САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ - летательный аппарат, компоновка которого изменяется при переходе из одного режима полета в другой. Такой самолет взлетает вертикально, а затем переходит в режим горизонтального полета. Самолет, который может взлетать или совершать посадку на коротких взлетно-посадочных полосах, также обладает некоторыми свойствами преобразуемого летательного аппарата.
ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
Преобразуемый летательный аппарат может взлетать вертикально или почти вертикально, переходя затем к горизонтальному полету. Переход к горизонтальному полету можно осуществить несколькими способами: установкой независимых тяговых систем для вертикального и горизонтального полета, поворотом осей вращения винтов, поворотом крыла с винтами и, наконец, изменением направления реактивной струи таким образом, чтобы на режимах взлета и посадки создавалась вертикальная подъемная сила, а на крейсерском режиме - горизонтальная тяга. В аэродинамических трубах и в летных условиях исследованы самые разные варианты указанных выше основных способов. Самолеты вертикального взлета и посадки (СВВП) принадлежат к более многочисленному семейству самолетов вертикального или короткого взлета и посадки (СВ/КВП). Вертолет также является преобразуемым летательным аппаратом, поскольку для перехода в режим горизонтального полета наклоняют ось вращения его винта. К непреобразуемым ЛА относятся самолеты короткого взлета и посадки (СКВП), в которых для уменьшения пробега применяются специальные аэродинамические устройства и двигатели для создания дополнительной подъемной силы.
Преимущества. Преобразуемому летательному аппарату не нужна длинная взлетно-посадочная полоса, что очень важно для многих военных самолетов. Например, в морской авиации преобразуемые летательные аппараты могут действовать с меньших и менее дорогостоящих авианосцев, а также небольших палубных площадок крейсеров, эсминцев или десантных судов-амфибий. Преобразуемые летательные аппараты берегового базирования могут взлетать и садиться, используя неподготовленные площадки в прифронтовой полосе, вместо того чтобы действовать с более уязвимых аэродромов за линией фронта.
В вертикальном положении его двигатели создают подъемную силу при взлете и посадке.">
ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ V-22 "Оспри". В вертикальном положении его двигатели создают подъемную силу при взлете и посадке.
Преобразуемый летательный аппарат весьма перспективен и с точки зрения гражданских перевозок. Перегруженность аэропортов, особенно в США и Западной Европе, к концу столетия стала одной из критически важных проблем. Для ее решения целесообразно использовать специальную транспортную систему для воздушных перевозок пассажиров на близкие расстояния самолетами КВП/ВВП, базирующимися на небольших аэродромах в пригородных зонах больших городов. Это позволило бы приблизительно вдвое уменьшить пассажиропотоки в крупных аэропортах, осуществляющих дальние перевозки. Идеальными средствами транспорта на маршрутах малой протяженности могли бы стать преобразуемые летательные аппараты, способные взлетать с внутригородских площадок. Однако три десятилетия исследований СВ/КВП пока не привели к созданию такого аппарата для нужд гражданской авиации. Улучшение одной из характеристик проектируемого летательного аппарата обычно сопровождается ухудшением какой-либо другой характеристики. За преобразуемость летательного аппарата авиаконструкторы также вынуждены расплачиваться. Как правило, вес дополнительного оборудования (а в некоторых случаях и дополнительного топлива) приводит к снижению скорости, дальности и полезной нагрузки. Кроме того, сложность механических систем, обеспечивающих преобразование летательного аппарата, вызывает увеличение не только веса, но и затрат. Отмеченные трудности можно преодолеть, но для этого необходимы дополнительные исследования и разработки.
ТИПЫ ПРЕОБРАЗУЕМЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Конструкция преобразуемого летательного аппарата зависит от его назначения. Существуют две категории таких ЛА. К первой относятся боевые самолеты, для которых необходимы почти вертикальный взлет и большая скорость горизонтального полета. Такие ЛА должны иметь реактивную тягу. Ко второй категории относятся транспортные преобразуемые ЛА, как военные, так и гражданские. Эти ЛА должны иметь достаточно вместительный фюзеляж. Высокая скорость горизонтального полета для них желательна, но не имеет решающего значения. В последнее время исследуются вертолетоподобные компоновки самолетов с поворотными двигателями для создания вертикальной подъемной силы.
Боевые самолеты. Разработка боевых преобразуемых самолетов (истребителей-перехватчиков в системе ПВО, штурмовиков и самолетов-разведчиков) началась после Второй мировой войны. По заказу ВМС США разрабатывались преобразуемые ЛА XFY-1 фирмы "Конвэр" и XFV-1 фирмы "Локхид". В стартовой позиции эти летательные аппараты устанавливаются вертикально, "сидя на хвосте". Как на взлете, так и на крейсерском режиме тяга создается большими винтами, приводимыми в движение газотурбинными двигателями. В августе 1954 XFY-1 стал первым самолетом, который успешно осуществил переход от вертикального полета к горизонтальному. В 1950-х годах появился ряд экспериментальных преобразуемых самолетов в США, Великобритании и Франции. Самолеты X-13 фирмы "Райан" и X-14 фирмы "Белл" в 1957-1958 продемонстрировали возможность использования реактивной тяги для вертикального (короткого) взлета. Преобразуемый аппарат X-13 устанавливается на старте вертикально; на аппарате X-14 летчик, поворачивая подъемно-маршевые двигатели, может изменять направление вектора тяги при взлете и посадке, создавая вертикальную подъемную силу при взлете и посадке и горизонтальную тягу при переходе на крейсерский режим. В дальнейшем этот метод получил наибольшее распространение при конструировании преобразуемых боевых самолетов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МАЛОШУМЯЩИЙ САМОЛЕТ для местных авиалиний совершает посадку на палубу авианосца "Китти Хоук".
В 1960-е годы западногерманский консорциум EWR разработал самолет VJ-101C, на концах крыла которого установлены поворотные реактивные двигатели. Они создают вертикальную подъемную силу на взлете и горизонтальную тягу в режиме крейсерского полета. Четыре небольших турбореактивных двигателя, размещенные в фюзеляже, используются для получения дополнительной подъемной силы. Преобразуемый самолет VAC-191, построенный акционерным обществом VFW, оборудован независимыми системами для создания вертикальной подъемной силы и горизонтальной тяги. Два подъемных двигателя используются исключительно для взлета и посадки, а на крейсерском режиме работает обычный турбореактивный двигатель. Американские преобразуемые самолеты XV-4A и XV-4B фирмы "Локхид" имеют шесть турбореактивных двигателей: четыре, установленные в фюзеляже, создают вертикальную подъемную силу, а два основных двигателя - тягу, необходимую для горизонтального полета (за счет отклонения вектора тяги они помогают также подъемным двигателям на режимах взлета и посадки). В ЛА сухопутных войск США XV-5A, разработанном фирмой "Райан", реактивные двигатели создают горизонтальную тягу, а независимые подъемные вентиляторы, установленные в крыльях и в фюзеляже, используются для создания вертикальной тяги. Лопасти вентилятора, подобно ротору вертолета, создают аэродинамическую подъемную силу и, отбрасывая вниз большие массы воздуха, - дополнительную реактивную тягу, направленную вверх. Струи реактивных двигателей на взлете используются для управления вентиляторами, а затем переориентируются для горизонтального полета. Преобразуемый летательный аппарат P.1127 "Кестрел" фирмы "Хоукер Сиддли" (Англия) был предшественником первого серийного самолета СВВП. Управление его вектором тяги осуществлялось посредством поворота концевой части сопла. Первый успешный полет ЛА "Кестрел" состоялся в сентябре 1961. В 1966-1969 фирма "Хоукер Сиддли" наладила серийное производство дозвукового СВ/КВП "Харриер", на котором также используется концепция поворота вектора тяги. Этот одноместный самолет выпускается в трех вариантах: истребитель, штурмовик, самолет-разведчик. Около 250 самолетов "Харриер" состоят на вооружении ВВС и ВМФ Великобритании, а также используются корпусом морской пехоты США под обозначением AV-8A. Фирма "Макдоннелл-Дуглас" разработала сверхзвуковой вариант "Харриера" (AV-8B) с большей дальностью и большей полезной нагрузкой. Его взлетно-посадочные характеристики также лучше, чем у AV-8A.
ШТУРМОВИК AV-8A "Харриер" вертикального взлета и посадки. Этот самолет морской пехоты США использовался во время войны 1991 в Персидском заливе в качестве самолета-разведчика.
Первый советский преобразуемый самолет был разработан в ОКБ Яковлева в конце 1960-х годов. На основе этого самолета был создан дозвуковой Як-36, одноместный штурмовик/разведчик корабельного базирования. Его наследник - околозвуковой самолет Як-38 - был принят на вооружение авианесущих кораблей СССР. Комбинированная силовая установка этого самолета состоит из подъемно-маршевого турбореактивного двигателя, выхлопная струя которого на режиме взлета отклоняется вниз с помощью двух поворотных сопел, расположенных за крылом, и двух подъемных двигателей, установленных в средней части фюзеляжа и создающих дополнительную подъемную силу при взлете и посадке. Самолеты Як-38 базируются на авианесущих крейсерах "Киев" и "Минск". На каждом из них размещается около дюжины самолетов Як-38, дополняющих вертолетное подразделение, основной задачей которого является борьба с подводными лодками. Для оценки возможности создания истребителей/штурмовиков нового поколения - СВВП, которые могли бы действовать с небольших авианесущих кораблей и развивать в полете максимальную скорость около 2400 км/ч, фирмой "Рокуэлл интернэшнл" разработан самолет XFV-12A. Для него был создан планер необычной конструкции. Треугольное несущее крыло располагается в хвостовой части самолета, а ближе к носу устанавливается вспомогательное крыло (схема "утка"). Основной турбовентиляторный двигатель этого самолета развивает тягу 132,5 кН. Оборудованный системой разделения тяги, самолет лишь частично удовлетворяет потребность в тяге, необходимой для вертикального взлета при полной загрузке. Дополнительную подъемную силу создает система форсирования двигателя. Компоновка отличается от обычной наличием дополнительного воздухозаборника в верхней части фюзеляжа, который используется на режимах взлета, висения и посадки, увеличивая расход воздуха и тягу двигателя.
Транспортные СВВП. Концепция СВВП весьма привлекательна для создания на ее основе военно-транспортного летательного аппарата. Его можно было бы использовать также в качестве "летающей пушки" для непосредственной поддержки сухопутных войск и уничтожения наземных огневых точек противника (обычно для этих целей используют вертолеты). "Летающая пушка" не имеет вооружения, позволяющего ей бороться с самолетами противника, но тем не менее ближе к транспортным самолетам вертикального взлета и посадки, нежели к вертолетам. Транспортные СВВП являются, как правило, летательными аппаратами малой дальности. При малой дальности не обязательны высокие скорости, но все же желательно, чтобы скорость транспортировки заметно превышала уровень, характерный для вертолетов. В современных транспортных СВВП используют роторы для создания подъемной силы при вертикальном взлете, но для достижения скоростей полета 480-720 км/ч разрабатываются другие средства. Вертикально взлетающие винтокрылые транспортные летательные аппараты появились в конце 1950-х годов. Одним из первых был "Ротодайн" фирмы "Фейри" (Великобритания), предназначавшийся для перевозки 48 пассажиров. Это был преобразуемый аппарат с комбинированной силовой установкой, называемый также комбинированным вертолетом. (Термин "комбинированная" подчеркивает использование различных систем для вертикального подъема и для создания горизонтальной тяги.) В конструкции "Ротодайна" подъем при взлете обеспечивается четырехлопастным ротором, а два реактивных двигателя, установленных под дополнительным крылом со срезанными концами, создают тягу, необходимую для горизонтального полета.
ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ XV-15 фирмы "Белл".
В конце 1960-х - начале 1970-х годов исследовался ряд экспериментальных преобразуемых транспортных летательных аппаратов. ЛА X-22A фирмы "Белл" представляет собой легкий экспериментальный транспортный самолет, оборудованный поворотными двухконтурными турбореактивными двигателями, которые размещаются в цилиндрических гондолах на основном и небольшом переднем крыльях. Вентиляторы направляют вниз реактивную струю, обеспечивая тем самым вертикальный подъем, а после взлета поворачиваются и действуют как обычные винты, создавая горизонтальную тягу, достаточную для крейсерского полета со скоростью 480 км/ч. Другой аппарат, LTV XC-142, внешне не отличается от обычного самолета и благодаря установке четырех турбовинтовых двигателей развивает скорость полета до 690 км/ч. Однако при взлете и посадке этого аппарата крыло вместе с двигателями поворачивается на угол 90°, и вертикальная тяга винтов создает достаточную подъемную силу. Схема западногерманского самолета DO-31 фирмы "Дорнье" представляет собой отход от схем с турбовентиляторами, винтами и роторами, создающими вертикальную тягу. В качестве маршевых двигателей этого самолета в крейсерском полете используются два турбовентиляторных двигателя, а вертикальная тяга создается подъемными турбореактивными двигателями, расположенными по пять в двух гондолах на концах крыла. Опытный образец тактического транспортного самолета DO-31 развивал скорость полета 640 км/ч. Летательный аппарат AH-56A фирмы "Локхид", проектировавшийся для военных целей как "летающая пушка", - единственный комбинированный вертолет, у которого для создания тяги как при подъеме, так и на крейсерском режиме используется один и тот же газотурбинный двигатель. Этот двигатель приводит в движение обычный подъемный винт при вертикальном взлете и толкающий винт при горизонтальном полете. Несмотря на то что исследования и разработки преобразуемых транспортных летательных аппаратов проводятся уже около 30 лет, до настоящего времени не создано серийного аппарата такого типа. Исследуемые компоновки иллюстрируют наличие двух совершенно различных концепций комбинированного вертолета. Первую представляет экспериментальный винтокрылый летательный аппарат S-72 фирмы "Сикорски". Этот аппарат исследовался в модификациях усовершенствованного вертолета с различными роторными системами, а также комбинированного вертолета. В последнем случае компоновка вертолета нормальной схемы была дополнена 14-метровым несущим крылом и коротким горизонтальным стабилизатором. Вертикальный подъем обеспечивается ротором. Два турбовентиляторных двигателя, установленных на крыле, позволяют аппарату развить скорость горизонтального полета 480 км/ч.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ВИНТОКРЫЛЫЙ S-72 фирмы "Сикорски" - транспортный СК/ВВП, на который можно устанавливать различные роторы. Кроме того, он может функционировать как комбинированный вертолет.
В другом комбинированном вертолете фирмы "Сикорски", известном под обозначением ABC, реализована концепция нового эффективного ротора, способного обеспечить вертикальный подъем и скорость крейсерского полета, типичную для самолетов нормальной схемы, но без использования крыльев, так как ротор создает достаточную подъемную силу и обеспечивает управляемость в любом режиме полета. Ротор этого преобразуемого аппарата состоит из двух винтов, вращающихся в противоположных направлениях и приводимых от одного газотурбинного двигателя. Два турбореактивных двигателя, установленные по бокам фюзеляжа, развивают тягу, достаточную для горизонтального полета со скоростью 560 км/ч. Концепция несущего винта с изменяемым наклоном оси вращения реализована в экспериментальном СВВП XV-15. Для вертикального взлета и посадки на XV-15 применены большие винты, подобные винтам вертолетов. После отрыва от земли оси вращения винтов наклоняются вперед, и они становятся тянущими, обеспечивая скорость полета свыше 640 км/ч. Совершенно иную концепцию преобразуемого летательного аппарата разработала фирма "Локхид-Калифорния". Четырехлопастное Х-образное крыло при вращении (на режимах взлета или подъема) создает вертикальную тягу, но на режиме высокоскоростного горизонтального полета оно фиксируется и выполняет функцию несущего крыла. Перспективной концепцией представляется винт со складывающимися лопастями. Самолет такой компоновки с обычным крылом выполняет взлет и посадку с помощью подобного винта. После достижения скорости, при которой крыло обеспечивает необходимую подъемную силу, винт останавливается, складывается и убирается в фюзеляж, а горизонтальный полет обеспечивается турбореактивными двигателями.
САМОЛЕТЫ КОРОТКОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
Как следует из их названия, летательные аппараты семейства СВ/КВП имеют укороченную дистанцию пробега по земле при взлете и посадке, но не в состоянии осуществить вертикальный взлет. Самолеты короткого взлета и посадки не относятся к преобразуемым. Сокращение дистанции пробега по земле при взлете и посадке у них обеспечивается различными аэродинамическими устройствами и силовыми установками, позволяющими увеличить несущие свойства крыла и тяговооруженность при малых скоростях. Элементами механизации крыла, служащими для увеличения подъемной силы, являются выдвижные предкрылки, которые обеспечивают обдув верхней поверхности крыла, позволяющий улучшить обтекание. Кроме того, используют скользящие предкрылки и закрылки большой площади, создающие дополнительную подъемную силу вследствие увеличения суммарной площади несущей поверхности самолета. На некоторых современных СКВП установлены сверхкритические крылья; такие специально спрофилированные крылья позволяют получить большую подъемную силу при малых скоростях и не теряют своей эффективности в крейсерском полете. На самолетах укороченного взлета и посадки для увеличения подъемной силы может использоваться реактивная сила, создаваемая при отклонении струи вниз с помощью закрылков. Один из вариантов такой системы увеличения подъемной силы нашел применение на военных самолетах "Харриер" с короткими взлетом и посадкой. Длина взлетно-посадочной полосы, необходимой для СКВП, зависит от веса аппарата. Некоторые легкие аппараты такого типа могут при взлете преодолевать препятствие высотой 15 м, отстоящее на расстоянии 150 м от места старта. Наиболее тяжелые (весом более 100 т) из успешно прошедших испытания СКВП взлетали с полосы длиной 610 м (втрое короче, чем для обычных самолетов того же веса). Военные и транспортные самолеты короткого взлета и посадки уступают в универсальности СВВП. Тем не менее они успешно справляются со многими задачами без чрезмерного усложнения конструкции и ухудшения весовых характеристик, которые неизбежны для преобразуемых летательных аппаратов. Совершенствование СКВП направлено главным образом на создание транспортных самолетов. У самолетов короткого взлета и посадки не возникает таких технических проблем, как у преобразуемых летательных аппаратов. Шестиместному легкому транспортному самолету "Гелио супер курьер" (США) необходима взлетно-посадочная полоса длиной 180 м. "Курьер" используется как самолет индивидуального пользования или деловой (административный), а также в качестве военного самолета вспомогательной авиации. СКВП "Дорнье скайсервант" (Германия) применяется как военный и гражданский транспортный самолет. Он может перевезти от 12 до 14 пассажиров. Оборудованный двумя поршневыми двигателями, СКВП "Скайсервант" может взлететь с полосы длиной 280 м. Израильский СКВП "Арава" с двумя реактивными двигателями используется как гражданский (он вмещает 20 пассажиров) и военный транспортный самолет; для взлета ему необходима взлетно-посадочная полоса длиной 470 м. Эксплуатируется и СКВП DHC-7 канадской фирмы "Де Хэвилленд" - 50-местный пассажирский самолет с 4 турбовинтовыми двигателями; ему нужна ВПП длиной 700 м. См. также
ВЕРТОЛЕТ;
АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ.
ЛИТЕРАТУРА
Павленко В.Ф. Самолеты вертикального взлета и посадки. М., 1972 Володин В.В., Лисейцев Н.К., Максимович В.З. Особенности проектирования реактивных самолетов вертикального взлета и посадки. М., 1985 Хафер К., Закс Г. Техника вертикального взлета и посадки. М., 1985 Павленко В.Ф. Силовые установки с поворотом вектора тяги в полете. М., 1987
