В России с 2017 года ведутся работы по созданию нового самолёта вертикального взлёта и посадки. По словам вице-премьера Юрия Борисова, сроки реализации этого проекта в рамках госпрограммы вооружений определяются технологическим циклом создания. Таким образом, ожидается, что самолёт поступит в серию через 7-10 лет. Эти боевые машины должны стать будущим российской палубной авиации. Эксперты отмечают высокую актуальность создания современных самолётов вертикального взлёта и посадки. При этом конструкторы и инженеры смогут в полной мере использовать обширные наработки в этой области, сделанные во времена СССР.
- Як-141 на Международном авиакосмическом салоне МАКС-1995 в Жуковском
- РИА Новости
- Сергей Субботин
В России с 2017 года в рамках госпрограммы вооружений ведутся работы по созданию нового самолёта вертикального взлёта и посадки. Такое заявление на полях форума «Армия-2018» сделал вице-премьер Юрий Борисов.
«Эта работа действительно включена в государственную программу вооружений. Она ведётся по поручению Верховного главнокомандующего. Сейчас разрабатываются концептуальные модели, прототипы... Концептуально такие работы ведутся в Министерстве обороны с прошлого года», — рассказал зампред правительства России.
«Сроки определяются технологическим циклом создания, как правило, это 7—10 лет, если выходить в серию. Это новый самолёт», — отметил Борисов.
По его словам, подобная техника станет будущим палубной авиации, для которой характерно использование технологий укороченного или вертикального взлёта и посадки.
«Для всех авианесущих кораблей необходим будет новый парк летательных аппаратов. Именно для этого используются различные технологии, которые позволяют обеспечить укороченные взлёт и посадку либо просто вертикальный взлёт», — заявил вице-премьер.
О планах создания перспективного самолёта для авианосцев тот же Борисов (занимавший должность замминистра обороны) рассказывал ещё в июле 2017 года на международном авиакосмическом салоне МАКС-2017. Тогда он отметил, что в рамках этого проекта Минобороны рассматривает вариант обращения к ОКБ имени Яковлева.
«Это развитие «яковской» линии, которая была прекращена», — рассказал Борисов.
Он уточнил, что новые самолёты будут включены в состав авиагруппы кораблей, которые планируется заложить в рамках госпрограммы вооружений 2018—2025 годов.
Отметим, что среди всех проектов самолётов вертикального взлёта и посадки (СВВП), которые с 1950-х годов пытались создать ведущие авиастроительные компании СССР, США и Европы, до серийного производства дошли лишь советский Як-38 и семейство британских и позднее британо-американских самолётов Harrier.
Палубный штурмовик Як-38 не получил серьёзного применения в качестве вида вооружения, а из 231 произведённой машины 48 были потеряны в результате различных инцидентов. Однако в рамках этого проекта было отработано множество технологических и конструктивных решений, а также получен богатый опыт пилотирования и эксплуатации подобной техники. Во многом благодаря этой программе были созданы как новые авианесущие корабли, так и следующее поколение советских СВВП — Як-141.
Эта машина, созданная специалистами ОКБ Яковлева в 1970—1980-х годах, стала одним из первых самолётов вертикального взлёта и посадки, преодолевших скорость звука. Як-141 должны были войти в состав авиагрупп тяжёлых авианесущих крейсеров проекта 1143, в том числе ТАВКР «Тбилиси» (в 1990-м переименованного в «Адмирал Кузнецов»).
Уникальная машина, по своим характеристикам превосходившая зарубежные аналоги, была представлена широкой публике на авиасалоне в британском Фарнборо в 1992 году. Однако по ряду причин проект Як-141 был сначала заморожен в разгар его лётных испытаний, а в начале 2000-х закрыт.
При этом в середине 1990-х в ОКБ Яковлева велась работа над эскизным проектом Як-201, который должен был стать дальнейшим развитием палубного Як-141 и его сухопутного аналога Як-43.
По некоторым данным, этот проект стал прообразом американского истребителя пятого поколения F-35, включая его корабельную версию F-35B.
В апреле 2018 года ряд порталов, в том числе The National Interest и Task and Purpose , сообщили, что в середине 1990-х годов компания Lockheed Martin, предположительно, подписала соглашение о сотрудничестве с ОКБ Яковлева, что позволило Соединённым Штатам получить критически важные данные испытаний, которые легли в основу создания двигателей F-35B.
«Почти наверняка данные, собранные из старого советского проекта СВВП, использовались при разработке варианта VTOL F-35 Joint Strike Fighter. Это означает, что F-35 хотя бы частично своим существованием обязан программе вооружений советской эпохи», — писал Task and Purpose.
«Время вернуться к теме»
По словам бывшего заместителя главкома ВВС России генерал-полковника Николая Антошкина, создание нового российского самолёта с вертикальным взлётом и посадкой представляется перспективным. В беседе с RT он отметил, что в этом проекте можно использовать наработки и опыт, полученные в ходе работы над Як-141, однако «к старому нельзя возвращаться».
Говоря о размещении самолётов на кораблях, эксперт отметил, что у СВВП есть некоторые преимущества по сравнению с существующими палубными вариантами скоростных самолётов (вариации Су-27 и МиГ-29К), которым нужна соответствующая полоса и дополнительные устройства торможения. Вместе с тем генерал-полковник отметил определённые особенности СВВП.
«Это самолёты не наступательные, а оборонительные... Они могут базироваться не только на авианосцах, но и на земле без всяких взлётно-посадочных полос. Удобный вариант — это я вам как бывший командующий фронтовой авиацией могу сказать. Удобный самолёт. Главное, чтобы он хороший получился», — отметил Антошкин.
В свою очередь, заслуженный лётчик-испытатель РФ, почётный президент авиакосмических салонов МАКС Магомед Толбоев рассказал RT о высокой актуальности создания самолётов с вертикальным взлётом и посадкой.
«Это показывают события в Сирии. В 1970-х годах это показала Фолклендская война, когда британские самолёты Harrier уничтожили аргентинскую авиацию и флот. Очень актуально. Видимо, сейчас время вернуться к теме, остаётся реанимировать», — отметил Толбоев.
При этом заслуженный военный лётчик, заместитель главного редактора журнала «Авиапанорама» Владимир Попов заявил, что актуальность вопроса создания самолёта вертикального взлёта и посадки «не уходила за пределы технического творчества и инженерной мысли современности».
«У нас есть очень хорошие модели на базе Су-27 (Су-30СМ, Су-33, Су-34) — самолёты, которые могут быть использованы на коротких взлётно-посадочных полосах, но всё равно самолёты повышенной оперативности на ограниченных участках местности или же в море с кораблей, конечно, должны работать ещё и с вертикальным взлётом и посадкой. Например, на кораблях без большой взлётно-посадочной полосы», — отметил эксперт.
По словам собеседника RT, для повышения обороноспособности России целесообразно использовать самолёты с СВВП, тем более что у оборонно-промышленного комплекса есть очень хороший задел в этой области.
«Отказываться от такого направления деятельности в боевой авиации нецелесообразно. Поэтому очень хорошая идея — возродить работу конструкторов, инженеров и технологов в направлении создания боевых самолётов вертикального взлёта и посадки», — подчеркнул Попов.
По его словам, в свете создания нового самолёта наиболее перспективным выглядит восстановление наработок по программе Як-141 и полноценное их использование с поправкой на то, что за последнее время появились новые материалы и технологии.
«Есть возможность на 10—15% улучшить эффективность качества работы с отдачей топливной автоматики, новых двигателей, а это много значит. Сегодня создать такой аппарат вертикального взлёта и посадки будет гораздо проще по материальной части, по материалам и автоматизированным системам управления, чем 20 лет назад», — отметил Попов.
Эксперт подчеркнул, что это будет совершенно новая машина, поскольку в настоящее время речь идёт об использовании так называемых стеклянных кабин (панелей кабины пилотов с электронными дисплеями системы управления полётом), новых систем управления и навигации, включая применение систем ГЛОНАСС. Всё это облегчает самолёт и существенно повышает его боевые возможности.
Собеседник RT отметил, что у России есть опыт эксплуатации СВВП не на полноценных авианосцах, а на авианесущих крейсерах, таких как «Адмирал Кузнецов», и кораблях меньших размеров, которые могут одновременно действовать и как флотская ударная единица, и как авианесущий корабль, который способен вокруг себя организовать оборону и прикрыть проливные зоны и зоны фарватеров.
«Мы занимаемся сегодня оборонительными системами, нам важно защитить своё государство, свой народ, а не завоевать что-то, где-то и когда-то, и этот подход нам ближе в стратегии развития вооружённых сил и авиации. Он, наверное, и социально будет более правильно принят нашим народом», — подытожил Попов.
В современном мире появляется все больше самолетов с любыми характеристиками и мощностью. Инженеры повсеместно пытаются решить главные проблемы, связанные с этим видом транспорта: уменьшить расход топлива, увеличить дальность, упростить взлет и посадку, но при этом не жертвовать пространством и площадью салона.
Пожалуй, все привыкли видеть разгон самолета по взлетной полосе – это сложная задача, и сами пилоты говорят, что именно от взлета и посадки во многом зависит удачность полета в целом. Но не логичнее ли представить, как упростится эта процедура, если самолет будет просто подниматься вверх, вертикально? Однако в широком обсуждении нигде особо таких вариантов не видно. Самолет с вертикальным взлетом – это миф, реальность или, может быть, далеко идущие планы, за которыми стоит будущее авиации? Стоит разобраться подробнее.
Истребитель короткого взлета и вертикальной посадки STOVL F-35B
В первую очередь нужно знать, что самолет вертикального взлета и посадки действительно существует. Первые модели начали появляться одновременно с развитием реактивной авиации, и с тех пор до сих пор не дают покоя инженерам во всем мире. По времени это совпадает со второй половиной прошлого столетия. Название они носили весьма говорящее – «турболеты ». Поскольку тогда происходил бум военных разработок техники, к инженерам выдвигалось требование разработать такой аппарат, который поднимался бы воздух с минимальными усилиями или вообще из вертикального положения. Такие самолеты не требуют взлетной полосы, а значит, стартовать им можно откуда угодно и в любых условиях, даже с мачты корабля.
Все эти проекты совпали с другими, не менее важными, связанными с освоением космического пространства. Общий симбиоз позволил удвоить силы, черпать идеи из космического проектирования. Как итог, первый вертикальный аппарат увидел свет в 1955 году. Можно сказать, что это было одно из самых странных строений в истории техники. У самолета не было крыльев, хвоста – только двигатель (турбореактивный), колбообразная кабина, топливные бани. Двигатель был сделан внизу. Можно выделить такие особенности первого турболета:
- Подъем за счет реактивной струи из двигателя.
- Управление посредством газовых рулей.
- Вес первого аппарата – немногим больше 2000 килограмм.
- Тяга – 2800 килограмм.
Поскольку такой самолет нельзя было назвать ни устойчивым, ни управляемым, первые испытания были сопряжены с большим риском для жизни. Несмотря на это, в Тушино прошла демонстрация аппарата, причем успешно. Это все дало базу для дальнейших исследований в этой области, хоть сам самолет был далек от идеала. Но информация послужила для создания нового проекта. Это был первый российский самолет с вертикальным взлетом под названием ЯК-38.
История создания вертикальных самолетов в России и других странах
Многие инженеры и проектировщики до сих пор утверждают, что турбореактивные двигатели, которые начали активно использовать и совершенствовать в 50-х годах, позволили сделать множество открытий, используемые и в настоящее время. Одно из них – активные испытания вертикальных аппаратов. Особый вклад принесло развитие этой области, а точнее, реактивных устройств, в странах, которые в то время считались передовыми. Поскольку реактивные самолеты имели огромные показатели скорости при посадке и взлете, для них, соответственно, использовались очень длинные, масштабные и качественные взлетные полосы. А это – дополнительные траты, оборудование новых аэродромов, неудобства в военное время. Вертикальный самолет может решить все эти проблемы.
Именно в 50-е годы были созданы различные образцы. Но их проектировали в одном или двух вариантах, не больше, ведь все равно не получалось создать полностью подходящие варианты. Ведь поднимаясь в воздух, они терпели крушения. Несмотря на неудачи, комиссия НАТО в 60-х годах дала этому направлению приоритет, как крайне перспективному. Были попытки создать и конкурсы, но каждая страна сфокусировалась на своих разработках. Так, свет увидели такие аппараты со всего мира:
- «Мираж» III V;
- ФРГ VJ-101C;
- XFV-12A.
В СССР таким турболетом стал ЯК-36, а после и 38. Его разработки начались в тех же годах, а для испытаний создали специальный павильон. Уже через 6 лет прошел первый полет. То есть, самолет вертикально взлетел, принял горизонтальное положение, а после вертикально приземлился. Поскольку испытания были успешными, создали 38-ю модель, а после Россия представила самолет с вертикальным взлетом ЯК-141 и 201 в девяностых.
«Мираж» III V
Самолет ФРГ VJ-101C
Самолет XFV-12A
Особенности конструкции
Фюзеляж в таких аппаратах может быть расположен вертикально или горизонтально. Но в обоих случаях бывают модели реактивные и с винтами. Довольно мощные самолеты с вертикальным фюзеляжем, которые используют тягу от маршевого двигателя. Еще один вариант – кольцевые крылья, которые также дает неплохие результаты во время подъема и полета.
Если говорить подробнее о горизонтально фюзеляже, то тут часто делают поворотные крылья. Другая разновидность, когда винты располагают на конце крыльев. Здесь может быть и двигатель поворотного типа. В Англии также вели активную работу над подобными аппаратами. Там активно разрабатывали проект, который назывался инновационный, реализованный с помощью двух двигателей с тягой в 1800 килограмм. В итоге даже это не спасло самолет от аварии.
Сейчас во всем мире ведутся работы по разработке уже не военного, а гражданского вертикального самолета. В теории, это прекрасные перспективы, ведь тогда самолеты смогут без труда летать даже в небольшие города, где нет масштабным и дорогостоящих самолетов, а взлет и посадка облегчаются в разы. Но на деле, есть множество минусов у такой технологии и задумки.
Почему вертикальные самолеты до сих пор не нашли широкого применения?
К сожалению, все разработки, даже если отличались неплохими результатами, не могут похвастаться надежностью. Лопасти винтов, которые и помогают делать вертикальный взлет, поражают своими размерами. Они вместе с мощными двигателями создают невообразимый шум. Также с точки зрения конструкции нужно избежать любых возможных препятствий на их пути, исключить попадание различных предметов.
Как ни крути, невозможно отменить ограничение по скорости. Просто по законам физики такой самолет не сможет двигаться также быстро, как современные. И если военные аппараты могут развить фантастическую в их случае скорость в 1000 километров в час, то с увеличением массы и размеров для гражданской авиации показатель падает до 700 и ниже километров в час.
Вконтакте
0Конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой сопряжено с большими трудностями, связанными с необходимостью создания легких двигателей, управляемостью на околонулевых скоростях и др.
В настоящее время известно много проектов схем самолетов вертикального взлета и посадки, многие из которых уже воплощены в реальные аппараты.
Самолеты с воздушными винтами
Одним из решений проблемы вертикального взлета и посадки является создание самолета, у которого подъемная сила при взлете и посадке создается поворотом оси вращения винтов, а в горизонтальном полете - крылом. Поворот оси вращения винтов может быть достигнут поворотом двигателя или крыла. Крыло такого самолета (рис. 160) выполняется по многолонжеронной схеме (минимум два лонжерона) и крепится к фюзеляжу на шарнирах. Механизм поворота крыла чаще всего представляет винтовой домкрат с синхронизированным вращением, обеспечивающий изменение угла установки крыла на угол больше 90°.
Крыло снабжается по всему размаху многощелевыми закрылками. На участках, где крыло не обдувается воздушным потоком от винта, или там, где скорости обдувания невелики (в центральной части крыла), устанавливаются предкрылки, способствующие устранению срыва потока при больших углах атаки. Вертикальное оперение отличается относительно большими размерами (для повышения путевой устойчивости при малых скоростях полета) и оснащается рулем направления. Стабилизатор такого самолета обычно управляемый. Углы установки стабилизатора могут изменяться в больших пределах, обеспечивая переход самолета от вертикального взлета к горизонтальному полету и обратно. Основание киля переходит в вынесенную назад хвостовую балку, на которой в горизонтальной плоскости крепится хвостовой винт небольшого диаметра, изменяемого шага, обеспечивающий продольное управление на режиме висения и переходных режимах полета.
Силовая установка состоит из нескольких мощных турбовинтовых двигателей, отличающихся небольшими размерами и малым удельным весом порядка 0,114 кГ/л. с., что очень важно для летательного аппарата вертикального взлета и посадки любой схемы, так как у таких аппаратов при вертикальном взлете тяга должна быть больше веса. Кроме преодоления веса, тяга должна преодолевать аэродинамическое сопротивление и создавать ускорение для разгона самолета до такой скорости, при которой подъемная сила крыла будет полностью компенсировать вес самолета, а рулевые аэродинамические поверхности будут достаточно эффективны.
Серьезный конструктивный недостаток самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами заключается в том, что обеспечение безопасности полета и надежной управляемости самолета при вертикальном взлете и на переходных режимах полета достигается ценой утяжеления и усложнения конструкции за счет применения механизма поворота крыла и трансмиссии, синхронизирующей вращение воздушных винтов.
Сложной является также система управления самолетом. Управление во время взлета и посадки и в крейсерском полете по трем осям осуществляется с помощью обычных аэродинамических поверхностей управления, но на режиме висения и. переходных режимах до и после крейсерского полета применяются иные методы управления.
Во время вертикального набора высоты продольное управление осуществляется с помощью горизонтального рулевого винта (с изменяемым шагом), расположенного за килем (рис. 160, б), путевое управление - дифференциальным отклонением концевых секций закрылков, обдуваемых струей от воздушных винтов, а поперечное управление - дифференциальным изменением шага крайних воздушных винтов.
На переходном режиме осуществляется постепенный переход к управлению с помощью обычных поверхностей; для этого используется смеситель команд, работа которого программируется в зависимости от угла поворота крыла. В систему управления включен механизм стабилизации.
Улучшение характеристик самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами в настоящее время возможен за счет того, что воздушный винт заключают в кольцевой канал (короткую трубу соответствующего диаметра). Такой винт развивает тягу на 15-20% больше, чем тяга винта без «ограждения». Объясняется это тем, что стенки канала препятствуют перетеканию сжатого воздуха с нижних поверхностей винта на верхние, где давление понижено, и исключают рассеивание потока от винта в стороны. Кроме того, при подсасывании воздуха винтом над кольцевым каналом создается область пониженного давления, а так как винт отбрасывает вниз поток сжатого воздуха, разность давлений на верхнем и нижнем срезе кольца канала приводит к образованию дополнительной подъемной силы. На рис. 161, а представлена схема самолета вертикального взлета и посадки с воздушными винтами, установленными в кольцевых каналах. Самолет выполнен по схеме тандем с четырьмя винтами, приводимыми в движение общей трансмиссией.
Управление по трем осям в крейсерском и вертикальном полете (рис. 161, б, в, г) производится в основном путем дифференциального изменения шага воздушных винтов и отклонения закрылков, расположенных горизонтально в струях, отбрасываемых винтами за каналами.
Следует отметить, что самолеты вертикального взлета и посадки с воздушными винтами способны развивать скорость 600- 800 км/ч. Достижение более высоких дозвуковых, а тем более сверхзвуковых скоростей полета возможно лишь при использовании реактивных двигателей.
Самолеты с реактивной тягой
Известно много схем самолетов вертикального взлета и посадки с реактивной тягой, однако их можно достаточно строго разделить на три основные группы по типу силовой установки: самолеты с единой силовой установкой, с составной силовой установкой и с силовой установкой с агрегатами усиления тяги.
Самолеты с единой силовой установкой, у которой один и тот же двигатель создает вертикальную и горизонтальную тягу (рис. 162), теоретически могут летать со скоростями, превышающими скорость звука в несколько раз. Серьезным недостатком такого самолета является то, что отказ двигателя на взлете или при посадке грозит катастрофой.
Самолет с составной силовой установкой может совершать полет также со сверхзвуковыми скоростями. Его силовая установка состоит из двигателей, предназначенных для вертикального взлета и посадки (подъемные), и двигателей для горизонтального полета (маршевые), рис. 163.
Подъемные двигатели имеют вертикально расположенную ось, а маршевые - горизонтально расположенную. Отказ одного или двух подъемных двигателей на взлете позволяет продолжать вертикальный взлет и посадку. В качестве маршевых двигателей могут использоваться ТРД, ДТРД. Маршевые двигатели на взлете могут также участвовать в создании вертикальной тяги. Отклонение вектора тяги производится или поворотными соплами, или поворотом двигателя вместе с гондолой.
На самолетах ВВП с реактивными двигателями устойчивость и управляемость на режимах взлета, посадки, висения и переходных режимах, когда аэродинамические силы отсутствуют или малы по величине, обеспечивается управляющими устройствами газодинамического типа. По принципу работы они разделяются на три класса: с отбором сжатого воздуха или горячих газов от силовой установки, с использованием величины тяги движителей и с применением устройств отклонения вектора тяги.
Управляющие устройства с отбором сжатого воздуха или газов наиболее просты и надежны. Пример компоновки управляющего устройства с отбором сжатого воздуха от подъемных двигателей представлен на рис. 164.
Самолеты ВВП, оснащенные силовой установкой с агрегатами усиления тяги, могут иметь турбовентиляторные агрегаты (рис. 165) или газовые эжекторы (рис. 166), которые и создают необходимую вертикальную тягу на взлете. Силовые установки этих самолетов могут быть созданы на базе ТРД и ДТРД.
Силовая установка самолета с агрегатами усиления тяги, представленная на рис. 165, состоит из двух ТРД, установленных в фюзеляже и создающих горизонтальную тягу. При вертикальном взлете и посадке ТРД используются в качестве газогенераторов для привода во вращение двух турбин с вентиляторами, размещенных в крыле, и одной турбины с вентилятором в носовой части фюзеляжа. Передний вентилятор используется только для продольного управления.
Управление самолетом на вертикальных режимах обеспечивается вентиляторами, а в горизонтальном полете - аэродинамическими рулями. Самолет с эжекторной силовой установкой, представленный на рис. 166, имеет силовую установку из двух ТРД. Для создания вертикальной тяги поток газов направляется в эжекторное устройство, расположенное в центральной части фюзеляжа. Устройство имеет два центральных воздушных канала, из которых воздух направляется в поперечные каналы с щелевыми соплами на концах.
Каждый ТРД соединен с одним центральным каналом и половиной поперечных каналов с соплами, чтобы при выключении или выходе из строя одного ТРД эжекторное устройство продолжало работать. Сопла выходят в эжекторные камеры, которые закрываются створками на верхней и нижней поверхностях фюзеляжа. При работе эжекторной установки вытекающие из сопла газы эжектируют воздух, объем которого в 5,5-6 раз больше объема газов, что на 30% превышает тягу ТРД.
Вытекающие из эжекторных камер газы имеют небольшую скорость и температуру. Это позволяет эксплуатировать самолет с взлетно-посадочных площадок без специального покрытия, кроме того, эжекторное устройство понижает уровень шума ТРД. Управление самолетом на крейсерском режиме осуществляется обычными аэродинамическими поверхностями, а на режиме взлета, посадки и переходных режимах - системой струйных рулей, обеспечивающих устойчивость и управляемость самолету.
Силовые установки с усилением вектора тяги обладают несколькими очень серьезными недостатками. Так, силовая установка с турбовентиляторным агрегатом требует больших объемов для размещения вентиляторов, что затрудняет создание крыла с тонким профилем, нормально работающего в сверхзвуковом потоке. Еще больших объемов требует эжекторная силовая установка.
Обычно при таких схемах возникают трудности с размещением топлива, что ограничивает дальность полета самолета.
При рассмотрении схем самолетов ВВП может сложиться ошибочное мнение о том, что возможность вертикального взлета должна окупаться уменьшением поднимаемого самолетом полезного груза. Даже приближенные расчеты подтверждают вывод о том, что вертикально взлетающий самолет, обладающий большой скоростью полета, может быть создан без значительных потерь в полезной нагрузке или дальности, если с самого начала проектирования самолета в основу его положить требования вертикального взлета и посадки.
На рис. 167 представлены результаты анализа весов самолетов обычной схемы (нормального взлета) и ВВП. Сравниваются самолеты равного взлетного веса, имеющие одинаковую скорость крейсерского полета, высоту, дальность и поднимающие одинаковую полезную нагрузку. Из диаграммы рис. 167 видно, но самолет ВВП (с 12 подъемными двигателями) имеет силовую установку тяжелее обычного самолета примерно на 6% взлетного веса самолета нормального взлета.
Кроме того, гондолы подъемных двигателей еще на 3% от взлетного веса увеличивают вес конструкции самолета ВВП. Расход топлива на взлет и посадку, включая движение по земле, больше, чем у обычного самолета, на 1,5%, а вес дополнительного оборудования самолета ВВП на 1%.
Этот неизбежный для вертикально взлетающего самолета дополнительный вес, равный примерно 11,5% взлетного веса, может быть скомпенсирован уменьшением веса других элементов его конструкции.
Так, для самолета ВВП крыло выполняется меньшего размера по сравнению с самолетом обычной схемы. К тому же отпадает необходимость в применении механизации крыла, и это уменьшает вес примерно на 4,4%.
Дальнейшей экономии веса самолета ВВП можно ожидать от уменьшения веса шасси и хвостового оперения. Вес шасси самолета ВВП, рассчитанного на максимальную скорость снижения 3 м/сек, может быть уменьшен на 2% взлетного веса по сравнению с самолетом обычной схемы.
Таким образом, весовой баланс самолета ВВП показывает, что вес конструкции самолета ВВП больше веса обычного самолета приблизительно на 4,5% максимального взлетного веса самолета обычной схемы.
Однако обычный самолет должен иметь значительный резерв топлива для полетов в зоне ожидания и для поиска запасного аэродрома в плохую погоду. Этот резерв топлива для вертикально взлетающего самолета может быть значительно уменьшен, так как он не нуждается во взлетно-посадочной полосе и может приземляться практически па любой площадке, размеры которой могут быть незначительны.
Из вышесказанного следует, что самолет ВВП, имеющий взлетный вес такой же, как и у самолета обычной схемы, может нести ту же полезную нагрузку и совершать полет с той же скоростью и на ту же дальность.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
Самолёт вертикального взлёта и посадки , общепринятое сокращение - СВВП или англ. VTOL - Vertical Take-Off and Landing - самолёт , способный взлетать и садиться при нулевой горизонтальной скорости , используя тягу двигателя направленную вертикально.
Принципиальным отличием СВВП от различных винтокрылых машин является то, что в режиме горизонтального полета на крейсерской скорости, как и у самолёта традиционной схемы, подъёмную силу создает неподвижное крыло.
По компоновочной схеме
По положению фюзеляжа при взлете и посадке.
- Вертикальное положение (т. н. tailsitter):
- с винтами (пример: Convair XFY Pogo, Lockheed XFV);
- реактивные;
- с прямым использованием тяги от маршевого реактивного двигателя (пример- X-13 Vertijet);
- с кольцевым крылом (колеоптер);
- Горизонтальное положение:
- с винтами;
- с поворотным крылом;
- с вентиляторами на конце крыла;
- с отклонением струи от винтов;
- реактивные;
- с поворотными двигателями;
- с отклонением струи газов маршевого реактивного двигателя;
- с подъёмными двигателями;
- с винтами;
История создания и развития СВВП
Разработка самолётов ВВП началась впервые в 1950-х годах , когда был достигнут соответствующий технический уровень турбореактивного и турбовинтового двигателестроения, что вызвало повсеместную заинтересованность в самолётах этого типа как среди потенциальных военных пользователей, так и в конструкторских бюро . Значительным импульсом в пользу развития СВВП послужило и широкое распространение в ВВС различных стран скоростных реактивных истребителей с высокими взлётными и посадочными скоростями. Такие боевые самолёты требовали длинных взлётно-посадочных полос с твёрдым покрытием: было очевидно, что в случае масштабных военных действий значительная часть этих аэродромов, особенно прифронтовых, будет быстро выведена из строя противником. Таким образом, военные заказчики были заинтересованы в самолётах, взлетающих и садящихся вертикально на любую небольшую площадку, то есть фактически независимых от аэродромов. В значительной мере благодаря такой заинтересованности представителей армии и флота ведущих мировых держав были созданы десятки опытных самолётов ВВП разных систем. Большинство конструкции было изготовлено в 1-2 экземплярах, которые, как правило, терпели аварии уже во время первых испытаний, и дальнейшие исследования над ними уже не проводились. Техническая комиссия НАТО , огласившая в июне 1961 года требования к истребителю-бомбардировщику вертикального взлёта и посадки, дала тем самым импульс развитию сверхзвуковых самолётов ВВП в западных странах. Предполагалось, что в - -х годах странам НАТО потребуется около 5 тысяч таких самолётов, из которых первые войдут в эксплуатацию уже в 1967 году . Прогноз такого большого количества продукции вызвал появление шести проектов самолётов ВВП:
- P.1150 английской фирмы «Хоукер-Сиддли» и западногерманской «Фокке-Вульф»;
- VJ-101 западногерманского Южного Объединения «EWR-Зюд» («Бельков », «Хейнкель », «Мессершмитт»);
- D-24 нидерландской фирмы «Фоккер» и американской «Рипаблик»;
- G-95 итальянской фирмы «Фиат »;
- Мираж III-V французской фирмы «Дассо »;
- F-104G в варианте ВВП американской фирмы «Локхид » совместно с английскими фирмами «Шорт» и «Роллс-ройс ».
Программа СВВП В СССР
Первым советским самолётом вертикального взлёта и посадки стал Як-36 . Разработка его велась в КБ Яковлева с 1960 года под руководством С. Г. Мордовина. В ходе испытаний вначале был построен и испытан летающий стенд «турболёт », на котором отрабатывались вертикальные режимы полёта. Ведущими лётчиками-испытателями по программе Як-36 были Ю. А. Гарнаев и В. Г. Мухин. 24 марта 1966 года лётчик Мухин впервые выполнил полёт с вертикальным взлётом, переходом в горизонтальный полёт и вертикальной посадкой. В 1967 году во время демонстрационных полётов над подмосковным аэродромом «Домодедово» были показаны три сверхзвуковых самолёта КВП (короткого взлёта и посадки) конструкции А. И. Микояна , П. О. Сухого и один самолёт вертикального взлёта и посадки конструкции А. С. Яковлева - Як-36.
Преимущества и недостатки СВВП
История развития самолётов ВВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации . Преимущества СВВП для военного применения очевидны. Самолёт ВВП может базироваться на площадках, размеры которых ненамного превышают его габариты . Кроме способности вертикального взлёта и посадки, самолёты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам- например вертолётам - СВВП обладают несравненно большими, вплоть до сверхзвуковых (Як-141) - скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом. Всё это привело к увлечению идеей вертикально взлетающего самолёта, своего рода «буму СВВП» в инженерно-конструкторской и в целом авиационной областях в 1960-е-1970-е годы.
Посадка СВВП AV-8B_Harrier_II. Видны газовые струи вертикальной тяги.
Прогнозировалось широкое распространение этого типа машин, предлагалось множество проектов военных и гражданских, боевых, транспортных и пассажирских СВВП различных конструкций (типичный для 70- х годов пример проекта пассажирского лайнера СВВП - Hawker Siddeley HS-141).
Однако, недостатки СВВП также оказались значительными. Пилотирование этого типа машин весьма сложно для лётчика и требует от него высочайшей квалификации в технике пилотирования. Особенно это сказывается в полете на режимах висения и переходных - в моменты перехода из висения в горизонтальный полёт и обратно. Фактически, пилот реактивного СВВП должен перенести подъёмную силу, и, соответственно, вес машины - с крыла на вертикальные газовые струи тяги или наоборот.
Такая особенность техники пилотирования ставит сложные задачи перед пилотом СВВП. Кроме того, в режиме висения и переходных режимах СВВП в целом неустойчивы, подвержены боковому скольжению, большую опасность в эти моменты представляет возможный отказ подъёмных двигателей. Такой отказ нередко служил причиной аварий серийных и экспериментальных СВВП. Также к недостаткам можно отнести значительно меньшую в сравнении с самолётами обычной схемы грузоподъёмность и дальность полёта СВВП, большой расход топлива на вертикальных режимах полета, общую сложность и дороговизну конструкции СВВП, разрушение покрытий взлётно-посадочных площадок горячим газовым выхлопом двигателей.
Указанные факторы, а также резкое повышение на мировом рынке цен на нефть (и, соответственно, авиационное топливо) в 70-годах 20-го века привели к практическому прекращению разработок в области пассажирских и транспортных реактивных СВВП.
Из множества предложенных проектов реактивных транспортных СВВП практически был завершен и испытан лишь один самолёт Dornier Do 31 , однако и эта машина серийно не строилась. Исходя из всего вышеизложенного, перспективы широких разработок и массового применения реактивных СВВП очень сомнительны. В то же время, существует современная конструкторская тенденция к отходу от традиционной реактивной схемы в пользу СВВП с винтомоторной группой (чаще - конвертопланов): в частности, к таким машинам относится производящийся серийно в настоящее время Bell V-22 Osprey и разрабатываемый на его основе Bell/Agusta BA609 .
См. также
- Список самолётов по производителям
- Классификация самолётов по конструктивным признакам и силовой установке
Литература
- Э.Цихош «Сверхзвуковые самолёты» пр. «Самолёты вертикального взлёта и посадки».
Самолет с вертикального взлетом появилися, когда началась эпоха реактивной авиации, это была вторая половина пятидесятых годов. Изначально их называли турболетами. В то время конструкторы начали разрабатывать аппараты, которые способны подняться в воздух с минимальным разбегом или вообще без него. Такие аппараты не требуют специальной взлетно-посадочной полосы, для них достаточно ровного поля или вертолетной площадки.
К тому же человечество в то время вплотную подобралось к освоению космического пространства. Началась разработка космических кораблей, способных сесть и взлететь на другие планеты. Любая разработка оканчивается постройкой опытного образца, который проходит всеобъемлющие испытания для дальнейшего создания серийной техники. Первый турболет был создан в 1955 году. Он выглядел очень странно. На такой машине не было ни крыльев, ни хвостового оперения. На ней был установлен только турбореактивный двигатель, направленный вертикально вниз, небольшая кабина и топливные баки.
Он поднимался вверх за счет реактивной струи двигателя. Управление производилось с помощью газовых рулей, т.е. реактивной струи выходящей из двигателя, которая отклонялась с помощью плоских пластин, находящихся возле сопла. Первый аппарат весил около 2340 кг и имел тягу в 2835 кг.
Вертикальный взлёт и посадка фото
Первые полеты выполнялись летчиком испытателем Ю. А. Гарнаевым. Испытательные полеты были очень непредсказуемы, потому что была очень большая вероятность опрокидывания, аппарат не обладал большой устойчивостью. В 1958 годы аппарат был продемонстрирован на авиационном празднике в Тушино. Аппарат прошел всю программу испытания и был накоплен огромный материал для анализа.
Собранный материал был использован для создания первого полноценного советского экспериментального самолета вертикального взлета. Такой самолет получил имя ЯК-36, а в серию пошел доработанный самолет ЯК-38. Основным местом базирования самолета стали авианосцы, и выполнял он задачи штурмовика.
Краткая история создания самолетов с вертикальным взлетом и посадкой
За счет развития технической стороны турбореактивных двигателей в 50-х годах прошлого века, стало возможным создание самолета с вертикальным взлетом. Большим толчком в развитии СВВП стало активное развитие реактивных летательных аппаратов в передовых странах мира. Нужно отметить, что эти аппараты имели большую скорость при посадке и взлете, соответственно нужно было создавать ВПП с большой длинной, соответственно они должны иметь твердое покрытие. Это требует дополнительных денежных вливаний. При военных действиях было очень мало аэродромов, которые могли бы принять такие самолеты, соответственно создание самолета с вертикальным взлетом и посадкой, могло бы решить массу проблем.
В эти годы было изготовлено огромное количество вариантов и прототипов, которые строили в одном или двух экземплярах. В большинстве случаев они терпели крушения еще при испытаниях, после чего проекты закрывали.
Комиссия НАТО в 1961 году выдвинула требования к истребителю с вертикальной посадкой и взлетом, это дало дополнительный импульс в развитии данного направления авиастроения. После этого планировали создать конкурс на отбор наиболее перспективных конструкций. Но конкурс так и не состоялся, поскольку стало ясно, что каждая передовая страна имеет собственные варианты такого самолета.
Под воздействием технических и политических проблем комиссия НАТО изменила концепцию и выдвинула новые требования к аппарату. После этого начались проектировки многоцелевых машин. В конечном итоге было отобрано только два варианта. Первый это самолет французских конструкторов «Мираж» III V», было создано 3 машины и конструкторов ФРГ VJ-101C, изготовили 2 экземпляра. После тестов 4 аппарата было утеряно. В силу этого было принято решение разработать принципиально новую машину XFV-12A.
Разработки СВВП на территории СССР и в России
Первым аппаратом данного класса в СССР стал Як-36, который ОКБ Яковлева начали разрабатывать еще с 1960 года. Для этого был изготовлен тренировочный стенд. Первый полет был произведен в марте 1966 года, в этом испытании был проведен вертикальный отрыв с переходом в горизонтальный полет, после чего машина приземлилась так же вертикально. После этого был создан Як-38 и более известный Як-141. В 90-е годы был начат еще один проект с обозначением Як-201.
Схема компоновки
В зависимости от положения фюзеляжа
С винтами.
Реактивные.
Используя тягу напрямую от маршевого двигателя реактивного типа.
Колеоптер (кольцевые крылья).
С винтами.
Крыло поворотного типа и винты.
Винты расположены на конце крыльев.
Струи от винтов отклоняются.
Двигателя поворотного типа.
Газовые струи от маршевого двигателя отклоняются при взлете
Подъемные двигателя.
Вертикальное.
Горизонтальное расположение
Реактивные.
Параллельно в Англии разрабатывался подобный самолет. В 1954 году был построен самолет вертикального взлета «Харриер». Он был оснащен двумя двигателями с тягой по 1840 кг. Вес самолета составлял 3400 кг. Самолет оказался крайне ненадежным и потерпел аварию. Смотреть вертикальный взлёт и посадка .
Следующей ступенькой в развитии таких аппаратов стал американский самолёт, построенный в 1964 году. Постройка совпала с разработкой лунной программы.
Не смотря на то, что прорывы в области авиастроения радуют нас далеко не каждый день, новых разработок в области гражданской авиации весьма много. Типичным тому примером является разработка современного пассажирского авиалайнера с вертикальным взлётом.
Основные особенности самолётов с вертикальным взлётом заключаются в первую очередь в том, что для взлёта и посадки самолёта не требуется большое пространство – оно лишь немногим должно превышать габариты самолёта, а отсюда имеется весьма интересный вывод о том, что с развитием авиалайнеров с системой вертикального взлёта, станут возможными авиаперелёты между различными региона, даже теми, где отсутствуют какие-либо аэродромы. Кроме того, вовсе не обязательно делать такие авиалайнеры вместительными, ведь тех посадочных мест в количестве 40-50 штук вполне достаточно, что и сделает авиаперелёты максимально рентабельными и комфортными.
Тем не менее, вероятней всего мало прославится своей скоростью, так как даже в военных самолётах она не превышает 1100 километров в час, а учитывая, что пассажирский самолёт с вертикальным взлётом будет перевозить относительно большое число людей, то вероятней всего его крейсерская скорость составит порядка 700 километров в час. Однако, с другой стороны, существенно вырастет надёжность авиаперелётов, так как в случае возникновения какой-либо непредвиденной ситуации самолёт с вертикальным взлётом сможет легко сесть на небольшом ровном участке.
На сегодняшний день существует целый ряд концептов будущих пассажирских авиалайнеров с системой вертикального взлёта. До недавнего времени они казались невероятными, однако современные разработки в области авиастроения говорят об обратном, и вполне возможно, в ближайшие десять лет, первые современные самолёты с вертикальным взлётом начнут перевозить своих пассажиров.
Недостатки и преимущества СВВП
Все без исключения аппараты данного типа были созданы для военных потребностей. Конечно же, преимущества таких машин для военных очевидны, поскольку самолет можно эксплуатировать на небольших площадках. Самолеты имеют возможность зависать в воздухе и при этом осуществлять развороты и полет боком. Сравнивая с вертолетами ясно, что наибольшим преимуществом самолетов является скорость, которая может доходить до сверхзвуковых показателей.
Все же самолеты СВВП имеют и значительные недостатки. Прежде всего, это сложность управления, для этого необходимы пилоты высокого класса. Особое мастерство от пилота требуется на переходе режимов.
Именно сложность управления ставит перед пилотом множество задач. При переходе с режима висения в горизонтальный полет, возможно, скольжение в бок, что создает дополнительные проблемы при удержании аппарата. Этот режим требует большой мощности, что может привести к отказу двигателей. К недостаткам необходимо отнести и небольшую грузоподъемность СВВП, при этом он использует огромное количество горючего. При эксплуатации необходимы специально подготовленные площадки, которые не разрушаются под воздействием газового выхлопа от двигателей.
Классификация самолетов:
| А |
| Б |
| В |
| Г |
| Д |
| И |
| К |
| Л |
| О |
