Текст книги "Американские самолеты вертикального взлета"

Автор книги: Евгений Ружицкий

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 9 страниц)

Белл Х-22А

Экспериментальный СВВП с поворотными винтами в кольцевых каналах

Экспериментальный вертикально взлетающий самолет Х-22А разрабатывался фирмой «Белл Аэросистемз» по объединенной программе ВВС, армии и флота США. Самолет предназначался для исследования аэродинамических и механических проблем, связанных с проектированием, постройкой и проведением испытаний вертикально взлетающего самолета с расположенными тандемом крыльями и винтами в кольцевых каналах. Предполагалось использовать самолет в военном и гражданском вариантах: во флоте самолет мог найти применение в качестве десантно-транспортного, противолодочного, поискового и самолета связи, базирующегося на авианосцах; в ВВС и армии – в качестве военно-транспортного для снабжения стартовых площадок ракет и боевого самолета непосредственной поддержки. В гражданском варианте самолет мог использоваться /удя перевозки пассажиров из города в аэропорты.

Летные испытания СВВП Х-22А на переходных режимах

Фирма «Белл Аэросистемз» начала заниматься исследованиями вертикально взлетающих самолетов с винтами в кольцевых каналах с 1953 г., разработав ряд проектов таких СВВП. В ноябре 1962 г. флотом США был заключен контракт на сумму 32 млн. долларов на проектирование, постройку и проведение летных испытаний двух экспериментальных СВВП Х-22А (фирменное обозначение D2127). Руководство программой разработки осуществлялось флотом США.

В процессе разработки было изготовлено восемь моделей для испытаний в аэродинамической трубе, в том числе модель самолета в 1/5 натуральной величины с несущей системой. Было разработано аналоговое устройство с шестью степенями свободы для моделирования условий полета на горизонтальном и вертикальном режимах, предназначенное для исследования характеристик управляемости и отработки техники пилотирования. Были проведены также испытания на флаттер модели в 1/7 натуральной величины, показывающие отсутствие вибрации при скорости, превышающей на 25% предельную скорость пикирования. Испытания на бафтинг показали, что вибрация не наступает при скорости полета до 340 км/ч. В испытаниях воздушного винта в кольцевом канале определялись условия возможного срыва потока. Были проведены также акустические испытания винтов в кольцевых каналах.

Постройка первого экспериментального СВВП под руководством вице-президента фирмы Н. Виллкокса была завершена 25 мая 1965 г. Первый полет состоялся 17 марта 1966 г., самолет начал проходить летные испытания, по 8 августа он разрушился при аварийной посадке из-за отказа гидравлической системы. Постройка второго самолета была завершена в конце 1966 г., а 26 января 1967 г. он совершил первый полет.

В соответствии с контрактом фирма «Белл Аэросистемз» должна была провести летные испытания двух экспериментальных СВВП в объеме 225 ч. Летные испытания начались с полетов на режиме висения, после чего исследовались характеристики на вертикальных и переходных режимах, затем были проведены испытания при взлете и посадке с малой длиной разбега и пробега при повороте каналов с винтами на угол 30 – 35°. Испытания с системой изменения устойчивости проводились на втором СВВП, сперва с разомкнутой системой, в которых сигналы от системы изменения устойчивости не подавались в систему управления самолета, а затем с замкнутой системой управления.

К 1968 г. второй СВВП Х-22А совершил 100 полетов, выполнив 240 вертикальных взлетов и посадок и 54 полных перехода, В испытаниях достигалась скорость 370 км/ч и был выполнен рекордный полет на режиме висения на высоте 2440 м. В 1980 г. общий налет составил более 200 ч. Летные испытания продолжались до 1984 г.

Макет многоцелевого СВВП Белл D.190B

Фирмой «Белл» был разработан ряд вариантов самолета Х-22А: учебно-тренировочный для обучения летчиков вертикально взлетающих самолетов; тактический истребитель, на котором может быть установлено вооружение весом до 1700 кг; противолодочный, который сможет взлетать с палубы авианосца в перегрузочном варианте с помощью катапульты и будет иметь радиус действия 280 км, включая полет на режиме висения в течение 30 мин; десантно-транспортный, который мог бы использоваться для снабжения судов.

Были проведены проектные исследования транспортного СВВП Белл Р-2022, имеющего большие размеры фюзеляжа и снабженного более мощными ГТД. Самолет должен был соответствовать ТТТ SOR.210 и иметь взлетную массу 13 т, максимальную скорость 600 км/ч и дальность 925 км. Он был рассчитан на транспортировку 30 десантников. Был также разработан проект гражданского СВВП, рассчитанного на перевозку 50– 100 пассажиров на короткие расстояния.

Фирмой «Белл» был разработан также ряд проектов легких многоцелевых СВВП с двумя винтами в кольцевых каналах на концах кры да для ВВС, один из которых Белл D.190 был построен в виде макета, но не получил развития.

Конструкция

СВВП Х-22А выполнен по схеме моноплана с расположенными тандемом крыльями, поворотными винтами в кольцевых каналах на концах крыльев, четырьмя ГТД и трехопорным шасси.

Конструкция цельнометаллическая, из высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов и стали. Требованиями вооруженных сил предусматривалось, что самолет сможет иметь общий налет 1000 часов и совершить 5000 посадок.

Фюзеляж типа «полумонокок» прямоугольного сечения. В носовой части размещается двухместная кабина летчиков с расположенными рядом сиденьями. Катапультные кресла Дуглас «Эскапак» с ракетными ускорителями обеспечивают возможность катапультирования при нулевой скорости и высоте полета.

Кабина оборудована двойным управлением. Сиденье первого летчика расположено слева, сиденье второго летчика – справа; па приборной доске перед летчиками установлены пилотажно-навигационные приборы, приборы контроля работы двигателей установлены на центральной консоли.

На центральной консоли расположена панель запуска двигателей, связное и навигационное оборудование; на левой консоли – панель управления связной аппаратурой и самопишущие приборы. На правой консоли сгруппированы потенциометры для регулирования системы переменной устойчивости.

Доступ в кабину обеспечивается с помощью откидывающихся панелей фонаря с левой и правой стороны кабины. Остекление кабины большой площади обеспечивает всесторонний обзор. В грузовой кабине самолета может быть размещено 6 пассажиров или 540 кг груза. Имеются боковая дверь и задний грузовой люк, снабженный погрузочной рампой+

Схема СВВП Х-22А

Крылья прямые, переднее крыло среднерасположенное, заднее – высокорасположенное с хордой 2,31 м и профилем NACA 2419. На заднем крыле в гондолах установлены ГТД; винты в поворотных кольцевых каналах установлены на обоих крыльях, на выходе из каналов имеются рулевые поверхности.

Вертикальное оперение однокилевое, без руля направления, роль горизонтального оперения выполняет заднее крыло.

Силовая установка самолета состоит из четырех ГТД Дженерал Электрик T58-GE-8B с задним выводом вала, установленных попарно в гондолах в корневой части заднего крыла. Топливо содержится в одном топливном баке емкостью 1980 л, расположенном в цельнометаллической части фюзеляжа.

Трансмиссия. ГТД через систему валов и редукторов приводят во вращение винты в кольцевых кан amp;ах. Каждый винт имеет Т-образный редуктор, понижающий скорость вращения винтов до 2590 об./мин при взлете.

Винты диаметром 2,13 м трехлопастные, лопасти трапециевидной формы в плане, стеклопластиковые, со стальными лонжеронами, установлены в поворотных кольцевых каналах на крыльях. Диапазон изменения углов установки лопастей 55°.

Для обеспечения вертикального взлета и посадки кольцевые каналы с винтами могут поворачиваться на 95°. В горизонтальном полете передние каналы имеют угол установки + 2°, задние каналы -3°. Скорость поворотов каналов 5 °/с, время поворота каналов из вертикального положения в горизонтальное 18 с. Поворот кольцевых каналов осуществляется с помощью гидромеханических приводов.

Шасси убирающееся, трехопорное, с носовой опорой со сдвоенными колесами, главные опоры имеют по одному колесу. При уборке передняя опора шасси убирается назад, главные опоры – вбок. База шасси 4,88 м, колея 2,44 м.

Управление самолетом обеспечивается общим и дифференциальным изменением шага винтов и отклонением рулевых поверхностей в потоке от винтов.

На режиме висения продольное управление осуществляется путем изменения шага передних и задних винтов, поперечное управление – изменением шага левой и правой групп винтов, путевое управление – отклонением рулевых поверхностей, установленных на выходе из каналов в потоке от винтов.

В горизонтальном полете путевое управление обеспечивается дифференциальным изменением тяги винтов, поперечное и продольное – рулевыми поверхностями. Максимально допустимое ускорение по тангажу и крену 3 рад/с, по рысканью – 0,65 рад/с.

Управление шагом винтов и рулями обеспечивается с помощью дублированной гидравлической системы с давлением гидросмеси 210 кгс/см2. Управление поворотом кольцевых каналов осуществляется с помощью переключателей, установленных на ручке управления. На центральной консоли установлена аварийная система поворота каналов.

На переходных режимах полета для предотвращения взаимовлияния сигналов управления используется механическое смесительное устройство с изменяемым передаточным отношением.

Оборудование. Вертолет снабжен дублированной системой повышения устойчивости с электрогидравлическим триммером. Система повышения устойчивости разработана фирмой «Белл» и используется на режиме висения и переходных режимах, обеспечивая демпфирование но трем осям. В горизонтальном полете система повышения устойчивости выключается.

Система VSS (Variable Stability System) предназначена для исследования характеристик управляемости и динамических характеристик самолета Х-22А, а также вертикально взлетающих самолетов других типов. Система VSS имеет 80 каналов, из которых 55 могут использоваться одновременно, и включена в цепь управления первого летчика. Органы управления второго летчика остаются соединенными с рулевыми поверхностями самолета. При включении системы VSS система повышения устойчивости отключается.

Силовая установка и трансмиссия СВВП Х-22А

Система изменения устойчивости VSS позволяет изменять основные параметры системы управления, включая мощность управления, чувствительность управления, усилия на ручках управления, усилия для преодоления трения в проводе управления и передаточное отношение в системе управления. В соответствии с ТТТ система должна обеспечивать изменение различных видов колебаний самолета, переменное демпфирование угловых перемещений, переменное демпфирование по высоте, переменную стабилизацию положения самолета и различные способы изменения вертикальных сил при соответствующем изменении таких параметров, как скорость, что позволяет моделировать характеристики различных типов вертикально взлетающих самолетов.

На ручке управления обоих летчиков имеются кнопки для включения системы VSS. После выключения системы самолет немедленно возвращается в первоначальные условия устойчивости и управляемости. Регулирование системы производится с помощью потенциометров, сгруппированных на правой консоли.

Пилотажно-навигационные приборы включают указатель воздушной скорости, радиовысотомер, гировертикаль, указатель высоты полета. Новым в группе пилотажно-навигационных

Характеристики СВВП Х-22А

Размеры:

размах переднего крыла с каналами 7 м

размах заднего крыла с каналами 11,9м

длина 12,06 м

высота 6,3 м

площадь переднего крыла 12,9 м2

площадь заднего крыла 26,57 м2 Двигатели 4 ГТД Дженерал Электрик T-58-GE-8B

взлетная мощность 4х 1250 л.с. Массы и нагрузки: максимальная взлетная

при вертикальном взлете 7980 кг

нормальная взлетная

при вертикальном взлете

со всеми работающими двигателями 6800 кг

взлетная при вертикальном взлете

с тремя работающими двигателями 6620 кг

пустого самолета 4760 кг платная нагрузка

при вертикальном взлете 540 – 680 кг

платная нагрузка

при взлете с разбегом 180 м 1380 кг

запас топлива 1760 л

Летные данные (расчетные):

максимальная скорость 603 км/ч

крейсерская скорость 523 км/ч

статический потолок 1830 м

Указатель угла поворота кольцевых каналов, установленный рядом с указателем воздушной скорости.

Белл ATV

Экспериментальный СВВП с поворачивающимися ТРД

Одним из способов сохранения горизонтального положения фюзеляжа для реактивного самолета на всех режимах полета является применение поворачивающихся реактивных двигателей, которые при взлете и посадке устанавливаются в вертикальное положение, создавая вертикальную тягу, а при переходе к горизонтальному полету – в горизонтальное положение. Для таких самолетов весьма сложной является проблема управления и устойчивости на различных режимах полета. Крыло у такого самолета должно сохранять обычное положение, и поворачиваться могут лишь двигатели, так как в случае поворота крыла при режиме перехода неизбежен срыв. Рациональность такой схемы для скоростного самолета представлялась спорной, тем не менее в США фирмой «Белл Аэросистемз» проводились исследования экспериментального СВВП с поворачивающимися ТРД, получившего обозначение ATV (Air Test Vehicle).

Указывалось, что СВВП построен главным образом для изучения управляемости и устойчивости при взлете с использованием тяги ТРД, поэтому достижение большой скорости не становилось основной задачей. СВВП Белл ATV успешно прошел летные испытания сперва на привязи с 1953 г., первый вертикальный взлет и посадка были произведены 16 ноября 1954 г.г позже совершились переходы к горизонтальному полету. Результаты испытаний СВВП ATV были использованы при разработке проекта СВВП Белл D-188A,

Конструкция

СВВП Белл ATV представляет собой моноплан с высокорасположенным крылом, с двумя ТРД и лыжными шасси, он имеет простую конструкцию, в которой использованы фюзеляж и центроплан крыла от планера, а полозковое шасси от вертолета. К стойкам шасси под фюзеляжем прикреплена защитная перегородка, предохраняющая нижнюю часть фюзеляжа от действия горячих газов ТРД при работе их в вертикальном положении над землей. Открытая кабина летчика размещена в носовой части фюзеляжа.

Экспериментальный СВВП Белл ATV и его схема

Силовая установка. По бокам фюзеляжа под крылом на оси, проходящей через центр тяжести, шарнирно установлены два ТРД Фэрчайлд J-44. Для вертикального взлета и посадки ТРД поворачиваются в вертикальное положение, а при переходе к горизонтальному полету двигатели устанавливаются в горизонтальное положение. На двигателях J-44 модифицированы топливная и масляная системы для работы в вертикальном и горизонтальном положении. Проводка управления двигателями проходит внутри оси, на которой они установлены. Топливо подается к двигателям но гибким шлангам.

Система управления. При вертикальном взлете и посадке, а также при висения и полете с малыми скоростями самолет управляется с помощью системы струйных рулей, использующей сжатый воздух, подаваемый к реактивным соплам, расположенным на концах крыла и на хвосте, установленного сверху фюзеляжа ТРД Турбомека-Континентал «Палуст», используемого как компрессор.

При полете с горизонтальной скоростью самолет управляется с помощью рулей направления и высоты и элеронов. Это управление жестко связано с управлением реактивными соплами.

Для поперечного управления на вертикальных режимах используются два реактивных сопла на концах крыла, которые имеют щелевые отверстия по длине и могут поворачиваться, так как связаны коленчатыми рычагами и жесткими тягами с элеронами. Когда элероны стоят в нейтральном положении, то сопла, поворачиваясь, устанавливаются так, что их отверстия обращены назад: при отклонении элеронов сопла поворачиваются в разные стороны.

Для путевого и продольного управления на самолете установлен хвостовой узел с двумя реактивными соплами, к которым подается воздух по каналу, проходящему сверху фюзеляжа. Для продольного управления используется сопло, расположенное в горизонтальной плоскости. С помощью жесткой тяги, соединенной одним концом с рулем высоты и другим с рычагом на насадке, сопло может поворачиваться. Для путевого управления используется сопло, установленное в вертикальном положении и связанное с рулем направления; при повороте руля сопло поворачивается.

Характеристики СВВП Белл ATV

Размеры:

размах крыла 7,93 м

длина самолета 6,4 м

площадь крыла 12 м2

Двигатели 2 ТРД Фэрчайлд J-44

статическая тяга 2x450 кгс

Массы и нагрузки:

взлетная масса 90 кг

нагрузка на крыло 75 кг/м

Летные данные:

максимальная расчетная скорость 240 км/ч

Макет истребителя Белл D-188A

Белл D-188A

Проект вертикально взлетающего истребителя-бомбардировщика

Проект сверхзвукового вертикально взлетающего истребителя-бомбардировщика D-188A разрабатывался фирмой «Белл Аэросистемз» по заказу ВВС и флота США с 1955 г. В 1959 г. работы над проектом истребителя-бомбардировщика Белл D-188A были доведены до стадии постройки макета, однако в дальнейшем они были приостановлены в связи с прекращением их финансирования. Общая сумма расходов ВВС и флота США, а также фирмы «Белл» на научно-исследовательскую работу, связанную с проектированием самолета, составила 17 млн. долл., а общий объем НИОКР но проекту D-188A превысил 500 000 ч работы инженерно-технического персонала.

По расчетам фирмы «Белл», истребитель-бомбардировщик D-188A c силовой установкой из восьми ТРД Дженерал Электрик J85-5 с суммарной взлетной тягой 11 600 кг должен был обладать следующими характеристиками:

– совершать вертикальный взлет и набор высоты со скороподъемностью 30 м/с;

– совершать полет с крейсерской скоростью, соответствующей числу

М = 0,9, на высоте около 10 700 м на дальность 1100 км;

– разгоняться на высоте 10 700 м от скорости, соответствующей числу М = 1, до скорости, соответствующей числу М = 2, менее чем за две минуты;

– иметь перегоночную дальность 3700 км при скорости, соответствующей числу М = 0›9;

– при перехвате пролетать 630 км со скоростью, соответствующей числу М = 2, и возвращаться на базу с высоты 18 000 м с оптимальной крейсерской скоростью;

– при взлете с разбегом пролетать с крейсерской скоростью расстояние 1050 км, а затем 250 км со скоростью, соответствующей числу М=2, с последующим бомбометанием с больших высот.

Разрабатывавшийся истребитель-бомбардировщик Белл D-188A имел комбинированную силовую установку из восьми ТРД. фюзеляж был выполнен по правилу площадей и отличался большим удлинением. Крыло высокорасположенное, прямое, тонкое, с малым удлинением, Л, = 2,42, снабжено элеронами и не имело закрылок.

Силовая установка состояла из восьми ТРД Дженерал Электрик vI85-GE-5; два подъемно-маршевых двигателя расположены в хвостовой части фюзеляжа, четыре – в поворачивающихся гондолах на концах крыла, и два подъемных двигателя установлены вертикально в носовой части фюзеляжа непосредственно за кабиной летчика. Все шесть подъемно-маршевых двигателей снабжены форсажными камерами и развивают суммарную тягу 10 970 кгс, подъемные ТРД развивают тягу 2360 кгс.

Гондолы на концах крыльев поворачиваются на 100° от горизонтального положения до вертикального, и установленные в них двигатели создают горизонтальную и вертикальную тягу и обеспечивают торможение. На режиме вертикального взлета, когда гондолы находятся в вертикальном положении, обтекатели воздухозаборников смещаются вверх на 0Г25 м, увеличивая площадь воздухозаборников.

Управление самолетом на режимах вертикального взлета и посадки и перехода обеспечивается струйной системой управления с помощью сжатого воздуха, отбираемого от компрессоров, установленных в фюзеляже двигателей. Воздух подается к четырем соплам на концах фюзеляжа и крыльев и затем вытекает через них, обеспечивая управление. Управление по тангажу может осуществляться также изменением тяги передних и задних пар двигателей в фюзеляже.

В кабине установлены обычные органы управления. На центральной панели расположены приборы управления огнем и навигационные приборы, а также экран радиолокатора. Предусмотрена установка прибора, показывающего расположение центра тяжести самолета, к которому подключены датчики ТРД, создающие вертикальную тягу.

Схема силовой установки СВВП Белл D-188A и дефлекторов для отклонения струи газов

Для вертикального взлета гондолы на концах крыла должны устанавливаться в вертикальное положение, а у размещенных в них четырех двигателях включаются форсажные камеры. Затем запускаются подъемные ТРД в передней части фюзеляжа, а двигатели в хвостовой части фюзеляжа, имеющие дефлекторы для отклонения выхлопной струи, переводятся на режим форсажа для вертикального взлета. Самолет должен отрываться от земли, когда все двигатели развивают общую тягу 12 840 кгс. При этом тяговооружеп-ность самолета составляет 1,14, а вертикальная скороподъемность 0,9– 1,5 м/с.

Предусматривалась система аварийного выключения двигателей, связывающая попарно противоположно расположенные двигатели. Если во время вертикального полета тяга одного из двигателей уменьшится до величины ниже установленной, эта система должна выключить не только вышедший из строя двигатель, но и противоположный двигатель.

При использовании взлета с разбегом дальность и платная нагрузка СВВП D-188A могут быть значительно увеличены. При разбеге гондолы занимают горизонтальное положение, а дефлекторы полностью открываются для обеспечения максимального ускорения. Непосредственно перед отрывом от земли гондолы на концах крыла должны отклоняться, а дефлекторы поворачиваться, обеспечивая отклонение струи газов вниз. При этом вертикальная составляющая тяги складывается с аэродинамической подъемной силой, обеспечивая взлет с укороченным разбегом.

Проблемы разрушения взлетно-посадочной площадки также исследовались фирмой «Белл»: определялись температуры и распределение давлений, создаваемых направленной вниз струей газов двигателей и эрозия стартовых площадок вследствие воздействия струи газов. Было проведено более 1700 стендовых испытаний, которые показали, что обычные бетонные плиты могут длительное время выдерживать температуру 1650°С. создаваемую работающими ТРД J85-5 с форсажными камерами. Было также установлено, что обычные грунтовые поверхности после обработки смолами могут служить стартовыми площадками, а если использовать алюминиевые плиты, защищающие поверхность от непосредственного воздействия газов, то разрушения почвы не возникает даже после нескольких сот взлетов.

Вооружение самолета предполагалось размещать на внешней подвеске: две УР «Мартин» «Булпап» класса «воздух-земля» и три УР «Сайдуиндер» класса «воздух-воздух».

Проект СВВП Белл D-188A не получил дальнейшего развития, но результаты проведенных фирмой «Белл» исследований были . использованы при разработке проектов боевых СВВП в США и Германии (СВВП VJ-101C).