• Ремонт
• Ремонт
• Вътрешен дизайн
• За всичко
• Относно ВиК

Възраждане на една легенда: как върви разработката на нов руски самолет с вертикално излитане и кацане? Самолет с вертикално излитане

Една от най-скъпите "играчки" на Пентагона - изтребителят-бомбардировач F-35B - тази седмица участва в съвместни американско-японски учения, насочени към охлаждане на ядрения ракетен плам на КНДР.

Въпреки вълната от критики, напоследък в Русия все по-често се говори за необходимостта от възобновяване на производството на автомобили от този клас. По-специално, заместник-министърът на отбраната Юрий Борисов наскоро обяви планове за изграждане на самолети с вертикално излитане и кацане (VTOL).

Защо Русия се нуждае от такъв самолет и дали авиационната индустрия има достатъчно сили да го създаде, прочетете в материала на РИА Новости.

Най-популярният домашен боен самолет с вертикално излитане и кацане беше Як-38, който беше пуснат в експлоатация през август 1977 г. Самолетът си спечели противоречива репутация сред авиаторите - от 231 построени самолета 49 се разбиха при аварии и авиационни инциденти.

Основният оператор на самолета беше ВМС - Як-38 беше базиран на авионосните крайцери от проект 1143 "Киев", "Минск", "Новоросийск" и "Баку".

Както си спомнят ветерани от палубната авиация, високият процент на инциденти принуди командването рязко да намали броя на тренировъчните полети, а полетното време на пилотите на Як-38 беше символична цифра за онези времена - не повече от 40 часа годишно.

В резултат на това в полковете на морската авиация нямаше нито един първокласен пилот, само няколко имаха летателна квалификация втори клас.

Бойните му характеристики също бяха съмнителни - поради липсата на бордова радарна станция той можеше само условно да води въздушни битки.

Използването на Як-38 като чист атакуващ самолет изглеждаше неефективно, тъй като бойният радиус по време на вертикално излитане беше само 195 километра, а дори и по-малко в горещ климат.

Свръхзвуков многоцелеви изтребител-прехващач с вертикално излитане и кацане Як-141

„Проблемното дете“ трябваше да бъде заменено от по-модерно превозно средство, Як-141, но след разпадането на СССР интересът към него изчезна.

Както можете да видите, вътрешният опит в създаването и експлоатацията на самолети VTOL не може да се нарече успешен. Защо темата за самолетите с вертикално излитане и кацане отново стана актуална?

Морски характер

„Такава машина е жизненоважна не само за ВМС, но и за ВВС“, каза за РИА Новости военен експерт, капитан първи ранг Константин Сивков.

Основният проблем на съвременната авиация е, че реактивният изтребител се нуждае от добра писта, а има много малко такива летища; лесно е да ги унищожите с първия удар.

По време на период на заплаха самолетите с вертикално излитане могат да бъдат разпръснати дори в горски сечища. Такава система за използване на бойни самолети ще има изключителна бойна стабилност.

Въпреки това, не всички виждат оправдана възможността за използване на самолети VTOL в наземна версия. Един от основните проблеми е, че при вертикално излитане самолетът изразходва много гориво, което значително ограничава неговия боен радиус.

Русия е голяма страна, следователно, за да се постигне господство във въздуха, изтребителите трябва да имат „дълги оръжия“.

„Изпълнението на бойни мисии на изтребители в условията на частично разрушена летищна инфраструктура може да се постигне чрез кратко излитане на конвенционални самолети от участък от пистата с дължина под 500 метра“, казва Олег Пантелеев, изпълнителен директор на летищната агенция.

Друг е въпросът, че Русия има планове за изграждане на авионосен флот, така че използването на вертикално излитащи самолети ще бъде най-рационално. Това може да не са непременно самолетоносачи, те също могат да бъдат самолетоносачи с най-ниски параметри на разходите.

Изтребител F-35

Между другото, F-35B днес е чисто военноморски самолет, основният му клиент е Корпусът на морската пехота на САЩ (самолетът ще се базира на десантни кораби). Британските F-35B ще формират основата на въздушното крило най-новият самолетоносачКралица Елизабет, която беше пусната в експлоатация съвсем наскоро.

В същото време, според Константин Сивков, руските конструкторски бюра не трябва да чакат нови самолетоносачи, за да започнат работа по създаването на руски аналог на F-35B.

„Самолетите с вертикално излитане и кацане могат да се базират не само на самолетоносачи. Например танкерът е оборудван с рампа и се превръща в един вид самолетоносач, в съветско времеимахме такива проекти.

Освен това самолетите VTOL могат да се използват от военни кораби, способни да приемат хеликоптери, например от фрегати“, каза нашият събеседник.

Можем ако искаме

Междувременно е очевидно, че създаването на руски самолет с вертикално излитане ще изисква внушителни ресурси и средства. Цената на разработването на F-35B и неговите братовчеди с хоризонтално излитане, според различни оценки, вече е достигнала 1,3 милиарда долара, а няколко държави са участвали в създаването на превозното средство.

Според експерти, за да се произведе превозно средство, сравнимо по характеристики с F-35B, ще трябва да бъдат решени редица сериозни проблеми: миниатюризация на авиониката, създаване на ново поколение бордови системи и проектиране на корпус със специални характеристики .

Руската авиационна индустрия има потенциал за това, особено след като много системи могат да бъдат унифицирани със самолетите пето поколение Су-57. В същото време един от най-трудоемките компоненти може да бъде автомобилният двигател.

„Разработчикът на двигателя за Як-38 престана да съществува. Ако някаква документация за въртящата се дюза, включително камерата за допълнително изгаряне, вероятно все още е запазена, тогава хората с практически опитсъздаването на такива компоненти и възли най-вероятно вече няма да се намери.

Тук вероятно сме загубили компетенции“, казва Олег Пантелеев. „Като цяло вярвам, че авиационната индустрия ще може да даде достоен отговор под формата на способен VTOL проект, ако клиентът, представляван от Министерството на отбраната, вземе решение за самолетоносащия флот и неговия авиационен компонент .”

УДК "Прибой"

Русия ще може да започне изграждането на самолетоносачи в обозримо бъдеще. Според Министерството на отбраната килът на тежкия самолетоносач по проект 23000 Storm се очаква да бъде положен през 2025-2030 г.

До този момент руският флот възнамерява да получи два нови универсални десантни кораба „Прибой“, способни да носят самолети с вертикално излитане и кацане.

Вадим Саранов

Самолет с вертикално излитанесе появи, когато започна ерата на реактивната авиация, това беше втората половина на петдесетте години. Първоначално те се наричаха турбоплани. По това време дизайнерите започват да разработват устройства, които са способни да излитат с минимално излитане или изобщо без него. Такива устройства не изискват специална писта, за тях е достатъчно плоско поле или хеликоптерна площадка.

Освен това човечеството по това време беше много близо до овладяването космическо пространство. Започна разработването на космически кораби, способни да кацат и излитат до други планети. Всяка разработка завършва с изграждането на прототип, който се подлага на цялостни тестове за по-нататъшно създаване на серийно оборудване. Първият турбо самолет е създаден през 1955 г. Изглеждаше много странно. Този тип превозно средство нямаше нито крила, нито опашка. Той беше оборудван само с вертикално насочен турбореактивен двигател, малка кабина и резервоари за гориво.

Той се издигна нагоре поради струята на двигателя. Управлението се извършваше с помощта на газови кормила, т.е. струята, излизаща от двигателя, която се отклоняваше от плоски пластини, разположени близо до дюзата. Първият апарат тежал около 2340 кг и имал тяга 2835 кг.

Снимка за вертикално излитане и кацане

Първите полети са извършени от пилота-изпитател Ю. А. Гарнаев. Тестовите полети бяха много непредсказуеми, защото имаше много голяма вероятност от преобръщане и устройството нямаше много стабилност. През 1958 г. устройството е демонстрирано на авиационен фестивал в Тушино. Устройството премина през цялата програма за тестване и се натрупа огромно количество материал за анализ.

Събраният материал е използван за създаването на първия пълноценен съветски експериментален самолет с вертикално излитане. Този самолет е наречен Як-36, а модифицираният самолет Як-38 влиза в производство. Основното местоположение на самолета бяха самолетоносачи и изпълняваше задачите на щурмови самолети.

Кратка история на създаването на самолети с вертикално излитане и кацане

Поради развитието техническа странатурбореактивни двигатели през 50-те години на миналия век стана възможно създаването на самолет с вертикално излитане. Голям тласък за развитието на самолетите VTOL беше активното развитие на реактивните самолети в напредналите страни по света. Трябва да се отбележи, че тези устройства имаха висока скорост по време на кацане и излитане, съответно беше необходимо да се създаде дълга писта и съответно те трябва да имат твърда повърхност. Това изисква допълнителни парични инжекции. По време на военните действия имаше много малко летища, които можеха да приемат такива самолети, така че създаването на самолет с вертикално излитане и кацане можеше да реши много проблеми.

През тези години са произведени огромен брой варианти и прототипи, които са построени в едно или две копия. В повечето случаи те се сриваха по време на тестване, след което проектите бяха затворени.

Комисията на НАТО през 1961 г. изложи изисквания за изтребител с вертикално кацанеи излитане, това даде допълнителен тласък за развитието на тази област на самолетостроенето. След това те планираха да създадат конкурс за избор на най-обещаващите проекти. Но състезанието така и не се състоя, тъй като стана ясно, че всяка напреднала страна има свои собствени версии на такъв самолет.

Под влияние на технически и политически проблеми комисията на НАТО промени концепцията и постави нови изисквания към апарата. След това започна проектирането на многоцелеви машини. В крайна сметка бяха избрани само две опции. Първият е самолетът на френските конструктори "Мираж" III V, създадени са 3 самолета и конструкторите на Федерална република Германия VJ-101C произвеждат 2 екземпляра. След тестовете бяха загубени 4 устройства. Поради това беше решено да се развива по принцип нова кола XFV-12A.

Развитие на самолети VTOL в СССР и Русия

Първият самолет от този клас в СССР е Як-36, който конструкторското бюро Яковлев започва да разработва през 1960 г. За целта е изработен учебен стенд. Първият полет е извършен през март 1966 г., при този тест е извършено вертикално излитане с преминаване към хоризонтален полет, след което машината се приземява вертикално. След това са създадени Як-38 и по-известният Як-141. През 90-те години стартира друг проект с обозначението Як-201.

Схема на оформлението

В зависимост от позицията на фюзелажа

Вертикална.

• С винтове.

  Реактивен.

  • Използване на тяга директно от задвижващ реактивен двигател.

    Coleoptera (пръстенени крила).

Хоризонтално разположение

• С винтове.

  • Ротационно крило и витла.

    Витлата са разположени в края на крилата.

    Струите от витлата се отклоняват.

Реактивен.

• Ротационен тип двигател.

  Газовите струи от главния двигател се отклоняват по време на излитане

  Мотор за повдигане.

По същото време в Англия се разработва подобен самолет. През 1954 г. е построен самолетът с вертикално излитане Harrier. Той е оборудван с два двигателя с тяга 1840 kg. Теглото на самолета е 3400 кг. Самолетът се оказва изключително ненадежден и се разбива. Виж вертикално излитане и кацане.

Следващата стъпка в развитието на такива устройства беше американският самолет, построен през 1964 г. Строителството съвпадна с развитието на лунната програма.

Въпреки факта, че пробивите в областта на самолетостроенето не ни радват всеки ден, новите разработки в областта гражданска авиациямного. Типичен пример за това е разработката на модерен пътнически самолет с вертикално излитане.

Основните характеристики на самолетите с вертикално излитане са на първо място, че не е необходимо голямо пространство за излитане и кацане на самолета - то трябва само малко да надвишава габаритите на самолета, а от тук има много интересно заключение, че с развитието на самолети с вертикална система за излитане, въздушното пътуване между различни региони ще стане възможно, дори и тези без никакви летища. Освен това изобщо не е необходимо да правите такива самолети просторни, защото 40-50 места са напълно достатъчни, което ще направи пътуването със самолет възможно най-рентабилно и удобно.

Най-вероятно обаче няма да се слави със скоростта си, тъй като дори във военните самолети тя не надвишава 1100 километра в час и като се има предвид, че пътникът самолет с вертикално излитанеще транспортира относително голямо числодуши, тогава най-вероятно неговата крейсерска скорост ще бъде около 700 километра в час. Но от друга страна, надеждността на пътуването със самолет ще се увеличи значително, тъй като в случай на непредвидена ситуация самолет с вертикално излитанеможе лесно да седи на малка плоска площ.

Днес има цяла линияконцепции за бъдещи пътнически самолети със система за вертикално излитане. Доскоро те изглеждаха невероятни, но съвременните разработки в областта на самолетостроенето показват обратното и е напълно възможно през следващите десет години първите модерни самолети с вертикално излитане да започнат да превозват пътниците си.

Недостатъци и предимства на самолетите VTOL

Всички устройства без изключение от този типса създадени за военни нужди. Разбира се, предимствата на такива машини за военните са очевидни, тъй като самолетът може да се експлоатира в малки райони. Самолетите имат способността да кръжат във въздуха и в същото време да правят завои и да летят настрани. В сравнение с хеликоптерите е ясно, че най-голямото предимство на самолетите е тяхната скорост, която може да достигне свръхзвукови нива.

Самолетите VTOL обаче имат и значителни недостатъци. На първо място е трудно да се контролира, това изисква пилоти от висока класа. Изисква се специално умение от пилота по време на прехода на режимите.

Именно сложността на управлението поставя много предизвикателства пред пилота. При преминаване от режим на висене към хоризонтален полет е възможно плъзгане настрани, което създава допълнителни проблеми при задържането на самолета. Този режим изисква много мощност, което може да доведе до повреда на двигателя. Недостатъците включват малката товароносимост на самолета VTOL, докато използва огромно количество гориво. По време на работа са необходими специално подготвени площадки, които не се разрушават под въздействието на изгорелите газове от двигателите.

Класификация на самолета:

„Ахилесовата пета“ на съвременната военна авиация са летищата. Дори не толкова тях, колкото пистите. Най-усъвършенстваният боен самолет от най-ново поколение ще стане безполезен, ако врагът го унищожи. Всяка съвременна армия разполага с дузина средства за извършване на такава операция. Горното е особено актуално за фронтовата авиация.

Но има много просто решение на този проблем: уверете се, че самолетът изобщо не се нуждае от писта. Това е заза самолети с вертикално излитане и кацане (VTOL), които са способни да летят в небето буквално от малко място.

Дизайнерите са обмисляли създаването на такъв самолет от дълго време; разработването на проекти за самолети VTOL започна малко след началото на ерата на авиацията. Но технически възможностине позволи на инженерите да сбъднат мечтите си.

Първият съветски самолет с вертикално излитане и кацане е Як-36, който излита през 1966 г. Продължението на този проект беше серийният Як-38.

Разработките на VTOL бяха по-успешни в Обединеното кралство. Още през 1960 г. компанията Hawker създава прототип на самолет, който може да направи вертикално излитане. Един от основните компоненти на успеха на този проект беше създаването от Rolls-Royce на уникален двигател, способен да развие 3600 килограма тяга в четири въртящи се дюзи, което осигури излитането на автомобила. През 1969 г. самолетът Hawker Siddeley Harrier GR.1 VTOL е приет от Кралските военновъздушни сили. Днес Harrier вече е няколко поколения бойни самолети, които са в експлоатация с редица страни (включително Англия и САЩ), които са участвали в бойни операции и имат високи характеристики на ефективност.

В СССР съдбата на самолетите с вертикално излитане и кацане е тясно свързана с развитието на програмата (проекти 1143) за изграждане на авионосни крайцери - кораби, които имат както ракетно, така и авиационно оръжие.

Още в средата на 70-те години на миналия век започна разработването на базиран на превозвач изтребител VTOL, способен да защити кораба от вражески въздушни нападения. Опитът в създаването на „вертикални системи“ в СССР беше само в дизайнерското бюро Яковлев и този опит не може да се нарече твърде положителен.

Як-38, приет от ВМС на СССР, имаше много ниско съотношение на тяга към тегло и беше оборудван с три двигателя наведнъж. Дизайнерите трябваше да направят колата възможно най-лека; те дори премахнаха бордовия радар. Двигателите не искаха да работят синхронно, в южните ширини те просто не стартираха. Самолетът можеше да носи само малокалибрени бомби и неуправляеми ракети, което сведе бойната му стойност почти до нула. С тези самолети непрекъснато се случваха бедствия.

Освен това, за да се намали теглото при излитане, Як-38 беше принуден да приема ограничено количество гориво, което значително намали обхвата му.

Проектът за създаване на нов VTOL самолет Як-141 за нуждите на флота започва през 1975 г. Държавните тестове бяха насрочени за 1982 г. Новият самолет е замислен като свръхзвуков изтребител, първоначално е планирано да бъде оборудван с един двигател, но по-късно е дадено предпочитание на самолет с комбинирана силова установка.

Самолетът Як-141 трябваше да влезе на въоръжение в авионосните крайцери (ТАКР) Баку, Уляновск, Рига и Тбилиси. Също така беше планирано да се оборудват самолетоносачите Минск и Киев с нов изтребител след модернизацията на тези кораби. Як-141 трябваше да замени остарелия и неуспешен Як-38.

Електроцентралата се състоеше от три двигателя: два повдигащи RD-41 и един повдигащ и поддържащ R-79. Работата на електроцентралата се управлява електронно, тя може да осигури на Як-141 вертикално или кратко излитане от палубата на кораба.

През 1980 г. военните леко промениха изискванията си към бъдещия самолет: той трябва да бъде многоцелеви - способен не само да унищожава въздушни цели, но и да нанася удари по вражески кораби и наземни цели. Тоест да изпълнява функциите на щурмова авиация.

Заради проблеми с двигателите изпитанията на Як-141 постоянно се отлагаха. Те започнаха едва през 1987 г., а до 1990 г. бяха построени четири прототипа на изтребители. Пълните тестове за излитане и кацане на палубата на кораба се състояха през септември 1991 г. По време на тестовия период бяха поставени 12 световни рекорда за скорост и товароносимост. По време на тестовете един от самолетите се разби. Пилотът катапултирал, но самолетът не можел да бъде възстановен. Причината за инцидента е пилотска грешка.

Този самолет стана не само важен етап в развитието на местната авиационна индустрия, но и забележителна машина в историята на световната авиация - първият самолет с вертикално излитане и кацане, който преодоля звуковата бариера. Трябва да се отбележи, че Як-141 е способен да излита вертикално с пълно бойно натоварване.

Този самолет беше много нещастен, той се появи точно в момента, когато огромната страна вече изживяваше последните си месеци, а икономиката падаше в бездната. Имайки горчив опит в експлоатацията на Як-38, военните бяха много недоверчиви към вертикалните самолети. Не най-малката роля в безславния край на това обещаващ проектИнцидентът с Як-141 по време на тестовете също изигра роля. През 1992 г. няма пари за продължаване на работата по този много обещаващ самолет.

Конструкторското бюро Яковлев създаде проекти за още два самолета VTOL: Як-43 и Як-201, но те останаха на хартия. Разработчиците се опитаха да предложат новата кола на чуждестранни купувачи, но нямаше поръчки. Имаше кратко сътрудничество с американците (Lockheed Martin), но и то приключи напразно.

През 2003 г. проектът за изтребител Як-141 беше официално затворен.

Описание

Як-141 е самолет с високо крило, изработен е по нормален аеродинамичен дизайн и е оборудван с комбинирана силова установка. 26% от фюзелажа на самолета е направен от композитни материали, някои от елементите са изработени от топлоустойчиви сплави на основата на титан. Тялото активно използва алуминиево-литиеви сплави, които са по-леки.

Фюзелажът на самолета е тип полумонокок с правоъгълно напречно сечение. Подемно-задвижващият двигател е разположен в задната му част, а още два подемни двигателя са разположени в носа, точно зад кабината на пилота. Предната част на фюзелажа има заострена форма.

Крилата са с трапецовидна форма, високо разположени с прав размах и увиснал корен. Крилото е проектирано по такъв начин, че самолетът да може да достига свръхзвукова скорост, да води маневрен въздушен бой и да извършва дълги крейсерски полети.

Опашната част е двойно перка и се състои от кормила и изцяло движещи се стабилизатори. Той е прикрепен към две отдалечени греди, между които има дюза на повдигащия задвижващ двигател.

Въздухозаборници правоъгълна форма, те се намират непосредствено зад пилотската кабина. Въздушният поток се контролира с помощта на хоризонтален клин.

Колесникът е трикрак и може да издържи самолет, падащ от пет метра височина.

Силовата установка на Як-141 включва два подемни двигателя РД-41 (ПД) и един двигател Р-79 (ПМД). Също така, по време на маневри за вертикално излитане, се използват реактивни кормила, които се задвижват от двигателя за повдигане. По своята конструкция Як-141 се доближава до съвременния американски самолет VTOL F-35B, който също е оборудван с комбинирана силова установка.

Подемните двигатели РД-41 са разположени в предната част на самолета, в специално отделение, непосредствено зад кабината на пилота. При хоризонтален полет или при паркиране двигателите се затварят със специални капаци отгоре и отдолу. По време на излитане или кацане те се отварят, осигурявайки въздух на двигателите и отваряйки дюзите. Двигателите са монтирани под ъгъл 10° спрямо вертикалата, дюзите могат да се отклоняват ±12,5° вертикално от оста на двигателя. РД-41 е едноконтурен едновалов турбореактивен двигател, който може да работи със скорости не по-високи от 550 км/ч.

Подемно-задвижващият двигател R79V-300 е байпасен турбореактивен двигател с доизгаряне и променлива векторизация на тягата. Той се намира в задната част на тялото на самолета. Роторите на този двигател се въртят в различни посоки, компресорите имат повишена газодинамична стабилност, а горивната камера съдържа уникални вихрови горелки. Дюзата на двигателя е въртяща се, с регулируема площ на напречното сечение, може да отклони вектора на тягата на 95°. Максималната тяга на R79V-300 в форсаж е 15 500 kgf.

Як-141 може да излети за три различни начини: вертикален, с къс разбег и с приплъзване (ултракъсо излитане). При вертикално излитане соплото на главния двигател се отклонява на максимален ъгъл, при излитане с кратък разбег и приплъзване е 65°. При излитане със слип дължината на излитане е шест метра.

Ако имате въпроси, оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители ще се радваме да им отговорим

Проектирането на самолети с вертикално излитане и кацане е изпълнено с големи трудности, свързани с необходимостта от създаване на леки двигатели, управляемост при почти нулеви скорости и др.

Понастоящем има много известни проекти за самолети с вертикално излитане и кацане, много от които вече са внедрени в реални самолети.

Самолети с витла

Едно от решенията на проблема с вертикалното излитане и кацане е създаването на самолет, в който повдигащата сила по време на излитане и кацане се създава чрез завъртане на оста на въртене на витлата, а при хоризонтален полет - от крилото. Завъртането на оста на въртене на витлата може да се постигне чрез завъртане на двигателя или крилото. Крилото на такъв самолет (фиг. 160) е направено в съответствие с конструкцията с много лонжерони (най-малко две лонжерони) и е прикрепено към фюзелажа на панти. Механизмът за въртене на крилото най-често е винтов крик със синхронизирано въртене, осигуряващ промяна на ъгъла на монтаж на крилото до ъгъл над 90°.

Крилото е оборудвано с многопрорезни клапи по целия си размах. В зони, където крилото не се обдухва от въздушния поток от витлото или където скоростите на издухване са ниски (в централната част на крилото), се монтират ламели, за да се елиминира срива при големи ъгли на атака. Вертикалната опашка се различава относително големи размери(за увеличаване на стабилността на посоката при ниски скорости на полет) и е оборудван с рул. Стабилизаторът на такъв самолет обикновено се управлява. Ъглите на монтаж на стабилизатора могат да варират в широки граници, осигурявайки прехода на самолета от вертикално излитане към хоризонтален полет и обратно. Основата на перката преминава в задната опашна стрела, върху която в хоризонталната равнина е монтиран опашен ротор с малък диаметър и променлива стъпка, осигуряващ надлъжно управление в режим на висене и преходен полет.

Електроцентралата се състои от няколко мощни турбовитлови двигателя, които се различават малки по размери ниско специфично тегло от порядъка на 0,114 kg/l. стр., което е много важно за самолет с вертикално излитане и кацане от всякакъв дизайн, тъй като такива устройства по време на вертикално излитане трябва да имат по-голяма тяга от теглото им. В допълнение към преодоляването на теглото, тягата трябва да преодолее аеродинамичното съпротивление и да създаде ускорение, за да ускори самолета до скорост, при която повдигането на крилото ще компенсира напълно теглото на самолета, а аеродинамичните повърхности за управление ще бъдат достатъчно ефективни.

Сериозен недостатък на конструкцията на самолети с вертикално излитане и кацане с витла е, че осигуряването на безопасност на полета и надеждна управляемост на самолета при вертикално излитане и при преходни условия на полет се постига с цената на утежняване и усложняване на конструкцията поради използването на механизъм за въртене на крилото и трансмисия, синхронизираща въртенето на витлата.

Системата за управление на самолета също е сложна. Управлението по време на излитане и кацане и в крейсерски полет по три оси се извършва с помощта на конвенционални аеродинамични повърхности за управление, но в режим на висене. В преходните режими преди и след крейсерски полет се използват други методи за управление.

По време на вертикално изкачване надлъжното управление се извършва с помощта на хоризонтален опашен ротор (с променлива стъпка), разположен зад кила (фиг. 160, b), управлението на посоката се извършва чрез диференциално отклонение на крайните секции на клапите, издухани от струята от витлата, а страничното управление е чрез диференциална промяна на стъпката на външните витла.

В режим на преход се извършва постепенен преход към управление с помощта на обикновени повърхности; За целта се използва команден смесител, чиято работа се програмира в зависимост от ъгъла на завъртане на крилото. Системата за управление включва стабилизиращ механизъм.

Подобряването на характеристиките на самолети с вертикално излитане и кацане с витла в момента е възможно поради факта, че витлото е затворено в пръстеновиден канал (къса тръба с подходящ диаметър). Такова витло развива тяга с 15-20% повече от тягата на витло без „ограда“. Това се обяснява с факта, че стените на канала предотвратяват потока на сгъстен въздух от долните повърхности на витлото към горните, където налягането се намалява, и предотвратяват разпръскването на потока от витлото към страните. В допълнение, когато въздухът се засмуква от винта над пръстеновидния канал, се създава зона с ниско налягане и тъй като винтът изхвърля надолу поток от сгъстен въздух, разликата в налягането в горната и долната част на каналният пръстен води до образуване на допълнителна повдигаща сила. На фиг. 161 и показва диаграма на самолет с вертикално излитане и кацане с витла, монтирани в пръстеновидни канали. Самолетът е проектиран в тандем с четири витла, задвижвани от обща трансмисия.

Управлението по три оси в крейсерски и вертикален полет (фиг. 161, b, c, d) се осъществява главно чрез диференцирана промяна на стъпката на витлата и отклоняване на клапите, разположени хоризонтално в струите, изхвърлени от витлата зад каналите.

Трябва да се отбележи, че самолетите с вертикално излитане и кацане с витла могат да развиват скорости от 600-800 км/ч. Постигането на по-високи дозвукови и още повече свръхзвукови скорости на полета е възможно само при използване на реактивни двигатели.

Самолет с реактивен двигател

Известни са много проекти за самолети с реактивно задвижване с вертикално излитане и кацане, но те могат доста строго да се разделят на три основни групи според типа силова установка: самолети с единична силова установка, с комбинирана силова установка и с електроцентрала с агрегати за усилване на тягата.

Самолети с една електроцентрала, в които един и същ двигател създава вертикална и хоризонтална тяга (фиг. 162), теоретично могат да летят със скорости, няколко пъти по-високи от скоростта на звука. Сериозен недостатък на такъв самолет е, че повреда на двигателя при излитане или кацане може да доведе до катастрофа.

Самолет с композитна силова установка може да лети и със свръхзвукова скорост. Силовата му установка се състои от двигатели, предназначени за вертикално излитане и кацане (повдигане), и двигатели за хоризонтален полет (поддръжка), фиг. 163.

Подемните двигатели имат вертикална ос, докато двигателите за задвижване имат хоризонтална ос. Отказ на един или два подемни двигателя по време на излитане позволява вертикалното излитане и кацане да продължи. TRD и DTRD могат да се използват като задвижващи двигатели. По време на излитане задвижващите двигатели също могат да участват в създаването на вертикална тяга. Векторът на тягата се отклонява или чрез въртене на дюзи, или чрез завъртане на двигателя заедно с гондолата.

На въздухоплавателни средства с реактивни двигатели стабилността и управляемостта по време на излитане, кацане, висене и преходни режими, когато аеродинамичните сили отсъстват или са малки по големина, се осигуряват от газодинамични контролни устройства. Според принципа на действие те се разделят на три класа: с избор на сгъстен въздух или горещи газове от електроцентралата, с използване на големината на тягата на задвижващите устройства и с използване на устройства за отклонение на вектор на тягата.

Устройствата за управление с извличане на сгъстен въздух или газове са най-простите и надеждни. Пример за оформление на устройство за управление със сгъстен въздух, взет от двигатели за повдигане, е показано на фиг. 164.

Самолети, оборудвани с електроцентрала с агрегати за усилване на тягата, могат да имат турбовентилаторни агрегати (фиг. 165) или газови ежектори (фиг. 166), които създават необходимата вертикална тяга по време на излитане. Силовите установки на тези самолети могат да бъдат създадени на базата на турбореактивни двигатели и турбореактивни двигатели.

Авиационната електроцентрала с агрегати за усилване на тягата, показана на фиг. 165, се състои от два турбореактивни двигателя, монтирани във фюзелажа и създаващи хоризонтална тяга. По време на вертикално излитане и кацане турбореактивните двигатели се използват като газогенератори за задвижване на въртенето на две турбини с вентилатори, разположени в крилото, и една турбина с вентилатор в предната част на фюзелажа. Предният вентилатор се използва само за надлъжно управление.

Управлението на самолета във вертикални режими се осигурява от вентилатори, а в хоризонтален полет - от аеродинамични кормила. Самолет с ежекторна електроцентрала, показан на фиг. 166, има силова установка от два турбореактивни двигателя. За създаване на вертикална тяга газовият поток се насочва към ежекторно устройство, разположено в централната част на фюзелажа. Устройството има два централни въздушни канала, от които въздухът се насочва в напречни канали с шлицови дюзи в краищата.

Всеки турбореактивен двигател е свързан с един централен канал и половината от напречните канали с дюзи, така че при изключване или повреда на един турбореактивен двигател ежекторното устройство продължава да работи. Дюзите излизат в ежекторни камери, които са затворени от клапи на горната и долната повърхност на фюзелажа. Когато ежекторът работи, газовете, изтичащи от дюзата, изхвърлят въздух, чийто обем е 5,5-6 пъти по-голям от обема на газовете, което е с 30% по-високо от тягата на турбореактивния двигател.

Газовете, изтичащи от ежекторните камери, имат ниска скорост и температура. Това позволява самолетът да се управлява от писти без специално покритиеВ допълнение, ежекторното устройство намалява нивото на шума на турбореактивния двигател. Самолетът се управлява в крейсерски режим от конвенционални аеродинамични повърхности, а в режими на излитане, кацане и преход от система от реактивни кормила, които осигуряват стабилност и управляемост на самолета.

Електростанциите с вектор на тягата имат няколко много сериозни недостатъка. По този начин, електроцентрала с турбовентилатор изисква големи обеми за побиране на вентилатори, което затруднява създаването на крило с тънък профил, което да работи нормално в свръхзвуков поток. Ежекторната електроцентрала изисква още по-големи обеми.

Обикновено при такива схеми има трудности с поставянето на гориво, което ограничава обхвата на полета на самолета.

При разглеждане на проектите на самолети може да се получи погрешното мнение, че възможността за вертикално излитане трябва да се компенсира чрез намаляване на полезния товар, повдигнат от самолета. Дори приблизителните изчисления потвърждават заключението, че самолет с вертикално излитане с висока скорост на полета може да бъде създаден без значителни загуби в полезен товар или обхват, ако от самото начало на дизайна на самолета се основава на изискванията за вертикално излитане и кацане .

На фиг. 167 са представени резултатите от анализ на теглото на самолети с конвенционална конструкция (нормално излитане) и БВП. Сравняват се самолети с еднакво излетно тегло, еднаква крейсерска скорост, надморска височина, обсег и издигащи същия полезен товар. От диаграмата на фиг. 167 се вижда, но самолетът GDP (с 12 повдигащи двигателя) има силова установка, по-тежка от конвенционален самолет с около 6% от излетното тегло на нормален самолет за излитане.

Освен това гондолите на подемните двигатели увеличават теглото на конструкцията на самолета БВП с още 3% от теглото при излитане. Разходът на гориво за излитане и кацане, включително движението по земята, е с 1,5% повече от този на конвенционален самолет, а теглото на допълнителното оборудване на самолет от БВП е 1%.

Това допълнително тегло, което е неизбежно за самолет с вертикално излитане, равно на приблизително 11,5% от теглото при излитане, може да бъде компенсирано чрез намаляване на теглото на други елементи от неговата конструкция.

По този начин, за самолет GDP, крилото е с по-малък размер в сравнение с конвенционален самолет. Освен това не е необходимо да се използва механизация на крилото и това намалява теглото с приблизително 4,4%.

По-нататъшни икономии в теглото на самолета с БВП могат да се очакват чрез намаляване на теглото на колесника и опашката. Теглото на колесника на самолета БВП, предназначено за максимална скоростнамаление от 3 m/sec, може да бъде намалено с 2% от теглото при излитане в сравнение с конвенционален самолет.

По този начин тегловният баланс на самолета БВП показва, че структурното тегло на самолета БВП е по-голямо от теглото на конвенционален самолет с приблизително 4,5% от максималното тегло при излитане на конвенционален самолет.

Въпреки това, конвенционален самолет трябва да има значителен резерв от гориво за задържане на полети и за намиране на алтернативно летище при лошо време. Този резерв от гориво за вертикално излитащ самолет може да бъде значително намален, тъй като той не се нуждае от писта и може да кацне на почти всяко място, чиито размери могат да бъдат незначителни.

От горното следва, че самолет от GDP, който има същото излетно тегло като конвенционален самолет, може да носи същия полезен товар и да лети със същата скорост и в същия диапазон.

Използвана литература: "Основи на авиацията" автори: G.A. Никитин, Е.А. Баканов

Изтегляне на резюме: Нямате достъп за изтегляне на файлове от нашия сървър.

Според схемата на разположение

Според положението на фюзелажа при излитане и кацане.

• Вертикална позиция (т.нар. tailsitter):
  • с витла (пример: Convair XFY Pogo, Lockheed XFV);
  • реактивен;
    • с директно използване на тяга от главното оръдие реактивен двигател(пример - X-13 Vertijet);
    • с пръстеновидно крило (coleopterus);
• Хоризонтална позиция:
  • с винтове;
    • с въртящо се крило и витла (XC-142);
    • с въртящи се витла/вентилатори (V-22 Osprey, Bell X-22);
    • с отклонение на струята от витлата;
  • реактивен;
    • с ротационни двигатели (Bell D-188);
    • с отклонение на газовата струя на опорен реактивен двигател (Hawker Siddeley Harrier);
    • с повдигащи двигатели (Dassault Mirage IIIV);

История на създаването и развитието на самолетите VTOL

Развитието на самолетите от БВП започва за първи път през 50-те години на миналия век, когато е постигнато подходящото техническо ниво на конструкцията на турбореактивни и турбовитлови двигатели, което предизвика широк интерес към самолети от този тип както сред потенциалните военни потребители, така и в конструкторските бюра. Значителен тласък за развитието на самолетите VTOL също беше широко използваневъв военновъздушните сили на различни страни, високоскоростни реактивни изтребители с висока скорост на излитане и кацане. Такива бойни самолети изискваха дълги писти с твърда повърхност: беше очевидно, че в случай на мащабни военни операции значителна част от тези летища, особено тези на фронтовата линия, бързо ще бъдат дезактивирани от врага. По този начин военните клиенти се интересуваха от самолети, които могат да излитат и кацат вертикално на всеки малка площ, тоест практически независими от летища. До голяма степен благодарение на такъв интерес на представители на армията и флота на водещите световни сили бяха създадени десетки експериментални самолети от различни системи. Повечето от конструкциите са произведени в 1-2 екземпляра, които по правило претърпяват аварии още при първите тестове и не са провеждани допълнителни изследвания върху тях. Техническата комисия на НАТО, която обяви изискванията за изтребител-бомбардировач с вертикално излитане и кацане през юни 1961 г., по този начин даде тласък на развитието на свръхзвукови самолети в западни страни. Предполагаше се, че през 60-те и 70-те години на миналия век страните от НАТО ще се нуждаят от около 5 хиляди от тези самолети, първият от които ще влезе в експлоатация през 1967 г. Прогнозата за такъв голям брой продукти доведе до появата на шест проекта за самолети на БВП:

• P.1150английската компания "Хоукър-Сидли" и западногерманската "Фоке-Вулф";
• VJ-101Западногерманска южна асоциация “EWR-Süd” (“Белков”, “Хайнкел”, “Месершмит”);
• Д-24холандската компания Fokker и Американската република;
• Г-95италианска компания Fiat;
• Мираж III Vфренска фирма "Dassault";
• F-104Gвъв версията на БВП на американската компания Lockheed съвместно с английските компании Short и Rolls-Royce.

След като всички проекти бяха одобрени, трябваше да се проведе конкурс, в който от всички предложени те трябваше да изберат най-добър проектза пускане в масово производство, но още преди проектите да бъдат представени на конкурса, стана ясно, че това няма да се случи. Оказа се, че всяка държава има своя концепция за бъдещия самолет, различна от другите, и няма да се съгласи с монопола на една компания или група компании. Британската армия например не подкрепяше собствените си компании, а френския проект, Германия подкрепяше проекта на Локхийд и т.н. Последната капка обаче беше Франция, която обяви, че независимо от резултатите от конкурса ще работи по своя проект за самолет Mirage III V.

Политически, технически и тактически проблеми повлияха на промяната в концепцията на комисията на НАТО, която разработи нови изисквания. Започва създаването на многоцелеви самолети. При тази ситуация само два от представените проекти напуснаха предварителния етап на проектиране: самолетът Mirage III V, финансиран от френското правителство, и самолетът VJ-101C, финансиран от западногерманската индустрия. Тези самолети са произведени съответно в 3 и 2 екземпляра и са тествани (4 от тях са загинали при инциденти) до 1966 и 1971 г. През 1971 г. по заповед на командването на авиацията на ВМС на САЩ започва работа по третия свръхзвуков самолет в западните страни - американския XFV-12A.

В резултат на това активно и успешно се използва само създаденият и произвеждан самолет Sea-Harrier VTOL, вкл. по време на Фолклендската война. Съвременно развитиеСамолетът VTOL е американски F-35, пето поколение боен самолет. При разработването на F-35 като VTOL самолет Lockhead Martin прилага редица технологични решения, внедрени в Як-141.

Програма VTOL в СССР и Русия

Недостатъците на самолетите VTOL обаче също се оказаха значителни. Пилотирането на този тип самолет е много трудно за пилота и изисква от него най-висока квалификация в техниката на пилотиране. Това особено се отразява на полета в режим на висене и преход - в моментите на преход от висене към хоризонтален полет и обратно. Всъщност пилотът на VTOL реактивен самолет трябва да прехвърли подемната сила и, съответно, теглото на машината - от крилото към вертикалните газови струи на тягата или обратно.

Тази характеристика на технологията за пилотиране поставя трудни предизвикателства за пилота VTOL. В допълнение, в режим на висене и преходен режим, самолетите VTOL обикновено са нестабилни, подложени на странично плъзгане и представляват голяма опасност в тези моменти. възможен провалподемни двигатели. Подобна повреда често причинява инциденти в серийни и експериментални VTOL самолети. Недостатъците включват също така значително по-ниския полезен капацитет и обхвата на полета на самолетите VTOL в сравнение с конвенционалните самолети, висок разход на гориво във вертикални режими на полет, цялостната сложност и висока цена на дизайна на самолети VTOL и разрушаване на повърхностите на пистата от изгорелите газове на двигателя.

Тези фактори, както и рязкото увеличение на цените на петрола (и съответно на авиационното гориво) на световния пазар през 70-те години на 20 век доведоха до практическото спиране на разработките в областта на пътническите и транспортни реактивни VTOL самолети.

От многото предложени VTOL реактивни транспортни проекти само един беше практически завършен и тестван [ ] Самолет Dornier Do 31, обаче, този самолет не е бил масово произведен. Въз основа на всичко казано по-горе, перспективите за широко разпространено развитие и масово използване на реактивни VTOL самолети са много съмнителни. В същото време има модерна тенденция в дизайна да се отдалечи от традиционния реактивен дизайн в полза на самолети VTOL с група, задвижвана от витло (обикновено тилтротори): по-специално такива машини включват в момента масово произвеждания Bell V-22 Osprey и се разработва на негова основа