России нужны самолеты вертикального взлета и посадки. Привет студент

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.

С выходом на боевое патрулирование в начале 60-х годов американских атомных ПЛ, вооруженных баллистическими ракетами «Поларис», СССР оказался практически беззащитен. Лодки в подводном положении подходили к нашему побережью, могли в любой момент произвести ракетный залп, нанести колоссальные разрушения и уйти неуязвимыми. Все это требовало немедленного и эффективного ответа. Борьба с атомными ПЛ с целью предотвращения ракетно-ядерных ударов становится одной из приоритетных задач поставленных перед ВМФ. В этой связи резко повышается роль и значение авиации ПЛО, способной осуществлять эффективную борьбу с подводными лодками противника.
«Большое противолодочное направление» в развитии отечественного ВМФ позволило осуществить попытку реализовать в металле такой революционный и уникальный летательный аппарат как амфибию вертикального взлета и посадки ВВА-14.

ВВА-14 мог бы применятся в поисково-ударном, поисковом и ударном вариантах. Следовало спроектировать и построить три экземпляра машины с началом заводских испытаний первого в последнем квартале 1968 г.

Своего опытного производства КБ Бартини не имело, поэтому постройку ВВА-14 планировалось вести на опытном заводе ╧938 ОКБ Н.И. Камова. Но поскольку камовцы не располагали специалистами, знакомыми со спецификой тяжелого самолетостроения, в 1968 г. Р.Л. Бартини становится главным конструктором по теме ВВА-14 вновь создаваемого ОКБ при таганрогском заводе ╧86. Заместителем Бартини назначается В.И. Бирюлин.

Одновременно вышло решение комиссии президиума СМ СССР по военно-промышленным вопросам ╧305 от 20 ноября 1968 г. и приказ МАП ╧422 от 25 декабря 1968 г. о разработке технического проекта самолета ВВА-14 на Таганрогском машиностроительном заводе.

Фактически работами по созданию ВВА-14 руководил заместитель главного конструктора Н.А. Погорелов, сменивший В.И. Бирюлина, т.к. Р.Л. Бартини жил в Москве и в Таганроге бывал наездами.

ВВА-14 представлял собой целое собрание необычных технических решений, каждое из которых требовало проведения большого объема опытно-конструкторских работ ещё до начала летных испытаний. С целью натурных отработок самолетных систем и элементов конструкции были спроектированы и построены несколько соответствующих стендов.

Для отработки силовой установки на малом понтонном стенде построенном на Ухтомском вертолетном заводе (УВЗ), были проведены экспериментальные работы по изучению впадины и брызгового факела образующихся при воздействии на водную поверхность струи газов ТРД ТС-12М.

Для изучения режимов взлета и посадки ВВА-14 на различные поверхности на УВЗ был создан плавучий газодинамический стенд-аналог 1410, позволявший проводить испытания модели самолета в масштабе 1:4, оборудованной шестью ТРД ТС-12М имитировавших работу всех подъемных двигателей самолета.

Стенд 1410 был перевезен на испытательно-экспериментальную базу ОКБ в г. Геленджике где прошел полный цикл испытаний для изучения режимов взлета и посадки самолета на водную поверхность. Полученные результаты свидетельствовали, в частности, что силы и моменты воздействовавшие на самолет при вертикальном взлете и посадке, были незначительны и система стабилизации и управления самолетом вполне могла их парировать. Комбинированные газоструйные рули для управления по курсу и тангажу были также отработаны на наземном стенде. Для отработки управления ВВА-14, были созданы два пилотажных стенда: с подвижной и неподвижной кабинами.На пилотажных стендах были ещё до первого полета досконально отработаны режимы управления самолетом, среди которых был режим приземления в условиях создания интенсивной динамической воздушной подушки. На стенды часто приглашали летчика-испытателя Ю.М. Куприянова, который высоко оценил работу их создателей, сказав на разборе первого полета: «Летали так, как на тренажере!»

Планировалось построить три опытных ВВА-14. В производство запустили одновременно два экземпляра самолета, машины «1М» и «2М».Первый опытный самолет «1М» был выполнен без подъемных двигателей и предназначался для отработки и доводки аэродинамики и конструкции на всех режимах полета, кроме вертикального взлета и посадки, исследования устойчивости и управляемости на этих режимах, для отработки маршевой силовой установки и самолетных систем. Для обеспечения взлета и посадки с аэродрома, на самолете устанавливалось шасси велосипедной схемы с управляемыми носовыми колесами (в конструкции шасси использовались стойки от бомбардировщиков 3М и Ту-22).

К лету 1972 г. основные работы по сборке самолета ВВА-14 («1М») были закончены и машина покинувшая сборочный цех была передана ЛИКу для окончательной доводки перед летными испытаниями.ВВА-14 имел очень необычный вид. Фюзеляж с кабиной пилотов переходил в центроплан, по бокам которого располагались два огромных отсека с поплавками и системой их наддува. Разнесенное стреловидное горизонтальное и вертикальное оперение. Отъемные части крыла крепились к кессону центроплана. За оригинальность конструкции самолет получил кличку «Фантомас».Ведущим инженером по испытаниям стал И.К. Винокуров, летчиком-испытателем Ю.М. Куприянов, штурманом-испытателем Л.Ф. Кузнецов.

Стоянка, на которой расположили ВВА-14, располагалась на краю летного поля у небольшой рощи, т.н. «карантина», а в целях конспирации «1М» получил гражданскую регистрацию СССР-19172 и символику «Аэрофлота» на борту.В период с 12 по 14 июля 1972 г. начались первые рулежки и пробежки самолета по грунтовой ВПП заводского аэродрома. Затем от ВВА-14 отстыковали консоли крыла и хвостовое оперение и соблюдая все положенные меры секретности, в одну из ночей перевезли на соседний таганрогский аэродром, имевший бетонную полосу, на котором базировался один из учебных полков Ейского военного училища летчиков.Там, с 10 по 12 августа, пробежки продолжились. Их результаты были обнадеживающими, ВВА-14 на пробежках до скорости 230 км/ч вел себя нормально, силовая установка и бортовое оборудование работали без замечаний. В своем отчете летчик-испытатель Ю.М. Куприянов отметил, что: «На разбеге, подлете и пробеге самолет устойчив, управляем, ухода с курса взлета и кренений нет». Кроме того, обращено внимание на хороший обзор из пилотской кабины и удобное расположение пилотажно-навигационных приборов и приборов контроля за силовой установкой.

Первый раз в воздух ВВА-14 поднялся 4 сентября 1972 г. с экипажем в составе летчика-испытателя Ю.М. Куприянова и штурмана-испытателя Л.Ф. Кузнецова. Полет, продолжавшийся почти час, показал, что устойчивость и управляемость машины в воздухе в пределах нормы и ничуть не хуже, чем у традиционных самолетов.Как и на земле, в воздухе ВВА-14 выглядел очень необычно, получив за свою «трехголовость» при виде снизу (центральный нос-фюзеляж и два бортовых отсека) ещё одну кличку — «Змей Горыныч». К отдельным полетам в качестве самолета сопровождения и самолета-эталона для калибровки пилотажно-навигационного оборудования привлекался Бе-30 (╧05 «ОС»).Летные испытания первого этапа завершились к лету 1973 г. Их результаты подтвердили, что оригинальная аэродинамическая схема с крылом-центропланом вполне жизнеспособна, а маршевая силовая установка и основные системы работают надежно и обеспечивают выполнение испытательных полетов.Но самым значимым итогом этого этапа летных испытаний стало то, что под самолетом при полете вблизи земли толщина динамической воздушной подушки оказалась значительно больше по отношению к средней аэродинамической хорде крыла, чем это считалась ранее. При средней аэродинамической хорде ВВА-14 в 10,75 м эффект динамической подушки ощущался с высоты 10-12 м, а на высоте выравнивания (около 8 м) подушка была уже так плотна и устойчива, что Ю.М. Куприянов на разборах полетов много раз просил разрешения бросить ручку управления и дать машине сесть самой. Провести такой эксперимент ему, правда, так и не дали, опасаясь, что может просто не хватить взлетной полосы.

Единственным серьезным инцидентом был отказ гидросистемы ╧1 в первом полете. Причиной стало разрушение трубки отвода рабочей жидкости от насосов, из-за совпадения колебаний фюзеляжа с частотой пульсации жидкости. Выход из положения нашли, заменив трубки на резиновые шланги.Хотя перспективы получения реальных, а не «бумажных» подъемных двигателей оставались весьма неопределенными, наконец, было готово пневматическое взлетно-посадочное устройство (ПВПУ). Поплавки ПВПУ имели длину 14 м, диаметр 2,5 м, объем каждого составлял 50 м3. Они были спроектированы Долгопрудненским КБ агрегатов и изготовлены на Ярославском шинном заводе.Поэтому зиму 1973-74 гг. ВВА-14 («1М») провел в цехе опытного производства ОКБ где на него установили системы и устройства ПВПУ. Одновременно выполнялись статические испытания на специально подготовленном поплавке.Выпуск поплавков осуществлялся двенадцатью управляемыми пневматическими кольцевыми эжекторами — по одному на каждый отсек поплавка. Воздух высокого давления отбирался от компрессоров маршевых двигателей. Уборка ПВПУ осуществлялась гидроцилиндрами, которые воздействовали через продольные штанги на тросы, охватывающие поплавки, вытесняя воздух из их отсеков через редукционные клапаны.

После прекращения программы ВВА-14, самолет «1М» закатили в цех на переоборудование в экспериментальный экранолет 14М1П, собранный планер машины «2М» отвезли на дальний край заводской стоянки, третий экземпляр вертикально взлетающей амфибии так и не начали строить.На базе ВВА-14 существовали проекты создания модификаций различного назначения.Корабельный вариант имел бы складные консоли крыла и хвостовое оперение и мог базироваться на противолодочных крейсерах проекта 1123, специально дооборудованных крупнотоннажных сухогрузах и танкерах, либо на противолодочных крейсерах-носителях ВВА-14.В транспортном варианте ВВА-14 мог бы перевозить 32 человека или 5000 кг груза на расстояние до 3300 км.В поисково-спасательном варианте в состав экипажа амфибии дополнительно включались два спасателя и врач. В грузовом отсеке размещалось специальное оборудование (лодки, плоты, лебедка и т.д.). Летные характеристики ВВА-14 в спасательном варианте оставались практически такими же, как у противолодочного самолета за исключением дальности полета, которая могла быть увеличена на 500-1000 км.

Скажем немного о конструкции поплавков и системах их уборки и выпуска.

Поплавки ПВПУ имели длину 14 м, диаметр 2,5 м. Объем каждого составлял по 50 м. Они были спроектированы Долгопрудненским конструкторским бюро агрегатов (ДКБА) и изготовлены Ярославскими шинниками.

Система уборки-выпуска ПВПУ оказалась весьма непростой в доводке и наладке испытаний, поскольку этот механогидропневмоэлектрический комплекс вобрал в себя различные уникальные специализированные устройства, натурная лабораторная отработка которых в большинстве своем оказалась по срокам, а то и по технике неосуществленной (собственно поплавки, системы их привода и управления).

Для отработки ПВПУ необходимо было подавать при выпуске (наполнении) большое количество активного воздуха от имитатора компрессоров маршевых двигателей. Из положения вышли, спроектировав и изготовив фильтровальную станцию, очищавшую воздух высокого давления, подаваемый от заводской пневмосети. Выпуск поплавков осуществлялся двенадцатью управляемыми пневматическими кольцевыми эжекторами — по одному на каждый отсек поплавка.

Процесс начинался открытием замков гидроцилиндров уборки, которые при выпуске играли роль де-мпферов, обеспечивая тросами, охватывающими поплавки, сопротивление оболочки. Излишек воздуха для поддержания постоянного максимального избыточного давления в поплавках через редукционные клапаны выбрасывался в атмосферу. При режиме работы «выпуск — уборка ПВПУ» избыточное давление обеспечивалось в пределах 0,15…0,25 МПа, или (0,015…0,025) атм.

После полного формообразования по сигналу выпущенного положения управляемый эжектор переключался на режим подачи активного воздуха без смешивания его с атмосферным — режим «дожим». По достижении давления (1,5…2,5) МПа (или 0,15…0,25 атм), эжектор автоматически закрывался по сигналу избыточного давления «0,2 кгс/см » и периодически включался на «дожим» при снижении давления в поплавке вследствие охлаждения воздуха или из-за негерметичности. Максимальное избыточное давление ограничивалось переключением редукционного клапана на давление 3,5 + 0,5 МПа (0,35 + 0,05 атм).

Подача воздуха на «дожим» при выпуске осуществлялась от компрессора маршевых двигателей, а на стоянке и при вертикальном полете — от пневмосистемы высокого давления или от компрессора вспомогательной энергоустановки ТА-6. В самолетном полете дополнительно подавался атмосферный воздух от специальных воздухозаборников.

Уборка ПВПУ осуществлялась достаточно мощными гидроцилиндрами, которые воздействовали через продольные штанги на тросы, охватывающие поплавки, вытесняя воздух из отсеков через упомянутые редукционные клапаны. Они переключались на режим «выпуск — уборка ПВПУ» (0выми замками, открываемыми снаружи пневмоцилиндрами.

Поплавки и комплекс систем их привода и управления были буквально напичканы изобретениями, которые, как и у всех изобретателей, давались с большим трудом и подогреваемым Р. Бартини стремлением поиска нового, но — непременно! — оптимального решения. Вот два примера.

Первый. Эксплуатационная нагрузка от механизма уборки поплавков, преодолеваемая мощными гидроцилиндрами, составляла 14 тонн и была пружинная, не зависевшая от хода (900 мм). В убранном положении поршень фиксировался цанговым замком цилиндра, который при выпуске поплавков должен был открываться первым. Каждый понимает: если толкать дверь, нагружая замок, открыть его гораздо труднее, чем если перекосы и пружинение двери устранить рукой, а затем открывать свободный замок.
Так вот, предположение о возможности заклинивания цанговых замков, нагруженных большим усилием при их открытии, в лаборатории «блестяще» подтвердилось после трех открытий замка под нагрузкой. Что делать? Тогда обиходное решение с дверным замком было перенесено на систему ПВПУ: перед открытием замка вначале подавали давление на уборку поплавков, разгружали замок, открывали его снаружи, после чего снимали сигнал уборки, и освобожденный поршень свободно шел на выпуск.

Второй пример. Эжекторная подача воздуха в отсеки поплавков при выпуске обеспечивала его уменьшенную температуру. Однако при заполнении до давления максимальной работоемкости 0,2 атм («дожиме») в отсеки поплавков через специальный канал эжектора подавался горячий воздух от компрессоров ТРД и возникала вероятность ускоренного старения и растрескивания эластичной оболочки поплавков в зоне установки эжекторов.

Для предотвращения этой опасности конец канала выпуска горячего воздуха был снабжен специальным рассекателем, в конструкции которого, как в миниатюре, решались задачи, известные из области воздухозаборников сверхзвуковых самолетов, — каналы предусматривали борьбу со скачками уплотнения, подсос холодного воздуха и т. п.

Экспериментальный реактивный самолет вертикального взлета и посадки X-13 «Vertijet» был создан по заказу ВВС США компанией Ryan Aeronautical в середине 1950-х. Было построено два самолета.
Первый самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) X-13 «Vertijet» был построен в 1955 г. и начал проходить наземные испытания на базе ВВС США, где совершил ряд полетов с помощью вспомогательного шасси, позволяющего осуществлять обычные взлет и посадку. Наземные испытания включали 15 часов испытаний на стенде в вертикальном положении и 10 часов - в горизонтальном положении.
Первый полет па режиме висения СВВП Х-13 «Vertijet» совершил в начале 1956 г., а первый полет с переходом от вертикального взлета к горизонтальному полету и затем к вертикальной посадке в ноябре 1956 г.

В 1956 г. фирмой «Ryan» был построен второй экспериментальный самолета с вертикальным взлетом Х-13 с обычным трех опорным шасси, который совершал взлет с разбегом, переходил к полету на режиме висения, а затем совершал посадку с пробегом. В процессе испытаний самолета Х-13 «Vertijet» фирма «Ryan» встретилась с рядом новых проблем, одной из которых стала необходимость преодоления гироскопического эффекта вращающихся масс двигателя и гироскопической прецессии, воздействующих на путевое и продольное управление, что потребовало разработки для X-13 системы автоматической стабилизации. Другой проблемой стал срыв потока на треугольном крыле при углах атаки более 30° на переходных режимах, вызывавший неустойчивость движения самолета.

Самолет Х-13 «Vertijet» выполнен по бесхвостовой схеме с треугольным крылом и одним турбореактивным двигателем и не имеет обычного шасси.
Фюзеляж отличается небольшим удлинением, в носовой части его размещена кабина летчика. При переходе от вертикального взлета к горизонтальному полету и обратно сиденье летчика может наклоняться вперед на 70°. Для улучшения обзора, особенно при вертикальном взлете и посадке, фонарь имел большую площадь остекления, а в кабине было установлено зеркало заднего обзора, как на автомобиле.
Крыло треугольное, высокорасположенное, малого удлинения, размахом 6,4 м со стреловидностью по передней кромке около 60°. Площадь крыла - 17 м2, нагрузка на крыло 215 кг/м2. На крыле имеются элероны, а на концах крыла установлены небольшие вертикальные шайбы.

Особенностью конструкции самолета X-13 «Vertijet» является отсутствие шасси. Для взлета и посадки самолета используется тележка с установленной на ней рампой, последняя может подниматься гидравлическими силовыми цилиндрами и принимать вертикальное положение. При подготовке самолета к взлету рампа опускается, на ней устанавливается самолет, затем она поднимается. Самолет имеет крюк в носовой части фюзеляжа, который зацепляется за трос прицепного устройства на рампе. Кроме того, на экспериментальном самолете на центральной части фюзеляжа установлены вспомогательные ферменные стойки, опирающиеся на рампу. Когда рампа, поднимаясь, занимает вертикальное положение, самолет повисает на крюке «подобно летучей мыши».

При вертикальном взлете с рампы, к которой самолет подвешен на крюке, летчик увеличивает тягу двигателя, самолет при этом перемещается вверх, крюк выходит из зацепления с тросом и самолет вертикально поднимается, а затем постепенно переходит в горизонтальный полет.
Перед посадкой летчик переводит самолет из горизонтального в вертикальное положение, в котором самолет поддерживается тягой двигателя. При уменьшении тяги самолет снижается, затем, управляя тягой двигателя и газовыми и струйными рулями, летчик подводит самолет к рампе, пока не зацепится крюком за трос. После этого рампа вместе с самолетом опускается в горизонтальное положение.

Для того чтобы летчик мог точно определить расстояние до рампы при приближении к ней, на рампе в горизонтальном положении была установлена мерная рейка с нанесенными на ней делениями. Кроме того, сверху рампы расположена площадка, на которой находится оператор, подающий руками сигналы летчику.
По мнению фирмы «Ryan», такой метод взлета и посадки вертикально взлетающих самолетов дает ряд преимуществ, позволяя значительно упростить конструкцию самолета, отказавшись от обычного шасси, и получить экономию в весе конструкции. Тележка с рампой может использоваться также для транспортировки самолета к районам боевых действий и для технического обслуживания.

Силовая установка самолета X-13 «Vertijet» состоит из одного турбореактивного двигателя Rolls-Royce Avon R.A.28, установленного в хвостовой части фюзеляжа, воздух в двигатель поступает через боковые воздухозаборники. Тяга двигателя составляет 4540 кгс, что при взлетной массе самолета 3630 кг позволяет получить тяговооруженность 1,25.
В горизонтальном полете самолет управляется с помощью элеронов и руля направления. На вертикальных режимах самолет управляется с помощью газовых рулей и струйной системы управления: на концах крыла расположены реактивные сопла, к которым подводится сжатый воздух, отбираемый от компрессора турбореактивного двигателя.

Оба СВВП успешно проходили летные испытания, которые завершились без каких-либо летных происшествий в 1958 г., когда разработка СВВП Х-13 «Vertijet» была прекращена ВВС, отдавшими предпочтение СВВП с горизонтальным положением фюзеляжа. Общая стоимость разработки, постройки и испытаний двух экспериментальных СВВП Х-13 превысила 7 млн. долл. Тем не менее ВВС и флот США не раз возвращались к схеме СВВП с вертикальным положением фюзеляжа, предлагая ее использовать для палубных истребителей легких авианосцев, взлетающих с поворотных рамп.

Летно-технические характеристики СВВП Х-13 «Vertijet»
Экипаж, чел.: 1;
Длина, м: 7,14;
Размах крыльев, м: 6,40;
Высота, м: 4,62;
Вес пустого, кг: 2424;
Максимальный взлетный вес, кг: 3272;
Силовая установка: 1 х ТРД Rolls-Royce Avon, взлетная тяга 4540 кгс;
Максимальная скорость, км/ч: 560;
Дальность, км: 307;
Практический потолок, м: 6100;

Как известно, боевой самолет наиболее уязвим на земле и на взлете, а дорогостоящие взлетно-посадочные полосы -едва ли не главная статья расходов современных ВВС и первоочередная цель для вражеской авиации. Поэтому авиаконструкторы десятилетиями бились над проблемой вертикального взлета, но решить ее удалось лишь освоив технологию управления вектором тяги, на основе которой созданы первые серийно выпускавшиеся СВВП -британский «Харриер» и советский Як-38. Очень похожие внешне, эти самолеты вертикального взлета и посадки имели совершенно разную судьбу. Пройдя длинную эволюцию и превратившись из неуклюжего «прыгуна» в эффективную боевую машину, «Харриер» дебютировал во время Фолклендского конфликта, принимал участие во многих локальных войнах, от Персидского залива и Афганистана до Балкан, и остается в строю до сих пор. В отличие от Як-38, который поднялся в воздух позже своего западного визави, но был снят с вооружения уже к началу 1990-х гг. Почему его служба оказалась столь недолгой? Из-за чего эта технология, представлявшаяся столь перспективной, так и не смогла потеснить традиционные машины даже в палубной авиации? И есть ли у самолетов вертикального взлета будущее - или они тупиковая ветвь в развитии авиапрома?

С тех самых пор, когда человек начал проектировать и строить аэропланы, способные относительно безопасно и быстро перемещаться в пространстве, его преследовало одно существенное ограничение: самолет требует довольно значительного места на земле для взлета и посадки. Чем больше и тяжелее летающая машина, чем больше людей и груза способна она поднять, тем больше требуется этого места. По мере создания все более современных самолетов возрастали требования к длине и качеству взлетно-посадочных полос, накладывая существенные ограничения на область практического применения авиации. Особенно острой эта проблема представлялась военным - ведь бомбардировка взлетно-посадочных полос авиацией противника могла легко парализовать действия собственных самолетов. Но человек - существо упрямое и находчивое, и с самого начала эпохи летательных аппаратов тяжелее воздуха он пытался заставить их взлететь если не вертикально, то с возможно более коротким разбегом.

Попытки создать геликоптер, предпринимаемые с самого начала XX века (в том числе и Игорем Сикорским ещё в киевский период его деятельности), поначалу оказались безуспешными - этим аппаратам элементарно недоставало двигателей с достаточно высокой удельной мощностью, ждали своего решения и целый ряд других технических проблем. Более перспективным казался автожир, использующий принцип авторотации несущего винта и тягу обычного самолетного двигателя. Такой аппарат вертикально взлететь не мог, но разбег, и особенно - пробег сокращались радикально. Созданные под руководством Хуана де ла Сиервы автожиры в 20-е - 30-е гг. завоевали значительную популярность, они строились по лицензии в раалнчных странах, а военные вовсю экспериментировали с применением новой «игрушки» в своих целях. Вскоре. однако, оказалось, что эти машины тоже отнюдь не идеальны - вертикально взлететь или зависнуть в воздухе они не могли, а полезная нагрузка автожиров была незначительной. И хотя во время Второй мировой войны такие аппараты даже участвовали в боях (например, советский автожир-корректировщик А-7-ЗА или немецкий безмоторный автожир Fa 330, применявшийся на подводных лодках), это участие было лишь эпизодическим и никоим образом не угрожало монополии самолетов.

В 40-е годы на новой технической основе начинается бурный прогресс вертолетостроения. В течение последующих десятилетий геликоптеры заняли очень важное место, как в военной, так и в гражданской авиации. Вертолет стаз очень удачной попыткой создания летательного аппарата - помимо вертикального взлета и посадки, он может зависать в воздухе. Он оказался идеальным для многих задач, которые были не по плечу самолетам. Однако и вертолет имеет свои ограничения. Да, он способен взлетать и садиться с площадок минимальных размеров, летать практически в произвольных плоскостях и направлениях. Но он не летает ни так быстро, как самолет, ни так высоко, ни так далеко. Вертолет неспособен приблизиться к скорости звука - не говоря уж о том. чтобы превзойти её.

Вскоре оказалось, что и дальше ощущается потребность в летательном аппарате, способном хотя бы частично совмещать характеристики вертолета (вертикальный взлет и посадка, свободное управляемое висение) и классического самолета (высокая скорость, большой потолок и дальность полета). И если гражданские эксплуатанты без такого аппарата могли ешё обойтись, то военные были крайне заинтересованы в создании боевого самолета вертикального взлета и посадки. Ведь, хотя вооруженные вертолеты стали весьма грозным оружием над полем боя, они не могли заменить многоцелевые истребители-бомбардировщики ни в воздушном бою, ни при изоляции района боевых действий. Обычный же истребитель, с успехом справлявшийся с этими задачами, требовал взлетно-посадочной полосы - хотя бы в виде палубы авианосца.

Проблема создания боевого самолета вертикального взлета представлялась неразрешимой - в чем могли убедиться, например, американцы, попытавшись создать винтовой истребитель вертикального взлета «Конвэр» XFY-1 «Пого», странную машину, взлетавшую из положения «стоя на хвосте». Однако разрешение проблемы лежало в совершенно иной плоскости, и путь к нему открыла мысль - применить на практике известное в принципе явление управления вектором тяги. Как и каждое новое изобретение в авиации, путь к внедрению его был труден, извилист и, увы, щедро окроплен кровью пилотов-испыта-телей. Но, в конце концов, концепция управления вектором тяги оказалась вполне жизнеспособной, и все серийные конструкции боевых самолетов вертикального взлета и посадки имеют в своей основе именно её: и британский (позже ставший американо-британским) «Харриер», и советский Як-38, и только внедряемая в производство модификация американского «Лайтнинга» II - F-35B. Эти машины разнятся не столько самими конструкторско-техническими решениями, сколько способом подхода к проблеме и её решению. Рассмотрим же подробнее то явление, которое называют управлением вектором тяги (УВТ), или же английской аббревиатурой VTC (Vector Trust Control).

Управление вектором тяги

Если попытаться дать самое простое определение термина, вынесенного в заглавие раздела, то получим примерно следующее: управление вектором тяги - это способность воздушного судна отклонять тягу, создаваемую его силовой установкой, от продольной оси самолета. Понятие это применяется, прежде всего, для воздушных судов с реактивным приводом (не только самолетов, но и ракет), однако может применяться и для самолетов с винтовым приводом (поршневым или турбовинтовым - например, MV-22 «Оспри»).

С практической точки зрения управление вектором тяги имеет две основные области применения:

Увеличение возможностей самолета в горизонтальном полете (прежде всего, в плане управляемости и маневренности);
значительное сокращение разбега и пробега либо полное исключение этих этапов полета - то есть, вертикальный взлет и посадка.

Конструкторские подходы в двух указанных случаях весьма разнятся. Если в первом отклонение вектора тяги от оси самолета становит от нескольких до нескольких десятков градусов (как правило, в пределах 25-35 градусов), то для второго, особенно, если силовая установка должна обеспечить самолету вертикальный взлет и посадку, необходимо направлять тягу вниз, то есть, при горизонтально установленном двигателе отклонение вектора тяги должно составлять около 90 градусов (дело в том, что угол отклонения тяги из-за особенностей термодинамики не должен или не может равняться точно 90 градусов от горизонтали).

Остановимся чуть подробнее на первом случае, обозначаемом в английском языке как Vectoring in Forward Flight (VIFF), то есть, управление вектором тяги в горизонтальном полете. Целью его (в отношении боевых самолетов, прежде всего многоцелевых истребителей) является улучшение маневренности самолета и снижение радиолокационной заметности, что в сумме ведет к повышению его выживаемости на поле боя. Кроме того, значительно сокращается длина разбега и пробега. И хотя это может показаться странным, но отклонение вектора тяги на 20-30 градусов является с технологической точки зрения решением гораздо более поздним и сложным для реализации, чем отклонение на величину, близкую к 90 градусам. Такое решение применяется на практике лишь в боевых самолетах самых последних поколений, хотя и сулит бесспорные преимущества. Согласованная работа аэродинамических поверхностей управления с изменением вектора тяги существенно усиливает действие аэродинамических рулей. Самолет становится способным к более резким маневрам - в принципе, единственным ограничением становится стойкость организма пилота и конструкции летательного аппарата к перегрузкам. Кроме того, при маневрировании с отклонением вектора тяги самолет расходует меньше топлива, чем при маневрировании с применением только аэродинамических рулей - а значит, увеличивается дальность полета. Уменьшение длины разбега и пробега облегчает эксплуатацию с коротких ВПП (например, поврежденных в ходе боевых действий), полевых аэродромов или авианосцев.

Применение управления вектором тяги в горизонтальном полете может существенно повлиять и на конструкцию планера. Оно открывает путь к развитию самолетов-бесхвосток, лишенных не только горизонтального, но и вертикального оперения. Отсутствие оперения уменьшает аэродинамическое сопротивление и массу планера (то есть, снова уменьшается расход топлива и увеличивается дальность полета). Кроме того, уменьшается эффективная площадь рассеивания самолета, придавая ему черты «стеле».

Управление вектором тяги имеет и свои недостатки, о которых не стоит забывать, по крайней мере, на существующем уровне развития авиационной техники. К наиболее существенным из них относятся сложная конструкция и достаточно большая масса устройств управления вектором тяги.

На нынешнем этапе развития конструкции боевых самолетов приоритетным является применение управления вектором тяги в целях обеспечения вертикального взлета и посадки либо значительного сокращения разбега (самолет с управлением вектором тяги может не иметь возможности вертикального старта, или же быть способным взлетать вертикально лишь до определенного показателя взлетного веса) при сохранении возможности вертикальной посадки. Именно эти характеристики реализованы в «Харриере» и Як-38.

Итак, вернемся к «вертикалкам». Применение в таких самолетах управления вектором тяги имеет целью существенное изменение хода старта и посадки самолета. Оно существенно сокращает эти две фазы полета по сравнению с самолетами с классическими силовыми установками (реактивными либо винтовыми). В фазе старта это касается, в первую очередь, разбега, то есть, говоря попросту, пути, который должен преодолеть самолет до того момента, когда его крылья создадут достаточную несущую силу, способную оторвать самолет от земли и поднять его в воздух. В фазе посадки речь идет о пробеге, то есть, пути, который преодолевает самолет от момента касания колесами земли до остановки. Разбег и пробег определяют требования не только к длине, но и к качеству ВПП - ведь если самолет будет двигаться на большой скорости по достаточно длинной, но неровной или поврежденной полосе, то он рискует получить серьезные повреждения и даже разбиться.

Если же самолет будет оборудован устройствами управления вектором тяги в достаточно широком диапазоне, то взлет и посадка выглядят совершенно иначе. Такие самолеты в зависимости от их возможностей подразделяют на несколько групп:

VTOL (Vertical Take off and Landing) - самолеты, способные осуществлять вертикальный взлет и посадку (СВ-ВП);
STOL (Short Take off and Landing) - самолеты с коротким взлетом и посадкой (СКВП);
VSTOL (Vertical Short Take off and Landing) - самолеты, способные осуществлять как вертикальный, так и короткий взлет и посадку (СКВВП);
STOVL (Short Take off and Vertical Landing) - самолеты, мощность силовой установки которых не позволяет взлетать вертикально, но допускает вертикальную посадку (после снижения массы путем выработки топлива и сброса внешней подвески).

Самые первые исследования устойчивость аппарата вертикального взлета показывали, что при старте и посадке вектор несущей силы должен проходить через центр тяжести самолета, а её величина должна по крайней мере на 20% превышать массу планера.

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».