Есть ли будущее у самолета вертикального взлета и посадки

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.

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.

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ВАРИАНТЫ

Рост размеренности абсолютной и относительной позволит сдвинуть вперед подъемно-маршевые двигатели на 10–15% ближе к центру масс. Некое уширение фюзеляжа позволит изменить линейно-последовательную компоновку на диагональную или поперечную, что сдвигает вектор подъемной тяги подъемных двигателей ближе к центру масс для сохранения баланса.

Еще большую возможность подвижки вертикальной тяги ПМД придаст усовершенствование газогенератора двигателя за счет повышения напора вентилятора и ступеней компрессора, применения завершающего центробежного каскада сжатия высокого давления. Это «потянет» синхронные сдвижения ПД к центру масс для баланса.

Вариации компоновки подъемных двигателей могут быть следующими.

В первую очередь речь идет об отказе от верхнего забора атмосферного, по сути, воздуха и замещение его наддувом подъемных двигателей отбором от переразмеренного вентилятора ПМД и подачей по эластичному воздуховоду непосредственно в ПД. При этом сложенный нормально воздуховод-рукав расправляется и поднимает рычажно-шарнирно скрепленную верхнюю панель фюзеляжа (дабы не тратить драгоценный объем самолета). Рукав из устойчивого к давлению, температуре и циклическим складываниям материала часто армирован встречно-диагональной кевларо-лавсановой намоткой (корд). Рукав – расходного типа, заменяемый по истечении циклической и временной гарантии.

Отбор от вентилятора ПМД осуществляется круговой улиткой, через окна перепуска закрываемой лентой с поворотным устройством, например гидроцилиндром, за поводок. Улитка содержит воронку – питатель ПД, на которую крепится воздуховод с металлопластиковым наконечником – секторноповоротным замком (как у пожарного шланга) дублирован эксцентрико-притяжными замками (как у старых чемоданов). Все замки снабжаются проволочной контровкой, снабженной информационной биркой и пломбой именного пломбира контролера ОТК. Воздуховод в месте соединения с ПД содержит аналогичный набор замков, но значительно, визуально-отличный, больший диаметр крепления к несимметричной и кривоколенной воронке воздухозаборника ПД.

Разумеется, возросший от наддува расход воздуха через двигатель пропорционально увеличивает тягу в потенциале до 20–30% при добавочном же расходе топлива. Подъемный двигатель – высокоэффективная машина с недостижимым для маршевого параметром удельной тяги (показатель отношения веса двигателя к развиваемой тяге). Для ПД конца 1960-х годов он составлял от 1:16 до 1:18, для конца 1980-х – достигал 1:30, а для 1990-х – 2000-х годов он прогнозировался на уровне 1:40 и более. Для сравнения, маршевые двигатели истребителей 4-го поколения едва достигали 1:8+ на форсаже и это был технологический прорыв, иначе называемый скачок качества, достигнутый опережающими исследованиями по программе ATEGG (газогенератор перспективного ГТД) и LWGG (газогенератор малого веса).

Итак, подъемный РД-41 – тяга 4,2 тонны, с наддувом – уже 5,5–6 тонн. Однако не все так просто. Положим, исходное повышение давления в компрессоре составляет 5 единиц. При наддуве в 1,5–2 единицы будет обеспечено 7,5–10 степеней сжатия. Парировать возросшую нагрузку можно впрыском водно-спиртовой смеси летней и зимней консистенции соответственно. Если этой меры будет недостаточно, надо будет уменьшить давление наддува, либо пойти по аналогии гоночно-спортивных поршневых моторов с турбонаддувом, снижением степени сжатия в моторе.

Камера сгорания – это тоже критичная зона. Однако проектный расчет должен учитывать помпажные забросы, поэтому надеемся на запас устойчивости. А вот турбинный комплекс – это по-настоящему проблемная зона. Возросший напор даже при константе температуры и некотором понижении температуры на 50–70 градусов Цельсия может превысить расходные и другие возможности турбины чрезмерной раскруткой, либо отрыва.

Русская смекалка предполагает четыре варианта преодоления проблемы.

Вариант первый, варварский: линейно-лобовой метод предполагает помпажный перепуск (сброс) части сжатого воздуха из средней и конечной части компрессора в поток, транспортируемый овальным воздуховодом за турбинную область. При недостаточности этой меры можно разгрузить турбину-ротор прореживанием направляющих лопаток-статор. Если и этой меры недостаточно – сократить компрессор на 1–2 ступени высокого давления или впрыскивать часть захоложенного топлива многоточечно в область компрессора высокого давления и возможно среднего для поглощения температуры сжатого воздуха – снятие части термодинамической нагрузки компрессора.

Вариант второй – управление термогазодинамикой впрыском водноспиртового раствора в воздухозаборник и систему охлаждения турбины.

Третий вариант – гадательно-предположительный из-за отсутствия чертежей двигателя РД-41 и его параметров – относится к экстренно-авральному при грубой вертикальной посадке с превышением скорости снижения. Может быть, затурбинная часть совокупно с шаровой насадкой управления вектором тяги РД-41 позволит дополнительное сжигание керосина в присутствии впрыска окислителя получить дополнительную тягу для торможения. В двигателе Р-79 это решается проще, а балансировку можно осуществить кратковременным включением ЖРД в носовой части по ракетному циклу. Реализация идеи наддува ПД позволит управлять суммарной подъемной силой в полете. Например, для выхода из-под удара, уклонения, ускоренного разворота, то есть выживаемости в боевых условиях. Так и для ближнего боя, в том числе с наземным противником с использованием контрастного рельефа местности по-вертолетному.

Наконец, последний, четвертый вариант. Он определяет целесообразность создания специального наддувного двигателя. Наддув ПД влечет сокращение габаритов и веса. Так, длина (высота) сокращается на 40-50%, а вес – на 30–40%, что придает возможность дополнения ПД форсажной камерой. Отсюда ожидаемый рост удельной тяги 1:40-1:45 уже на первом этапе, в последующем 1:50-1:60 и более. Похоже «игра стоит свеч».

Схема компоновки

В зависимости от положения фюзеляжа

• Вертикальное.

Используя тягу напрямую от маршевого двигателя реактивного типа.

Крыло поворотного типа и винты.

Двигателя поворотного типа.

Конструкция

• Як-141 является свободнонесущим высокопланом, изготовленным по нормальной аэродинамической схеме. 26% его массы составляют композитные материалы, все остальное относится к доле алюминиево-литиевых сплавов, устойчивых к коррозии и маловесящих. Часть элементов конструкции изготовлены из титановых сплавов, стойких к высоким температурам и закаленной стали.
• Фюзеляж относится к типу полумонокок, произведен по правилу площадей и обладает прямоугольным сечением. Внизу его находятся четыре щитка для большей эффективности вертикального взлета. В хвосте, над соплом подъемно-маршевого двигателя находится отсек с парашютом, предусмотренный для остановки истребителя во время горизонтальной посадки, в случае если не сработало поворотное сопло.
• Форма крыла является прямой стреловидной, трапециевидной. Также оно имеет наплывы в корневой части и малым удлинением. Его профиль и параметры дают возможность вести маневренный воздушный бой и длительно лететь в крейсерском режиме. В складывающейся части находятся элероны, сопряженные со струйными рулями, в корневой – закрылки, а в обеих частях — поворотные носки.
• Хвостовое оперение прикрепляется к двум консольным балкам, чтобы между ними поместилось сопло подъемно-маршевого двигателя и является двухкилевым. В него входят цельноповоротные стабилизаторы и рули направления. Длина стабилизаторов в размахе составляет 590 см.
• Воздухозаборники имеют прямоугольную форму и регулируются. Чтобы регулировать их проходное сечение, используется система управления с горизонтальным отклоняемым клином. Сбоку каждого воздухозаборника находятся четыре клапана, для того, чтобы подъемно-маршевый двигатель дополнительно подпитывался воздухом во время наземной деятельности. На левом воздухозаборнике располагается посадочно-рулежная фара.
• Шасси оборудовано стойками рычажного типа. Для него не страшен удар об грунт с высоты пяти метров.

• Радиоэлектронное и прицельное оборудование: аппаратура государственного опознавания, бортовая радиолокационная станция, бортовая цифровая вычислительная машина, индикатор на лобовом стекле, лазерно-телевизионная система наведения, многофункциональный индикатор, нашлемная система целеуказания, система отображения информации, система радиоэлектронного противодействия, система управления вооружением и система управления оружием.
• Пилотажно-навигационный комплекс: автоматический радиокомпас, барометрический высотомер, инерциальная навигационная система, командно-пилотажный прибор, комбинированный прибор, навигационно-плановый прибор, навигационный вычислитель, радиовысотомер малых высот, радиосистема ближней навигации и посадки, система аэродинамических данных и разовых команд, система воздушных сигналов, система дистанционного управления самолётом, система ограничительных сигналов, система траекторного управления, спутниковая навигационная система, указатель радиовысоты, указатель скорости и числа М и указатель угла атаки и перегрузки.
• Комплекс связи и наведения: аппаратура засекречивания, аппаратура речевого оповещения и две радиостанции МВ-ДМВ.
• Система электроснабжения: два аккумулятора, два выпрямительных устройства, два генератора переменного трёхфазного тока на 200/115В 400 Гц и два статических преобразователя на 200/115В 400 Гц.
• Оборудование контроля, регистрации и сигнализации: бортовая автоматизированная система встроенного контроля и предупреждения экипажа, система аварийной сигнализации и устройство регистрации.

Кабина оснащена двухсекционным фонарем, выполненным из оргстекла, с плоским лобовиком из бронированного стекла. Открытие его сбрасываемой части осуществляется вправо-вбок. Лётчик сидит в катапультируемом кресле К-36ЛВ. Во время переходного и вертикального режима полета действует система автоматического катапультирования второго поколения СК-ЭМ. Ее включение происходит, когда сопло подъемно-маршевого двигателя отклоняется от горизонта на угол свыше 30°, а срабатывание – когда истребитель достигает определенного сочетания кабрирования и пикирования, угловых скоростей крена и углов. В случае закрытия верхней створки ПД, летчик катапультируется после отстрела фонаря, если же она открыта, катапультирование происходит через фонарное стекло.

В приборный комплекс первого лётного образца входил ряд аналоговых индикаторов, часть которых позднее были заменены на индикаторы прямой видимости и индикатор на лобовом стекле. На опытных образцах индикаторы не имелись, но они были в одном из полноразмерных макетов кабины.

Вертикальный взлёт и посадка

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, самолёт с вертикальным взлётом 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.

Время заката

США к тому времени снова отстали в разработке СВВП, бросив все силы на создание «стелс»-самолётов. Но необходимость в «вертикалках» сохранялась — слишком уж эти самолёты были удобны: могли взлетать не с гигантских авианосцев, а с достаточно скромных УДК. Именно тогда и родилась идея «сэкономить» и сделать единый «стелс»-самолёт — лёгкий истребитель-бомбардировщик, палубный истребитель-бомбардировщик и СВВП. Так потихоньку начиналась программа JSF. Британский вклад помог Lockheed Martin легко победить конкурентов из Boeing в 2001 году, но, чтобы довести F-35 до ума, ушло ещё больше десятилетия.

Интересно, что изначально британская ВАЕ сотрудничала с McDonnell-Douglas и Northrop, но после приобретения MDD Boeing последние решили, что нечего тут делиться прибылью и они смогут сделать всё самостоятельно. Результат известен

При этом F-35B формально считаться СВВП не может: взлететь вертикально со сколь-либо серьёзной полезной нагрузкой он не способен, ему нужен небольшой, но разбег. Потому и по официальной классификации он — самолёт с укороченным взлётом. И по сей день идут споры: если бы F-35 решили делать как обычный самолёт, насколько бы дешевле он был и насколько быстрее его бы спроектировали. И вообще, стоили ли все эти усилия финального результата?

На текущий момент в мире остался один настоящий СВВП — это дослуживающий свои последние годы Harrier II. Скоро его заменит F-35B. Давно ушли на пенсию советские СВВП. Разработкой СВВП в настоящее время не занимаются нигде в мире (ходят слухи о подобных программах у нас и у Китая, но пока никаких подтверждений тому нет). И, если оставить за скобками ковертопланы, которые всё же ближе к вертолётам, можно сказать, что идея боевого СВВП почти умерла.

Можно вспомнить разве что полумифический проект Як-201, работы над которым, вероятно, давно уже не ведутся

Как бы ни старались конструкторы и инженеры, вертикальный взлёт даже с самыми современными двигательными установками — дело невыгодное, слишком много топлива уходит на эту задачу. Потому приходится уменьшать взлётный вес и оптимизировать нагрузку в пользу бо́льших затрат топлива.

И эту проблему решить не выйдет никак: взлетать с обычным разбегом всегда будет выгоднее.

Второй важный момент — цена. За самолёт с не лучшими ЛТХ приходится платить чуть ли не больше, чем за обычный.

Может ли эта тенденция измениться? Маловероятно в обозримом будущем. Даже если появятся более мощные двигатели, их снова будет эффективнее поставить на обычные самолёты. Более того — постепенно на пятки СВВП наступают винтокрылы, летающие всё быстрее и дальше. И, несмотря на успех F-35, возможно, мы наблюдаем окончательный закат эпохи увлечения СВВП.

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.