«Ахиллесовой пятой» современной военной авиации являются аэродромы. Даже не столько они, сколько взлетно-посадочные полосы (ВПП). Самый «навороченный» боевой самолет последнего поколения станет бесполезен, если неприятель ее разрушит. Любая современная армия располагает десятком средств для проведения подобной операции. Особенно актуально вышесказанное для фронтовой авиации.

Но есть очень простое решение этой проблемы: сделать так, чтобы взлетная полоса самолету совсем была не нужна. Речь идет о самолетах вертикального взлета и посадки (СВВП), которые способны уходить в небо буквально с крошечного пятачка.

Мысли о создании подобного летательного аппарата посещали конструкторов уже давно, разработка проектов самолетов СВВП началась вскоре после начала авиационной эры. Но технические возможности не позволяли инженерам воплотить свои мечты в реальность.

Первым советским самолетом вертикального взлета и посадки стал Як-36, который поднялся в воздух в 1966 году. Продолжением этого проекта стал серийный Як-38.

Более успешно разработки по СВВП шли в Великобритании. Уже в 1960 году компания Hawker создала прототип самолета, который смог совершить вертикальный взлет. Одной из главных составляющих успеха этого проекта стало создание компанией Rolls-Royce уникального двигателя, способного развивать 3600 килограмм тяги в четыре поворотных сопла, которые и обеспечивали взлет машины. В 1969 году СВВП Hawker Siddeley Harrier GR.1 был принят на вооружение ВВС Великобритании. Сегодня «Харриер» - это уже несколько поколений боевых самолетов, которые стоят на вооружении целого ряда стран (включая Англия и США), участвовавшие в боевых действиях и обладающие высокими летно-техническими характеристиками.

В СССР судьба самолетов вертикального взлета и посадки тесно связана с развитием программы (проекты 1143) строительства авианесущих крейсеров – кораблей, обладавших и ракетным , и авиационным вооружением.

Еще в середине 70-х годов началась разработка палубного истребителя СВВП, способного защитить корабль от налетов вражеской авиации. Опыт создания «вертикалок» в СССР был только в КБ Яковлева и этот опыт нельзя назвать слишком позитивным.

Як-38, принятый на вооружение ВМФ СССР, имел очень низкую тяговооруженность и был оснащен сразу тремя двигателями. Конструкторам пришлось максимально облегчить машину, с нее даже сняли бортовую РЛС. Двигатели не хотели работать синхронно, в условиях южных широт они просто не заводились. Самолет мог взять на борт только бомбы небольшого калибра и неуправляемые ракеты, что уменьшало его боевую ценность практически до нуля. С этими самолетами постоянно случались катастрофы.

Кроме того, для уменьшения взлетной массы Як-38 был вынужден брать ограниченный запас топлива, что значительно уменьшало его радиус действия.

Проект создания нового самолета СВВП Як-141 для нужд флота начался в 1975 году. Государственные испытания были назначены на 1982 год. Новый самолет задумывался как сверхзвуковой истребитель, изначально его планировали оснастить одним двигателем, но позже предпочтение было отдано самолету с комбинированной силовой установкой.

Самолет Як-141 должен был поступить на вооружение авианесущих крейсеров (ТАКР) «Баку», «Ульяновск», «Рига» и «Тбилиси». Также новым истребителем планировали вооружить ТАКР «Минск» и «Киев» после проведения модернизации этих кораблей. Як-141 должен был заменить устаревшие и неудачные Як-38.

Силовая установка состояла из трех двигателей: двух подъемных РД-41 и одного подъемно-маршевого Р-79. Работа силовой установки контролировалась электроникой, она могла обеспечить Як-141 вертикальный или укороченный взлет с корабельной палубы.

В 1980 году военные несколько изменили свои требования к будущему самолету: он должен быть стать многоцелевым – способным не только уничтожать воздушные цели, но и наносить удары по кораблям и наземным объектам противника. То есть, выполнять функции штурмовика.

Из-за проблем с двигателями, испытания Як-141 постоянно переносились. Они начались только в 1987 году, а к 1990 году было построено четыре прототипа истребителя. Полноценные испытания взлета и посадки на корабельную палубу проходили в сентябре 1991 года. За период испытаний были установлены 12 мировых рекордов по скорости и грузоподъемности. Во время испытаний один из самолетов потерпел катастрофу. Летчик катапультировался, но машина восстановлению не подлежала. Причиной авария стала ошибка пилота.

Этот самолет стал не только важным этапом в развитии отечественного авиастроения, но и знаковой машиной в истории мировой авиации – первым самолетом вертикального взлета и посадки, преодолевшим звуковой барьер. Следует отметить, что Як-141 способен взлетать вертикально при полной боевой нагрузке.

Этому самолету сильно не повезло, он появился именно в тот момент, когда огромная страна уже доживала свои последние месяцы, а экономика валилась в пропасть. Имея горький опыт эксплуатации Як-38, военные с большим недоверием относились к «вертикалкам». Не последнюю роль в бесславном конце этого перспективного проекта сыграла и авария Як-141 во время испытаний. Денег на продолжение работ по этому весьма перспективному самолету в 1992 году уже не нашлось.

В КБ Яковлева были созданы проекты еще двух СВВП: Як-43 и Як-201, но они так и остались на бумаге. Разработчики пытались предлагать новую машину иностранным покупателям, но заказов не было. Было недолгое сотрудничество с американцами (Lockheed Martin), но оно также закончилось безрезультатно.

В 2003 году проект истребителя Як-141 был официально закрыт.

Описание

Як-141 – это высокоплан, он выполнен по нормальной аэродинамической схеме и оснащен комбинированной силовой установкой. На 26% фюзеляж самолета выполнен из композитных материалов, часть элементов изготовлена из жаропрочных сплавов на основе титана. В корпусе активно использованы алюминиево-литиевые сплавы, обладающие меньшим весом.

Фюзеляж самолета – типа полумонокок с прямоугольным сечением. Подъемно-маршевый двигатель располагается в его хвостовой части, еще два подъемных – в носовой, непосредственно за кабиной пилота. Носовая часть фюзеляжа имеет заостренную форму.

Крылья – трапециевидной формы, высокорасположенные с прямой стреловидностью и корневыми наплывами. Крыло выполнено таким образом, чтобы самолет мог достигать сверхзвуковых скоростей, вести маневренный воздушный бой и осуществлять длительный крейсерский полет.

Хвостовое оперение – двухкилевое, состоит из рулей направления и цельноповоротных стабилизаторов. Оно крепится к двум выносным балкам, между которыми находится сопло подъемно-маршевого двигателя.

Воздухозаборники прямоугольной формы, они расположены сразу за кабиной пилота. Управление воздушным потоком осуществляется с помощью горизонтального клина.

Шасси – трехопорное, оно способно выдержать падение самолета с высоты пяти метров.

В состав силовой установки Як-141 входит два подъемных двигателя (ПД) РД-41 и один маршево-подъемный (ПМД) Р-79. Также во время проведения маневров при вертикальном взлете используются струйные рули, которые запитываются от подъемно-маршевого двигателя. По своей конструкции Як-141 близок к современному американскому СВВП F-35B , который также оснащен комбинированной силовой установкой.

Подъемные двигатели РД-41 расположены в передней части самолета, в специальном отсеке, сразу за кабиной пилота. Во время горизонтального полета или на стоянке двигатели закрыты специальными створками сверху и снизу. Во время взлета или посадки они раскрываются, обеспечивая двигателям поступление воздуха и открывая сопла. Двигатели установлены под углом 10° к вертикали, сопла могут отклоняться на ±12,5° по вертикали от оси двигателя. РД-41 – это одноконтурный, одновальный турбореактивный двигатель, он может работать на скорости, не превышающей 550 км/ч.

Подъемно-маршевый двигатель Р79В-300 – это двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой и изменяемым вектором тяги. Он находится в задней части корпуса самолета. Роторы этого двигателя вращаются в разные стороны, компрессоры отличаются повышенной газодинамической устойчивостью, в камере сгорания находятся уникальные вихревые горелки. Сопло двигателя – поворотное, с регулируемой площадью сечения, оно может отклонять вектор тяги на 95°. Максимальная тяга Р79В-300 на форсаже — 15 500 кгс.

Як-141 может взлетать тремя разными способами: вертикально, с коротким разбегом и с проскальзыванием (сверхкороткий взлет). Сопло маршевого двигателя при вертикальном взлете отклоняется на максимальный угол, при взлете с коротким разбегом и проскальзыванием он составляет 65°. При взлете с проскальзыванием длина разбега равняется шести метрам.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

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;

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».

0

Конструирование 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.

Несмотря на волну критики примененной в самолете концепции вертикального взлета, о необходимости возобновления производства машин такого класса в последнее время все чаще говорят и в России 15 Декабрь 2017, 11:33

Одна из самых дорогих "игрушек" Пентагона - истребитель-бомбардировщик F-35B - на этой неделе принял участие в совместных американо-японских учениях, направленных на охлаждение ракетно-ядерного пыла КНДР. Несмотря на волну критики примененной в самолете концепции вертикального взлета, о необходимости возобновления производства машин такого класса в последнее время все чаще говорят и в России. В частности, о планах строительства самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (СВВП) недавно сообщил замминистра обороны Юрий Борисов. О том, зачем России нужен такой самолет и хватит ли у авиапрома сил для его создания.

Самым массовым отечественным боевым самолетом с вертикальным взлетом и посадкой стал Як-38, который приняли на вооружение в августе 1977 года. Машина заслужила неоднозначную репутацию среди авиаторов - из 231 построенного борта в катастрофах и авиационных инцидентах разбилось 49.

Основным эксплуатантом самолета стал Военно-морской флот - Як-38 базировались на авианесущих крейсерах проекта 1143 "Киев", "Минск", "Новороссийск" и "Баку". Как вспоминают ветераны палубной авиации, высокая аварийность вынуждала командование резко сокращать количество учебных полетов, а налет пилотов Як-38 составлял символическую по тем временам цифру - не более 40 часов в год. В итоге в полках морской авиации не было ни одного летчика первого класса, лишь единицы обладали вторым классом летной квалификации.

Боевые характеристики тоже были сомнительными - из-за отсутствия бортовой радиолокационной станции он лишь условно мог вести воздушные бои. Использование Як-38 в качестве чистого штурмовика выглядело неэффективным, поскольку боевой радиус при вертикальном взлете составлял всего 195 километров, а в жарком климате - и того меньше.

Сверхзвуковой многоцелевой истребитель-перехватчик вертикального взлета и посадки Як-141

На замену "трудному ребенку" должна была прийти более совершенная машина Як-141, однако после развала СССР интерес к ней пропал. Как видно, отечественный опыт создания и эксплуатации СВВП не назовешь удачным. Почему же тема самолетов вертикального взлета и посадки стала вновь актуальной?

Флотский характер

"Такая машина жизненно необходима не только Военно-морскому флоту, но и Военно-воздушным силам, - рассказал РИА Новости военный эксперт, капитан первого ранга Константин Сивков. - Главная проблема современной авиации заключается в том, что реактивному истребителю нужна хорошая взлетно-посадочная полоса, а таких аэродромов очень немного, уничтожить их первым ударом довольно просто. Самолеты же вертикального взлета в угрожаемый период можно рассредоточить хоть по лесным полянам. Такая система применения боевой авиации будет обладать исключительной боевой устойчивостью".

Впрочем, целесообразность использования СВВП в сухопутном варианте не всем видится обоснованной. Одна из главных проблем заключается в том, что при вертикальном взлете самолет расходует много топлива, что сильно ограничивает его боевой радиус. Россия же - страна большая, поэтому для достижения господства в воздухе у истребительной авиации должны быть "длинные руки".

"Выполнение боевых задач истребительной авиации в условиях частично разрушенной аэродромной инфраструктуры можно обеспечить за счет укороченного взлета обычных машин с участка полосы длиной менее 500 метров, - считает исполнительный директор агентства "Авиапорт" Олег Пантелеев. - Другой вопрос, что у России есть планы на строительство авианосного флота, здесь применение вертикально взлетающих самолетов будет наиболее рационально. Это необязательно могут быть авианосцы, это могут быть и авианесущие крейсеры с наименьшими стоимостными параметрами".

Истребитель F-35

К слову, F-35B сегодня является сугубо морской машиной, главный ее заказчик - корпус морской пехоты США (самолет будет базироваться на десантных кораблях). Британские F-35B составят основу авиакрыла новейшего авианосца Queen Elizabeth, который ввели в строй совсем недавно.

В то же время, по мнению Константина Сивкова, для начала работ по созданию российского аналога F-35B российским КБ не обязательно дожидаться новых авианосных кораблей. "Самолеты с вертикальным взлетом и посадкой могут базироваться не только на авианосцах. Например, танкер оборудуется рампой и становится своего рода авианосцем, в советское время у нас были такие проекты. Кроме того, СВВП могут использоваться с боевых кораблей, способных принимать вертолеты, например с фрегатов", - рассказал наш собеседник.

Сможем, если захотим

Между тем очевидно, что создание российского вертикально взлетающего самолета потребует внушительных ресурсов и средств. Стоимость разработки F-35B и его собратьев с горизонтальным взлетом, по различным оценкам, уже достигла 1,3 миллиарда долларов, а в создании машины участвовали сразу несколько государств.

Dornier Do.31, который разрабатывался в 1960-е годы в ФРГ инженерами компании Dornier, является по-настоящему уникальным летательным аппаратом. Это единственный в мире транспортный самолет вертикального взлета и посадки. Он разрабатывался по заказу военного ведомства ФРГ в качестве тактического реактивного транспортного самолета. Проект, к сожалению, так и не пошел дальше стадии экспериментального самолета, всего было произведено три прототипа Dornier Do.31. Один из построенных прототипов сегодня является важным экспонатом авиационного музея в Мюнхене.

В 1960 году немецкая компания «Дорнье» в условиях строгой секретности по заказу министерства обороны ФРГ приступила к проектированию нового тактического военно-транспортного самолета вертикального взлета и посадки. Самолет должен был получить обозначение Do.31, его особенностью была комбинированная силовая установка из подъемно-маршевых и подъемных двигателей.

Проектированием нового самолета занимались не только инженеры компании «Дорнье», но и представители других немецких авиационных фирм: «Везер», «Фокке-Вульф» и «Гамбургер Флюгцойгбау», которые в 1963 году были объединены в единую авиационную компанию, получившую обозначение WFV. При этом сам проект военно-транспортного самолета Do.31 был частью программы ФРГ по созданию вертикально взлетающих транспортных самолетов. В этой программе были учтены и переработаны тактико-технические требования NATO к военно-транспортному СВВП.

В 1963 году при поддержке министерств обороны ФРГ и Великобритании было подписано соглашение сроком на два года об участии в проекте британской компании «Хоукер Сиддли», которая имела большой опыт по проектированию самолета вертикального взлета и посадки «Харриер». Примечательно, что после окончания срока действия договора он не был продлен, поэтому в 1965 году компания «Хоукер Сиддли» вернулась к разработке собственных проектов. В то же время немцы пытались привлечь к работе над проектом и производством самолета Do.31 компании из США. В этой области немцы добились определенных успехов, им удалось подписать договор о совместных исследованиях с агентством NASA.

Для того чтобы определиться с оптимальной схемой разрабатываемого транспортника, компанией «Дорнье» было осуществлено сравнение вертикально взлетающих летательных аппаратов трех типов: вертолета, самолета с поворотными винтами и самолета с подъемно-маршевыми ТРДД. В качестве исходного задания конструкторы использовали следующие параметры: перевозка на расстояние до 500 км трех тонн груза и последующее возвращение на базу . Проведенные исследования продемонстрировали, что вертикально взлетающий тактический военно-транспортный самолет, оснащенный подъемно-маршевыми ТРДД имеет ряд важных преимуществ по сравнению с двумя другими типами рассматриваемых летательных аппаратов. Поэтому в компании Dornier сосредоточились на работе над выбранным проектом и занялись расчетами, направленными на выбор оптимальной схемы размещения силовой установки.

Проектированию первого прототипа Do.31 предшествовали достаточно серьезные испытания моделей, которые велись не только в ФРГ в Геттингене и Штуттгарте, но и в США, где ими занимались специалисты NASA. Первые модели военно-транспортного самолета не имели гондол с подъемными ТРД, так как планировалось, что силовая установка самолета будет состоять лишь из двух подъемно-маршевых ТРДД компании Bristol с тягой по 16 000 кгс на форсаже. В 1963 году в США в научно-исследовательском центре NASA в Лэнгли состоялись испытания моделей самолета и отдельных элементов его конструкции в аэродинамических трубах. Позднее состоялись испытания летающей модели в свободном полете.

В результате проведенных в двух странах исследований был сформирован окончательный вариант будущего самолета Do.31, он должен был получить комбинированную силовую установку из подъемно-маршевых и подъемных двигателей. Для исследования управляемости и устойчивости самолета с комбинированной силовой установкой в режиме висения компанией «Дорнье» был построен экспериментальный летающий стенд, обладавший ферменной конструкцией крестообразной формы. Габаритные размеры стенда повторяли габариты будущего Do.31, а вот общая масса была существенно меньше – всего 2800 кг. К концу 1965 года данный стенд прошел большой испытательный путь, всего он выполнил 247 полетов. Данные полеты сделали возможным строительство полноценного военно-транспортного самолета вертикального взлета и посадки.

На следующем этапе специально для испытаний конструкции, отработки техники пилотирования и проверки надежности систем нового аппарата был создан экспериментальный самолет, получивший обозначение Do.31E. Минобороны ФРГ заказало к постройке три подобных машины, при этом два экспериментальных самолета предназначались для проведения летных испытаний, а третий – для проведения статических испытаний.

Тактический военно-транспортный самолет Dornier Do 31 был выполнен по нормальной аэродинамической схеме. Это был высокоплан, оснащенный маршевыми и подъемными двигателями. Первоначальная концепция предполагала установку двух турбовентиляторных двигателей Bristol Pegasus в каждой из двух внутренних мотогондол и четырех подъемных двигателей Rolls-Royce RB162, которые располагались в двух внешних мотогондолах на концах крыла. Впоследствии планировалось установить на самолет более мощные и совершенные двигатели RB153.

Фюзеляж самолета типа полумонокок был цельнометаллическим и имел круглое поперечное сечение диаметром 3,2 метра. В носовой части фюзеляжа находилась кабина экипажа, рассчитанная на двух пилотов. За ней располагалась грузовая кабина, которая имела объем 50 м 3 и габаритные размеры 9,2×2,75×2,2 метра. В грузовой кабине можно было свободно разместить 36 десантников со снаряжением на откидывающихся сиденьях или 24 раненных на носилках . В хвостовой части самолета находился грузовой люк, здесь имелась погрузочная рампа.

Шасси самолета было убирающимся трехопорным, на каждой стойке имелись сдвоенные колеса. Главные опоры убирались назад в гондолы подъемно-маршевых двигателей. Носовая опора стойки шасси была выполнена управляемой и самоориентирующейся, она также убиралась назад.

Постройка первого экспериментального самолета была закончена в ноябре 1965 года, он получил обозначение Do.31E1. Впервые самолет поднялся в воздух 10 февраля 1967 года, выполнив обычные взлет и посадку, так как на тот момент подъемные ТРД на самолет установлены не были. Вторая экспериментальная машина Do.31E2 применялась для проведения различных наземных испытаний, а третий экспериментальный транспортный самолет Do.31E3 получил полный комплект двигателей. Третий самолет совершил первый полет с вертикальным взлетом, это произошло 14 июля 1967 года . Этот же самолет выполнил полный переход от вертикального взлета к горизонтальному полету с последующей вертикальной посадкой, это произошло 16 и 21 декабря 1967 года.

Именно третий экземпляр экспериментального самолета Dornier Do 31 в настоящее время находится в Мюнхенском музее авиации. В 1968 году данный самолет был впервые представлен широкой публике, это произошла в рамках международной авиационной выставки, которая проходила в Ганновере. На выставке новый транспортник привлек к себе внимание представителей британских и американских фирм, которые были заинтересованы в возможностях не только военного, но и его гражданского применения. Интерес к самолету проявляли и в американском космическом агентстве, NASA оказала финансовую помощь для проведения летных испытаний и исследования оптимальных траекторий захода на посадку самолетов с вертикальным взлетом и посадкой.

В следующем году экспериментальный самолет Do.31E3 показывали на авиакосмическом салоне в Париже, здесь самолет также пользовался успехом, привлекая к себе внимание зрителей и специалистов. 27 мая 1969 года самолет выполнил перелет из Мюнхена в Париж. В рамках данного перелета было установлено три мировых рекорда для самолетов с вертикальным взлетом и посадкой: скорости полета – 512,962 км/ч, высоты – 9100 метров и дальности – 681 км . К середине того же года на СВВП Do.31E было выполнено уже 200 полетов. Во время данных полетов летчиками-испытателями было осуществлено 110 вертикальных взлетов с последующим переходом к горизонтальному полету.

В апреле 1970 года экспериментальный самолет Do.31E3 совершил свой последний полет, финансирование данной программы было прекращено, а сама она свернута . Это произошло несмотря на успешный, а главное безаварийный ход летных испытаний нового летательного аппарата. На тот момент общая стоимость затрат ФРГ на программу по созданию нового военно-транспортного самолета превысила 200 миллионов марок (начиная с 1962 года).

Одними из технических причин свертывания перспективной программы можно было назвать сравнительно невысокую максимальную скорость самолета, его грузоподъемность и дальность полета особенно в сравнении с традиционными самолетами транспортной авиации. У Do.31 скорость полета снижалась, в том числе, и из-за высокого аэродинамического сопротивления мотогондол его подъемных двигателей. Еще одной причиной свертывания работ было назревшее на тот момент разочарование в военных, политических и конструкторских кругах самой концепцией самолетов с вертикальным взлетом и посадкой.

Несмотря на это, компанией Dornier на базе экспериментального самолета Do.31Е были разработаны проекты усовершенствованных военно-транспортных СВВП, обладавших большей грузоподъемностью – Do.31-25. У них число подъемных двигателей в гондолах планировалось увеличить сначала до 10, а затем и до 12 штук. Помимо этого инженерами «Дорнье» был спроектирован самолет вертикального взлета и посадки Do.131В, который обладал сразу 14 подъемными ТРД.

Также был разработан отдельный проект гражданского самолета Do.231, который должен был получить два подъемно-маршевых ТРДД компании Rolls Royce тягой 10 850 кгс каждый и еще 12 подъемных ТРДД той же компании с тягой по 5935 кгс, из которых восемь двигателей располагались по четыре в гондолах и четыре по два в носовой и хвостовой частях фюзеляжа самолета. Расчетная масса данной модели летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой достигала 59 тонн при полезной нагрузке до 10 тонн. Планировалось, что Do.231 сможете перевозить до 100 пассажиров с максимальной скоростью 900 км/ч на расстояние в 1000 километров.

Однако данные проекты так и не были реализованы. При этом экспериментальный Dornier Do 31 был (и остается в настоящее время) единственным в мире построенным реактивным военно-транспортным самолетом вертикального взлета и посадки.

Летно-технические характеристики Dornier Do.31:
Габаритные размеры:
— длина – 20,88 м,
— высота – 8,53 м,
— размах крыла – 18,06 м,
— площадь крыла – 57 м 2 .
Масса пустого – 22 453 кг.
Нормальная взлетная масса – 27 442 кг.
Силовая установка: 8 подъемных турбореактивных двигателей Rolls Royce RB162-4D, тяга взлетная – 8х1996 кгс; 2 подъемно-маршевых турбовентиляторных двигателя Rolls Royce Pegasus BE.53/2, тяга 2х7031 кгс.
Максимальная скорость – 730 км/ч.
Крейсерская скорость – 650 км/ч.
Практическая дальность – 1800 км.
Практический потолок – 10 515 м.
Вместимость – до 36 солдат со снаряжением или 24 раненых на носилках.
Экипаж – 2 человека.

Источники информации:
— www.airwar.ru/enc/xplane/do31.html
— igor113.livejournal.com/134992.html
— www.arms-expo.ru/articles/129/67970

Касса