Самолеты с вертикальным взлетом

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.

«Вертикалка» на сверхзвуке

Работы над самолетом Як-141 начались в 1973 году, когда Як-38 еще не совершил первую посадку на палубу. Выход на испытания был запланирован на 1982 год, однако разработка затянулась, во многом из-за трудностей в разработке поворотного сопла.
Изначально предполагалось использовать плоское двухкоординатное сопло, однако из-за отсутствия опыта было решено перейти к традиционному, осесимметричному. Такое сопло разделено на три сегмента, которые, вращаясь в разных направлениях, обеспечивают отклонение тяги.
Это позволяет использовать форсаж как на горизонтальном, так и на вертикальном режиме. Работа была успешно завершена, но задержка в проектировании самолета сыграла с ним злую шутку.

Сначала испытания самолета было решено перенести на 1985 год, а потом начавшаяся перестройка еще больше затормозила работу над проектом. В результате Як-141 поднялся в воздух лишь в 1987 году, а в 1992 году завод имения А. С. Яковлева, пытаясь спасти лишенный господдержки проект, представил самолет на авиасалоне в Фарнборо. Надежда была на иностранные заказы, но удалось лишь договориться о сотрудничестве с компанией Lockheed.

Характеристики летательных аппаратов этого типа

Теперь обсудим особенности конструкции таких бортов. Определение названия подобной техники означает способность самолета к набору высоты и снижению за счет вертикальной тяги двигателя. Причем в этой ситуации аппарат не развивает горизонтальную скорость. К тому же во время перелета подъемная сила возникает благодаря неподвижным крыльям авиалайнера. Для подобных модификаций характерен полет на малой крейсерской скорости – лучшие образцы показывают здесь ускорение до 700 км/ч.

Первый российский самолет этого класса — Як-36

Основным конструктивным отличием, которое определяет схему авиалайнера, здесь становится положение фюзеляжа. Современные суда этого типа выпускают с вертикальным или горизонтальным расположением корпуса. В первом случае силовая установка оснащается винтами или реактивными моторами, причем в обеих модификациям встречаются вариации.

Lockheed XFV — судно с вертикальным положением фюзеляжа и винтовыми двигателями

Как видите, в этом направлении инженеры использовали множество вариаций. Предлагаем читателям подробнее изучить модели бортов производства СССР и России – ведь среди подобных моделей встречаются отличные концепции. В качестве примера приведем МиГ-29 (видео), вертикальный взлет которого вывел аппарат в лидеры истребителей своего поколения как отличное изобретение для решения многофункциональных военных задач.

Самолеты серии Як

Гонка вооружений ХХ века побуждала власти СССР к разработке летательного аппарата, которому нет аналогов. По этим причинам пионер Як-36 модернизировали до лайнера Як-38 в 1974 году. Целью конструкторов стало создание легкого борта, который способен подняться в воздух с места. На тот момент выпустили 4 единицы таких бортов, но преимущество западных инженеров побуждало российских авиаторов искать новые решения.

Як-41 считался лучшим СВВП в мире, но по определенным причинам модель сняли с вооружения ВВС РФ

Испытания модели в условиях реальных боевых действий на Фолклендских островах привело к появлению в 1978 году проекта модернизированной модификации Як-141. Здесь конструкторы добились поставленной цели и создали многофункциональный летательный аппарат, который признали лучшим в мире. Это сверхзвуковой авиалайнер, способный вертикально взлетать и маневрировать.

Однако после легендарного Як-141 отечественные авиационные инженеры составили проекты двух самолетов ВВП: Як-43 и Як-201. Правда, оба изобретения не прошли испытаний и эксплуатации из-за сворачивания программы в этом направлении в начале девяностых годов. А технологии, по которым разрабатывали этот самолет, использовали в проекте лайнера F-35 западные авиаторы.

Watch this video on YouTube

Миг-29

Еще один представитель этого класса – проект конструкторского бюро Микояна. Конструкторы начали работу над моделью в 1969 году, однако первый такой самолет выпустили в 1982, а испытали в 1984 году. Столь длительный промежуток связывают с поэтапным улучшением характеристик летательного аппарата и задержками из-за споров о лучшей конструкции лайнера.

Истребители Миг-29 числятся на балансе ВВС России и многих стран мира

Модель успешно применялась в горячих точках еще со времен конфликта в Афганистане. Отметим, что этот самолет сегодня находится на вооружении России, стран СНГ, Израиля, стран Азии и Африки. Преимуществами этой модификации считаются крейсерская скорость в 850 км/ч, возможность запуска двигателя в полете и поражение цели, которая движется на скорости 230 – 2 500 км/ч.

Watch this video on YouTube

О нынешних перспективах СВВП

Даже учитывая многочисленные преимущества подобных модификаций, здесь найдутся и отрицательные моменты. Сложность в управлении такими машинами требует длительного обучения пилотов. Кроме того, эти летательные аппараты аварийно опасны, ведь со времени появления техники случалось немало крушений из-за отказа подъемных силовых установок.

Косвенной причиной отказа от разработки этой программы стал топливный кризис, который разгорелся в семидесятых годах прошлого столетия. Хотя перечисленные недостатки говорят, что этот лайнер – бесперспективный проект для массового использования.

Модели Су-35 — неплохая замена СВВП российского производства

Хотя в последнее время вновь появляются тенденции к возврату идеи конструирования лайнеров такого рода, но уже винтомоторной группы. Сегодня эксплуатируют подобный серийный конвертоплан Bell V-22 Osprey и разрабатывают новую модель – Bell-Agusta BA609.

Хотя применение получили и аналоговые модели, представленные на видео – Су-35. Вертикальный взлет здесь не учтен, но этот истребитель взлетает с минимальной полосы разгона в 450–650 метров. А узнать, сколько стоит путешествие в стратосферу на Миг-29, читателям удастся здесь.

Watch this video on YouTube

Без аварий на опытных машинах

Для проверки возможности использования СВВП на тяжелых крейсерах типа “Киев” специалисты Черноморского судостроительного завода сначала построили на аэродроме Летно-исследовательского института им. М.М. Громова отсек корабля с участком полетной палубы для проведения экспериментов. Первая же опытная посадка Як-36М на палубу крейсера “Москва” состоялась 18 ноября 1972 года, пилотировал самолет летчик-испытатель Михаил Дексбах. Через три дня командующий ВВС ВМФ маршал авиации Иван Борзов дал указание командиру крейсера записать в вахтенный журнал: “День рождения палубной авиации”.

При создании Як-38 (серийное название Як-36М — прим. ТАСС) был решен ряд сложнейших технических задач. Это разработка простого и надежного механического устройства для согласования режимов работы всех трех двигателей. Этот механизм обеспечивал сбалансированную работу двигателей при вертикальных взлетах и посадках, при разгоне и торможении в воздухе и при взлете с коротким разбегом. Такое уникальное инженерное решение стало сюрпризом для многих западных специалистов, познакомившихся с Як-38 в начале 1990-х годов

Вадим Абидин, авиаконструктор, специалист по СВВП

Штурмовики вертикального взлета и посадки Як-38 на палубе авианесущего крейсера “Киев”, 1987 год

Источник изображения: Д.Гетманенко/ТАСС

Еще одной решенной задачей, по словам ведущего конструктора ОКБ, стало применение системы автоматического катапультирования летчика при остром дефиците времени в аварийных ситуациях на вертикальных и переходных режимах полета (хотя, особенно поначалу, отмечались случаи самопроизвольного срабатывания катапульт).

Не без труда проходило освоение СВВП летным составом в связи с новыми специфическими отличиями в технике пилотирования – “Яки” имели два типа двигателя, каждый со своими особенностями управления.

Тем не менее “за время летных испытаний Як-З6М не был потерян ни один опытный самолет, в то время как в Англии разбились три из шести опытных Harrier”, писал Юрий Лунев, который долгое время был представителем заказчика при ОКБ А.С. Яковлева и ведущим инженером по СВВП, в статье “Як-38 – тернистый путь первопроходца”. “Немалая заслуга в успешном проведении работы принадлежала первому заместителю генерального конструктора Кериму Бекирбаеву, заместителю главного конструктора Станиславу Мордовину, начальнику летно-испытательного комплекса Олегу Долгих, ведущим инженерам и механикам”, – подчеркивает он.

Описание самолёта МиГ 29

Аэродинамическая компоновка самолёта выполнена по интегральной схеме – это низкорасположенное крыло, оперение из двух отдельно стоящих килей, два двигателя находящиеся параллельно в задней части фюзеляжа и разнесенные относительно друг друга. Планер изготавливался сварным стыковочным методом без нахлеста, что значительно облегчало конструкцию. Применяемые материалы: сталь и сплав алюминия, титан и композиты.

Крыло МиГ-29 имеет приличную механизацию – щелевые закрылки, отклоняемые предкрылки и элероны, угол стреловидности 42 градуса. Кили обшиты углепластиком и развал их составляет 60 градусов. У поворотного стабилизатора отклонение дифференцированно.

Фонарь кабины лётчика имеет каплеобразную форму, козырёк без переплётов обеспечивает отличный обзор в полёте, при посадке и взлёте. Сама кабина достаточно просторная, оборудована катапультным креслом К-63.

МиГ-29 оснащён двумя мощными турбореактивными двигателями РД-33, на которых установлены компрессоры низкого давления с четырьмя ступенями, высокое давление создаётся девятиступенчатым компрессором. ТРДДФ развивают тягу в 81,42 Кн. До сих пор по тяговооруженности МиГ-29-го не превзошёл ни один самолёт на планете.

Двигатель РД-33

У этой машины с самого начала был недостаточный запас топлива и как следствие малая продолжительность полёта. На ранних модификациях самолёта имелись только крыльевые и фюзеляжные баки, общий запас топлива равнялся 4365 литрам. Конструкторы со временем решили этот вопрос и уже модели 29М и 29СМТ имели увеличенный запас топлива внутри: первая – в наплывах крыла вместо входов воздухозаборников, вторая – над фюзеляжем в 900-литровом баке, сразу за кабиной пилота, придавая горбатый вид самолёту.

Малый запас топлива с лихвой перекрывался отличной управляемостью на грани максимальных значений углов атаки. Такая маневренность в воздушном бою делала этот фронтовой истребитель особенно опасным, многие противники не выдерживали того, что вытворяли лётчики на этой машине на предельных углах атаки и больших перегрузках. При этом на МиГ-29 была механическая система управления и он оставался самым маневренным реактивным самолётом в истории авиации.

После доработки шасси и установки воздухозаборников, предотвращающих попадание в двигатели посторонних предметов, машина проходила эксплуатацию с коротких и малоподготовленных полос. В обслуживании этот фронтовой истребитель был прост и неприхотлив.

Лётные характеристики самолёта МиГ 29:

  • Наибольшая скорость на высоте 11тыс. м при отсутствии подвесок – 2415 км/час.
  • Максимальная скорость у земли – 1500 км/час.
  • Число Маха на 11 тыс. м не более – 2,3М, на уровне моря не выше – 1,22М.
  • При максимальном взлётном весе скорость отрыва – 220 км/час.
  • Скорость снижения при заходе на посадку – 260 км/час.
  • Скорость приземления – 235 км/час.
  • Дистанция пробега с применением тормозного парашюта – 700 м.
  • Скороподъёмность – 330 м/сек.
  • Допустимые перегрузки – 9G при М=0,85 и 7G при М более 0,85.
  • Практический потолок – 17 тыс. м.
  • Наибольшая дальность при полной заправке – 2000 км. При перегонке авиатехники с тремя подвесными баками – 3200 км.

Вооружение истребителя МиГ 29:

  • Максимальный вес – 3000 кг на шести пилонах.
  • Пушка ГШ-30-1.
  • Ракеты «воздух – воздух» Р-27, Р-73, Р-60.
  • Вооружение «воздух – поверхность» – бомбы ФАБ- 250 и ФАБ-500.
  • Кассетная бомба КМГУ-2.
  • НУРСы 57 мм, 130 мм и 240 мм.
  • Атомная бомба РН-40.

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

Почему на палубе авианосцев было так много самолетов

Прежде всего, следует понимать, что даже в прошлом размер палубы авианосцев был действительно внушительным. К примеру, длина палубы «HMS Ark Royal» составляла 240 метров. При этом самолетам дореактивного периода для взлета и посадки на самом деле требовались удивительно короткие полосы.

В первом случае самолеты загружались на палубу в одном порту при помощи кранов, а затем точно также снимались. Если же планировалось поднять авиацию в воздух для атаки, взлет совершался по очереди. Сначала один из самолетов использовал свободную часть палубы в качестве полосы, затем второй и т.д.

В чём опасность взлета лайнера?

Когда самолет выруливает на взлетно-посадочную полосу и начинает разбег, то его двигатели работают в усиленном режиме и скорость быстро нарастает. Существует понятие критической скорости разбега (это примерно 200-250 км/ч). До достижения критической скорости самолёт ещё можно, убрав газ, затормозить в случае отказа двигателя или другой серьезной причины. После достижения критической скорости- взлетать надо в любом случае, а только потом выстраивать экстренный заход на посадку. И всё это с отказавшим двигателем или пожаре на борту, на небольшой высоте, в условиях жесткого лимита времени на принятие экипажем различных решений в условиях повышенного нервного напряжения. В дополнение к этому полёт может проходить ночью и/или в плохих метеоусловиях. В этом случае очень высока вероятность ошибки пилотирования или принятия неверных решений. 

Другая опасность – неправильная центровка (или положение центра тяжести) лайнера. До взлёта по информации о загрузке самолета пассажирами и багажом пилот рассчитывает положение центра тяжести самолета (центровку), которая должна быть строго в определенном диапазоне. Затем по рассчитанному положению центра тяжести   пилот выставляет положение так называемого триммера руля высоты. На небольших самолётах типа двухмоторных турбовинтовых АТР или Бомбардье – это отклоняемые пластины на задней кромке руля высоты. На самолетах побольше (Боинг737, А320 и т.п.) – это отклоняемый горизонтальный стабилизатор. Эти устройства помогают в воздухе снять нагрузку от штурвала на руки пилота. Пока самолет бежит колёсами по земле, летчик никак не ощущает положение центра тяжести на рулях управления. Но после отрыва может оказаться, что положение центра тяжести было слишком переднее, поэтому экипажу трудно поднять нос самолета. Или, что еще хуже, заднее положение центра тяжести «надавит» на хвост и тем самым энергично задерет нос. Если пилот вовремя не парирует это движение рулём высоты (или у него не хватит на это сил), то самолет может потерять скорость и свалиться в штопор. Поэтому от того, насколько верно всё настроено, зависит успешность взлёта и дальнейшего полёта. 

Еще одну опасность представляют внешние факторы: ветер или те же птицы. Сильный порыв бокового ветра может «сдуть» самолет с взлетной полосы, а птицы- попасть в двигатели и вывести их из строя. Поэтому соответствующие аэродромные службы постоянно следят за метеорологической и орнитологической обстановкой. 

Американцы создадут гибридный частный самолет с вертикальным взлетом


TriFan 600 XTI Aircraft

Американский стартап XTI Aircraft, занимающийся разработкой частного самолета TriFan 600 с вертикальными взлетом и посадкой, решил оснастить его гибридной силовой установкой. Как пишет Aviation Week, перспективный самолет получит три электрических вентилятора, аккумуляторную батарею и легкий газотурбинный двигатель, соединенный с генератором.

Многие разработчики авиационной техники сегодня рассматривают переход на гибридные системы. Дело в том, что использование электромоторов для движения и двигателей внутреннего сгорания для выработки энергии, позволяет существенно снизить массу летательного аппарата, а также применить новые подходы к его проектированию.

По оценке XTI Aircraft, использование гибридной энергетической системы на новом самолете позволит существенно снизить как его стоимость, так и стоимость его эксплуатации. Такой летательный аппарат будет потреблять существенно меньше топлива, чем сопоставимые современные частные самолеты.

В конструкции TriFan 600 планируется использовать уже готовые коммерческие аккумуляторы, электровентиляторы и газотурбинные двигатели. Это позволит еще больше снизить стоимость готового самолета, сборку первого образца которого планируется провести на средства от краудфандинга.

По оценке инженеров, переход на электровентиляторы позволит значительно упростить конструкцию самолета. Дело в том, что два из трех вентиляторов должны быть поворачивающимися на 90 градусов. При старой схеме TriFan 600 должен был получить два турбовальных двигателя и сложную трансмиссию, приводящую воздушные винты поворачивающихся вентиляторов.

TriFan 600

XTI Aircraft

Поделиться

Для выработки энергии помимо основного генератора на самолете TriFan 600 планируется разместить тонкопленочные солнечные батареи. Их выполнят в виде покрытия верхней части планера самолета. Энергия от солнечных батарей будет использоваться только во время передвижения самолета по земле: рулежки и выкатки на стартовую позицию.

Согласно предварительным расчетам, мощность солнечный батарей самолета составит около четырех киловатт. Этого должно хватить на работу бортовых систем и мотор-колеса передней стойки шасси. Во время рулежки расходовать энергию, запасенную аккумуляторами, не планируется.

О намерении разработать новый частный самолет XTI Aircraft объявила в ноябре 2020 года. Проектирование летательного аппарата началось спустя два месяца. Компания планирует провести испытания демонстратора технологий нового самолета в середине 2018-го или в начале 2019 года.

В TriFan 600 два вентилятора будут размещены между специальными выступами на передней кромке крыла, а третий — в хвостовой части. Крыльевые вентиляторы будут поворотными, а хвостовой — неподвижным, расположенным параллельно поверхности земли. После взлета крыльевые вентиляторы будут плавно поворачиваться на 90 градусов, разгоняя самолет.

После набора крейсерской скорости для полета будут использоваться только передние движители; хвостовой вентилятор будет закрываться дверцами, чтобы снизить лобовое сопротивление самолета. TriFan 600, как ожидается, сможет перевозить до 12 пассажиров. Крейсерская скорость полета аппарата составит около 340 узлов (630 километров в час).

Летательный аппарат будет способен выполнять полеты на высоте 10,7 тысячи метров на расстояние более 2,8 тысячи километров. Планер самолета планируется сделать по схеме продольного биплана из композиционных материалов, в том числе из углеволокна. TriFan 600 сможет использовать для посадки вертолетные площадки или подходящую для этого местность.

Василий Сычёв

Конструкция самолета вертикального взлета и посадки Як-141

Як-141 представляет собой самолёт нормальной аэродинамической схемы с высокорасположенным крылом, двухкилевым вертикальным оперением и следующей схемой расположения двигателей: один подъёмно-маршевый двигатель располагается в хвостовой части фюзеляжа и два подёмных двигателя располагаются сразу за кабиной лётчика.

Самолет вертикального взлета и посадки Як-141. Хорошо видна необычная конструкция хвостовой части и поворотный двигатель.

Крыло стреловидное с изломом задней кромки и корневыми наплывами, консоли складываются примерно на полуразмахе при размещении самолёта на корабле. Планер самолёта состоит на 26% из КМ, включая углепластиковые поверхности хвостового оперения, закрылки, носки и наплывы крыла. Остальная конструкция в основном выполнена из алюминиево-литиевого сплава.

Система управления вооружением включает многорежимную бортовую импульсно-доплеровскую РЛС «Жук» с единой индикацией и обеспечивает решение задач с применением различных видов оружия. Имеется также лазерный дальномер и ИК датчик поисково-следящей системы, Аппаратура радиоэлектронного подавления смонтирована в законцовках крыла и килей. В перегородках, простирающихся от килей вперёд, могут размещаться устройства выброса тепловых ложных целей или дипольных отражателей.

Як-141 имеет на борту три двигателя: подъемно-маршевый Р-79 с тягой 15500 кг и два установленных непосредственно за кабиной пилота малоразмерных подъемных двигателя РД-41 с тягой по 4100 кг. Это позволяет самолету взлетать вертикально с массой до 15800 кг, а при коротком (60-120 м) разбеге — до 19500 кг.

Основной двигатель самолета форсирован. Форсажная камера находится перед поворотным соплом, причем применение форсажа возможно и при отклонении поворотных элементов сопла. Интегрированная система управления соплом и двигателем обеспечивает оптимальное соответствие режимов работы двигателя и положения управляемого сопла, что позволяет пилоту не отвлекаться при взлете и посадке на контроль за параметрами этих систем и в целом автоматизирует процесс вертикального или укороченного взлета и посадки. Это особенно существенно при полетах с палубы корабля.

Як-38, «предки» Як-141 на палубе. Как видно, машины итак очень компактны, а если прибавить, что им не нужен разбег…

Далеко выходящие за границы среза сопла две хвостовые балки с килями и стабилизаторами обеспечивают большие управляющие моменты на малых скоростях полета, позволяют облегчить стабилизацию по рысканью и эффективно управлять полетом. Возможность запускать подъемные двигатели и изменять вектор тяги основного двигателя в воздухе позволяет Як-141 с легкостью двигаться практически в любом направлении.

При дальнейшем развитии Як-141 предполагалось существенно изменить систему управления самолетом. Бортовой вычислительный комплекс этой машины едва ли не самый сложный из применяемых в истребительной авиации: в единую сеть объединены управление и самолетными системами, и агрегатами двигателя, и пилотажно-навигационным оборудованием, и системами вооружения. При модернизации предполагалось включить сюда новые элементы бортового вычислительного комплекса и нашлемную систему целеуказания.

Любопытно, что режимы сверхманевренности, которыми так любят удивлять нас самолеты концерна «Сухой», за счет двигателей с изменяемыми векторами тяги, вполне были бы доступны и этой машине (с допустимой перегрузкой до 7 g). Почему «были бы»? Потому что, буквально первый же полет Як-141 стал для него и последним – распался СССР и почти сразу же проект самолета с вертикальным взлётом и посадкой Як-141 был заморожен на неопределенное время из-за отсутствия финансирования.

Поделитесь в социальных сетях:ВКонтактеFacebookTwitter
Напишите комментарий