Текст книги "Американские самолеты вертикального взлета"

Автор книги: Евгений Ружицкий

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 9 страниц)

Райан Х-13 «Вертиджет»

Экспериментальный реактивный СВВП

К развитию реактивных самолетов, совершающих полет и посадку при вертикальном положении фюзеляжа, в первое время проявлялся очень большой интерес, так как предполагалось, что такая схема может оказаться рациональной для скоростных боевых самолетов. Вертикальное положение фюзеляжа при взлете и посадке должен был иметь разрабатываемый фирмой «Райан» для ВВС США вертикально взлетающий истребитель, который в отличие от палубных истребителей с ТВД, разрабатывавшихся для флота, должен был иметь в качестве силовой установки ТРД. Работы над проектом этого истребителя, получившего обозначение XF-109, начали вестись в 1950 г. и также в обстановке строжайшей секретности, как и по палубным истребителям с ТВД. Однако вскоре было установлено, что при существующем тогда уровне развития ТРД было невозможно, используя их, создать боевой вертикально взлетающий самолет из-за очень большой относительной массы силовой установки с системой управления и соответственно всей конструкции самолета. Поэтому разработка вертикально взлетающего истребителя с ТРД была сочтена преждевременной и было принято решение ограничиться разработкой чисто экспериментального самолета, получившего обозначение Х-13.

В процессе разработки реактивных СВВП, которой фирма «Райан» начала заниматься в 1947 г., перед ней встала необходимость исследовать характеристики ТРД при работе в вертикальном положении и характеристики устойчивости и управляемости самолета с ТРД на режиме висения. Для этого фирмой в 1950 г. был построен беспилотный летательный стенд, снабженный ТРД, установленным на нем в вертикальном положении, и системой управления с помощью газовых и струйных рулей, испопивавшийся на привязи.

Экспериментальныи самолет Райан Х-13 «Вертиджет» на взлетно-посадочной тележке с поднимающейся рампой

Позже в 1953 г.( был построен и пилотируемый стенд, имеющий такую же компоновку, как и экспериментальный самолет Х-13, и испытывавшийся в свободном полете на режиме висения. Практика создания подобных летательных стендов нашла в дальнейшем самое широкое применение для исследований характеристик силовой установки и системы управления в полете на режиме висения разрабатываемых СВВП.

Первоначально на самолетах предполагалось установить американский ТРД Вестингауз J-40 с тягой 3400 кгс и удельной тягой 2,5 кгс. Однако удельная тяга этого двигателя была сочтена недостаточной для СВВП, для которого выбор двигателя является решающим критерием. Поэтому был выбран для установки на СВВП английский ТРД Роллс-Ройс «Эвон» R.A.28 с тягой 4540 кгс и удельной тягой 3,45. Фирмой «Райан» было закуплено несколько двигателей R.A.28, у которых были модифицированы топливная система и система смазки и несколько увеличена тяга. В дальнейшем предполагалось использовать американский двигатель Райт J-69 с большей удельной тягой. Фирма «Райан» получила также контракт на испытания ТРД Роллс-Ройс «Эвон» в вертикальном и горизонтальном положении и построила специальный стенд для испытания двигателей.

Проект истребителя, вертикально взлетающего с поворотной рампы авианосца

Первый СВВП Х-13 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 совершил в начале 1956 г., а первый полет с переходом от вертикального взлета к горизонтальному полету и зачем к вертикальной посадке в ноябре 1956 г. (летчик-испытатель Пит Джирард).

В 1956 г. фирмой «Райан» был построен второй экспериментальный СВВП Х-13 с обычным трехопорным шасси, который совершал взлет с разбегом, переходил к полету на режиме висения, а затем совершал посадку с пробегом. В процессе испытаний СВВП Х-13 фирма «Райан» 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 СВВП системы автоматической стабилизации. Другой проблемой стал срыв потока на треугольном крыле при углах атаки более 30° на переходных режимах, вызывавший неустойчивость движения СВВП.

Оба СВВП успешно проходили летные испытания, которые завершились без каких-либо летных происшествий в 1958 г., когда разработка СВВП Х-13 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.

Конструкция;

Самолет Х-13 выполнен но бесхвостовой схеме с треугольным крылом и одним ТРД 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.

Посадка самолета Х-13 на взлетно-посадочную тележку с поднятой рампой

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.

Шасси. Особенностью конструкции самолета 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 самолето па 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 двига-теля 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 наxoдится оператор, подающий руками сигналы летчику.

По мнению фирмы «Райан», 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 СВВП к районам боевых действий и для технического обслуживания. В рекламных целях тележка с рампой и установленным на ней СВВП Х-13 была отбуксирована непосредственно к зданию Пентагона в Вашингтоне, где были продемонстрированы взлет с тележки, переход к горизонтальному полету, а затем вертикальная посадка на тележку.

Силовая установка состоит из одного ТРД Роллс-ройс «Эвон» 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.

Управление. 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 ТРД.

Характеристики СВВП Х-13

Размеры:

размах крыла 6,4 м

длина самолета 7,32 м

высота самолета 4,57 м

Двигатель 1 ТРД Роллс-Ройс

«Эвон»И.Л.28

взлетная тяга 4540 кгс

Массы и нагрузки:

взлетная 3630 кг

РайанДженерал Электрик XV– 5 А «Вертифэн»

Экспериментальный СВВП с турбовентиляторной силовой установкой

Наиболее многообещающим способом увеличения тяги ТРД является использование второго контура с вентилятором большого диаметра, обеспечивающего также уменьшение расхода топлива и снижение скорости и температуры газов. Поэтому двухконтурные ТРД получили широкое применение в СВВП. Их развитием стала турбовентиляторная силовая установка с вынесенными вен-тиляторами, располагаемыми в крыле или фюзеляже и используемыми для создания вертикальной тяги.

Исследования СВВП с турбовентиляторной силовой установкой были начаты фирмами «Райан» и «Дженерал Электрик» в 1959 г. сперва по предварительному контракту с армией США, а в 1961 г. был заключен контракт с управлением транспортных средств армии США стоимостью 10,5 млн. долл. на постройку двух экспериментальных самолетов XV-5A, получивших сперва обозначение VZ-11 (фирменное обозначение Райан 143). Фирма «Райан» должна была осуществить разработку и постройку планера и проведение летных испытаний, а фирма «Дженерал Электрик» – разработку и постройку турбовентиляторной силовой установки. Постройка самолетов была завершена в 1963 г., они предназначались для оценочных испытаний турбовентиляторной силовой установки. Предусматривалась разработка варианта самолета для разведки и связи ASP.613,

25 мая 1964 г. на базе ВВС им. Эдвардса состоялся первый полет первого экспериментального самолета, а 4 ноября 1964 г. самолет совершил первый переход от вертикального взлета к горизонтальному полету. Первая фаза испытаний предусматривала проведение 100 полетов с общим налетом более 42 ч, была достигнута скорость 725 км/ч. В проведении первой фазы летных испытаний участвовала фирма «Рипаблик».

СВВП XV-5A «Вертифэн» на стоянке

Вторая фаза летных испытаний двух самолетов, начавшаяся 28 января 1965 г., проводилась под руководством армии США и предусматривала испытания в течение шести месяцев с участием летчиков армии, ВВС и флота США, а также FAA и NASA. Однако 27 апреля 1965 г. во время демонстрационного полета первый экспериментальный самолет потерпел катастрофу. При торможении на скорости 260 км/ч на высоте 240 м для перехода на вертикальный режим произошло сваливание в пикирование под углом 30 – 40°. Летчик катапультировался на малой высоте, но парашют не раскрылся, и летчик погиб (катапультное кресло Вебер WZ-2). Самолет был полностью разрушен. Катастрофа была вызвана механическими неполадками, не связанными с аэродинамикой и конструкцией самолета. До катастрофы оба СВВП налетали 63 часа, в том числе 16 часов на вертикальном режиме, и выполнили 100 переходов (в 165 полетах).

Летные испытания второго СВВП XV-5A были продолжены до 5 октября 1966 г., когда с ним при имитации спасательной операции произошла катастрофа из-за попадания троса спасательной лебедки в вентилятор. При развороте на малой высоте самолет снизился, ударился о землю колесами, летчик катапультировался, по парашют не раскрылся, и летчик погиб. До второй катастрофы самолеты совершили 238 полетов, налетав 138 часов, в полетах принимали участие 15 летчиков.

По контракту с NASA стоимостью 1 млн. долл. второй СВВП XV-5A был восстановлен и модифицирован в июне 1968 г., получив обозначение XV-5B, и начал проходить рулежные испытания, а 15 июля 1968 г. совершил первый полет. Затем СВВП был передан в NASA, где успешно проходил испытания до мая" 1977 г На базе самолета XV-5A был разработан проект разведывательного и связного самолета ASP.613 с такой же турбовентиляторной установкой, а затем проект двухместного самолета Модель 182, у которого третий вентилятор был перенесен в хвостовую часть фюзеляжа. Были разработаны проекты сверхзвукового истребителя-бомбардировщика ASP.610 со стреловидным крылом и турбовентиляторами в фюзеляже, а затем с выдвижными турбовентиляторами совместно с Германией. Турбовентиляторную силовую установку предлагалось использовать также в ряде проектов транспортных СВВП, где они располагались в крыле или в гондолах, или в обтекателях по бокам фюзеляжа.

Конструкция

Самолет представляет собой цельнометаллический моноплан со среднерасположенным крылом, турбовентиляторной силовой установкой и трехопорным шасси.

Фюзеляж полумонококовой конструкции. В носовой части фюзеляжа расположен передний вентилятор для продольного управления. Кабина экипажа двухместная с расположенными рядом катапультными сиденьями. В кабине помимо ручки управления и рулевых педалей обычного типа имеется рычаг управления вентиляторами, аналогичный рычагу общего шага на вертолетах.

Экспериментальный СВВП XV-5В

Крыло малого удлинения (Х = 3,42), трапециевидной формы в плане, корневая хорда 3,65 м, концевая – 1,09 м, профиль модифицированный NASA 0012-64А. В крыле расположены вентиляторы для создания подъемной силы, определяющие форму и размеры крыла. Конструкция крыла двухлонжеронная с усилением в месте расположения кольцевых каналов. Крыло снабжено закрылками и элеронами. При открытых створках вентиляторов подъемная сила крыла уменьшается на 25%.

Оперение однокилевое, Т-образное, с управляемым стабилизатором, расположенным сверху киля. Размах стабилизатора 4,02 м, площадь 4,9 м2.

Шасси убирающееся трехопорное с носовой опорой, все опоры убираются в фюзеляж, база шасси 3,57 м, колея шасси 2,55 м.

Силовая установка тур бовентиляторная, состоит из двух ТРД Дженерал Электрик J 85, установленных сверху фюзеляжа, двух вентиляторов диаметром 1,59 м, расположенных в крыле, и вентилятора меньшего диаметра, расположенного в носовой части фюзеляжа. Двигатели J 85 имеют общий воздухоза борник, размещенный сверху фюзеляжа на некотором расстоянии от кабины, чтобы не мешать катапультированию экипажа. За турбинами двигателей установлены перепускные заслонки, которые на вертикальных режимах полета направляют газы ТРД в систему каналов, ведущих к вентиляторам. Система каналов обеспечивает подвод газов от каждого ТРД ко всем вентиляторам. При выходе из строя одного двигателя вентиляторы созда ют 60% их расчетной тяги, что позволяет производить безопасную вертикальную посадку самолета.

Проект сверхзвукового СВВП истребителя с выдвижными подъемными вентиляторами в фюзеляже

Температура поступающих в улитки вентиляторов газов 535 -595°С. Поток газов направляется на лопатки турбин, приводящих во вращение вентиляторы. Максимальная скорость вращения вентилятора 3640 об/мин. После прохождения через турбины и смешивания с протекающим через вентилятор воздухом температура газов понижается до 92 -93°С. На горизонтальных режимах полета газы ТРД вытекают через реактивные сопла. На концах сопел установлены реверсирующие щитки, позволяющие при малой поступательной скорости полета использовать полную тягу двигателей для раскрутки вентиляторов.

Проект транспортного СВВП с подъемными вентиляторами в гондолах

Расположенный в крыле узел турбовентилятора Х353-5 состоит из ротора, створок вентилятора, передней рамы, задней рамы и жалюзи. Полукруглые створки вентиляторов во время крейсерского полета закрываются, образуя верхнюю поверхность крыла. Ротор имеет 36 лопаток. Выходные жалюзи вентилятора могут отклоняться в пределах от – 15 до +40°. Жалюзи приводятся в действие гидроцилиндрами, включенными в двойную гидросистему, насосы которой установлены на каждом двигателе. В закрытом положении жалюзи образуют нижнюю поверхность крыла.

Передний турбовентилятор СЕ-Х376, расположенный в носовой части фюзеляжа, устроен аналогично крыльевым турбовентиляторам, за исключением того, что створки на входе заменены рядом узких решеток, чтобы не ограничивать обзор для летчика. На выходе из вентилятора установлены две изогнутые створки, используемые в качестве реверсивного устройства.

Управление самолетом на горизонтальном режиме полета осуществляется обычными рулевыми поверхностями, па вертикальных режимах – при помощи вентиляторов. Система управления положением самолета через механический смеситель связана с вентиляторами и рулевыми поверхностями.

Вертикальный взлет и переход к горизонтальному полету может быть произведен при сохранении горизонтального положения самолета. Для осуществления вертикального взлета двигатель развивает полную мощность, а газы ТРД направляются в улитки вентиляторов. Перемещая вверх рычаг управления вентиляторами, летчик отклоняет выходные жалюзи вентиляторов вниз. При достижении высоты 20 м убирается шасси. При достижении высоты -25 м летчик при помощи кнопки па ручке управления отклоняет жалюзи назад, благодаря чему создается горизонтальная составляющая тяги вентиляторов. Перепускные заслонки направляют в реактивные сопла все большую часть газов ТРД. При достижении скорости 220 км/ч весь поток газов ТРД поступает в реактивные сопла, вентиляторы останавливаются и жалюзи закрываются.

При вертикальной посадке летчик отклоняет реверсирующие щитки для уменьшения поступательной скорости. Двигатель переводится на максимальную мощность. Газы ТРД направляются в улитки вентиляторов; одновременно с этим автоматически открываются створки и жалюзи вентиляторов. Жалюзи вентиляторов поворачиваются вперед на – 10°, чтобы снизить поступательную скорость почти до нуля. Вертикальная скорость спуска, составляющая 1 – 1,5 м/сек, уменьшается перед приземлением почти до нуля.

Поперечное и путевое управление самолетом на вертикальных режимах осуществляется путем дифференциального отклонения жалюзи крыльевых вентиляторов. Продольное управление обеспечивается передним вентилятором. Когда створки, установленные на выходе из вентилятора, открыты. они разделяют идущий от вентилятора поток газов на три части. Поток, проходящий между створками, не отклоняется и создает тягу, направленную вверх. Поток газов, проходящий вне створок, отклоняется наружу и вверх, создавая тягу, направленную вниз. Продольное управление осуществляется путем изменения положения створок. Максимальная тяга вентилятора, направленная вверх, равна 136 кг, направленная вниз – 36 кг.

Система управления обеспечивает максимальную скорость крена 30 град/с, разворота 50 град/с, тангажа 20 град/с На вертикальных режимах полета нагрузки на рычагах управления создаются пружинными автоматами. Во время перехода от вертикального полета к горизонтальному угол установки стабилизатора изменяется для обеспечения продольной устойчивости.

Оборудование. Самолет был снабжен системой автоматической стабилизации, осуществляющей управление через отдельные электромеханические рулевые машинки.

На двух построенных самолетах XV-5A было установлено оборудование для проведения летных испытаний. После незначительных модификаций эти самолеты могли использоваться для проведения эксплуатационных испытаний и моделирования условий полета самолетов различного назначения. На самолете, предназначенном для проведения эксплуатационных испытаний, могло быть установлено разведывательное электронное оборудование. Самолет предполагалось также снабдить оборудованием для полетов в сложных метеорологических условиях.

Вооружение. Самолет мог быть вооружен пулеметами типа «Миниган», установленными на внешней подвеске или внутри фюзеляжа, предполагалось также использовать НАР и авиационные бомбы.

Характеристики СВВП XV-5A

Размеры:

размах крыла 9,1 м

длина самолета 13,5 м

высота самолета 4,5 м

площадь крыла 24,2 м2

диаметр вентилятора 1,93 м

ометаемая площадь 2x2,94 м2

Двигатель 2 ТРД Дженерал

Электрик J 85

устройство для создания

вертикальной тяги турбовентиляторная

установка Дженерал Электрик Х353-5

вертикальная тяга 2x3163 кгс

Массы и нагрузки:

взлетная масса

при вертикальном взлете:

у земли при стандартных условиях 5550 кг

на высоте 760 м в жаркий день 4175 кг

нагрузка на ометаемую площадь при вертикальном взлете 940 кг/м^

Летные данные (расчетные):

максимальная скорость у земли М – 0,72 максимальная скорость

на высоте 7600 м М *= 0,77

скорость на переходном режиме 195 км/ч

практический потолок 12 200 м

дальность 1300 км перегоночная дальность (при взлетной массе 5550 кг и 10% резерве топлива, па высоте 10 670 м и крейсерской скорости,

соответствующей М = 0,7 2030 км

Экспериментальный СВВП Райан VZ-3RY с выдвижными закрылками для отклонения потока от винтов