, но результаты проведенных фирмой «Белл» исследований были . использованы при разработке проектов боевых СВВП в США и Германии (СВВП VJ-101C).

Белл Х-14А

Экспериментальный СВВП с отклонением вектора тяги ТРД

Необходимую для взлета реактивного самолета вертикальную тягу можно также получить для горизонтально установленных ТРД отклонением вниз потока газов с помощью специальных устройств. Недостатком такой системы являются потери в тяге вследствие поворота потока, а также трудность балансировки самолета. Необходимо, чтобы линия приложения силы тяги проходила через центр тяжести самолета, чтобы не возникло дестабилизирующих моментов.

Экспериментальный СВВП Х-14 был разработан фирмой «Белл Аэросистемз» по заказу ВВС США для исследований устойчивости и управляемости реактивных СВВП с отклонением потока газов ТРД. Контракт на проектирование и постройку одного экспериментального СВВП Х-14 был заключен в 1955 г. Для ускорения разработки на самолете были использованы элементы конструкции других самолетов: крыло самолета «Бонанза» и хвостовое оперение самолета «Бич» Т-34. Для СВВП была разработана струйная система управления с отбором воздуха от компрессоров ТРД.

Летные испытания были начаты в октябре 1956 г., первый полет на режиме висения был выполнен 19 февраля 1957 г., а 24 мая 1958 г. был совершен первый переход от вертикального полета к горизонтальному (летчик-испытатель Дэвид Хоу) и была достигнута скорость 257 км/ч.

Экспериментальный СВВП Белл Х-14А

Проект боевого СВВП Белл Х-14С с вооружением

В 1959 г. самолет был передан в NASA в НИЦ им. Эймса для модернизации и испытаний. Первоначально на самолете были установлены два ТРД Армстронг-Сидлди Вайпер ASV8 со статической тягой по 795 кгс. Отклонение потока газов ТРД осуществляется при помощи поворотных реактивных сопел. В NASA самолет был модифицирован: ТРД Вайпер были заменены на ТРД Дженерал Электрик J85, имеющие большую тягу и обеспечивающие больший расход воздуха для системы управления. Была несколько изменена система управления.

Модифицированный самолет получил обозначение Х-14А и использовался в NASA для исследований проблем управления и демпфирования колебаний во время вертикального взлета и посадки, а также для обучения летчиков вертикально взлетающих самолетов. На СВВП Х-14Л совершались полеты на режиме висения на малых высотах для изучения влияния близости земли, полеты на высотах до 15 м для оценки маневренности при малых скоростях до 55 км/ч вперед и назад и до 40 км/ч вбок. Летные испытания СВВП Х-14Л успешно продолжались без аварий до 1981 г.

На базе экспериментального СВВП Х-14Л был разработан проект легкого двухместного тактического боевого СВВП Х-14С для непосредственной поддержки с тремя ТРД, установленными рядом в носовой части фюзеляжа. Летчики должны были располагаться рядом в кабине с небольшим фонарем. Шасси предполагалось выполнить убирающимся, главные опоры должны были убираться назад в обтекатели на крыле, используемые также как топливные баки, носовая опора - в фюзеляж. СВВП Х-14С должен был иметь большее по размаху и площади крыло с узлами подвески для различного вооружения: авиационных бомб, контейнеров с НЛР или пушками и баков с напалмом. Для повышения грузоподъемности рассматривалась возможность взлета с коротким разбегом.

Конструкция

Самолет представляет собой цельнометаллический моноплан со среднерасполо-женным крылом, двумя ТРД и трехопорным шасси.

Крыло прямое, от самолета «Бонанза», снабжено элеронами.

Фюзеляж имеет открытую двухместную кабину экипажа с расположенными рядом сиденьями. Кабина защищена ветровым стек лом.

Оперение от самолета Бич Т-34, однокилевое, с рулем направления и рулем высоты.

Шасси неубирающееся, трехопорное, с носовой опорой. Все опоры имеют большой ход амортизаторов.

Силовая установка состоит из двух ТРД Дженерал Электрик J85-GE-5, установленных рядом в носовой части фюзеляжа. Сопла двигателей, расположенные под центральной частью фюзеляжа, могут поворачиваться, отклоняя поток газов. Топливо размещается в двух подвесных баках под крылом.

Управление на горизонтальном режиме полета осуществляется обычными аэродинамическими рулями, а на вертикальных режимах полета - при помощи струйной системы управления с реактивными соплами, установленными в носовой и хвостовой части фюзеляжа и на концах крыльев и связанными с расположенными в кабине рулевыми педалями и колонкой управления. Переход самолета от вертикального полета к горизонтальному осуществляется путем постепенного отклонения сопел двигателей назад, при этом увеличивается скорость полета, крыло создает необходимую подъемную силу. Для перехода к вертикальной посадке уменьшается скорость полета, поток газов отклоняется вперед, обеспечивая торможение, а тяга ТРД увеличивается, обеспечивая полет на режиме висения, затем уменьшается - для вертикальной посадки.

Характеристики СВВП Белл Х-14А

Размеры:

размах крыла 10,4 м

длина самолета 7,62 м

высота самолета 2,44 м

площадь крыла 11 м2

Двигатели 2 ТРД Дженерал Электрик J85-GE-5

тяга взлетная 2х 1205 кгс

Массы и нагрузки:

взлетная масса 1450 кг

нагрузка на крыло 132 кг/м2

Экспериментальный СВВП Вертол VZ-2 в полете на режиме висения

Вертол VZ-2

Экспериментальный СВВП с поворотными крылом и винтами

При использовании для СВВП воздушных винтов с большой нагрузкой, у которых большая скорость отбрасываемого потока воздуха, поворот винтов более рационально осуществлять вместе с крылом, чтобы избежать потерь в тяге, возникающих при работе винтов над крылом. Кроме того, в таком случае вся несущая система, состоящая из воздушных винтов, двигателей и системы трансмиссии, жестко укреплена на поворотном крыле и представляет единый агрегат, а расположение крыла в потоке от винтов позволяет осуществлять поворот крыла без угрозы срыва потока на больших углах атаки.

В связи с большим интересом к таким СВВП в NASA были проведены обширные аэродинамические испытания. Были проведены продувки крыла с установленными на нем винтами и крыла и винтов отдельно в диапазоне углов атаки от 0 до 90°, показавшие, что, хотя при некоторых положениях во время переходного полета возможен частичный срыв потока на крыле, однако во всех положениях располагаемой мощности будет достаточно для выполнения перехода.