Европейские самолеты вертикального взлета

Текст добавлен: 21 октября 2016, 21:38

Текст книги "Европейские самолеты вертикального взлета"

Автор книги: Евгений Ружицкий

Жанры:

Справочники

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 11 страниц)

Назад к карточке книги

Евгений Иванович Ружицкий
Европейские самолеты вертикального взлета

Художник серии Н. Григорьева Редактор Е. Бухарина Компьютерная верстка Т. Шверина-Кашина Корректор И. Мокина

ООО «Издательство Астрель», 2000 ООО «Издательство ACT», 2000

Популярное издание Серия «Современная авиация»

Введение

Одним из важных достижений развития современной авиации в последнее время стало создание и внедрение в практическую эксплуатацию у нас и за рубежом вертикально взлетающих самолетов. В течение многих лет ведущие авиационные фирмы мира усиленно работали над созданием летательных аппаратов, которые могли бы совершать вертикальный взлет и посадку, подобно вертолетам, и летать с большой скоростью, подобно самолетам. Особенно в большом объеме работы над такими аппаратами проводились за рубежом, где они получили обозначения VTOL (Vertical Take-Off and Landing) Aircraft (летательные аппараты с вертикальным взлетом и посадкой), и по аналогии позже у нас АВВП (аппараты с вертикальным взлетом и посадкой) или СВВП (самолеты с вертикальным взлетом и посадкой), используемые в книге.

В связи с большим вниманием, которое уделяется развитию аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, выделяемых за рубежом в специальные разделы VTOL во всех авиационных справочниках и авиационных журналах и даже в таблицах мировых рекордов, а также с проведением ряда международных конференций, посвященных развитию VTOL, и публикацией их трудов, представляется целесообразным в дополнение к опубликованным в издательстве «Виктория. ACT» в серии «Современная авиация» книгам «Истребители», «Бомбардировщики», «Вертолеты» и «Штурмовики и истребители-бомбардировщики» выпустить книгу «Вертикально взлетающие самолеты», в которой рассматриваются все построенные у нас и за рубежом экспериментальные, опытные и серийные вертикально взлетающие самолеты, а также наиболее интересные проекты таких самолетов. В книге не рассматриваются вертолеты, которые хотя и являются наиболее распространенными в мире аппаратами вертикального взлета и посадки, но уже давно выделились в самостоятельный класс летательных аппаратов, по которым опубликована обширная литература.

Предлагаемая книга является первым обобщающим справочным изданием по вертикально взлетающим самолетам. По установившейся для книг серии «Современная авиация» традиции в представленном издании приводятся сведения о конструкции вертикально взлетающих самолетов и их двигателей, систем управления и оборудования, а также о вооружении для военных самолетов. Кроме того, для каждого самолета приводятся сведения обо всех этапах его разработки, а для серийных самолетов – об их серийном производстве, поставках и обо всех разрабатывавшихся и построенных модификациях. Можно ожидать, что представленные в книге материалы по российским и зарубежным вертикально взлетающим самолетам с анализом их развития будут интересны не только для авиационных специалистов, но и для любителей авиации.

Проблема создания самолетов, обладающих возможностью совершать вертикальный взлет и посадку, сохраняет свою актуальность на протяжении многих десятилетий. Основное преимущество таких самолетов над обычными заключается в возможности их эксплуатации с небольших взлетно-посадочных площадок, по размерам лишь несколько превосходящих размеры самого самолета, благодаря чему может быть достигнуто существенное расширение областей применения гражданской и военной авиации.

Предполагается, что вертикально взлетающие самолеты смогут найти широкое применение в народном хозяйстве, например на авиалиниях малой протяженности, обеспечивая авиаперевозки между городами. При использовании на этих авиалиниях обычных самолетов, требующих для взлета и посадки больших аэродромов, последние приходится располагать далеко за городом, в результате чего время, затрачиваемое на сам полет, получается меньше времени, необходимого для поездки от города к аэродрому, а затем после полета – от аэродрома к городу. Если на таких авиалиниях будут использоваться вертикально взлетающие самолеты, то взлетно-посадочные площадки для них смогут располагаться в черте города, благодаря чему значительно сократится полное время, расходуемое на перелет из одного города в другой.

Особенно большое внимание уделяется развитию боевых вертикально взлетающих самолетов, которые могут базироваться на сравнительно малоподготовленных естественных площадках небольших размеров. Благодаря этому такие самолеты не нуждаются в больших аэродромах, которые легко могут быть выведены из строя современными разрушительными средствами большой мощности. Рассредоточение самолетов возле небольших взлетно-посадочных площадок позволяет обеспечивать лучшую их маскировку и уменьшает возможность их поражения. Такие площадки могут быстро оборудоваться вблизи районов боевых действий, позволяя обеспечить более оперативное использование фронтовой авиации в соответствии с темпами передвижения наземных войск и сократить время, необходимое для полета к цели и выполнения боевых заданий.

Вертикально взлетающие самолеты не следует рассматривать как конкурентов другого типа вертикально взлетающих аппаратов – вертолетов, нашедших широкое применение в народном хозяйстве и в вооруженных силах. Вертолеты незаменимы при использовании их в качестве «летающих кранов», для транспортировки грузов, для поисковых и спасательных операций, непосредственной боевой поддержки наземных войск, разведки, связи и других работ, где важнейшим требованием является возможность вертикального взлета и посадки и полета на режиме висения и второстепенным – большая скорость полета. Поэтому вертикально взлетающие самолеты, обладающие по сравнению с вертолетами значительно большей скоростью, не заменят, а дополнят вертолеты для тех областей применения, где возможность вертикального взлета и посадки должна сочетаться с большой скоростью полета.

Проблема создания самолетов с вертикальном взлетом и посадкой не нова, однако, как это часто бывает в технике, осуществление ее оказалось очень трудной задачей. Объясняется это тем, что вертикально взлетающие самолеты по сравнению с обычными отличаются более сложной конструкцией.

Основным их принципиальным отличием является использование силовой установки, обеспечивающей создание вертикальной тяги, превосходящей по величине взлетную массу самолета, то есть значительно большей, чем у обычных самолетов. Поэтому развитие вертикально взлетающих самолетов неразрывно связано с развитием двигателей и совершенствованием их характеристик.

Второй принципиальной особенностью вертикально взлетающих самолетов является необходимость в дополнительной системе управления, обеспечивающей управление самолетом на режимах вертикального взлета и посадки и переходных режимах, когда аэродинамические рули неэффективны. Поэтому развитие вертикально взлетающих самолетов потребовало проведения большой научно– исследовательской и экспериментальной работы, в процессе которой были решены многие сложные проблемы, связанные с особенностями их взлета и посадки и динамики их полета.

Развитие СВВП у нас и за рубежом нельзя рассматривать изолированно от развития самолетов с укороченным взлетом и посадкой, получивших обозначение СКВП, снабженных дополнительными подъемными двигателями или системами с отклонением потока газов двигателей или воздушного потока от винтов, а также различными системами увеличения подъемной силы крыла. СКВП по сравнению с СВВП отличаются более простой конструкцией и большей грузоподъемностью, а также более высокой экономичностью. Поэтому д^я улучшения характеристик СВВП стали осуществлять, когда это допускалось, взлет с коротким разбегом, но вертикальную посадку, а для самолетов, обладающих такими возможностями, стали использовать обозначения у нас СВВП/СКВП, а за рубежом V/STOL.

В Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) им. проф. Н. Е. Жуковского на протяжении многих лет велись перспективные исследования вертикально взлетающих самолетов различных типов и оценивались их возможные летно-технические характеристики. В научных отделениях ЦАГИ и его филиале (ГосНИЦ ЦАГИ) был выполнен большой объем научных и экспериментальных исследований, связанных с разработкой, постройкой и испытаниями вертикально взлетающих самолетов. Кроме того, в отделении научно-технической информации (ОНТИ) ЦАГИ был подготовлен и опубликован ряд обзоров по зарубежным вертикально взлетающим самолетам и систематически велось информационное обеспечение институтов и опытно-конструкторских бюро (ОКБ) справочными материалами по исследованиям и разработке СВВП за рубежом.

Настоящая книга подготовлена на основе работ по анализу и обобщению информации по зарубежным и отечественным СВВП, которые ведутся автором с 1953 г. в ОНТИ ЦАГИ. За это время с участием или под редакцией автора было подготовлено и издано более 20 обзоров о состоянии и перспективах развития СВВП и их силовых установок и систем управления, а также научные статьи о вертикально взлетающих самолетах в журнале «Техника воздушного флота» в 1955-1956 гг. и обзорные статьи в журнале «Вестник воздушного флота» (1957 г.) и других журналах. При участии автора в ОНТИ были подготовлены технические описания всех построенных за рубежом СВВП и краткий справочник «Вертикально взлетающие самолеты» (1964 г.).

Кроме того, автором систематически публиковались обзорные статьи по СВВП в научно-техническом бюллетене ОНТИ ЦАГИ «Техническая информация», а в еженедельном бюллетене оперативной информации ОНТИ ЦАГИ «Авиационная и ракетная техника» – рефераты о состоянии разработки СВВП и их летно-технических характеристиках. Параллельно автор участвовал в исследованиях различных схем СВВП и разработке ряда проектов СВВП с воздушными винтами в ЦАГИ и МАИ.

Основные проблемы развития СВВП были рассмотрены автором в изданных Оборонгизом книгах «Безаэродромная авиация» (1959 г.), переведенной в Болгарии, и «Воздушные вездеходы» (1964 г.), переведенной в Японии, и в статье «Авиация вертикального взлета», подготовленной совместно с начальником ЦАГИ генеральным конструктором В. М. Мясищевым и опубликованной в журнале «Наука и жизнь» (1964 г.), а также в ряде статей в ежегодниках Большой Советской Энциклопедии и других изданиях. Первые подобные книги по СВВП за рубежом были опубликованы в 1964 г.: в США книга «Аппараты с вертикальным взлетом и посадкой» (Vertical Take-Off and Landing Aircraft) ученого-аэ– родинамика Джона П. Кэм– пбелла (John P. Campbell) из НИЦ им. Лэнгли NASA и в Великобритании справочник «Вертикально взлетающие аппараты мира» (Vertical Flight Aircraft of the World) Ф. Г. Сварнборо (F.G. Swarn– borough); обе книги у нас не переводились. В последующие годы обобщающих книг по СВВП за рубежом не было, но сведения о них систематически публиковались в авиационных журналах и известных ежегодных справочниках «Джейнс» по авиации мира (Jane's all the World's Aircraft).

Собранные автором в течение 47 лет работы в ОНТИ ЦАГИ материалы по СВВП и проведенные их анализ и обобщение послужили основой для подготовки новых обобщающих изданий «Европейские самолеты вертикального взлета» и «Самолеты вертикального взлета США», в которых представлены описания более 50 построенных за рубежом и у нас СВВП и наиболее интересных их проектов.

Книги составлены по аналогии со справочниками, подготовленными автором и специалистами ОНТИ и известными авиационными справочниками «Джейнс». Все СВВП группируются в нем по странам и фирмам или ОКБ в алфавитном порядке. По каждому СВВП приводится его название и назначение, сведения о состоянии разработки и производстве с указанием времени начала разработки, завершения постройки, первого полета, поступления в эксплуатацию, серийного производства и всех модификациях. Приводится краткое описание конструкции СВВП, его силовой установки и основных агрегатов и систем, а также геометрические, массовые и летные характеристики, для каждого СВВП приводится его схема и фотографии, позволяющие получить представление о конструкции СВВП и его систем и об особенностях эксплуатации. При подготовке издания использованы отдельные материалы по разработке отечественных СВВП, содержащиеся в юбилейных справочных изданиях ОКБ им. Г. М. Бериева, А И. Микояна, М. Л. Миля, В. М. Мя– сищева, П. О. Сухого и А. С. Яковлева и в справочных изданиях «Авиастроение России» и «Морская авиация России», а также материалы научно-мемориального музея Н. Е. Жуковского. Автор благодарит за помощь в подготовке справочника к изданию сотрудников ОНТИ ЦАГИ В. А. Бакурско– го, Е. М. Батурину, В. В. Беляева, М. А. Голованову, Г. Е. Даныпину, В. Е. Ильина, Г. Е. Калашникову, В. А. Каткова, И. В. Кудишина, Н. Ф. Лиликину, М. В. Муратова, М. В. Никольского, А И. Смолярова и М. В. Чернышеву, а также сотрудников ЦАГИ Н. О. Валуева и Б. Н. Фролищева, участвовавших в экспериментальных исследованиях СВВП, и Ю. В. Засыпки– на из ОКБ им. А. С. Яковлева. Ряд фотографий представлен С. А. Скрынниковым, которому автор выражает благодарность.

Особую признательность автор выражает директору ЦАГИ В. Г. Дмитриеву, руководившему в течение ряда лет разработкой СВВП в ОКБ им. А. С. Яковлева, и директору ГосНИЦ ЦАГИ А. Г. Мунину за поддержку при подготовке справочника и за содействие при его издании.

ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Роллс– Ройс/Шерт SC. 1

Экспериментальный СВВП с комбинированной силовой установкой

Первым построенным за рубежом летательным аппаратом, вертикально взлетающим и садящимся с использованием тяги ТРД, был летающий стенд фирмы «Роллс-Ройс», получивший за свой неуклюжий, явно не авиационный внешний вид ироничное название «Флаинг Бедстед» (Flying Bedsted), что в переводе с английского означает «летающая кровать». Стенд предназначался для изучения характеристик управляемости и устойчивости при вертикальном взлете и посадке с использованием тяги ТРД, а также для измерения тяги ТРД при полетах вблизи земли, получив обозначение TMR (Thrust Measuring Rig).

При разработке летающего стенда, начавшейся в 1953 г., не делалось попыток проектировать для него специальные двигатели. На стенде были использованы два серийных ТРД с центробежными компрессорами Роллс-Ройс «Нин» с тягой по 2 250 кгс. Двигатели были установлены на ферменном каркасе в горизонтальном положении один напротив другого. Сопла двигателей выходили в большой коллектор, где вытекающие из них газы поворачивались на 90° с помощью дефлекторов и вытекали вниз через три сопла.

Летающий стенд TMR «Флаинг Бедстед» фирмы «Роллс-Ройс»

Для стенда TMR впервые была разработана струйная система управления, использующая сжатый воздух от компрессоров двигателей. В передней и задней частях каркаса, а также по бокам укреплены четыре длинные трубы, соединенные с компрессорами двигателей и заканчивающиеся струйными рулями. Кресло летчика расположено в центре стенда над двигателями и снабжено обычными самолетными органами управления (ручка и педали), которые, воздействуя на клапаны системы струйного управления, регулируют перепускание сжатого воздуха из струйных рулей в виде изогнутых поворотных сопл, обеспечивая управление стенда. Для путевого управления струйные рули поворачиваются в горизонтальное положение (в разные стороны) и сила реакции вытекающего из них воздуха обеспечивает поворот аппарата вокруг вертикальной оси. Продольное управление обеспечивается истечением воздуха через одно или другое продольное сопло, повернутое вниз. Поперечное управление обеспечивается с помощью двух сопл на поперечных трубах или дросселированием одного из крайних выхлопных сопл.

Экспериментальный СВВП Шорт SC.1 с комбинированной силовой установкой из подъемных и маршевых ТРД

Топливные баки были расположены под двигателями. Шасси состояло из четырех телескопических стоек большой длины, снабженных самоориентирующимися небольшими колесами без протекторов.

При первых испытаниях стенд взлетал на привязи, допускавшей свободу перемещения в несколько метров; первый свободный полет состоялся 3 августа 1954 г. Во время испытаний стенд достигал высоты 30 м и скорости 25 км/ч; время полетов не превышало 10 минут.

Взлетная масса стенда составляла 3500 кг, а развиваемая двигателями тяга 4000 кг.

В декабре 1956 г. первый стенд разбился после более чем двух лет летных испытаний, летчик-испытатель спасся. К этому времени был построен второй стенд, совершивший первый полет 12 ноября 1956 г. Однако через год, 28 ноября 1957 г., стенд тоже разбился, летчик погиб.

Параллельно с испытаниями летающих стендов TMR фирма «Роллс-Ройс» с 1954 г. по инициативе ее научного руководителя доктора А. Гриффитса начала разработку специальных подъемных двигателей RB.108 с большой удельной тягой 8, а министерство снабжения Великобритании начало разработку программы вертикально взлетающих самолетов с комбинированной силовой установкой из двух типов двигателей: для вертикального взлета и горизонтального полета, обеспечивающих возможность совершать вертикальный взлет и посадку при обычном горизонтальном положении фюзеляжа. Министерством снабжения были разработаны требования ER.143 к экспериментальному СВВП с комбинированной силовой установкой с подъемными ТРД Роллс– Ройс RB.108 и в 1954 г. был заключен контракт с фирмой «Шорт» на постройку двух экспериментальных СВВП с ТРД RB. 108.

В декабре 1956 г. в Англии на аэродроме Белфаст были начаты наземные испытания и рулежки первого экспериментального реактивного вертикально взлетающего самолета Шорт SC.1, снабженного только подъемными двигателями. После их окончания, 2 апреля 1957 г., начались летные испытания, проходившие в три этапа. Во время первого этапа испытаний были оценены летные характеристики СВВП в горизонтальном полете; самолет совершал обычный взлет с разбегом и посадку с пробегом (летчик-испытатель Т. Брук-Смит). На втором этапе испытаний СВВП совершал вертикальный взлет и посадку, а также испыты– вался в полетах на режиме висения на привязи, для чего был построен специальный стенд. Первый вертикальный взлет на привязи был выполнен 26 мая 1958 г., первая вертикальная посадка – 6 октября 1958 г. на бетонированную ВПП, а первый свободный вертикальный взлет (без привязи) 25 октября 1958 г. В ноябре 1958 г. самолет впервые совершил вертикальную посадку на неподготовленную ВПП с травяным покрытием.

Проект вертикально взлетающего истребителя Шорт PD.56 с комбинированной силовой установкой

Летные испытания второго экспериментального СВВП SC.1 тоже только с подъемными ТРД начались 23 мая 1958 г. В 1960 г. на обоих СВВП были установлены маршевые ТРД RB.108 и усовершенствована струйная система управления. После завершения этих работ 6 апреля 1960 г. был произведен вертикальный взлет с переходом к горизонтальному полету и обратно к вертикальной посадке на втором экспериментальном самолете (летчики-испытатели Дж. Грин, А. Роберте и др.).

СВВП Шорт SC.1 демонстрировался на авиационной выставке в Фарнборо в 1960 г., а в 1961 г. – на авиационной выставке в Париже, совершив перелет через Ла-Манш. Оба СВВП SC.1 с 1961 г. использовались для оценки характеристик управляемости и устойчивости с системой автостабилизации по программе, рассчитанной до 1963 г. Однако 2 октября 1963 г. второй экспериментальный СВВП SC.1 потерпел катастрофу в 82-м испытательном полете. Самолет вошел в крен и сваливание из висения на высоте 9 – 15 м за 14 секунд до конца полета. Летчик Дж. Грин не успел катапультироваться и погиб. Самолет упал вверх колесами и разрушился. Катастрофа произошла из-за несовершенства системы автостабилизации (все три гироскопа выдали неправильное положение вертикали, по которому автостабилизатор направил самолет к земле).

Самолет был восстановлен и в июне 1966 г. были возобновлены его летные испытания на переходных режимах, после которых он в 1967 г. вместе с первым экспериментальным СВВП SC. 1 был передан на базу ВВС в Бедфорде, где они использовались до 1964 г. для исследования взлетно-посадочных характеристик СВВП и оценки устойчивости и управляемости.

Результаты летных испытаний экспериментального самолета Шорт SC.1 были использованы фирмой «Шорт» для разработки сверхзвукового вертикально взлетающего истребителя Шорт PD.56 с треугольным крылом и комбинированной силовой установкой, а также для исследований сверхзвукового пассажирского самолета по проекту А. Гриффитса с треугольным крылом и комбинированной силовой установкой из 24 подъемных ТРД в фюзеляже и 6 маршевых ТРД в гондолах.

Схема СВВП Шорт SC.1

Однако эти же испытания показали, что комбинированная силовая установка отличается большой конструктивной сложностью, имеет большой объем и массу и требует усовершенствованной системы стабилизации; кроме того, использование подъемных ТРД с большой скоростью и температурой вытекающих газов требует защиты ВПП и значительно усложняет эксплуатацию таких СВВП. Поэтому в более поздних проектах СВВП предлагалось использовать подъемные ТРДД с большой степенью двухкон– турности, отличающиеся меньшей скоростью и температурой вытекающих газов и разрабатывавшиеся фирмой «Роллс-Ройс».

Конструкция

Самолет выполнен по схеме моноплана с треугольным крылом,комбинированной силовой установкой из одного маршевого и четырех подъемных ТРД и трехопорным шасси.

Фюзеляж цельнометаллический, полумонококовой конструкции, имеет небольшое удлинение. В носовой части размещается кабина летчика с большим фонарем. В кабине было установлено катапультное кресло Мар– тин-Бейкер, позволяющее производить катапультирование летчика при малых высотах и скоростях полета.

Крыло треугольное сре– днерасположенное, двух– лонжеронной конструкции, угол стреловидности по передней кромке 54°, хорда крыла в корневой части 5,18 м, на концах 0,3 м, удлинение крыла 2,61, профиль NACA 0010. На крыле имеются элероны и элевоны с триммерами.

Шасси неубирающееся, трехопорное, с носовой опорой. Главные опоры могут отклоняться с помощью гидравлической системы вперед и назад на 15° для лучшей центровки при вертикальной посадке. На каждой опоре установлены самоориентирующиеся сдвоенные колеса, на передней опоре размером 460x110 мм и давлением 7 кг/см2 на главных опорах размером 380x110 мм и давлением 5,6 кгс/см2

Силовая установка комбинированная, состоит из пяти ТРД Роллс-Ройс RB.108.

Четыре подъемных двигателя RB.108 установлены рядом, создавая вертикальную тягу. Благодаря такому расположению двигателей при выходе из строя одного из них не должен возникать большой дестабилизирующий момент. Маршевый двигатель RB.108 установлен в наклонном положении в хвостовой части фюзеляжа и создает необходимую для полета горизонтальную тягу. Воздухозаборники подъемных двигателей имеют спереди поднимающиеся створки, защищенные сеткой. Для маршевого двигателя используется щелевой воздухозаборник в основании киля.

Система управления. Для управления при вертикальном взлете и посадке, а также при малых скоростях полета, когда аэродинамические рули неэффективны, на самолете используется дополнительная струйная система управления. На концах крыльев, а также на носу и хвосте фюзеляжа установлены струйные рули в виде реактивных сопл, к которым подводится сжатый воздух, отбираемый от компрессоров всех пяти ТРД, с помощью системы кольцевания. При взлете и посадке до 10% воздуха отбирается от компрессоров ТРД и направляется через систему клапанов к реактивным соплам. Управление клапанами связано с ручкой управления и педалями в кабине летчика.

После вертикального взлета самолет с помощью автоматической системы управления переходит к горизонтальному полету с постепенным увеличением горизонтальной тяги и скорости полета, при этом крыло создает все большую подъемную силу; в это же время благодаря действию автоматической системы управления вертикальная тяга уменьшается гак, чтобы сохранилась неизменной полная составляющая подъемной силы крыла и вертикальной тяги.

Системы: гидравлическая система с давлением 175 кгс/см2 для привода систем управления и автостабилизации и тормозов. Пневматическая система с давлением 210 кгс/см2 обеспечивает управление наклоном подъемных двигателей. Электрическая система питается от электрогенераторов на двигателях и аккумуляторных батарей.

Оборудование стандартное, дополнительно установлено измерительное оборудование для летных испытаний.