Самолет с вертикальным взлётом. Dornier Do.31: транспортный самолёт вертикального взлёта и посадки

Многофункциональность и совершенство конструкции сочетает в себе уникальная авиационная техника - самолёт вертикального взлёта и посадки. Лучшие умы России, Англии и США многолетними разработками и дальнейшей их модернизацией создали в конкурентной борьбе легендарные модели. Увеличение скорости, высоты полёта, грузоподъёмности, а также боевых характеристик сопряжено с постоянным усовершенствованием сверхмощного реактивного двигателя. Именно это сделало самолёты с вертикальным взлётом основной базовой единицей ВВС мировых держав.

Первый по вертикали

Самой первой экспериментально созданной в 1954 году техникой вертикального взлёта и посадки была разработка Model 65 Air Test Vehicle. Спроектированная конструкция состояла из имевшихся в наличии агрегатов от разных авиационных аппаратов - фюзеляж и вертикальное оперение были заимствованы у планера, крылья - у самолёта Cessna Model 140А, а шасси - у вертолёта Bell Model 47. До сих пор современные проектировщики удивляются, как совмещение этих отдельных элементов могло дать такой результат!

Компании Bell был готов к концу 1953 года. Через месяц состоялся первый полёт с зависанием в воздухе, а через полгода - его первый свободный полёт. Но модернизация самолёта не прекращалась, ещё на протяжении года тестированием и испытаниями в воздухе его доводили до требуемых показателей.

Реактивный, да не очень

Располагавшиеся по бортам фюзеляжа двигатели поворачивались на 90 градусов вниз, создавая таким образом подъёмную силу и тягу для полёта. Турбокомпрессор осуществлял интенсивное питание непосредственно самих воздушных сопел на окончаниях крыла и оперения. Это обеспечивало управление всей авиаконструкцией на режиме зависания, причём с сохранением этой возможности даже при движении на малой скорости.

Но вскоре по результатам испытаний компания Bell отказалась от дальнейшей работы с этим проектом. Первый самолёт с вертикальным взлётом имел такую тягу что она едва превышала его собственную взлётную массу, хотя и была чрезмерной для горизонтального перемещения.

С такими характеристиками лётчику было сложно удерживать скорость в допустимых значениях, не превышая ограничений по максимальной скорости горизонтального полёта. Поэтому ракурс внимания американцев переместился на другие разработки.

Единственный в мире Як-141

В 1992 году специально приглашённые аккредитованные журналисты были удивлены заинтересованностью лидирующих западных авиакомпаний в этой технике. Специалисты заметили особенности самолёта, которые выходили за рамки стандартных представлений о боевом летательном аппарате. Стало очевидно, что за многие годы исследований, которые параллельно велись в нескольких странах, пальму первенства заслуженно получит советский самолёт.

Это был Як-141, единственный во всём мире на тот момент сверхзвуковой самолёт вертикального взлёта. Он отличался широким спектром боевых задач, высокой скоростью и уникальной манёвренностью, за что получил сразу мировое признание.

Американцы и европейцы начали свои разработки в данном направлении в 60-х годах. На выставке в 1961 году в Фарнборо только английская компания смогла представить достойный результат. Будущий основной английских ВВС, истребитель вертикального взлёта Harrier, был не только самым интересным, но и самым охраняемым экспонатом.

Англичане не подпустили никого, даже своих союзников, американцев. Единственным, для кого за особые заслуги и вклад в победу над фашистской Германией было сделано исключение, стал известный конструктор советских истребителей - А. С. Яковлев. Его не только пригласили, но и ознакомили с возможностями данной техники.

Вертикальная гонка мировых держав

Разработки в СССР на тот момент достигли определённых успехов, но всё-таки значительно уступали англичанам. Эксперименты с изобретённым турболётом дали конструкторам ценный опыт, стала возможной установка на самолёт двух турбореактивных двигателей. Их сопла могли осуществлять поворот на 90 градусов.

Испытатель В. Мухин поднял в небо самолёт, названный Як-36. Но это ещё не была полноценная боевая машина. На показательных выступлениях вместо ракет были подвешены специальные макеты. Ведь для настоящего вооружения самолёт ещё был не готов.

В 1967 году перед проектной командой Яковлева ЦК КПСС поставил задачу создать лёгкий самолёт с вертикальным взлётом. Обновлённая модель, названная Як-38, вызывала скептическую реакцию даже у А. Туполева. Но уже в 1974 году первые 4 самолёта были подготовлены.

После однозначного превосходства в небе британских бомбардировщиков Harrier в войне за Фолклендские острова для правительства Советского Союза стала очевидной необходимость усовершенствования своего Як-38. Поэтому в 1978 году комиссия Минавиапрома утвердила проект для конструкторского бюро Яковлева - создание обновлённого истребителя с вертикальным взлётом Як-141.

Уникальный двигатель, оснащённый совершенной системой управления, был создан в России специально для самолёта с вертикальным взлётом. Впервые в мире было найдено решение форсажного поворотного сопла - того, над чем на протяжении десятилетия трудились не только советские, но и зарубежные авиаконструкторы. Это позволило завершить цикл наземных испытаний для Як-141 и отправить на взлёт. С первых испытаний он подтвердил свои лучшие лётные характеристики.

Это был один из самых секретных авиационных проектов, 11 лет западным спецслужбам понадобилось, чтобы только узнать, как он выглядит. Многоцелевой палубный самолёт Як-141, истребитель 4-го поколения, поставил 12 мировых рекордов. Предназначался для завоевания господства в воздухе и обеспечения прикрытия расположения от противника. Его локатор позволяет поражать и воздушные, и наземные цели. Возможность развивать максимальную скорость до 1800 км/ч. Боевая нагрузка - 1000 кг. Дальность боевого действия - 340 км. Максимальная высота полёта - до 15 км.

Политика Горбачёва

Дальнейшая политика сокращения расходов на оборонную промышленность оказала своё влияние. Для демонстрации оттепели во внешнеэкономических отношениях правительство существенно корректировало объёмы производства авианосцев. По причине отсутствия кораблей базирования в связи с выводом авианосцев из российского флота после 1987 года разработка Як-141 прекратилась.

Несмотря на это, появление Як-141 было существенным шагом в авиаконструкторской практике. Российские самолёты с вертикальным взлётом стали незаменимой техникой ВВС, а в дальнейших модернизациях истребителей учёные во многом опирались на результаты многолетней работы Яковлева.

МиГ-29 (Fulcrum)

Разработанный конструкторским бюро имени А. Микояна четвёртого поколения МиГ-29 сочетает в себе лучшие характеристики для ведения воздушного боя ракетами на средней и ближней дальности.

Изначально МиГ с вертикальным взлётом был предназначен для уничтожения любых типов воздушных целей при любых погодных условиях. Сохраняет свою функциональность даже в условиях помех. Оснащённый высокоэффективными двухконтурными двигателями, он способен поражать в том числе и наземные цели. Спроектирован в начале 70-х, первый взлёт осуществился в 1977 году.

Достаточно простой в эксплуатации. Поступив на вооружение ВВС в 1982 году, МиГ-29 стал основным истребителем ВВС России. Кроме того, более 25 стран мира закупили свыше тысячи самолётов.

Американский крылатый хищник

Всегда тщательные в вопросе обороны, американцы также преуспели в создании мощных истребителей.

Названный по имени хищной птицы Harrier создавался как многофункциональный и лёгкий штурмовик для поддержки с воздуха сухопутных войск, ведения боя и осуществления разведки. Благодаря отличным характеристикам используется также в испанских и итальянских ВМС.

Ставший первым в своём классе британец вертикального взлёта и посадки Hawker Siddeley Harrier выступил прототипом англо-американской модификации AV-8A Harrier в 1978 году. Совместная работа конструкторов двух стран усовершенствовала его до штурмовика второго поколения семейства Harrier.

В 1975 году на смену вышедшей из проекта Англии по причине неспособности руководства выдерживать финансовый бюджет приходит компания McDonnell Douglas. Проведенные мероприятия по основательной модификации AV-8A Harrier позволили получить истребитель AV-8B.

Усовершенствованный AV-8B

Основываясь на технологии прежней модели, в AV-8B значительно преуспели по классу качественного обновления. Подняли кабину, переделали фюзеляж, обновили крылья, добавив по одной дополнительной подвесной точке на каждое крыло. Высокоточное оружие сбрасывается непосредственно при заходе в зону пуска, вероятность отклонения может составить до 15 м.

Модель дополнительно усовершенствовали по показателям аэродинамики и создали таким образом лучший самолёт с вертикальным взлётом США. Оснащение обновлённым двигателем Pegasus дало возможность совершения вертикального взлёта и посадки. На вооружение пехоты США AV-8B поступил в начале 1985 года.

Разработки не прекратились, и в более поздних моделях AV-8B(NA) и AV-8B Harrier II Plus появилась аппаратура для осуществления ночных боевых действий. Дальнейшее усовершенствование сделало его одним из лучших представителей самолёта с вертикальным взлётом пятого поколения - Harrier III.

Над задачей укороченного взлёта изрядно потрудились советские проектировщики. Эти достижения были приобретены американцами для F-35. Советские чертежи сыграли большую роль в доведении до совершенства многофункционального сверхзвукового ударного F-35. Этот истребитель с вертикальным взлётом заслуженно в дальнейшем поступил на вооружение британских и американских ВМС.

"Боинг". За пределами возможного

Мастерство высшего пилотажа и уникальных характеристик сейчас демонстрируют не только истребители, но и пассажирские лайнеры. Boeing 787 Dreamliner представляет собой широкофюзеляжный двухдвигательный реактивный пассажирский "Боинг" с вертикальным взлётом.

Boeing 787-9 рассчитан на 300 пассажиров с дальностью полёта в 14 000 км. При весе в 250 тонн пилот в Фарнборо показал удивительный трюк: поднял пассажирский самолет и выполнил вертикальный взлёт, что возможно только для истребителя. Лучшие авиакомпании сразу оценили его достоинства, заказы на его покупку начали незамедлительно поступать из ведущих стран мира. По статусу на начало 2016 года было продано 470 единиц. "Боинг" с вертикальным взлётом стал уникальным пассажирским творением.

Возможности самолётов расширяются

Над гражданским проектом разработки самолёта с вертикальным взлётом и посадкой, которому не нужны взлётные площадки, успешно работают российские конструкторы. Он может эффективно функционировать на разных видах топлива, базироваться как на суше, так и на воде.

Имеет широкий спектр применения:

• оказание срочной медицинской помощи;
• воздушная разведка;
• проведение аварийно-спасательных работ;
• использование частными лицами в служебных целях.

И в частных целях тоже

Возможными пользователями могут быть МЧС и спасательные службы, МВД, медицинские службы и обычные коммерческие организации.

Новые самолёты с вертикальным взлётом способны летать на высотах до 10 км, развивая скорость до 800 км/ч.

Возможности нового поколения данной авиатехники рассчитаны на использование даже в ограниченных пространствах: в городе, в лесу, при необходимости даже в чрезвычайных ситуациях.

Круг, совершаемый винтом такого самолёта, считается его несущей площадью. Подъёмная сила у него создается вращением несущего винта, который использует воздух сверху, направляет его вниз. Вследствие этого над площадью создаётся пониженное давление, а под ней - повышенное.

Спроектированный по аналогии с вертолётом, по сути, являясь его более усовершенствованной и адаптированной к разным условиям моделью, он способен совершать вертикальный взлёт, посадку, а также зависание на одном месте.

Отдача холодной войны

Достижения авиаконструкторов на данном примере подтвердили, что высшие технологии и самолёт с вертикальным взлётом могут быть одинаково полезны и востребованы как в правительственных целях, так и в гражданских.

В эпоху холодной войны ведущие мировые державы были увлечены проектами создания боевого самолёта, который не требовал бы традиционных аэродромов. Это объяснялось лёгкой уязвимостью подобных объектов с размещённой авиатехникой для противника. К тому же дорогостоящая взлётная полоса не была гарантированно защищённой. Этот период считается важнейшим этапом в развитии авиаконструкторской деятельности.

Западные и отечественные стратеги на протяжении 30 лет усердно модернизировали самолёт вертикального взлёта и посадки, достигнув совершенства в истребителях пятого поколения. А взятые на вооружение базовые технологии позволяют и в гражданских целях использовать многолетние разработки ведущих мировых авиаконструкторов.

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, 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, - в материале РИА Новости.

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, поэтому 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.

Как считают эксперты, для производства машины, сопоставимой по характеристикам с F-35B, понадобится решить ряд серьезных задач: миниатюризация авионики, создание нового поколения бортовых систем и проектирование планера с особыми характеристиками.

Возможности для этого у российского авиапрома есть, тем более что многие системы можно унифицировать с самолетом пятого поколения Су-57. При этом одним из самых трудозатратных узлов может стать двигатель машины.

«Разработчик двигателя для Як-38 прекратил свое существование. Если какая-либо документация по поворотному соплу, в том числе и форсажному, наверняка еще сохранилась, то людей с практическим опытом создания таких узлов и агрегатов, скорее всего, уже не найти.

Здесь у нас, вероятно, утеряны компетенции, - считает Олег Пантелеев. - В целом же, полагаю, что авиационная промышленность сможет дать достойный ответ в виде дееспособного проекта СВВП, если заказчик в лице Минобороны примет решение по авианесущему флоту и его авиационной составляющей».

УДК «Прибой»

Россия сможет приступить к созданию авианосцев в обозримой перспективе. Как заявляют в Минобороны, в 2025–2030 годах ожидается закладка тяжелого авианосца проекта 23000 «Шторм».

К этому времени ВМФ России намерен получить два новых универсальных десантных корабля «Прибой», способных нести самолеты с вертикальным взлетом и посадкой.

Вадим Саранов

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:

1. Подъем за счет реактивной струи из двигателя.
2. Управление посредством газовых рулей.
3. Вес первого аппарата – немногим больше 2000 килограмм.
4. 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

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.

Сверхзвуковой самолёт палубной авиации с вертикальным взлётом и посадкой, является современным истребителем, способным осуществлять воздушное прикрытие и использоваться как ударная машина.

История создания самолёта Як 141

В 1974 году положено начало первым разработкам по самолёту палубной авиации с вертикальным взлётом и посадкой, над проектом работали на протяжении 9 лет. До 1984 года выбиралась концепция и разрабатывалась конструкция самолёта и силовой установки. В 1984 году после смерти маршала Д.Ф. Устинова работа над проектом прекратилась и возобновилась лишь в 1986 году.

Было решено построить четыре опытных экземпляра с двумя подъёмными и одним маршевым двигателями. Новый образец (изделие 48-1) получил двигатель, но не имел возможности летать. На этом экземпляре проводили испытания работы двигателя и исследования на стенде моментов и сил.

Следующую машину (изделие 48-2) вывели из ангара в конце 1985, а 9 марта 1986 года опытный самолёт под управлением лётчика А. Синицына впервые попробовал воздух. Осенью 1992 года самолёт демонстрировали на авиашоу, выполнял показательные полёты на лётчик В. Якимов. Позднее машину показывали на выставках Макс-93 и 95, но лишь в статической позиции на земле.

Изделие 48-3 завершило малую серию опытных машин. Конструктивно этот самолёт несколько отличался от предыдущих, у него изменен интерьер кабины лётчика и расположение приборов. Под управлением лётчика А. Синицына он впервые оторвался от земли в апреле 1989 года.

Последний по хронологии самолёт – изделие 48СИ построили летом 1986 года, он изначально предназначался для исследований на статику. Испытания проходили до марта 1987 года и по их результатам модернизировали изделие 48-2 и учитывали при сборке изделия 48-3.

5 октября 1991 года при выполнении захода на посадку, на авианесущий крейсер «Адмирал Горшков» лётчик-испытатель В. Якимов превысил вертикальную составляющую снижения, машина жёстко приземлилась на палубу и загорелась, пилот катапультировался, пожар ликвидировали. Начавшиеся трудности в финансировании и неудачная посадка сыграли решающую роль в закрытии работ над проектом.

Описание самолёта Як 141

В основе компоновки лежит нормальная аэродинамическая схема моноплана с высоким расположением крыла. Конструкция машины состоит из сплавов алюминия и лития – это лёгкие и прочные материалы, неподвергающиеся коррозии. В частях конструкции, где предусматривалась установка двигателей применены жаропрочные сплавы и закалённая сталь. Примерно 30% планера и оперения сделаны из композитных материалов.

Форма крыла представляет трапецию со стреловидностью 300, в местах сопряжения с фюзеляжем выполнены наплывы. Для базирования на кораблях крыло сделано складывающимся. Закрылки разместили в корневой части, а в складываемой – элероны, связанные с механизмом управления струйными рулями. Фюзеляж прямоугольной формы сделан в виде полумонокока с четырьмя щитками, служащими для безопасного выполнения висения и посадки.

В случае выхода из строя поворотного сопла, предусмотрен тормозной парашют, размещённый в специальном отсеке над основным двигателем. Два киля с рулями направления и поворотным стабилизатором, установленные на балках хвостовых консолей представляют оперение самолёта.

Один двигатель Р79В-300, используемый для разгона и подъёма и два РД-41, служащие только для подъёма являются основой силовой установки самолёта.

Воздушный приток маршевому двигателю обеспечивали регулируемые прямоугольные воздухозаборники, размещённые по обе стороны фюзеляжа. На режиме висения, когда обычные рули малоэффективны, угол тангажа изменяется за счёт разницы тяги основной силовой установки и тяг двух подъёмных двигателей. Курс машины определяется струйными рулями в концевых консолях задней части фюзеляжа, а крен изменяется за счёт струйных рулей, размещённых в крыльевых законцовках.

За отсеком лётчика располагаются два подъёмных двигателя, закрывающиеся тремя створками – одной сверху и двумя в нижней части фюзеляжа, которые автоматически открываются при запуске силовой установки.

Фонарь кабины пилота состоит из двух секций, лобовое стекло плоское, сделанное из брони, сбрасываемая при катапультировании часть открывается вверх и вправо. Приборная доска пилотов оснащена аналоговыми указателями, позднее часть их была заменена на индикатор прямой видимости и коллиматорный индикатор на лобовике.

Обычная схема шасси состоит из трёх опор рычажного типа способных выдержать нагрузку при падении с пятиметровой высоты.

Бортовая РЛС «Жук» с щелевой решёткой антенны способна обнаруживать воздушного противника, применяющего электронное противодействие на удалении до 80 км, вести сопровождение одновременно 10 целей и поражать разом четыре из них. Помогают точно отслеживать цели инфракрасный датчик системы слежения и поиска и лазерный измеритель дистанции.

В предкилевом пространстве машины размещено оборудование выброса дипольных отражателей и тепловых ловушек. В законцовках килей и консолей крыла расположена аппаратура радиоэлектронного противодействия.

Як 141 технические характеристики

Силовая установка:

Один подъёмно-маршевый ТРДДФ Р-79В-300 с тягой на форсаже 15500 кгс и без 9000 кгс, два подъёмных ТРД РД-41 с тягой по 4260 кгс.

Лётные характеристики:

• Наибольшая скорость на высоте – 1800 км/ч
• Скороподъёмность – 15000 м/с
• Практический потолок – 15500 м
• Дальность полёта с ПТБ – 2100 м
• Боевой радиус – 690 км
• Вес неснаряжённого самолёта – 11650 кг
• Максимальный взлётный вес – 19500 кг

Размеры:

• Площадь крыла – 31,7 м
• Размах крыла – 10,1 м
• Длина – 18,36 м
• Высота – 5,9 м

Вооружение:

• Одна 30-мм пушка ГШ-301
• Боевая нагрузка – 2600 кг, включая УР Р-73, Р-77 или Р-27

По мнению аналитиков, проект возник, опередив свое время на 25 лет, раньше чем подобные решения пришли в голову нашим конкурентам, но затруднения с финансовым обеспечением того времени значительно сократили этот разрыв.

При наземном базировании мог совершать взлёт прямо из ангара по примыкающей рулёжке.

При неполадках на висении пилот имел возможность катапультироваться прямо сквозь органическое стекло фонаря откидываемой части кабины.

Лётчик-испытатель А. Синицын за две недели испытаний установил 12 мировых рекордов по скороподъёмности и максимальной боевой нагрузки для этого типа самолёта.