Современная авиационная промышленность производит огромное количество самых разных летательных аппаратов, которые отличаются между собой не только размерами, но и конструктивными особенностями, а также предназначением. Все мы привыкли, что существует два основных, наиболее популярных видов авиатехники: самолеты и вертолеты. Но мало кто помнит, что существует еще один тип, который совмещает в себе два предыдущих , и называется он конвертоплан . Что же это за чудо техники, мы рассмотрим на примере реальных образцов.
Создание первых опытных моделей
Еще до начала Второй мировой войны, несколько стран, включая СССР и Германию, взялись за разработку нового типа самолета. По задумке в конструкции должны были быть несущие винты, которые управляли вертикальным движением, а также основные тяговые двигатели.
В идеале, конечно, такой конвертоплан должен был обладать поворотным мотором, изменяющим свое положение в зависимости от направления движения.
Самые первые образцы представляли собой самолет-ракету, который для набора высоты на стартовой площадке был установлен под углом в 90 градусов. Взлетая, машина летела уже «по-самолетному».
Немцы же пошли чуть дальше. Они сделали модель, в которой можно было изменять геометрию и угол наклона крыла. Следует уточнить, что большинство разработок так и остались всего лишь на бумаге , поскольку воплотить их в жизнь помешала начавшаяся война.
Osprey: американский конвертоплан
В середине 80-х годов 20 века в США активно завершались разработки и летные испытания первого серийного воздушного судна с поворачивающимися тяговыми двигателями. Машина получила название Bell V-22 Osprey . Однако их массовое производство началось только в 2005 году.
Что касается конструкции, то аппарат оснащен двумя мощными моторами. Создатели разместили их в специальных гондолах на концах крыла. Они могут вращаться под углом до 90 градусов.
Для повышения уровня мобильности и возможности доставлять средство большими транспортными самолетами, а также для возможности его базирования на палубе авианосцев, были разработаны механизмы, складывающие винты и крылья.
Отличительной чертой Оспрея от других представителей воздушного флота является корпус и каркас, изготовленные на основе стеклопластика и сплавов композитов, что делает сам конвертоплан необычайно легким.
Находясь на вооружении морской пехоты США, Bell V-22 Osprey имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными вертолетами и самолетами:
- Достаточно большая грузоподъемность 5445 кг;
- Возможность быстро развернуть аппарат в боевое положение;
- Грузовая кабина вмещает 24 человека или же 12 лежачих раненых;
- Специальные крюки позволяют транспортировать габаритные грузы;
- Вертикальная посадка и большая крейсерская скорость позволяют быстро доставлять и эвакуировать десантников и вооружение с поля боя.
Вооруженные силы США используют данный тип в ходе локальных военных конфликтов. Такая машина может не только применяться в качестве десантного транспортного средства, но и в качестве огневой поддержки войск.
Конвертоплан России VRT30
В отличие от Соединенных Штатов в России разработки такого рода техники так и не были полноценно осуществлены . В Советском Союзе в конце 1970-х годов проводились разработки конвертоплана Ми-30, который со временем должен был заменить всем известный вертолет Ми-8. Однако в связи развалом СССР проект так и не был выполнен.
Единственным предприятием, которое может организовать и наладить создание опытных экземпляров, а затем и серийное производство - это холдинг «Вертолеты России». Речь идет о перспективном беспилотном винтоплане VRT30, который помимо функции самолета-разведчика смог бы выполнять и другие задачи.
Что касается современного положения дел, то единственным потенциальным заказчиком этих воздушных аппаратов является российская армия. Учитывая мировую тенденцию развития высокоточных технологий, вероятнее всего, конструкторы на основе летных испытаний VRT30 смогут создать малогабаритный винтоплан, как военного, так и гражданского назначения.
Электрический конвертоплан
Немецкая корпорация Lilium Aviation уже анонсировала успешный полет винтоплана Lilium Jet, полностью питающегося от электрического источника энергии. Специалисты прогнозируют успех такого стартапа. Что касается его технических нюансов, то можно выделить следующее:
- Вместительность машины 2 человека;
- 36 установленных на специальные блочные крепления электродвигателей;
- Мощность двигателей 435 л.с.;
- Максимальная крейсерская скорость составляет 300 км/ч;
- Максимальная масса при взлете составляет 600 кг;
- Грузоподъемность 200 кг;
- Дальность полета от одного цикла зарядки аккумуляторных батарей составляет до 300 км.
С точки зрения безопасности каждый из моторов в Jet оснащен своей системой электропитания. В случае выхода нескольких двигателей из строя, пилот сможет совершить аварийную посадку, не опасаясь потерять управление.
Бортовой компьютер полностью контролирует весь цикл полета, а в случае каких-либо опасных маневров система автоматически возьмет на себя управление.
Lilium Aviation планирует в будущем наладить выпуск подобных машин, которые способны будут не только заменить привычные всем вертолеты, но и стать ежедневным средством передвижения.
Винтокрылые машины будущего
Научно-технический прогресс не стоит на месте и каждый день в мире появляется что-то новое и необычное. Это относится и к созданию авиационных агрегатов.
Разработки по воплощению в жизнь новых идей ведутся по всему миру. Многие компании, специализирующиеся на выпуске электроники и автоматики, решились предпринять попытки постройки конвертопланов. Современные прототипы отличаются относительно небольшими габаритами, а также применением при изготовлении легких материалов.
Ученые предполагают, что помимо автомобилей в городах можно будет увидеть и такой транспорт, как конвертоплан. Что это за машина, многие люди пока что только слышали или видели на картинках, но в ближайшем будущем этот вид техники может стать незаменимым для нашей жизни.
Видео про винтокрылые летательные аппараты
В данном ролике инженер Игорь Авдеев расскажет, какие летательные аппараты помимо конвертопланов изобрело человечество:
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а более конкретно к конвертопланам, имеющим подъемные роторы, подобно вертолетам поперечной схемы для вертикального взлета и посадки и для полета по самолетному после конвертации аппарата.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен конвертоплан, названный самолетом вертикального взлета и посадки (СВВП) V-22 «Оспри», содержащий фюзеляж, крылья и стабилизатор с рулевыми поверхностями, установленные по самолетной схеме, снабженный гидравлическим приводом поворота роторов для конвертации и управления аппаратом .
а) общая масса конвертоплана (главным образом за счет тяжеловесных двигателей, синхронизирующего вала и угловых редукторов, гидравлического привода управления конвертации и управления автомата перекоса (АП)) велика;
б) неподвижное горизонтально расположенное крыло создает большое затеняющее сопротивление при обдуве его роторами в вертолетном режиме при вертикальном взлете и посадке.
Следствием этого являются следующие недостатки:
а) отсутствие возможности посадки конвертоплана на воду;
б) масса полезной нагрузки при вертикальном взлете и посадке составляет всего 25% от снаряженной массы;
в) наличие синхронизирующего вала и угловых редукторов усложняет и утяжеляет конструкцию, требует дополнительный отбор мощности силовых установок для функционирования, снижает надежность за счет усложнения конструкции;
г) гидравлические приводы конвертации и управления автоматами перекоса требуют дополнительного отбора мощности силовых установок, как следствие,
д) повышенный расход топлива в режиме взлета, посадки, всего полета.
Известен также экспериментальный конвертоплан, называемый самолетом вертикального взлета и посадки (СВВП) «ХС-142А» , содержащий фюзеляж с общим поворотным крылом (тилтвинг), а также четыре винтомоторные силовые установки, расположенные на крыле, в котором управление по крену осуществляется дифференциальным изменением мощности двигателей, по рысканью - отклонением элеронов, по тангажу - рулевым винтом малого диаметра, горизонтально установленным в хвостовой части. При этом крыло поворачивается в диапазоне 100 градусов от продольной оси СВВП.
Причины, препятствующие достижению нижеупомянутого технического результата при изготовлении и использовании известного конвертоплана, состоят в следующем:
а) двигатели оснащаются винтами малого диаметра;
б) для управления по тангажу применяется горизонтальный рулевой винт и вспомогательные механизмы;
в) мощность для привода рулевого винта и гидравлических приводов отбирается с силовых установок несущих винтов;
г) для поворота крыльев применяется гидравлический привод и вспомогательные механизмы.
Следствием этого являются следующие недостатки конвертоплана :
а) значительная мощность силовых установок (двигателей), а следовательно, и вес двигателей, увеличение площади и прочности несущего крыла, а следовательно, увеличение его веса;
б) рулевой винт, гидравлический привод и вспомогательные механизмы усложняют конструкцию, уменьшают надежность конвертоплана, увеличивают его вес и уменьшают его энергоэффективность;
в) невозможен взлет и посадка с/на воду;
г) повышенный расход топлива в режиме висения и всего полета.
КРАТКОЕ РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение основано на возможности управления конвертопланом с роторами реактивного типа исключительно с помощью автомата перекоса вертолетного типа (АП), без каких-либо дополнительных устройств, таких как рули высоты, рули поворота, элероны, закрылки и прочие механизмы. В связи с этим существенным образом упрощается конструкция конвертоплана.
Становится возможным осуществлять маневры в вертолетном режиме исключительно за счет изменения вектора тяги роторов посредством автомата перекоса (АП). Управление по тангажу с помощью АП обеспечивается синхронным изменением циклического шага лопастей, по крену - дифференцированным изменением общего шага лопастей роторов. Педали используют для рысканья посредством обеспечения разнонаправленных векторов тяги роторов относительно центра тяжести конвертоплана исключительно в вертолетном режиме.
В самолетном режиме тяги педалей переключаются на штурвал, выполняя тем самым «элеронный» режим управления, с совмещенным управлением «рули высоты» по тангажу, как на самолетах, управление всем аппаратом в самолетном режиме осуществляется по принципу «джойстик». Шаг-газ в крейсерском режиме служит для увеличения или снижения скорости полета.
Особенно отчетливо достигнутые технические результаты проявляются в конкретном варианте осуществления, в котором:
консоли с роторами не имеют взаимосвязи друг с другом, свободно вращаются на шарнирах, могут фиксироваться в определенном положении с помощью фрикционных и аналогичных по достигаемому результату механизмов, не имеют моторов и гидравлических механизмов для принудительного изменения их положения; консоли управляемо устанавливаются по направлению вектора тяги роторов; хвостовое оперение не механизированное, обеспечивает направление движения по «самолетному» в пассивной стабилизации направления полета.
ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения состоит в создании легкого конвертоплана, обладающего следующей совокупностью технических характеристик:
а) радиус действия более 1000 км;
б) скорость в самолетном режиме не менее 500 км/час;
в) малонагруженные роторы с реактивным приводом;
г) возможность вертикального взлета и посадки с малых площадок и на неподготовленные для приземления горизонтальные поверхности, допускающие небольшой уклон;
д) возможность взлета и посадки на воду.
Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что конвертоплан содержит в себе:
фюзеляж (1);
обтекатели (19);
роторы (6) содержат движители (5), имеющие лопасти (7) с реактивными двигателями (8), жестко соединенные с колонками (12) консолей (2) посредством торсионов (9), закрепленных на свободно вращающихся валах (10) колонок (12), в подшипниках (11);
реактивные двигатели (8), расположенные в консольной части лопастей (7), имеющие сопла, ориентированные в сторону задней кромки лопастей-движителей (7);
автоматы перекоса (14), выполненные с возможностью изменения общего и циклического шага лопастей-движителей (7) посредством изменения угла установки упомянутых лопастей-движителей (7);
Технический результат, достигаемый при изготовлении и использовании конвертоплана с вышеупомянутыми техническими характеристиками, складывается из совокупности следующих причинно-взаимосвязанных эффектов:
а) упрощена конструкция конвертоплана по сравнению с аналогом , а именно исключен вертикальный винт, стабилизатор с подвижными аэродинамическими плоскостями и/или активный киль с рулевыми плоскостями, не требуются гидравлические либо электрические системы для поворота крыльев при конвертации, не требуются шасси;
б) снижен общий вес конвертоплана;
в) повышена надежность по сравнению с конвертопланами и ;
г) повышена энергоэффективность в самолетном режиме, уменьшен расход топлива в режиме висения по сравнению с конвертопланами и ;
д) улучшено соотношение между массой полезной нагрузки и снаряженной массой;
е) имеется возможность взлета и посадки с/на воду и склоны до <20*;
ж) упрощен способ управления конвертопланом.
Общей причиной, благодаря которой стало возможным достижение вышеуказанного технического результата, является, в первую очередь, замена традиционных движителей, применявшихся в конвертопланах и , реактивными движителями, и снабжение обоих роторов 2-канальными автоматами перекоса, в место 4-канальных вертолетного типа.
Исключение гидравлических либо иных механизмов конвертации стало возможным благодаря тому, что конвертация происходит под действием силы, аналогичной силе на вертолетном роторе, возникающей посредством автомата перекоса, который влияет на циклически изменяемый установочный угол лопастей. Эта сила является равнодействующей аэродинамической силой, влияющей на изменение положения роторов в пространстве; изменение силы тяги осуществляется изменением общего шага лопастей посредством автомата перекоса.
Возможность изменения циклического шага винтов в самолетном режиме позволяет варьировать положением конвертоплана в пространстве, в результате чего не требуются какие-либо дополнительные аэродинамические рулевые элементы крыльев, килей и стабилизаторов.
Надобность в рулевом винте и рулевых плоскостях отпадает благодаря тому, что установка различного циклического шага на левом и правом винтах в вертолетном режиме и различного общего шага винтов в самолетном режиме позволяет разворачивать летательный аппарат в любом направлении без использования каких-либо дополнительных средств.
Использование реактивных движителей вместо традиционных турбовинтовых позволяет уменьшить общую массу и габариты в сравнении с компоновкой, при которой силовые агрегаты расположены на концах консолей; применение электронной синхронизации вращения роторов посредством регулирования подачи топлива в каждый ротор отдельно с обратной взаимосвязью позволяет отказаться от синхронизирующего вала с угловыми редукторами. А в сравнении с компоновкой, при которой силовой агрегат размещен внутри фюзеляжа, тот же результат достигается благодаря отсутствию трансмиссии и кинематических связей между силовым агрегатом и роторами.
В соответствии с настоящим техническим решением силовая установка реактивного движителя выполнена в совокупности самого ротора или в виде самостоятельного агрегата.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения роторов конвертоплана вышеупомянутые воздушно-реактивные движители (5) выполнены за одно целое с ротором (6) и вышеупомянутыми лопастями (7), при этом вышеупомянутые лопасти (7) содержат общее входное устройство (13), расположенное вблизи вала роторов (10), продольный воздуховод лопастей (7) с расположенным внутри него теплообменником (21) для испарения криогенного топлива и камеру сгорания двигателя (8) с реактивным соплом. Более подробно конструкция и принцип действия движителей данного типа раскрыты в патенте РФ на полезную модель №95035 .
В альтернативном варианте выполнения, конвертоплан дополнительно содержит в себе нагнетатель воздуха или газогенератор, при этом вышеупомянутые сопла двигателей (8) соединены с вышеупомянутой колонкой (12) в обтекателе (19) посредством воздуховодов, размещенных внутри вышеупомянутых движителей (5), а вышеупомянутая колонка роторов в обтекателе (19) сообщена с выходом упомянутого нагнетателя воздуха или газогенератора посредством воздуховода, обеспечивающего герметичность в местах шарнирных соединений. Данный тип привода лопастей аналогичен тому, который используют в вертолетах Sud-Ouest SO-1221 Djinn и Pegasus Pressure Jet Helicopter .
Герметичность в местах шарнирных соединений обеспечивается посредством лабиринтных уплотнений.
В качестве вышеупомянутого нагнетателя воздуха или газогенератора может применяться реактивный турбокомпрессор. Особенно предпочтительно, когда реактивное сопло турбокомпрессора снабжено отклоняющими элементами для управления вектором тяги хвостовой части фюзеляжа.
Предпочтительно, когда вышеупомянутый нагнетатель воздуха или газогенератор размещен внутри вышеупомянутого фюзеляжа (1). Однако не исключается возможность установки турбонагнетателя или компрессора внутри обтекателя, соединенного с фюзеляжем.
Лопасти винтов могут иметь различную конструкцию с особенностями, позволяющими повысить аэродинамическую эффективность (кручение лопасти, законцовки, стреловидные концы) или без таковых.
Вышеупомянутый киль (4) является пассивным, не имеет подвижных рулевых плоскостей. Разумеется, дополнение киля рулевыми элементами не исключается, однако насущная необходимость в этом отсутствует.
Вышеупомянутый стабилизатор (3) выполнен пассивным, то есть не имеет аэродинамических элементов с изменяемым углом атаки. Разумеется, дополнение стабилизатора указанными аэродинамическими элементами не исключается, однако насущная необходимость в этом отсутствует.
Конкретная схема выполнения стабилизатора или киля не имеет решающего значения, стабилизатор и/или киль могут быть выполнены в виде единого элемента, или же стабилизатор и/или киль могут состоять из двух отдельных элементов: правого и левого и верхнего и нижнего соответственно.
Для улучшения аэродинамической эффективности стабилизатор (3) может быть (не обязательно) снабжен законцовками (также называемыми килевыми шайбами).
В одном из особенно предпочтительных вариантов вышеупомянутые консоли (2) могут быть (не обязательно) выполнены в виде крыльев. Крылья могут иметь различный аэродинамический профиль, в частности, но не ограничиваясь, плоский, плоско-выпуклый или двояковыпуклый профиль. Стреловидность крыла может быть как прямая, так и обратная, однако предпочтительной является обратная стреловидность.
Упомянутые шарниры (18), посредством которых вышеупомянутые консоли (2) соединены с вышеупомянутым фюзеляжем (1), могут быть (не обязательно) снабжены средствами, обеспечивающими, в отсутствие существенной горизонтальной составляющей скорости полета, установку вышеупомянутых консолей (2) в нейтральном положении, соответствующем режиму взлета, посадки и/или висения.
В особенно предпочтительном варианте вышеупомянутые шарниры (18), оси или полуоси, на которых закреплены консоли и посредством которых упомянутые консоли (2) соединены с упомянутым фюзеляжем (1), снабжены фрикционными муфтами с электромагнитным управлением для фиксации в заданном положении. Наличие триммера-фиксатора позволяет снизить трудоемкость пилотирования после установки заданного направления курса, после выравнивания конвертоплана.
Вышеупомянутые шарниры (18), на которых установлены упомянутые консоли (2), могут быть (не обязательно) размещены выше центра тяжести конвертоплана. Такое расположение обеспечивает лучшую сбалансированность летательного аппарата по крену и тангажу, по сравнению с альтернативным расположением, когда консоли закреплены ниже центра тяжести.
Для уменьшения занимаемой площади, при хранении в ангаре или при парковке вышеупомянутые консоли (2) могут быть (но необязательно) выполнены съемными или складными.
Для управления конвертопланом могут применяться традиционные средства управления (16), включая, в частности, тяги и качалки, обеспечивающие связь вышеупомянутых автоматов перекоса (14) с органами управления (16), размещенными в кабине пилота, в частности с сервоприводами, подключенными к блоку управления, при этом блок управления выполнен с возможностью приема управляющих сигналов и передачи телеметрии по беспроводным каналам связи.
Альтернативно, вышеупомянутый фюзеляж (1) может быть (но не обязательно) выполнен заодно с кабиной пилота, при этом управление осуществляется непосредственно пилотом с помощью органов управления, размещенных внутри кабины. Средства управления могут включать в себя тяги и качалки, обеспечивающие связь вышеупомянутых автоматов перекоса (14) с органами управления (16). Органы управления (16) расположены в кабине пилота, могут представлять собой штурвал, шаг-газ и педали.
Поскольку посадка и взлет конвертоплана могут осуществляться при практически нулевой посадочной скорости (как вертикальной, так и горизонтальной), шасси не требуется, а вместо них упомянутый фюзеляж (1) может быть снабжен поплавками-опорами (20) для посадки (на воду или другие поверхности без уклона или с небольшим уклоном) или другими опорными элементами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 схематически изображен вышеописанный конвертоплан вид сбоку.
На фиг.2 схематически изображен вышеописанный конвертоплан вид сверху.
На фиг.3 схематически изображен вышеописанный конвертоплан вид спереди.
На фиг.4 показана принципиальная схема движителя с элементами автомата перекоса, торсиона, колонки ротора, возможность подачи топлива в движитель и движение воздуха в канальном нагнетателе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 схематически показан конвертоплан вид сбоку, который содержит фюзеляж 1 с кабиной пилотов, с прикрепленными к нему вращающимися вокруг поперечной оси фюзеляжа консолями крыльев, на которых за одно целое укреплены реактивные движители; в крайней хвостовой части прикреплены пассивные стабилизатор и кили 4; в нижней средней части прикреплены опоры-поплавки 20; в кабине конвертоплана находятся органы управления; позади кабины, в заднем отсеке, могут находиться необходимые для запуска и эксплуатации: пусковая вспомогательная силовая установка (ВСУ), топливный бак (баллон), аккумулятор бортового питания, другие компоненты конструкции; на консолях 2 и внутри обтекателей 19 расположены колонки роторов, проходящие от фюзеляжа до консоли коммуникации топливоподачи, запальная цепь, пусковая воздушная магистраль, тяги управления со смесителями и промежуточными качалками управления и автоматы перекоса вертолетного типа (не показаны). Исполнение и размещение необходимого для запуска и эксплуатации оборудования конструктивно не принципиально, так как зависит от конструкторского решения задачи.
На фиг. 2 изображены: фюзеляж 1 с элементами конструкции, как то: кабина пилота и пассажира с продублированными органами управления конвертопланом 16, центр тяжести 17, хвостовая часть фюзеляжа со стабилизатором 3 и килями 4, центроплан с шарнирами 18 консолей 2, на которых укреплены обтекатели 19 с колонками роторов и закрепленными на них роторами 6, поплавками-опорами 20.
На фиг. 4 изображены обтекатели 19 с размещенными в них колонками 12 роторов с валом 10 и подшипниками 11, в состав колонок входят: сам корпус, на котором закреплены элементы передачи топлива с не вращающейся части во вращающуюся часть ротора через вал 10, соединенный с корпусом колонки посредством подшипников 11, автомат перекоса 14, также на валу ротора закреплен торсион 9, объединяющий собой лопасти 7 движителей 5 в ротор 6. В районе вала ротора расположено входное устройство движителей 13, которое строго ориентировано по оси полета в самолетном режиме. Показаны также сам движитель 5 с элементами воздушных каналов, теплообменным испарителем-лонжероном 21 и воздушно-реактивным двигателем 8. Также схематически показаны направление воздуха в канальном нагнетателе и принципиальная подача топлива в реактивный двигатель.
Конвертоплан содержит фюзеляж 1 с консольными крыльями 2, независимо и свободно вращающимися в поперечной оси в районе центра тяжести, в диапазоне от -10 до 110 градусов относительно продольной оси, а также два реактивных движителя 5 двух роторов 6, жестко закрепленных по оси, на каждой из поворотных консолей 2. В задней части фюзеляжа размещен пассивный стабилизатор 3 и киль 4, не имеющий рулевых плоскостей, выполняющий роль пассивного выдерживания курсовой устойчивости. Фюзеляж конвертоплана 1 в средней части имеет также два дополнительных поплавка-опоры 20, которые в сумме с фюзеляжем 1 служат посадочной поверхностью для приземления и взлета с любой горизонтальной поверхности вплоть до водной. Устройство управления конвертопланом содержит только автомат перекоса вертолетного типа 14, расположенный в непосредственной близости от движителей, в обтекателях 19 и объединенный в единую цепь управления, посредством тяг и качалок, со штурвалом, шаг-газом и педалями 16, расположенными в кабине пилота.
Консоли 2 выполнены съемными. Съемность консолей может быть обеспечена одним из широко известных быстроразъемных технических средств, например посредством базовых штырей с последующей замковой фиксацией или с помощью базовых стыков и крепежных винтов и т.п.
Взлет, полет и посадку конвертоплан осуществляет следующим образом.
Запускается пусковое вспомогательное силовое устройство (ВСУ), которое расположено в фюзеляже (1) и которое обеспечивает подачу необходимого объема и давления воздуха для запуска реактивных движителей (5), на которые подается одновременно топливо и высоковольтное напряжение на запальную свечу, консоли (2) с реактивными движителями (5) роторов (6) находятся в вертикальном положении. После запуска движителей и достижения ими рабочих оборотов роторов производится вертикальный взлет в вертолетном режиме с набором высоты для осуществления набора скорости в горизонтальном полете и переход в самолетный режим (конвертация). После набора скорости в самолетном режиме конвертоплан продолжает горизонтальный полет на заданной высоте с крейсерской скоростью. Посадка вертолета осуществляется в обратном порядке: гашение поступательной скорости до скоростей вертолетного режима, конвертация в режим вертолета, выбор посадочной площадки, посадка на опоры-поплавки 20, остановка роторов 6, прекращением подачи топлива в них.
Маневрирование конвертопланом на взлете, в полете и при посадке обеспечивается изменением положения консолей (2) с роторами (6) с помощью управления автоматов перекоса (14) из кабины пилота, органами управления 16: штурвал, шаг-газ, педали. Вследствие того, что вектор сил увлекает консоли занять положение, соответствующее ему в пространстве, за счет изменений вектора тянущей силы движителями-роторами посредством автомата перекоса вертолетного типа(14), управляемого органами управления (14) из кабины пилотов происходит управление самого конвертоплана в целом.
Движения штурвала, шаг-газа и педалей проходят через 2 смесителя и работают следующим образом:
1) штурвал «от себя - на себя» в вертолетном и самолетном режиме изменяет тангаж конвертоплана, воздействуя на роторы синхронным ходом обоих автоматов перекоса. Обеспечивает конвертацию с вертолетного в самолетный режим и обратно;
2) движение штурвала «влево-вправо» в вертолетном режиме изменяет крен, воздействуя дифференциально на общий шаг обоих роторов. В самолетном режиме работает в функции «элероны», функция появляется при конвертации переключением тяг автоматически с педалей на штурвал;
3) педали работают только при режиме вертолета в режиме «рыскания» и оказывают воздействие на автомат перекоса дифференциально;
4) рычаг шаг-газа влияет на синхронный общий шаг и общую корректировку подачи топлива автоматически в роторы-движители. Служит для взлета в вертолетном режиме и маневрирования вертикально, в самолетном режиме - для увеличения или уменьшения поступательной скорости.
Стабилизация полета по курсу в самолетном режиме осуществляется стабилизатором (3) и килем (4) по принципу подобно оперению стрелы.
Ниже приводятся основные летные данные предлагаемого конвертоплана, полученные в процессе рабочего проектирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Конвертоплан V-22 «Оспри» // http://ru.wikipedia.org/wiki/Bell_V-22_Osprey.
2. Конвертоплан «ХС-142А» // Ружицкий Е.И. Американские самолеты вертикального взлета. М.: ACT: Астрель, 2000.
3. Патент РФ на полезную модель №95035.
1. Конвертоплан, содержащий в себе:
фюзеляж (1);
стабилизатор (3) и киль (4), выполненные с возможностью поддержания курсовой устойчивости в самолетном режиме и расположенные в хвостовой части фюзеляжа (1);
консоли (2), установленные вблизи центра тяжести (17) по обе стороны от фюзеляжа (1) и соединенные с ним посредством шарниров (18), обеспечивающих возможность изменения угла поворота в диапазоне от 100 до -10 градусов относительно горизонта независимо друг от друга;
обтекатели (19);
колонки (12) жестко соединены с консолями (2) и закрыты обтекателями (19);
роторы (6) содержат лопасти (7) с реактивными двигателями (8), соединенные с колонками (12) консолей (2) посредством торсионов (9), закрепленных на свободно вращающихся валах (10) колонок (12), в подшипниках (11);
реактивные двигатели (8), расположенные в консольной части лопастей (7), имеющие сопла, ориентированные в сторону задней кромки лопастей (7);
автоматы перекоса (14), выполненные с возможностью изменения общего и циклического шага лопастей (7) посредством изменения угла установки упомянутых лопастей (7);
средства управления (16), выполненные с возможностью изменения общего и циклического шага упомянутых лопастей (7) роторов (6).
2. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые лопасти (7) содержат общее входное устройство (13), расположенное вблизи вала роторов (10), продольный воздуховод лопастей (7) с расположенным внутри него теплообменником (21) для испарения криогенного топлива и камеру сгорания двигателя (8) с реактивным соплом.
3. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит в себе нагнетатель воздуха или газогенератор, при этом вышеупомянутые сопла двигателей (8) соединены с вышеупомянутой колонкой (12) в обтекателе (19) посредством воздуховодов, размещенных внутри вышеупомянутых лопастей (7), а вышеупомянутая колонка роторов в обтекателе (19) сообщена с выходом упомянутого нагнетателя воздуха или газогенератора посредством воздуховода, обеспечивающего герметичность в местах шарнирных соединений.
4. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем герметичность в местах шарнирных соединений обеспечивается посредством лабиринтных уплотнений.
5. Конвертоплан по п. 3, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый нагнетатель воздуха или газогенератор представляет собой реактивный турбокомпрессор, а его реактивное сопло снабжено отклоняющими элементами для управления вектором тяги.
6. Конвертоплан по любому из пп. 3 или 5, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые нагнетатель воздуха или газогенератор размещены внутри вышеупомянутого фюзеляжа (1).
7. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый киль (4) является пассивным, не имеет подвижных рулевых плоскостей.
8. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый стабилизатор (3) является пассивным.
9. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый стабилизатор (3) представляет собой единый элемент.
10. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый стабилизатор (3) снабжен законцовками - килями (4) (килевыми шайбами).
11. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые консоли (2) выполнены в виде крыльев.
12. Конвертоплан по п. 11, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые крылья выполнены с плоским, плоско-выпуклым или двояковыпуклым аэродинамическим профилем.
13. Конвертоплан по п. 11, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые крылья выполнены с обратной стреловидностью.
14. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые шарниры (18), посредством которых вышеупомянутые консоли (2) соединены с вышеупомянутым фюзеляжем (1), снабжены средствами, обеспечивающими, в отсутствие существенной горизонтальной составляющей скорости полета, установку вышеупомянутых консолей (2) в нейтральном положении, соответствующем режиму взлета, посадки и/или висения.
15. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые шарниры (18), посредством которых вышеупомянутые консоли (2) соединены с вышеупомянутым фюзеляжем (1), снабжены фрикционными муфтами с электромагнитным управлением для фиксации в заданном положении.
16. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые шарниры (18), на которых установлены вышеупомянутые консоли (2), размещены выше центра тяжести.
17. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые консоли (2) выполнены съемными или складными для компактной парковки.
18. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые средства управления включают в себя тяги и качалки, обеспечивающие связь вышеупомянутых автоматов перекоса (14) с органами управления (16) в кабине пилота.
19. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый фюзеляж (1) выполнен заодно с кабиной пилота.
20. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые средства управления включают в себя тяги и качалки, обеспечивающие связь вышеупомянутых автоматов перекоса (14) с органами управления (16).
21. Конвертоплан по п. 20, характеризующийся тем, что в нем упомянутые органы управления (16) расположены в кабине пилота и представляют собой штурвал, шаг-газ и педали.
22. Конвертоплан по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый фюзеляж (1) снабжен поплавками-опорами (20).
Похожие патенты:
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкции хвостовых винтов вертолетов. Хвостовой винт (12) вертолета (10) имеет привод (1), содержащий электрическую машину с поперечным магнитным потоком с возбуждением от постоянных магнитов с дуплексным расположением статоров.
Изобретение относится к судостроению, а именно к подруливающим устройствам судов. Подруливающее устройство содержит два винта, установленные в гондоле на стойке обтекателей в сквозном канале, и приводной двигатель, а также снабжено дополнительными стойками, расположенными на обтекателях по краям гондолы.
Изобретение относится к области авиации, в частности к способам компенсации крутящего момента несущих винтов вертолетов. Способ компенсации реактивного момента несущего винта состоит в создании противодействующего крутящего момента, который создается реактивными силами тяги выходного газового потока в виде реактивных струй газотурбинного двигателя вертолета под действием разделенной части энергии, вырабатываемой газогенератором двигателя, с последующим поперечно-тангенциальным внедрением их в воздушный опорный поток, образованный несущим винтом.
Изобретение относится к вертолетостроению. Несущий винт вертолета содержит втулку винта, сбалансированные и совмещенные на одной оси одним из двух своих концов несколько лопастей с рабочими аэродинамическими поверхностями, имеющими по диаметру винта передние и задние кромки.
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам машущего полета и конструкциям махолетов. Способ машущего полета летательного аппарата основан на вращательном машущем движении пары плоскостей, создающих подъемную силу при движении из верхней в нижнюю точку вращения.
Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в конструкции беспилотных летательных аппаратов. Беспилотный двухфюзеляжный вертолет-самолет представляет собой моноплан с передним горизонтальным оперением, содержащий двухкилевое оперение, смонтированное к консолям крыла на гондолах, короткий фюзеляж, двигатель, передающий крутящий момент через систему валов трансмиссии на тянущий и толкающий поворотные винты, обеспечивающие горизонтальную и соответствующим отклонением вертикальную тягу.
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям вертолетов. Хвостовое оперение вертолета содержит фенестрон с многолопастным винтом (4) с лопастями (3) и при необходимости вертикальные кили (1.2). Выпрямляющие поток статоры (5) неподвижных лопаток расположены в звездообразной конфигурации параллельно плоскости винта далее по ходу по отношению к винту (4). Кольцо (2.1) фенестрона заключено в композитную конструкцию из внешнего защищающего от эрозии поверхностного слоя (7.1, 8.1), выполненного из твердого пластика или пластикового композитного материала, и по меньшей мере одного последующего слоя (7.2, 8.2) из эластомерного демпфирующего материала. Кольцо фенестрона поочередно содержит два слоя твердого пластика и два слоя эластомерного демпфирующего элемента. Достигается снижение уровня шума хвостового оперения. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.
Система моделирования в реальном времени окружения двигателя летательного аппарата содержит цифровое вычислительное устройство, устройство моделирования в реальном времени части окружения двигателя и летательного аппарата. Цифровое вычислительное устройство содержит вход приема данных датчиков или летательного аппарата, выход, связанный с приводами двигателя или летательного аппарата, модуль регулирования, модуль выбора. Устройство моделирования содержит цифровые вход и выход, модуль контроля, соединенные определенным образом. Обеспечивается режим моделирования в реальном времени окружения двигателя и летательного аппарата с возможностью его отключения во время полета. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Группа изобретений относится к вертолету, способу и устройству для уменьшения вибрации. Вертолет содержит конструкцию, включающую фюзеляж, вращающуюся систему, устройство для уменьшения вибрации. Устройство для уменьшения вибрации содержит электрогидростатические приводы, средство колебания электрогидростатических приводов, датчики динамических изменений, средство обработки. Для уменьшения вибрации в конструкции вертолета соединяют электрогидростатические приводы между подвижными друг относительно друга частями конструкции, вызывают колебания приводов на частоте, соответствующей частоте возбуждения, формируют сигналы динамических изменений в различных частях вращающейся системы и подают их в средство обработки, которое выдает компенсирующие сигналы управления электрогидростатическими приводами. Обеспечивается уменьшение вибрации в подвижно соединенных вибрирующих частях конструкции вертолета. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
Устройство относится к области судостроения, в частности ходовой части водного судна, и может быть использовано для повышения эффективности его ходовых качеств. Устройство ходовой части водного судна содержит основной вал с гребным винтом, и снабжено по крайней мере одним дополнительным валом с гребным винтом на нем, соосно основному валу, причем с переменной и отличающейся от основного вала скоростью вращения. На пути потока, который нагнетается вторым дополнительным гребным винтом, предусмотрена по крайней мере одна дополнительная плоскость поворотного, горизонтального и вертикального управления водным судном. Дополнительная плоскость имеет поверхность профильной кривизны, по форме близкую к внешней изобаре нагнетаемого потока. Достигается повышение надежности ходовой части водного судна, увеличение общего усилия на валу гребного винта без увеличения рабочих мест движителя по ширине судна. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к авиационной технике и касается шасси для летательного аппарата (ЛА) вертикального взлета, совершающего посадку на неподготовленную поверхность или палубу корабля. Адаптивное шасси ЛА содержит две дугообразные стойки или четыре полустойки, причем место крепления дугообразных стоек к корпусу ЛА центрируется с точкой пересечения дугообразных стоек и вертикальной оси, проходящей через центр масс ЛА, при этом каждая дугообразная стойка снабжена приводом, связанным с блоком управления и гироскопом, а также снабженные 3D-сканером поверхности посадочные площадки. При этом привод обеспечивает регулировку длины дугообразной стойки в соответствии с информацией, полученной от 3D-сканера поверхности посадочной площадки еще до момента приземления. Каждая стойка снабжена опорой, включающей опорный элемент с плавающим креплением к стойке. Причем материал, из которого выполнен опорный элемент, обеспечивает максимальное сцепление опорного элемента с поверхностью. Достигается упрощение конструкции, уменьшение веса, сохранение горизонтального положения ЛА относительно линии горизонта при посадке на неподготовленную поверхность (пересеченную местность с перепадом высот) или палубу корабля. 6 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Конвертоплан содержит фюзеляж, стабилизатор, киль, расположенные в хвостовой части фюзеляжа, консоли, установленные вблизи центра тяжести по обе стороны от фюзеляжа, обтекатели, колонки, роторы с лопастями, автоматы перекоса, средства управления автоматами перекоса. Консоли соединены с фюзеляжем посредством шарниров, обеспечивающих возможность изменения угла поворота в диапазоне от 100 до -10 градусов относительно горизонта независимо друг от друга. Колонки жестко соединены с консолями и закрыты обтекателями. Роторы содержат лопасти с реактивными двигателями, соединенные с колонками посредством торсионов, закрепленных на свободно вращающихся валах колонок в подшипниках. Реактивные двигатели расположены в консольной части лопастей и имеют сопла, ориентированные в сторону задней кромки лопастей. Достигается возможность управления конвертопланом исключительно посредством автоматов перекоса. 21 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Конвертопланы - это специальные летательные аппараты, которые объединяют в себя возможности вертолета и самолета. Они представляют собой машины с поворотными движителями (чаще всего винтовыми), которые на взлете и посадке работают как подъемные, а в полете начинают работать - как тянущие. При этом необходимая для горизонтального полета подъемная сила обеспечивается крылом самолетного типа. Чаще всего двигатели на конвертопланах поворачиваются вместе с винтами, однако на некоторых поворачиваемыми являются лишь винты.
Функционально такая конструкция близка к самолёту вертикального взлёта и посадки (СВВП), но обычно конвертопланы относят к винтокрылым летательным аппаратам из-за конструктивных особенностей винтов. В конвертопланах используются легконагруженные низкооборотные винты, близкие к вертолётным и позволяющие аппарату лететь в вертолётном режиме - при малом угле поворота винтов. Большие винты конвертоплана, сравнимые с размахом крыла, помогают ему при вертикальном взлёте, однако в горизонтальном полёте они становятся менее эффективными по сравнению с винтами меньшего диаметра традиционного самолёта.
Как уже сообщалось, российские и американские ученые ведут работу над созданием летательного аппарата нового типа - конвертоплана. Впрочем, в такой аппарат уже создан и уже начато его ограниченное использование.
Что представляет собой эта машина?
Конвертоплан - это помесь самолета и вертолета. Летательный аппарат, который может садиться и взлетать вертикально, а потом благодаря повороту движителей продолжать горизонтальный полет самолетным способом.
Традиционно к конвертопланам относят винтовые машины, чтобы как-то отличать их от самолетов вертикального взлета и посадки. Есть несколько типов конвертопланов. У одних при смене режима полета поворачивается сразу все крыло, у других гондолы с двигателями и винтами, а у третьих только сами винты.
Выгоды такой концепции очевидны:
Взлет и посадка на пятачке - ценная способность как для военного, так и для гражданского летательного аппарата;
В воздухе конвертоплан развивает большую, нежели вертолет, скорость и опережает своих винтокрылых собратьев по дальности полета.
Но и недостатки тоже есть:
Скорость и дальность полета хоть и больше, чем у вертолетов, но самолетным показателям уступают. Винты, призванные обеспечивать подъемную силу на взлете, теряют эффективность в горизонтальном полете;
Сама конструкция получается более тяжелой. Для авиации нередки ситуации, когда при создании новой машины борьба идет за каждый килограмм, а механизм поворота двигателей весит порядочно;
Кроме того, это дополнительный критически важный узел, который тоже может сломаться;
Ну и самое главное - сложность пилотирования. Для конвертопланов нужны специально обученные, опытные пилоты высокого класса, обладающие навыками пилотирования как самолетов, так и вертолетов. "Последний дюйм" на конвертоплане разыграть не получится.
Таким образом, универсальные машины оказываются эффективнее исходных в довольно узком сегменте задач. Например, если точка, куда необходимо доставить груз, расположена за пределами дальности действия вертолетов, а оборудование взлетно-посадочной полосы не представляется возможным.
Министерство обороны Соединенных Штатов посчитало, что подобные ситуации будут случаться достаточно часто, и заказало под это дело более полутора сотен конвертопланов Bell V-22 Osprey для нужд морской пехоты. Машина получилась довольно дорогой (около 116 млн долларов) и не очень надежной.
Только за десять лет эксплуатации произошло 6 катастроф, которые унесли жизни семи человек. Последняя произошла в 2016 году, когда 17 мая Osprey, на борту которого находились 22 человека, совершил жесткую посадку на Гавайях. И это не считая пятнадцатилетний период доводок и испытаний, за который в результате аварий этой сверхсложной машины погибли 30 человек.
Зато Соединенные Штаты вправе гордиться уникальной техникой, которой нет на вооружении других армий планеты.
Но, возможно, такая ситуация через некоторое время закончится. Недавно от российского концерна "Вертолеты России" поступила информация, что работы по созданию отечественного конвертоплана уже идут. Причем заявил об этом не кто-нибудь, а директор компании
Андрей Шибитов:
"Совместно с нашими партнерами мы прорабатываем совершенно новую для России технологию конвертоплана с гибридной силовой установкой. Планируем, что такая конструктивная схема позволит нам уверенно достичь скорости до 500 километров в час".
Предполагается создать сначала беспилотную машину со взлетным весом около 300 килограмм. Маленький экземпляр нужен исключительно для демонстрационных целей, чтобы заранее оценить перспективы проекта.
Затем планируется такая же, но уже на две тонны. Эта машина уже может использоваться как отдельная единица со своим спектром задач, приличествующих тяжелому беспилотнику.
В 30-е годы прошлого века советские авиаконструкторы прорабатывали различные варианты построения конвертоплана. Но дальше НИР это дело не сдвинулось. Энтузиастом развития этого вида летательных аппаратов был конструктор Борис Юрьев.
В 1934 году он предложил проект истребителя «Сокол», который должен был иметь поворотное крыло и пару винтов в гондолах. Однако ни «Сокол», ни другие геликоптеры-аэропланы Юрьева так и не дошли до стадии лётных испытаний - уровень технологий в ту пору был ещё недостаточен.
До начала Второй мировой войны исследования велись и в Германии. Все они остановились на стадии чертежей: конвертоплан P.1003 фирмы «Вессерфлюг», вундерваффе («чудо-оружие») Fa-269 компании «Фокке и Ахгелис», а также проекты компаний «Хейнкель» и «Фокке-Вульф».
К конвертопланам можно отнести и английский преобразуемый вертолёт Fairey Rotodyne, способный с помощью двух тянущих турбовинтовых двигателей переходить в режим авторотации несущего винта (вращение с помощью набегающего потока воздуха, как в ветряной мельнице), при взлёте работающего как вертолётный. В 1958 году этот аппарат был представлен на авиасалоне в Фарнборо. Он развивал рекордную для винтокрылых аппаратов скорость 400 км/ч.
В в 50-х годах был построен прообраз конвертоплана XYF-1 Pogo. В 1954 году XFY-1 совершил первый полёт с переходом в горизонтальное положение и последовавшую за этим вертикальную посадку.
В 1972 году за дело всерьез взялось КБ Миля, начав разработку конвертоплана Ми-30 с двумя поворотными винтами, изменяющими положение вместе с расположенными в гондолах двигателями.
После того, как были достигнуты положительные результаты - грузоподъемность спроектированной машины составляла 5 тонн, а число перевозимых десантников равнялось 32, - на 1986?1995 годы было запланировано изготовление и испытание опытных образцов. Однако этот проект, как и десятки других по всей стране, был закрыт в связи с перестройкой и последующим развалом промышленности.
Интересный - единственная страна, у которой на вооружении стоят конвертопланы, а американский Bell V-22 Osprey («Скопа») - единственный в мире серийно выпускаемый конвертоплан.
Создание V-22 Osprey в началось в 1980-х годах после провала операции «Орлиный коготь» (попытка освобождения заложников в Иране 24 апреля 1980 года), когда появилась необходимость создания более скоростной альтернативы вертолёту. В то время уже существовали самолёты вертикального взлёта, но у них был ряд недостатков, связанных с неустойчивостью при взлёте, сложностью в пилотировании, худшими показателями грузоподъёмности и дальности полёта по сравнению с обычными самолётами. Также при взлёте раскалённая струя отработанных газов реактивных двигателей вызывала эрозию покрытия взлётно-посадочных площадок.
Лётные испытания новой машины начались 19 марта 1989 года. Уже в сентябре Оsprey с успехом продемонстрировал изменение полёта с вертикального на горизонтальный. В декабре 1990 года конвертоплан совершил первую посадку на палубу авианосца USS Wasp.
Такими машинами было решено оснастить корпус Морской пехоты и Силы специальных операций. ВМС заключили контракт на приобретение четырёх V-22 и модернизацию двух уже существующих прототипов, которые предполагалось сделать более лёгкими и дешёвыми. Цена одного аппарата составляла $71 млн.
Сейчас в России решили вернуться к идее создания «самолето-вертолета». Но пока это происходит на уровне исследований, проводящихся в российских вузах. Которые, тем не менее, могут дать реальный результат. Так, в Ухтинском университете при участии МФТИ и ЦАГИ выполнена НИР «Определение рациональных параметров нового транспортного средства (конвертоплана) для северных районов и шельфовых месторождений».
По результату этой НИР вполне реально построить конвертоплан, имеющий дальность полета в 2000 км с 14 пассажирами на борту, включая двоих пилотов. Полезная нагрузка машины - 3 тонны. Но, естественно, для доведения дела до победного конца требуется солидное финансирования. При этом потенциальные инвесторы прекрасно понимают, что, исходя из мирового опыта, дело это чрезвычайно затяжное и рискованное.
Холдинг «Вертолёты России» планирует создать к 2019 году прототип первого в РФ электрического конвертоплана массой 1,5 тонны. Речь идёт о беспилотном летательном аппарате VRT30, который был представлен на форуме МАКС-2017. Конвертоплан - гибрид самолёта и вертолёта - очень дорогая и высокотехнологичная машина. На данный момент только серийно выпускают и применяют конвертопланы в военных целях. В российской армии таких летательных аппаратов нет, несмотря на то что пионером в разработке этих чудо-машин был советский конструктор Борис Юрьев. Какие задачи способны выполнять конвертопланы и появятся ли они на вооружении ВС РФ.
Проекты по созданию российского конвертоплана начинают обретать реальные черты. Конструкторское бюро «ВР-Технологии» (входит в холдинг «Вертолёты России») планирует через два года представить прототип первого электрического конвертоплана беспилотного типа VRT30.
Макет будущего аппарата был представлен на авиакосмическом салоне МАКС-2017, который прошёл в июле 2017 года. Конвертоплан взлётной массой 1,5 тонны сможет развивать высокую скорость и подниматься в воздух без разгона по взлётно-посадочной полосе.
«Сегодня мы совместно с нашими партнёрами из компании «СуперОкс» разрабатываем новую летающую лабораторию конвертоплана, в бортовой кабельной сети которой будут использованы технологии высокотемпературной сверхпроводимости, что положительно скажется на весогабаритных и лётных характеристиках прототипа», - заявил генеральный директор холдинга «Вертолёты России» Андрей Богинский.
Все Конвертопланы сталкиваются со специфической проблемой управляемости, которая не является характерной для самолётов. На самолетах, движущихся с достаточно высокой поступательной скоростью, традиционные органы управления (элероны, рули направления и рули высоты) находятся в воздушном потоке. Реакция воздушного потока на отклонение этих органов управления обеспечивает управляющие силы, которые изменяют положение самолёта в пространстве. На конвертопланах использование таких органов управления полётом возможно лишь на режиме горизонтального (поступательного) полёта, но они оказываются бесполезными на режимах вертикального взлёта и посадки, а также висения (так как на этих режимах набегающий поток отсутствует).
Поэтому Конвертопланы должны располагать второй системой управления, эффективной при малых или нулевых значениях воздушной скорости. В зависимости от схемы и силовой установки летательного аппарата такую роль может выполнять:
струйная (реактивная) система управления, в которую входят установленные на законцовках крыла и в других точках летательного аппарата сопла и быстродействующие клапаны;
система управления вектором тяги, состоящая из нескольких воздушных винтов для создания и непосредственного управления подъёмной силой;
поверхности управления, расположенные в спутном следе основных воздушных винтов или турбин.
По своей схеме, конвертопланы можно условно подразделить на два основных класса, каждый из которых характеризуется специфическими для него проблемами передачи и преобразования тяги, развиваемой силовой установкой.
Первый класс - конвертопланы с горизонтальным положением аппарата на взлётно-посадочных режимах.Эти аппараты остаются в горизонтальном положении - как на взлётно-посадочных режимах, так и на режиме горизонтального полёта. В этих конвертопланах для осуществления переходных режимов типа взлёта используется тяга воздушных винтов, вентиляторов или реактивных двигателей, после чего производится изменение направления вектора тяги таким образом, что аппарат начинает выполнять обычный горизонтальный полёт. На режиме горизонтального полёта необходимая для движения аппарата подъёмная сила обыкновенно создаётся за счёт обтекания потоком довольно традиционных крыльев. В некоторых из летательных аппаратов этого класса устройства создания тяги отклоняются на небольшой угол для обеспечения горизонтального полета. В этом положении они также создают значительную часть подъёмной силы.
Второй класс - конвертопланы с вертикальным положением аппарата на взлётно-посадочных режимах. К этому классу аппаратов относятся конвертопланы, которые взлетают и садятся в вертикальном положении, а для перехода к горизонтальному полёту совершают поворот на 90°. Аппаратам этого класса присущи принципиальные недостатки, делающие их непригодными для коммерческого применения. Было построено всего несколько аппаратов этого типа. Как правило, это одноместные военные аппараты типа самолётов-истребителей либо чисто экспериментальные образцы.
Спасибо за интерес. Оценивайте, ставьте лайк, комментируйте, делитесь. Подписывайтесь.
Фабрика-краулер развернулась и начала опускаться. Вот она сползла по сухой полосе у подножия хребта. Её гусеницы коснулись песка. Гурни открыл колпак конуса и приладил на себе предохранительные ремни. Едва фабрика приземлилась, как он выпрыгнул на песок и захлопнул за собой конусообразный колпак. К нему присоединились пять человек его личной охраны, выпрыгнувшие из носового отсека. Остальные освободили транспортные крепления фабрики. Её крылья дрогнули, разошлись и описали первый полукруг, после чего огромная фабрика-краулер взмыла в воздух и полетела в сторону тёмной полосы. На то место, где она стояла, приземлился топтер, потом ещё и ещё. Высадив людей, они снова поднимались в воздух.
Фрэнк Герберт, «Дюна»
Летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальными взлётом и посадкой, который может неподвижно «зависать» на месте и при этом быстро передвигаться в горизонтальном направлении, всегда был лакомым кусочком для военных. Ещё бы - с помощью такой машины упрощаются высадка десанта и эвакуация раненых с поля боя, доставка груза и боеприпасов солдатам; аппарат можно использовать для уничтожения отдельно стоящих целей, для разведки и корректировки артиллерийского огня.
МАШИНА-ПРООБРАЗ
Первой попыткой использовать необычные винтовые аппараты на войне было применение автожиров (от греческого аutos - сам и gyros - вращение). Автожир - это странная штука: внешне он похож на самолёт без крыльев, но с винтом, подобным вертолётному. Но, в отличие от последнего, винт автожира вращается свободно, в режиме авторотации, создавая подъёмную силу; от двигателя приводится только пропеллер, тянущий машину вперёд.
Впервые идея соорудить аппарат такого типа пришла в голову испанскому авиаконструктору Хуану де ля Сиерве. Наблюдая в 1919 году, как падает спроектированный им трёхмоторный биплан, он заметил, что винты под воздействием набегающего потока воздуха начали авторотировать, то есть самопроизвольно вращаться. Дальнейшие рассуждения были просты: если бы у биплана имелся большой несущий винт-авторотатор, то летчик-испытатель мог бы выжить!
После ряда неудач Хуану удалось сконструировать вполне прилично летающий автожир (модель С-4, 1923 год), а чуть позже - демонстрационную модель С-8, которая произвела фурор в Европе. На С-8 конструктор совершил перелёт Париж-Лондон. Вскоре после этого автожиры появились и в СССР (1929 год, конструкция инженеров Камова и Скржинского), затем - в Великобритании, а позже подобные машины стали конструировать все остальные ведущие страны мира.
ПЕРВЫЕ ШАГИ КОНВЕРТОПЛАНОВ
Шли годы. Автожиры на боевом посту сменились вертолётами, но последние обладали одним серьёзным недостатком - сравнительно небольшой горизонтальной скоростью. Несимметричная обдувка лопастей несущего винта (они двигались то по встречному воздушному потоку, то против него) приводила к тому, что «потолок» скорости вертолёта к концу 50-х годов составлял примерно 300 км/ч - и это при том, что самолёты уже могли летать с трёхкратной скоростью звука! Специалисты по аэродинамике предостерегали: бесконечно увеличивать число оборотов несущего винта нельзя, так как при этом может возникнуть флаттер (самовозбуждающиеся колебания частей летательного аппарата), что приведёт к потере устойчивости и управляемости, а то и вовсе к разрушению конструкции. Что же делать? Может быть, стоит оснастить вертолёт самолётными крыльями? Эврика!
Впрочем, новое - это всего лишь хорошо забытое старое, ведь первые опыты с летательными аппаратами комбинированной схемы были предприняты ещё в 1930-х годах. И вот спустя два десятка лет попытки создать гибриды вновь предприняли США, Великобритания, Франция, Канада и ряд других стран - почти одновременно.
В попытке достичь высоких скоростей на преобразуемых летательных аппаратах конструкторы пошли двумя путями. В первом случае машина (винтокрыл) имела несущий винт, как у вертолёта, плюс ещё винт (или несколько винтов) в вертикальной плоскости, как у самолёта. Вторая схема оказалась намного интересней: геликоптер оснащался поворотными моторными группами на крыльях, то есть прямо в полёте можно было превращать вертолёт в самолёт и наоборот. Последняя конструкция получила наименование «конвертоплан».
ГИБРИД ДЛЯ СПЕЦНАЗА
Ещё в октябре 1936 года в Московском авиационном институте состоялась защита проекта «Сокол» - летательного аппарата с поворотным крылом. Студенту Курочкину удалось предвосхитить развитие конвертопланов на три десятилетия вперёд - лишь в 1964 году после долгих исследований, после напряжённой работы конструкторов, аэродинамиков и инженеров американских компаний Vouht, Ryan и Hiller был создан военно-транспортный винтокрыл ХС-142А. Он был оснащён поворотным крылом размахом 20,6 м с закрылками и предкрылками, прикреплённым к фюзеляжу на шарнирах.
Синхронный механизм поворачивал крыло на угол до 106°. На плоскости крепились четыре турбовинтовых двигателя, которые выдавали при взлёте мощность 2850 л.с. и обеспечивали конвертоплану максимальную скорость 604 км/ч. В носу размещалась двухместная кабина пилотов с катапультируемыми креслами. Поднимать в воздух и сажать ХС-142А можно было как по-вертолётному (с места/на место), так и по-самолётному, с разбегом или пробегом.
| ВИНТОКРЫЛЫ: В ПОГОНЕ ЗА ПРИБЫЛЬЮ |
| Идея скрестить вертолёт с самолётом пришла в голову многим конструкторам сразу после Второй мировой войны - инженеры США, Франции, Великобритании, Канады и ряда других стран в погоне за сверхприбылью от эксплуатации скоростного коммерческого вертолёта включились в гонку конструкторов. Суммы на это дело тратились соответствующие: например, американская авиакомпания «Макдонелл» направила на разработку прототипа более 50 миллионов долларов плюс ещё 75 миллионов заплатила за его модификацию. Первыми подобный аппарат, получивший наименование «винтокрыл», подняли в воздух советские пилоты - это был ЦАГИ-11ЭА (1936 год). Но война остановила экспериментальные разработки, да и известно про ЦАГИ довольно мало, поэтому американские авиационные историки считают «первенцем» своё детище - конвертоплан McDonnell XV-1 1955 года постройки. Не так давно, кстати, американский журнал Aviation Week перепечатал репринтным методом передовицу старой газеты, по которой лихо пролетал этот «новый, небывалый доселе вид авиационной техники». Как и любой вертолёт, XV-1 оснащался несущим винтом, а от самолёта ему достались крылья и толкающий пропеллер. В горизонтальном полёте тяга создавалась поворотным несущим винтом и пропеллером. В случае отключения винта от трансмиссии подъёмную силу машине создавало крыло. Шасси были заменены на стальные лыжи, что было неудивительно, ведь взлёт McDonnell происходил по-вертолётному. Двигатель «Континенталь» при этом отдавал всю мощность несущему винту мотора, который одновременно работал и на воздушный компрессор. К концам лопастей подавался сжатый воздух и топливо - то есть американцы фактически применили реактивный привод. |
Канадские конструкторы, в свою очередь, для обеспечения устойчивости и управляемости конвертоплана в режиме зависания снабдили свое детище СL-84 двумя хвостовыми соосными винтами, располагающимися за килем и стабилизатором. После вертикального взлёта они останавливались, несущие винты разворачивались, крыло фиксировалось, и спустя 10 секунд СL-84 уже нёсся вперёд, набирая скорость в 500 км/ч.
В то же время появился ещё ряд конвертопланов различных американских компаний: тема была модная, ВВС США обещали купить всё, что пройдёт хотя бы первичные испытания, и инженеры с радостью окунулись в работу. Одной из наиболее оригинальных конструкций был Bell Х-22А не с двумя, а аж с четырьмя двигателями YT58-GE-8D общей мощностью 1250 л.с. На этом конвертоплане винты впервые за короткую историю подобных машин были помещены в круговые кожухи, что значительно повышало эффективность и при вертикальном движении, и при горизонтальном полёте. Первый из двух изготовленных «Беллов» разбился (пилот выжил) при посадке на ранней стадии испытаний, но второй успешно летал с 1966 по 1988 год, хотя в серийное производство модель так и не пошла.
Европа в этом вопросе немного отставала, но оригинальные разработки также иногда появлялись. Пожалуй, самым известным европейским конвертопланом 1960-х был французский Nord 500 Cadet - маленький, юркий, лёгкий (всего 1300 кг в снаряжённом состоянии). На Парижском авиационно-космическом салоне 1967 года одноместный конвертоплан понравился военным, и компании Nord было предложено изготовить несколько экземпляров для разведки и наблюдения. Правда, испытания затянулись; первый полёт Nord 500 совершил лишь в 1968-м, годом позже его «продували» в аэродинамической трубе, а потом как-то исчезла потребность в подобной машине. Разведку можно было проводить и на компактном вертолёте.
ХВОСТОМ ВПЕРЁД
Canadair CL-84 уже бегло упоминался в этом материале, но ему стоит уделить чуть больше внимания. Всё-таки эта модель вышла за рамки простой испытательной программы: Министерство обороны заказало производителю несколько машин для постановки на вооружение.
Компания Canadair проявила интерес к конвертопланам в 1956-м, а к 1965 году изготовила собственный гибрид - CL-84 Dynavert. Летательный аппарат, вмещавший 12 человек (плюс 2 члена экипажа), обладал традиционным круглым в сечении фюзеляжем. Очень интересный момент в конструкции CL-84: крылья аппарата были способны разворачиваться на угол до 100°, что обеспечивало возможность не только зависать на месте, но и лететь хвостом вперёд со скоростью 56 км/ч!
Первая демонстрация зависающего в воздухе конвертоплана произошла 7 мая 1965 года. После 145 полётных часов аппарат разбился (12 сентября 1967 года), но канадское Министерство обороны уже успело заказать три экземпляра улучшенного самолёта CL-84-1, присвоив ему армейское обозначение СХ-84. Изменения коснулись турбовинтовых двигателей, мощность которых увеличили, как и объём топливных баков. Также появились две дополнительные точки внешней подвески. Вооружение армейского варианта составляли 7,62-мм пулемёт, 20-мм пушка и 19 ракет.
Первый СХ-84 взлетел 19 февраля 1970 года, в феврале 1972-го совершил несколько приземлений на корабль управления системы подводного наблюдения «Гуам», но в августе 1973-го также разбился. Второй самолёт участвовал в программе морских испытаний системы подводного наблюдения в составе авиакрыла корабля «Гуадалканал» в марте 1974 года, однако канадские военные аппарат принять на вооружение так и не решились.
ВИНТОКРЫЛ ДЛЯ ХРУЩЁВА
В СССР, с его огромными просторами и отсутствием развитой аэродромной сети, перспектива использования большегрузных винтокрылых машин казалось спасительной - причём как для военных, так и для гражданских задач. В середине 50-х годов ОКБ знаменитого авиаконструктора Камова принимает революционное решение: строить летательный аппарат поперечной схемы с двумя тянущими винтами и двумя несущими винтами на концах крыльев. Для отечественной авиации этот тип летательного аппарата был внове и сочетал в себе достоинства вертолёта, способного вертикально взлетать и садиться, и самолёта с его большой грузоподъёмностью, дальностью и скоростью полёта. Но в первую очередь конвертоплан создавался для перевозки десантников, военной техники и больших грузов.
В 1961 году летчики-испытатели ОКБ установили на Ка-22 восемь мировых рекордов, в том числе по скорости (356,3 км/ч) и по максимальной массе груза, поднятого на высоту 2000 м (16 485 кг). Любопытны и характеристики винтокрыла: максимальная взлётная масса - 42 500 кг; размеры грузовой кабины - 17,9 х 2,8 х 3,1 м. Для сравнения: максимальная взлётная масса самого большого на тот момент вертолёта Ка-25 была 7000 кг. Однако в серию винтокрыл так и не пошёл. Не последнюю роль в этом сыграли два крушения опытных аппаратов, после которых руководство ВВС стало относиться к винтокрылу с недоверием.
Первая катастрофа произошла в аэропорту Джузалы, куда на посадку заходил винтокрыл 01-01. Одновременно с ним на запасную полосу садился рейсовый самолёт Ил-14, пилот которого в объяснительной записке по поводу катастрофы потом написал: «За 10–15 секунд до катастрофы я находился на прямой, заходя на посадку с курсом 240 на запасную полосу. Винтокрыл находился впереди меня на удалении 300–400 метров и на 50–80 м ниже. Никаких отклонений от нормальной траектории планирования винтокрыла не наблюдалось. На высоте 50–70 м винтокрыл слегка скабрировал (я увидел это по изменению проекции винтокрыла при взгляде сзади и сверху), затем стал разворачиваться влево с одновременным переворотом на спину. Характер разворота - сначала замедленный, затем энергичный с переходом в крутое отрицательное пикирование. Винтокрыл столкнулся с землёй, развалился и вспыхнул. Из очага пламени в южном направлении отлетели две-три крупные детали, оставляя шлейф пыли по земле». Из семи членов экипажа конвертоплана не спасся никто. На штурвале разрушенной машины обнаружили кисть руки пилота Ефремова, разжать которую смогли с большим трудом…
Для не-летчиков стоит пояснить, что кабрирование - это движение летательного аппарата, когда его нос слегка «задирается» относительно местного горизонта.
Второй инцидент оказался столь же трагичным. «Свидетелей катастрофы было очень много - люди шли и ехали на работу в это время, - писал один из членов ОКБ Камова. - Погибли Рогов и Бровцев. Остальные члены экипажа рассказали о начале и развитии катастрофы. Взлет «по-самолётному», спокойный полёт на высоте 1000 метров в продолжение 15 минут. Скорость до 310 км/час. При планировании и уменьшении скорости до 220–230 км/час внезапно начался самопроизвольный правый разворот, который не удалось парировать левой педалью и штурвалом. Машина развернулась почти на 180°, когда Гарнаев вмешался в управление и, думая, что разворот является следствием разношагицы тянущих винтов, разгрузил их, резко увеличив углы общего шага несущих винтов на 7–8°. Винтокрыл замедлил правый разворот, перевалился на нос и начал круто пикировать. Потеряв 300–400 м высоты, машина уменьшила угол пикирования до 10–12°, но в это время бортмеханик сбросил створку фонаря, она попала в лопасть правого винта, которая обломилась, и несбалансированные центробежные силы оторвали всю правую мотогондолу…»
В общем и целом можно сказать, что работа над летательными аппаратами с возможностью геликоптерного старта и полёта «как самолёт» революции в самолётостроении не вызвала. Но знания, приобретённые лётчиками-испытателями, которые управляли необычными машинами сразу в двух режимах полёта, пригодились их коллегам уже совсем скоро - спустя несколько лет появились реактивные самолёты вертикального взлёта и посадки.
Не прошли мимо подобных летательных аппаратов и писатели-фантасты - машины с поворотными гондолами двигателей можно встретить во многих фантастических книгах, кинолентах и компьютерных играх.
| Во что поиграть? |
|
В начале 1950-х гг. французская компания SNECMA начала эксперименты с летательными аппаратами с кольцевым крылом. После экспериментов с беспилотными моделями в 1956 г. начались испытания аппарата С-400 Atar Volant. Три года спустя был создан экспериментальный конвер-топлан с кольцевым крылом С-450-01 Coleoptere. В качестве силовой установки использовался турбореактивный двигатель Atar 101Е тягой 34,32 кН. Первый свободный вертикальный полет Coleoptere совершил 6 мая 1959 г. Однако 25 июля во время перехода от вертикального к горизонтальному по-, лету самолет разбился, пилот Август Морель успел катапультироваться.
По заказу американских ВВС в 1955 г. фирма Ryan построила два самолета с вертикальным положением корпуса на взлетно-посадочных режимах. Эти самолеты с треугольным крылом оснащались реактивными двигателями фирмы Rolls-Royce тягой в 45,4 кН. Машина, названная Vertijet, получила обозначение Х-13 согласно принятой в США классификации. Так как на этих реактивных самолетах поверхности элементов управления не обдувались сходящими с воздушного винта потоками воздуха, то они не обладали достаточно высокой эффективностью при малых скоростях. Поэтому управление на таких режимах обеспечивалось посредством поворотного сопла. У пилота тоже было как бы два комплекта приборов управления. В декабре 1955-го были, начаты, летные испытания., но на первом этапе летательный аппарат был оснащен временным трехколесным шасси, которое позволяло проводить взлет и посадку, как у самолета.
Для осуществления вертикального взлета и посадки Vertijet использовался, несомненно, самый необычный в мире аэродром. Этот самолет не опускался на землю, а устраивался на стене, как муха.
Аэродром представлял собой обычный большегрузный трейлер, транспортная площадка которого могла с помощью гидравлики подниматься в вертикальное положение. На верхней части трейлера между двумя мощными мачтами был натянут массивный, прочный трос. Vertijet цеплялся за трос с помощью специального крюка, установленного под носовой частью самолета. Так как крюк находился вне поля зрения пилота, наведение самолета при посадке осуществлялось с помощью оператора, находящегося на верхушке трейлера. Кроме того, на верхней части «посадочной стенки» находилась специальная балка длиной 6 м, по которой пилот мог хоть немного ориентировать самолет в пространстве (эта балка была размечена белыми и черными полосами, позволяющими летчику определить, насколько далеко он находится от посадочного троса).
Первый полет с вертикальным взлетом и посадкой был выполнен только 11 апреля 1957 г. Тяго-вооруженность аппарата составляла 1,3, поэтому взлет и посадка прошли довольно успешно. Дальнейшие испытания не проводились, один из самолетов в качестве статического экспоната демонстрировался на международных авиасалонах. Впрочем, военные довольно быстро разочаровались в конвертопланах с вертикальным положением корпуса и из соображений «человеколюбия» прекратили все исследования по ним: даже опытнейшие летчики-испытатели, по словам современников, бледнели при одном воспоминании о вертикальной посадке на такой машине. Впрочем, в конце 1970-х гг. все-таки появился проект совершенно фантастического «самолета-трансформера» - Nutcracker (фирма Grumman). При выполнении вертикального взлета и посадки он «ломался» пополам таким образом, что кабина сохраняла горизонтальное положение, но дальше проекта дело не пошло.