«Ахиллесовой пятой» современной военной авиации являются аэродромы. Даже не столько они, сколько взлетно-посадочные полосы (ВПП). Самый «навороченный» боевой самолет последнего поколения станет бесполезен, если неприятель ее разрушит. Любая современная армия располагает десятком средств для проведения подобной операции. Особенно актуально вышесказанное для фронтовой авиации.
Но есть очень простое решение этой проблемы: сделать так, чтобы взлетная полоса самолету совсем была не нужна. Речь идет о самолетах вертикального взлета и посадки (СВВП), которые способны уходить в небо буквально с крошечного пятачка.
Мысли о создании подобного летательного аппарата посещали конструкторов уже давно, разработка проектов самолетов СВВП началась вскоре после начала авиационной эры. Но технические возможности не позволяли инженерам воплотить свои мечты в реальность.
Первым советским самолетом вертикального взлета и посадки стал Як-36, который поднялся в воздух в 1966 году. Продолжением этого проекта стал серийный Як-38.
Более успешно разработки по СВВП шли в Великобритании. Уже в 1960 году компания Hawker создала прототип самолета, который смог совершить вертикальный взлет. Одной из главных составляющих успеха этого проекта стало создание компанией Rolls-Royce уникального двигателя, способного развивать 3600 килограмм тяги в четыре поворотных сопла, которые и обеспечивали взлет машины. В 1969 году СВВП Hawker Siddeley Harrier GR.1 был принят на вооружение ВВС Великобритании. Сегодня «Харриер» - это уже несколько поколений боевых самолетов, которые стоят на вооружении целого ряда стран (включая Англия и США), участвовавшие в боевых действиях и обладающие высокими летно-техническими характеристиками.
В СССР судьба самолетов вертикального взлета и посадки тесно связана с развитием программы (проекты 1143) строительства авианесущих крейсеров – кораблей, обладавших и ракетным , и авиационным вооружением.
Еще в середине 70-х годов началась разработка палубного истребителя СВВП, способного защитить корабль от налетов вражеской авиации. Опыт создания «вертикалок» в СССР был только в КБ Яковлева и этот опыт нельзя назвать слишком позитивным.
Як-38, принятый на вооружение ВМФ СССР, имел очень низкую тяговооруженность и был оснащен сразу тремя двигателями. Конструкторам пришлось максимально облегчить машину, с нее даже сняли бортовую РЛС. Двигатели не хотели работать синхронно, в условиях южных широт они просто не заводились. Самолет мог взять на борт только бомбы небольшого калибра и неуправляемые ракеты, что уменьшало его боевую ценность практически до нуля. С этими самолетами постоянно случались катастрофы.
Кроме того, для уменьшения взлетной массы Як-38 был вынужден брать ограниченный запас топлива, что значительно уменьшало его радиус действия.
Проект создания нового самолета СВВП Як-141 для нужд флота начался в 1975 году. Государственные испытания были назначены на 1982 год. Новый самолет задумывался как сверхзвуковой истребитель, изначально его планировали оснастить одним двигателем, но позже предпочтение было отдано самолету с комбинированной силовой установкой.
Самолет Як-141 должен был поступить на вооружение авианесущих крейсеров (ТАКР) «Баку», «Ульяновск», «Рига» и «Тбилиси». Также новым истребителем планировали вооружить ТАКР «Минск» и «Киев» после проведения модернизации этих кораблей. Як-141 должен был заменить устаревшие и неудачные Як-38.
Силовая установка состояла из трех двигателей: двух подъемных РД-41 и одного подъемно-маршевого Р-79. Работа силовой установки контролировалась электроникой, она могла обеспечить Як-141 вертикальный или укороченный взлет с корабельной палубы.
В 1980 году военные несколько изменили свои требования к будущему самолету: он должен быть стать многоцелевым – способным не только уничтожать воздушные цели, но и наносить удары по кораблям и наземным объектам противника. То есть, выполнять функции штурмовика.
Из-за проблем с двигателями, испытания Як-141 постоянно переносились. Они начались только в 1987 году, а к 1990 году было построено четыре прототипа истребителя. Полноценные испытания взлета и посадки на корабельную палубу проходили в сентябре 1991 года. За период испытаний были установлены 12 мировых рекордов по скорости и грузоподъемности. Во время испытаний один из самолетов потерпел катастрофу. Летчик катапультировался, но машина восстановлению не подлежала. Причиной авария стала ошибка пилота.
Этот самолет стал не только важным этапом в развитии отечественного авиастроения, но и знаковой машиной в истории мировой авиации – первым самолетом вертикального взлета и посадки, преодолевшим звуковой барьер. Следует отметить, что Як-141 способен взлетать вертикально при полной боевой нагрузке.
Этому самолету сильно не повезло, он появился именно в тот момент, когда огромная страна уже доживала свои последние месяцы, а экономика валилась в пропасть. Имея горький опыт эксплуатации Як-38, военные с большим недоверием относились к «вертикалкам». Не последнюю роль в бесславном конце этого перспективного проекта сыграла и авария Як-141 во время испытаний. Денег на продолжение работ по этому весьма перспективному самолету в 1992 году уже не нашлось.
В КБ Яковлева были созданы проекты еще двух СВВП: Як-43 и Як-201, но они так и остались на бумаге. Разработчики пытались предлагать новую машину иностранным покупателям, но заказов не было. Было недолгое сотрудничество с американцами (Lockheed Martin), но оно также закончилось безрезультатно.
В 2003 году проект истребителя Як-141 был официально закрыт.
Як-141 – это высокоплан, он выполнен по нормальной аэродинамической схеме и оснащен комбинированной силовой установкой. На 26% фюзеляж самолета выполнен из композитных материалов, часть элементов изготовлена из жаропрочных сплавов на основе титана. В корпусе активно использованы алюминиево-литиевые сплавы, обладающие меньшим весом.
Фюзеляж самолета – типа полумонокок с прямоугольным сечением. Подъемно-маршевый двигатель располагается в его хвостовой части, еще два подъемных – в носовой, непосредственно за кабиной пилота. Носовая часть фюзеляжа имеет заостренную форму.
Крылья – трапециевидной формы, высокорасположенные с прямой стреловидностью и корневыми наплывами. Крыло выполнено таким образом, чтобы самолет мог достигать сверхзвуковых скоростей, вести маневренный воздушный бой и осуществлять длительный крейсерский полет.
Хвостовое оперение – двухкилевое, состоит из рулей направления и цельноповоротных стабилизаторов. Оно крепится к двум выносным балкам, между которыми находится сопло подъемно-маршевого двигателя.
Воздухозаборники прямоугольной формы, они расположены сразу за кабиной пилота. Управление воздушным потоком осуществляется с помощью горизонтального клина.
Шасси – трехопорное, оно способно выдержать падение самолета с высоты пяти метров.
В состав силовой установки Як-141 входит два подъемных двигателя (ПД) РД-41 и один маршево-подъемный (ПМД) Р-79. Также во время проведения маневров при вертикальном взлете используются струйные рули, которые запитываются от подъемно-маршевого двигателя. По своей конструкции Як-141 близок к современному американскому СВВП F-35B , который также оснащен комбинированной силовой установкой.
Подъемные двигатели РД-41 расположены в передней части самолета, в специальном отсеке, сразу за кабиной пилота. Во время горизонтального полета или на стоянке двигатели закрыты специальными створками сверху и снизу. Во время взлета или посадки они раскрываются, обеспечивая двигателям поступление воздуха и открывая сопла. Двигатели установлены под углом 10° к вертикали, сопла могут отклоняться на ±12,5° по вертикали от оси двигателя. РД-41 – это одноконтурный, одновальный турбореактивный двигатель, он может работать на скорости, не превышающей 550 км/ч.
Подъемно-маршевый двигатель Р79В-300 – это двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой и изменяемым вектором тяги. Он находится в задней части корпуса самолета. Роторы этого двигателя вращаются в разные стороны, компрессоры отличаются повышенной газодинамической устойчивостью, в камере сгорания находятся уникальные вихревые горелки. Сопло двигателя – поворотное, с регулируемой площадью сечения, оно может отклонять вектор тяги на 95°. Максимальная тяга Р79В-300 на форсаже — 15 500 кгс.
Як-141 может взлетать тремя разными способами: вертикально, с коротким разбегом и с проскальзыванием (сверхкороткий взлет). Сопло маршевого двигателя при вертикальном взлете отклоняется на максимальный угол, при взлете с коротким разбегом и проскальзыванием он составляет 65°. При взлете с проскальзыванием длина разбега равняется шести метрам.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Истребитель-бомбардировщик 5-го поколения F-35 B снабжён отдельным двигателем для вертикального взлёта и посадки.
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 конструкций 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 1960-х - 70-х годах странам НАТО потребуется около 5 тыс. таких самолётов, из которых первые войдут в эксплуатацию уже в 1967 году. Прогноз такого большого количества продукции вызвал появление шести проектов самолётов ВВП:
После того как все проекты были утверждены, должен был состояться конкурс , в котором из всех предложенных должны были выбрать лучший проект для запуска в серийное производство , однако, ещё до предоставления проектов на конкурс стало ясно, что он не состоится. Оказалось, что каждое государство имеет свою собственную, отличную от других концепцию будущего самолёта и не согласится на монополию одной фирмы или группы фирм. Например, английские военные поддержали не свои фирмы, а французский проект, ФРГ поддержала проект фирмы «Локхид» и так далее. Однако итоговой каплей стала Франция заявившая, что независимо от результатов конкурса будут работать над своим проектом самолёта «Мираж» III V.
Политические, технические и тактические проблемы повлияли на изменение концепции комиссии НАТО, которая разрабатывала новые требования. Началось создание многоцелевых самолётов. В этой ситуации только два из представленных проектов вышли из стадии предварительного проектирования: самолёт «Мираж» III V, финансируемый французским правительством, и самолёт VJ-101C, финансируемый западногерманской промышленностью. Эти самолёты были изготовлены соответственно в 3 и 2 экземплярах и подверглись испытаниям (4 из них погибли в катастрофах) до 1966 и 1971 годов. В 1971 году по заказу командования авиации ВМС США начались работы над третьим сверхзвуковым самолётом ВВП в западных странах - американским XFV-12A.
В итоге, лишь созданный и производимый СВВП Си Харриер активно и успешно применялся, в т.ч. во время Фолклендской войны . Современной разработкой СВВП является американский F-35 , истребитель пятого поколения. В вопросе разработки F-35 в качестве СВВП компания Локхед Мартин применила ряд технологических решений, реализованных в Як-141 .
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 1960-1970-е годы.
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 полёте 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 полёта, 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 завершён 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
Сверхзвуковой самолёт палубной авиации с вертикальным взлётом и посадкой, является современным истребителем, способным осуществлять воздушное прикрытие и использоваться как ударная машина.
В 1974 году положено начало первым разработкам по самолёту палубной авиации с вертикальным взлётом и посадкой, над проектом работали на протяжении 9 лет. До 1984 года выбиралась концепция и разрабатывалась конструкция самолёта и силовой установки. В 1984 году после смерти маршала Д.Ф. Устинова работа над проектом прекратилась и возобновилась лишь в 1986 году.
Было решено построить четыре опытных экземпляра с двумя подъёмными и одним маршевым двигателями. Новый образец (изделие 48-1) получил двигатель, но не имел возможности летать. На этом экземпляре проводили испытания работы двигателя и исследования на стенде моментов и сил.
Следующую машину (изделие 48-2) вывели из ангара в конце 1985, а 9 марта 1986 года опытный самолёт под управлением лётчика А. Синицына впервые попробовал воздух. Осенью 1992 года самолёт демонстрировали на авиашоу, выполнял показательные полёты на лётчик В. Якимов. Позднее машину показывали на выставках Макс-93 и 95, но лишь в статической позиции на земле.
Изделие 48-3 завершило малую серию опытных машин. Конструктивно этот самолёт несколько отличался от предыдущих, у него изменен интерьер кабины лётчика и расположение приборов. Под управлением лётчика А. Синицына он впервые оторвался от земли в апреле 1989 года.
Последний по хронологии самолёт – изделие 48СИ построили летом 1986 года, он изначально предназначался для исследований на статику. Испытания проходили до марта 1987 года и по их результатам модернизировали изделие 48-2 и учитывали при сборке изделия 48-3.
5 октября 1991 года при выполнении захода на посадку, на авианесущий крейсер «Адмирал Горшков» лётчик-испытатель В. Якимов превысил вертикальную составляющую снижения, машина жёстко приземлилась на палубу и загорелась, пилот катапультировался, пожар ликвидировали. Начавшиеся трудности в финансировании и неудачная посадка сыграли решающую роль в закрытии работ над проектом.
В основе компоновки лежит нормальная аэродинамическая схема моноплана с высоким расположением крыла. Конструкция машины состоит из сплавов алюминия и лития – это лёгкие и прочные материалы, неподвергающиеся коррозии. В частях конструкции, где предусматривалась установка двигателей применены жаропрочные сплавы и закалённая сталь. Примерно 30% планера и оперения сделаны из композитных материалов.
Форма крыла представляет трапецию со стреловидностью 300, в местах сопряжения с фюзеляжем выполнены наплывы. Для базирования на кораблях крыло сделано складывающимся. Закрылки разместили в корневой части, а в складываемой – элероны, связанные с механизмом управления струйными рулями. Фюзеляж прямоугольной формы сделан в виде полумонокока с четырьмя щитками, служащими для безопасного выполнения висения и посадки.
В случае выхода из строя поворотного сопла, предусмотрен тормозной парашют, размещённый в специальном отсеке над основным двигателем. Два киля с рулями направления и поворотным стабилизатором, установленные на балках хвостовых консолей представляют оперение самолёта.
Один двигатель Р79В-300, используемый для разгона и подъёма и два РД-41, служащие только для подъёма являются основой силовой установки самолёта.
Воздушный приток маршевому двигателю обеспечивали регулируемые прямоугольные воздухозаборники, размещённые по обе стороны фюзеляжа. На режиме висения, когда обычные рули малоэффективны, угол тангажа изменяется за счёт разницы тяги основной силовой установки и тяг двух подъёмных двигателей. Курс машины определяется струйными рулями в концевых консолях задней части фюзеляжа, а крен изменяется за счёт струйных рулей, размещённых в крыльевых законцовках.
За отсеком лётчика располагаются два подъёмных двигателя, закрывающиеся тремя створками – одной сверху и двумя в нижней части фюзеляжа, которые автоматически открываются при запуске силовой установки.
Фонарь кабины пилота состоит из двух секций, лобовое стекло плоское, сделанное из брони, сбрасываемая при катапультировании часть открывается вверх и вправо. Приборная доска пилотов оснащена аналоговыми указателями, позднее часть их была заменена на индикатор прямой видимости и коллиматорный индикатор на лобовике.
Обычная схема шасси состоит из трёх опор рычажного типа способных выдержать нагрузку при падении с пятиметровой высоты.
Бортовая РЛС «Жук» с щелевой решёткой антенны способна обнаруживать воздушного противника, применяющего электронное противодействие на удалении до 80 км, вести сопровождение одновременно 10 целей и поражать разом четыре из них. Помогают точно отслеживать цели инфракрасный датчик системы слежения и поиска и лазерный измеритель дистанции.
В предкилевом пространстве машины размещено оборудование выброса дипольных отражателей и тепловых ловушек. В законцовках килей и консолей крыла расположена аппаратура радиоэлектронного противодействия.
Один подъёмно-маршевый ТРДДФ Р-79В-300 с тягой на форсаже 15500 кгс и без 9000 кгс, два подъёмных ТРД РД-41 с тягой по 4260 кгс.
По мнению аналитиков, проект возник, опередив свое время на 25 лет, раньше чем подобные решения пришли в голову нашим конкурентам, но затруднения с финансовым обеспечением того времени значительно сократили этот разрыв.
При наземном базировании мог совершать взлёт прямо из ангара по примыкающей рулёжке.
При неполадках на висении пилот имел возможность катапультироваться прямо сквозь органическое стекло фонаря откидываемой части кабины.
Лётчик-испытатель А. Синицын за две недели испытаний установил 12 мировых рекордов по скороподъёмности и максимальной боевой нагрузки для этого типа самолёта.
Dornier Do.31, который разрабатывался в 1960-е годы в ФРГ инженерами компании Dornier, является по-настоящему уникальным летательным аппаратом. Это единственный в мире транспортный самолет вертикального взлета и посадки. Он разрабатывался по заказу военного ведомства ФРГ в качестве тактического реактивного транспортного самолета. Проект, к сожалению, так и не пошел дальше стадии экспериментального самолета, всего было произведено три прототипа Dornier Do.31. Один из построенных прототипов сегодня является важным экспонатом авиационного музея в Мюнхене.
В 1960 году немецкая компания «Дорнье» в условиях строгой секретности по заказу министерства обороны ФРГ приступила к проектированию нового тактического военно-транспортного самолета вертикального взлета и посадки. Самолет должен был получить обозначение Do.31, его особенностью была комбинированная силовая установка из подъемно-маршевых и подъемных двигателей.
Проектированием нового самолета занимались не только инженеры компании «Дорнье», но и представители других немецких авиационных фирм: «Везер», «Фокке-Вульф» и «Гамбургер Флюгцойгбау», которые в 1963 году были объединены в единую авиационную компанию, получившую обозначение WFV. При этом сам проект военно-транспортного самолета Do.31 был частью программы ФРГ по созданию вертикально взлетающих транспортных самолетов. В этой программе были учтены и переработаны тактико-технические требования NATO к военно-транспортному СВВП.
В 1963 году при поддержке министерств обороны ФРГ и Великобритании было подписано соглашение сроком на два года об участии в проекте британской компании «Хоукер Сиддли», которая имела большой опыт по проектированию самолета вертикального взлета и посадки «Харриер». Примечательно, что после окончания срока действия договора он не был продлен, поэтому в 1965 году компания «Хоукер Сиддли» вернулась к разработке собственных проектов. В то же время немцы пытались привлечь к работе над проектом и производством самолета Do.31 компании из США. В этой области немцы добились определенных успехов, им удалось подписать договор о совместных исследованиях с агентством NASA.
Для того чтобы определиться с оптимальной схемой разрабатываемого транспортника, компанией «Дорнье» было осуществлено сравнение вертикально взлетающих летательных аппаратов трех типов: вертолета, самолета с поворотными винтами и самолета с подъемно-маршевыми ТРДД. В качестве исходного задания конструкторы использовали следующие параметры: перевозка на расстояние до 500 км трех тонн груза и последующее возвращение на базу . Проведенные исследования продемонстрировали, что вертикально взлетающий тактический военно-транспортный самолет, оснащенный подъемно-маршевыми ТРДД имеет ряд важных преимуществ по сравнению с двумя другими типами рассматриваемых летательных аппаратов. Поэтому в компании Dornier сосредоточились на работе над выбранным проектом и занялись расчетами, направленными на выбор оптимальной схемы размещения силовой установки.
Проектированию первого прототипа Do.31 предшествовали достаточно серьезные испытания моделей, которые велись не только в ФРГ в Геттингене и Штуттгарте, но и в США, где ими занимались специалисты NASA. Первые модели военно-транспортного самолета не имели гондол с подъемными ТРД, так как планировалось, что силовая установка самолета будет состоять лишь из двух подъемно-маршевых ТРДД компании Bristol с тягой по 16 000 кгс на форсаже. В 1963 году в США в научно-исследовательском центре NASA в Лэнгли состоялись испытания моделей самолета и отдельных элементов его конструкции в аэродинамических трубах. Позднее состоялись испытания летающей модели в свободном полете.
В результате проведенных в двух странах исследований был сформирован окончательный вариант будущего самолета Do.31, он должен был получить комбинированную силовую установку из подъемно-маршевых и подъемных двигателей. Для исследования управляемости и устойчивости самолета с комбинированной силовой установкой в режиме висения компанией «Дорнье» был построен экспериментальный летающий стенд, обладавший ферменной конструкцией крестообразной формы. Габаритные размеры стенда повторяли габариты будущего Do.31, а вот общая масса была существенно меньше – всего 2800 кг. К концу 1965 года данный стенд прошел большой испытательный путь, всего он выполнил 247 полетов. Данные полеты сделали возможным строительство полноценного военно-транспортного самолета вертикального взлета и посадки.
На следующем этапе специально для испытаний конструкции, отработки техники пилотирования и проверки надежности систем нового аппарата был создан экспериментальный самолет, получивший обозначение Do.31E. Минобороны ФРГ заказало к постройке три подобных машины, при этом два экспериментальных самолета предназначались для проведения летных испытаний, а третий – для проведения статических испытаний.
Тактический военно-транспортный самолет Dornier Do 31 был выполнен по нормальной аэродинамической схеме. Это был высокоплан, оснащенный маршевыми и подъемными двигателями. Первоначальная концепция предполагала установку двух турбовентиляторных двигателей Bristol Pegasus в каждой из двух внутренних мотогондол и четырех подъемных двигателей Rolls-Royce RB162, которые располагались в двух внешних мотогондолах на концах крыла. Впоследствии планировалось установить на самолет более мощные и совершенные двигатели RB153.
Фюзеляж самолета типа полумонокок был цельнометаллическим и имел круглое поперечное сечение диаметром 3,2 метра. В носовой части фюзеляжа находилась кабина экипажа, рассчитанная на двух пилотов. За ней располагалась грузовая кабина, которая имела объем 50 м 3 и габаритные размеры 9,2×2,75×2,2 метра. В грузовой кабине можно было свободно разместить 36 десантников со снаряжением на откидывающихся сиденьях или 24 раненных на носилках . В хвостовой части самолета находился грузовой люк, здесь имелась погрузочная рампа.
Шасси самолета было убирающимся трехопорным, на каждой стойке имелись сдвоенные колеса. Главные опоры убирались назад в гондолы подъемно-маршевых двигателей. Носовая опора стойки шасси была выполнена управляемой и самоориентирующейся, она также убиралась назад.
Постройка первого экспериментального самолета была закончена в ноябре 1965 года, он получил обозначение Do.31E1. Впервые самолет поднялся в воздух 10 февраля 1967 года, выполнив обычные взлет и посадку, так как на тот момент подъемные ТРД на самолет установлены не были. Вторая экспериментальная машина Do.31E2 применялась для проведения различных наземных испытаний, а третий экспериментальный транспортный самолет Do.31E3 получил полный комплект двигателей. Третий самолет совершил первый полет с вертикальным взлетом, это произошло 14 июля 1967 года . Этот же самолет выполнил полный переход от вертикального взлета к горизонтальному полету с последующей вертикальной посадкой, это произошло 16 и 21 декабря 1967 года.
Именно третий экземпляр экспериментального самолета Dornier Do 31 в настоящее время находится в Мюнхенском музее авиации. В 1968 году данный самолет был впервые представлен широкой публике, это произошла в рамках международной авиационной выставки, которая проходила в Ганновере. На выставке новый транспортник привлек к себе внимание представителей британских и американских фирм, которые были заинтересованы в возможностях не только военного, но и его гражданского применения. Интерес к самолету проявляли и в американском космическом агентстве, NASA оказала финансовую помощь для проведения летных испытаний и исследования оптимальных траекторий захода на посадку самолетов с вертикальным взлетом и посадкой.
В следующем году экспериментальный самолет Do.31E3 показывали на авиакосмическом салоне в Париже, здесь самолет также пользовался успехом, привлекая к себе внимание зрителей и специалистов. 27 мая 1969 года самолет выполнил перелет из Мюнхена в Париж. В рамках данного перелета было установлено три мировых рекорда для самолетов с вертикальным взлетом и посадкой: скорости полета – 512,962 км/ч, высоты – 9100 метров и дальности – 681 км . К середине того же года на СВВП Do.31E было выполнено уже 200 полетов. Во время данных полетов летчиками-испытателями было осуществлено 110 вертикальных взлетов с последующим переходом к горизонтальному полету.
В апреле 1970 года экспериментальный самолет Do.31E3 совершил свой последний полет, финансирование данной программы было прекращено, а сама она свернута . Это произошло несмотря на успешный, а главное безаварийный ход летных испытаний нового летательного аппарата. На тот момент общая стоимость затрат ФРГ на программу по созданию нового военно-транспортного самолета превысила 200 миллионов марок (начиная с 1962 года).
Одними из технических причин свертывания перспективной программы можно было назвать сравнительно невысокую максимальную скорость самолета, его грузоподъемность и дальность полета особенно в сравнении с традиционными самолетами транспортной авиации. У Do.31 скорость полета снижалась, в том числе, и из-за высокого аэродинамического сопротивления мотогондол его подъемных двигателей. Еще одной причиной свертывания работ было назревшее на тот момент разочарование в военных, политических и конструкторских кругах самой концепцией самолетов с вертикальным взлетом и посадкой.
Несмотря на это, компанией Dornier на базе экспериментального самолета Do.31Е были разработаны проекты усовершенствованных военно-транспортных СВВП, обладавших большей грузоподъемностью – Do.31-25. У них число подъемных двигателей в гондолах планировалось увеличить сначала до 10, а затем и до 12 штук. Помимо этого инженерами «Дорнье» был спроектирован самолет вертикального взлета и посадки Do.131В, который обладал сразу 14 подъемными ТРД.
Также был разработан отдельный проект гражданского самолета Do.231, который должен был получить два подъемно-маршевых ТРДД компании Rolls Royce тягой 10 850 кгс каждый и еще 12 подъемных ТРДД той же компании с тягой по 5935 кгс, из которых восемь двигателей располагались по четыре в гондолах и четыре по два в носовой и хвостовой частях фюзеляжа самолета. Расчетная масса данной модели летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой достигала 59 тонн при полезной нагрузке до 10 тонн. Планировалось, что Do.231 сможете перевозить до 100 пассажиров с максимальной скоростью 900 км/ч на расстояние в 1000 километров.
Однако данные проекты так и не были реализованы. При этом экспериментальный Dornier Do 31 был (и остается в настоящее время) единственным в мире построенным реактивным военно-транспортным самолетом вертикального взлета и посадки.
Летно-технические характеристики Dornier Do.31:
Габаритные размеры:
— длина – 20,88 м,
— высота – 8,53 м,
— размах крыла – 18,06 м,
— площадь крыла – 57 м 2 .
Масса пустого – 22 453 кг.
Нормальная взлетная масса – 27 442 кг.
Силовая установка: 8 подъемных турбореактивных двигателей Rolls Royce RB162-4D, тяга взлетная – 8х1996 кгс; 2 подъемно-маршевых турбовентиляторных двигателя Rolls Royce Pegasus BE.53/2, тяга 2х7031 кгс.
Максимальная скорость – 730 км/ч.
Крейсерская скорость – 650 км/ч.
Практическая дальность – 1800 км.
Практический потолок – 10 515 м.
Вместимость – до 36 солдат со снаряжением или 24 раненых на носилках.
Экипаж – 2 человека.
Источники информации:
— www.airwar.ru/enc/xplane/do31.html
— igor113.livejournal.com/134992.html
— www.arms-expo.ru/articles/129/67970
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).
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.
