|
|
| Вертолеты | Самолеты | Авианесущие корабли | Словарь авиа терминов |
|
|
Вертикальные взлет и посадка Для вертикального взлета, способности висеть в воздухе, вертикальной посадки самолету необходимы прежде всего два основных условия: во-первых, тяга силовой установки должна превышать вес самолета, во-вторых, тяга должна при взлете, посадке или на режиме висения направляться вверх, а при обычном полете — горизонтально. Одно из решений при создании экспериментальных вертикально взлетающих самолетов было весьма простым по идее: вооружив самолет мощной силовой установкой, поставить его для взлета на хвост. Такой самолет был построен в США. Два его турбовинтовых двигателя общей мощностью 3866,1 кВт (5260 л. с.) имели общий редуктор и вращали два соосных винта диаметром 4,9 м. Винты развивали на взлете тягу до 90 кН при массе самолета 6800 кг. Это позволяло ему взлетать вертикально и набирать высоту со скоростью 30 м/с. Горизонтальная скорость самолета достигала 800 км/ч. Самолет имел необычное хвостовое оперение — два больших киля расположенных перпендикулярно, крест-накрест с треугольным крылом. На концах врыла и килей находились четыре ноги шасси с небольшими колесами и мощной амортизацией. Нормальное положение самолета на стоянке — вертикальное. Кресло летчика может наклоняться вперед на 45°. При горизонтальном полете оно находится в обычном положении, при стоянке, взлете, посадке самолета — отклоняется вперед. Для поворота кресла имеется специальный электродвигатель и механизм, управляемый летчиком. На описанном самолете были впервые произведены вертикальный взлет и посадка, а также переход к горизонтальному полету. Этот самолет, как и многие другие аппараты вертикальных взлета и посадки, испытывался вначале на привязи. Он был подвешен с помощью тросов, блоков и лебедок в огромном (высотой 60 м) эллинге для дирижаблей. После взлета самолет вертикально поднимался до высоты 60— 70 м. С помощью аэродинамических рулей ему придавался наклон вперед, и он перемещался подобно вертолету. С увеличением наклона увеличивалась скорость самолета, постепенно он принимал «нормальное самолетное» положение и летал горизонтально, как обычный самолет. Самолет управлялся аэродинамическими рулями. Эффективность их действия на переходных режимах, когда скорость самолета мала, обеспечивается благодаря тому, что они находятся в мощном и быстром потоке воздуха, отбрасываемом винтами. Также вертикально устанавливались при взлете и экспериментальные реактивные самолеты — американский «Райан» Х-13 и французский «Колеоптер». Оба они взлетают с вертикальной рампы, которая для удобства обслуживания самолета может устанавливаться и в горизонтальное положение. Очень необычен вид «Колеоптера», У этого самолета кольцевое крыло, представляющее собой пустотелый цилиндр, внутри которого укреплен фюзеляж. На вынесенной вперед носовой части фюзеляжа — кабина пилота с большим фонарем для улучшения обзора. Сиденье летчика поворачивается. Диаметр кольцевого крыла более 4 м. В фюзеляже установлен турбореактивный двигатель. Самолеты с вертикальным положением фюзеляжа при взлете и посадке использовались лишь для исследовательских работ и не получили дальнейшего развития. Непригодность таких самолетов для пассажирских и транспортных перевозок очевидна. Их использование в военных целях также неприемлемо из-за сложности эксплуатации. Кроме того, переход от вертикального к горизонтальному полету и обратно труден. Усложняет конструкцию и необходимость применения поворотного кресла для летчика. Значительный объем исследований по разработке вертикально взлетающих аппаратов был выполнен с помощью специальных летающих стендов. В нашей стране такой стенд, названный «Турболетом», был создан под руководством конструкторов А. Н. Рафаэлянца и В. Н. Матвеева. Он многократно испытывался как на привязи, так и в свободном полете летчиком-испытателем Ю. А. Гарнаевым. Аппарат представляет собой металлическую ферму с установленным на ней турбореактивным двигателем. Рядом с двигателем расположены кабина летчика и бак с горючим. Четыре ноги шасси с небольшими колесами поддерживают аппарат в нормальном положении при стоянке. Одна из главных задач, которую решают конструкторы при экспериментах с летающими стендами и опытными вертикально взлетающими самолетами,— обеспечение управляемости самолета при вертикальных взлете и посадке и на переходных режимах к горизонтальному полету. Для управления на этих режимах могут служить рули, помещаемые в потоке газов, который выбрасывается реактивным двигателем. Такие рули называют газовыми. Два газовых руля-пластины были помещены в выходном сопле реактивного двигателя <Турболета». Кроме газовых рулей, «Турболет» имел еще и четыре струйных руля, которые представляют собой реактивные сопла на концах длинных металлических консолей. В сопла подается сжатый воздух от компрессора двигателя. Вырываясь из них, воздух создает реактивную тягу в противоположном направлении. Струйные рули устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить повороты машины вокруг вертикальной оси и ее наклоны в продольном и боковом направлениях. Испытание струйных и газовых рулей на «Турболете» было успешным. С их помощью летчик (рули управляются рукояткой и педалями из кабины) перемещал аппарат в воздухе в любом направлении. Исследования на летающих стендах и первых самолетах с вертикальными взлетом и посадкой позволили конструкторам разобраться во многих неясных вопросах и перейти к строительству многочисленных экспериментальных вертикально взлетающих самолетов различных конструкций, на которых отрабатываются наиболее удачные конструктивные решения, а затем и к созданию серийных самолетов вертикальных взлета и посадки. Однако прежде чем перейти к описанию этих интересных машин, нужно разобраться в простейших теоретических вопросах, выяснить, к чему должны стремиться инженеры, создавая самолеты нового типа, которым не нужны большие и дорогостоящие аэродромы. Мы уже упоминали, что для вертикальных взлета и посадки необходимо приложить тягу, превышающую вес самолета и действующую в вертикальном направлении, и обеспечить надежную управляемость на необычных для самолета режимах вертикальных взлета, посадки и перехода к горизонтальному полету. Получить вертикальную составляющую тяги, которая превышала бы вес самолета, можно с помощью различных типов силовых установок. Иногда силовая установка — это только двигатель самолета (например, турбореактивный или ракетный), иногда она включает как двигатель (например, поршневой или газотурбинный), так и движитель — самолетный или вертолетный винт. Однако в любом случае силовая установка для этого должна отбрасывать вниз большую массу воздуха или газов — рабочего тела, как говорят инженеры. Тяга, развиваемая силовой установкой, равна произведению массы отбрасываемого рабочего тела на его скорость в единицу времени. Однако увеличивать скорость рабочего тела для увеличения вертикальной тяги невыгодно, так как чем больше скорость, тем хуже отношение полученной тяги к мощности двигателей. Мощность используется тем лучше, чем меньше скорость потока воздуха или газов. Значит, выгоднее и экономичнее отбрасывать большую массу рабочего тела с небольшой скоростью. Это нужно запомнить, чтобы понять, почему для вертикального взлета в некоторых конструкциях самолетов применяют эжекторы и другие устройства, позволяющие увеличить массу отбрасываемого рабочего тела за счет снижения его скорости. Вертикальные несущие винты большого диаметра отбрасывают огромное количество воздуха с относительно небольшой скоростью. Это наиболее экономичное средство вертикального взлета. Однако для скоростных вертикально взлетающих аппаратов использовать огромные несущие винты нельзя. Большой расход рабочего тела при низкой скорости истечения дают также силовые установки с самолетными винтами, хотя их эффективность для вертикального взлета несколько хуже, чем эффективность установок с несущими вертолетными винтами. Еще менее экономичны для вертикальных взлета и посадки турбореактивные двигатели, так как скорость истечения газов у них велика. Однако у них другое достоинство: именно эти двигатели позволяют получить высокое отношение тяги к массе силовой установки. А получить большую тягу при минимальной массе чрезвычайно важно для самолета вообще, а для вертикально взлетающего — в особенности, ибо чем больше масса двигателя, тем большая часть его тяги расходуется лишь на то, чтобы поднять самого себя. Стремясь разрешить эти противоречия, конструкторы разных стран создали немало опытных образцов самолетов с вертикальными взлетом и посадкой с самыми различными силовыми установками. Чтобы легче разобраться в этом многообразии, примем один из вариантов классификации самолетов вертикальных взлета и посадки, разделяемый многими учеными. По этой классификации такие самолеты прежде всего подразделяются на две большие группы. Первая группа — самолеты, у которых и для горизонтального полета, и для вертикальных взлета и посадки используются одни и те же двигатели (вертикальная и горизонтальная тяга создается одними и теми же двигателями). Вторая группа — самолеты, у которых горизонтальная тяга для обычного полета создается одними двигателями, а вертикальная тяга для взлета и посадки — другими. Иногда выделяют и третью группу самолетов. У них одни и те же двигатели для горизонтального полета, взлета и посадки по вертикали, но при горизонтальном полете тяга создается двигателями непосредственно, а вертикальная тяга — агрегатами усиления тяги, приводимыми от этих двигателей. Наиболее многочисленна по количеству созданных образцов первая группа, которую можно разделить на три подгруппы. Первая подгруппа — самолеты, которые для получения вертикальной тяги силовой установки поворачиваются в вертикальное положение (о них мы уже рассказывали). Вторая подгруппа — самолеты, у которых для получения вертикальной тяги поворачивается на 90° не весь самолет, а отдельные его агрегаты: винты, турбовинтовые двигатели вместе с винтами, турбореактивные двигатели или крыло вместе с двигателями. Третья подгруппа — самолета или его агрегатов, а потока рабочего тела — газов турбореактивного двигателя или воздуха, отбрасываемого винтами. Существуют также самолеты, у которых основные двигатели поворачиваются при взлете и посадке и, кроме того, имеются специальные подъемные двигатели. Теперь, разобравшись в некоторых важных проблемах вертикальных взлета и посадки и получив представление о классификации вертикально взлетающих самолетов, посмотри», какие интересные, часто очень необычные машины этого класса летательных аппаратов созданы учеными и инженерами. Мы уже говорили о том, что конструкция самолета может меняться в полете. Первые попытки этого рода — отклонение закрылков, предкрылков и других элементов крыла. Ярко выражено изменение конструкции в полете у появившихся в 60-х годах самолетов с изменяемой стреловидностью крыла. И те и другие элементы «перестройки» самолета применяются для сокращения взлетной и посадочной дистанции самолетов. Для вертикальных взлета и посадки используется «перестройка» другого рода — поворот винтов, двигателей или крыла вместе с силовой установкой. Первые самолеты с поворотом винтов были построены еще в 30-х годах нашего века на базе поршневых двигателей. Одним из них является «Белл XV-3». По внешнему виду этот самолет мало отличается от обычного: обтекаемый фюзеляж с хорошо остекленной кабиной для 3 человек, обычное хвостовое оперение, прямое крыло (только очень небольшое — площадью около 11 м). Правда, два винта самолета, закрепленные в маленьких гондолах на концах крыла, необычно велики — нечто среднее между вертолетными и самолетными винтами. Они приводятся во вращение от поршневого двигателя, установленного в фюзеляже, через механическую трансмиссию и систему редукторов. Редукторы винтов, установленные на упругих опорах в гондолах крыла, имеют специальные механизмы для поворота. При взлете оси винтов расположены вертикально и винты работают по-вертолетному, над крылом. После взлета с помощью небольших электродвигателей и червячной передачи летчик постепенно поворачивает их на 90°. При взлете и посадке самолет управляется, как вертолет поперечной схемы, изменением шага винтов в различных комбинациях. После перехода к полету в самолетном режиме машина управляется аэродинамическими рулями, как обычный самолет. Для самолета с поворотными винтами особенно трудно подобрать винты. Для взлета и посадки нужны винты, близкие к вертолетным: большого диаметра, с малой нагрузкой на сметаемую площадь, с небольшой «круткой» (8—10°). Такой винт создает большую тягу при малой скорости потока. Для самолетного режима полета характеристики винта нужны прямо противоположные: малый диаметр, большая нагрузка, большая «крутка» (35—40°). Поворотные винты вертикально взлетающего самолета — всегда плод компромиссного решения. У других винтовых самолетов вертикальных взлета и посадки при переходе к режиму горизонтального полета и обратно происходит еще более радикальное изменение конструкции — поворачивается все крыло вместе с двигателями и винтами. Е..В 1959 г. в США проводились испытания довольно большого самолета с поворотным крылом. На крыле самолета «Хиллер» Х-18 установлено 4 турбовинтовых двигателя (по 2 спаренных двигателя в 2 гондолах) общей мощностью 7570,5 к Вт (10300 л. с.). Взлетная масса самолета — 15 т. Вертикально взлетающие самолеты с поворотным крылом и поворотными винтами разрабатывались и в других странах. Разрабатывались также винтокрылые аппараты, у которых винты вертолетного типа установлены для вертикального полета, в горизонтальном полете они не поворачиваются, а преобразуются. Такую схему несущего винта называют «винт-крыло», При вертикальных взлете и посадке система «винт-крыло» работает как несущий винт обычного вертолета. Когда машина достигнет скорости 240 км/ч, винт останавливается и фиксируется в положении, при котором одна лопасть укладывается вдоль верхней передней части фюзеляжа, а две другие образуют вместе с обтекателем втулки крыло (нечто среднее между треугольным и стреловидным). Для получения вертикальной тяги необязательно поворачивать при взлете и посадке самолет или отдельные его агрегаты — крыло с силовой установкой, двигатели, винты. Созданы машины, в которых отклоняется вниз струя отбрасываемого винтами воздуха или вытекающих из реактивных двигателей газов. Мы уже упоминали о самолетах, имеющих благодари мощной механизации крыла очень небольшие разбег при взлете и пробег при посадке. Были созданы опытные легкие вертикально взлетающие самолеты с очень развитой механизацией крыла — большими трехщелевыми закрылками, предкрылками, специальными вертикальными шайбами на концах крыла и другими устройствами. У этих самолетов поток воздуха от винтов отклоняется почти на 90°, и машины взлетают вертикально. Большее распространение получили разработки самолетов с отклонением струи реактивных двигателей. Появились самолеты такого типа, пригодные для практического использования. В Англии фирма «Хоукер» в течение многих лет вела разработку вертикально взлетающего реактивного истребителя-бомбардировщика. Первый полет самолет «Хоукер» Р. 1127 совершил еще в 1960г. К 1966г. уже было построено 15 самолетов Р. 1127 и модифицированного варианта «Кэстрел». Внешне самолет фирмы «Хоукер» почти не отличается от обычных самолетов. Главная особенность силовой установки — наличие четырех поворотных сопл, которые обеспечивают вертикальную тягу. Сопла поворачиваются на 100° с помощью цепной передачи, приводимой в движение двумя специальными пневматическими двигателями. Выходные отвер- стая (по два с каждой стороны) находятся на фюзеляже, они прикрыты специальными обтекателями. У самолета обычное вертикальное и горизонтальное хвостовое оперение. Под фюзеляжем имеется небольшой дополнительный киль. На взлете, посадке и переходных режимах самолет управляется с помощью системы струйных рулей — реактивные сопла продольного и путевого управления находятся на продольной балке и хвосте фюзеляжа, сопло продольного управления имеется также в носовой части фюзеляжа, есть сопла и на концах крыла. Для создания управляющих сил из сопл выпускается сжатый воздух, который отбирается за компрессором двигателя и по системе трубопроводов подается к рулевым соплам. Когда самолет переходит к горизонтальному полету и сопла двигателя поворачиваются назад, сопла системы управления автоматически отключаются, самолет полностью управляется аэродинамическими рулями. Органы управления в кабине пилота почти не отличаются от обычных. Во время испытаний машины садились на различные неподготовленные площадки, в том числе на небольшую лесную поляну размером всего 15Х15 м. С 70-х годов в Англии серийно выпускаются истребители-бомбардировщики «Хариер». Они отличаются от опытных машин В. 1127 и «Кэстрел» прежде всего более мощным двигателем и размерами крыла и фюзеляжа. Взлетная масса модифицированного самолета также заметно возросла — более 7 т при вертикальном взлете и около 10 т при взлете с разбегом. Истребитель-бомбардировщик «Хариер» может летать на большой скорости на малых высотах, несет разнообразное вооружение. Одно из главных достоинств военных самолетов вертикальных взлета и посадки — возможность их рассредоточения в боевой обстановке на элементарно оборудованных базах без бетонированных взлетно-посадочных полос. Поэтому они должны быть приспособлены для обслуживания с применением минимума технических средств в полевых условиях. Для такого самолета особенно важно предотвратить возникновение неисправностей, достоверно определить их отсутствие, а если неисправность все-таки появилась, иметь возможность быстро и точно определить ее происхождение и устранить. Англия широко рекламирует возможности самолетов вертикальных взлета и посадки «Хариер». Еще в апреле 1969 г. за 6 ч 37 мин самолет совершил трансатлантический перелет с английской базы ВВС и приземлился на аэродроме военно-морского флота США. В полете он заправлялся топливом с самолетов-заправщиков «Виктор». Через некоторое время один «Хариер» совершил перелет из центра Лондона в центр Нью-Йорка, а второй — с подготовленной в Манхеттене площадки в Лондон. Это первые случаи взлета и посадки реактивных вертикально взлетающих самолетов в центре города. В сентябре 1986 г. начались испытания самого нового варианта английского вертикально взлетающего палубного самолета «Хариер» двигателем «Пегас» Мк-105 с тягой 97,5 кН и мощным вооружением. Самолеты с поворотом потока газа имеют немало преимуществ: нет необходимости в сложных устройствах поворота крыла или двигателей, гак как тяга одного и того же двигателя используется для вертикальных, горизонтальных и переходных режимов полета; запуск двигателя, его проверка и рулежка самолета по аэродрому производятся при горизонтальном положении сопл, значительно уменьшающем возможность попадания в двигатель пыли, грязи и эрозию взлетной площадки; при горизонтальном положении сопл аппарат может взлетать как обыкновенный самолет, что позволяет использовать его с гораздо большей нагрузкой. Характерная особенность силовых установок подобных самолетов — специальные устройства для поворота потока газов, выходящих из двигателя. Основой для разработки таких устройств послужил опыт применения реверсов тяги для торможения самолетов. В реверсивных агрегатах использовались дефлекторы газовых струй — поворотные решетки, отклонявшие поток газов при посадке самолета. Эксплуатация самолетов с реверсами тяги началась более 30 лет назад, Сейчас реверс тяги широко применяется для торможения самых различных самолетов — от истребителей до пассажирских машин. Одна из конструкций поворотного устройства рассчитана на двухпозиционную работу — для создания вертикальной или горизонтальной тяги. В конце выхлопной трубы двигателя находятся два сопла. Одно представляет собой обычное окончание трубы, направлено отверстием назад, другое расположено до него и направлено отверстием вниз. Внутри выхлопной трубы размещаются сферические заслонки. В одном положении они закрывают направленное вниз сопло и пропускают поток газов в обычное сопло. Двигатель создает горизонтально направленную тягу. В другом положении заслонки перекрывают обычное сопло и направляют поток газов вниз. Двигатель создает вертикально (вверх) направленную тягу. Такое устройство поворота создает тягу, направленную строго вперед или вверх, что затрудняет полет на переходных режимах. Этот недостаток несколько смягчается возможностью отклонения направленного вниз сопла на некоторый угол вперед и назад. Однако из-за конструктивных сложностей сопло можно отклонять лишь на небольшой угол, и переход от вертикальной тяги к горизонтальной и обратно получается очень резким. Остроумно решается проблема плавного изменения направления тяги в двигателях с поворотными соплами, как, например, в двигателях «Пегас», разные модификации которых установлены на нескольких вертикально взлетающих самолетах. У двигателей «Пегас» нет обычного, направленного назад сопла. Нет и сопла, направленного вниз. Выхлопная труба у них раздваивается и образует по два сопла по бокам двигателя. (Всего у «Пегаса» четыре сопла, об этом ниже.) Кажется, что это бессмысленно: тяга газов, вытекающих из таких сопл, не будет толкать самолет ни вверх, на вперед, составляющие силы тяги, направленные в противоположные стороны, будут взаимно уничтожаться. Но этого не происходит. В соплах находятся отклоняющие пластинки, решетки, установленные наклонно к оси сопла. Они отклоняют струю выхлопных газов назад по отношению к двигателю, установленному горизонтально на самолете (на рисунке показана пара сопл, расположенных по одной стороне четырехсоплового двигателя). Образуется тяга, толкающая двигатель и самолет вперед. Она-то и используется при горизонтальном полете. Сопла могут поворачиваться (не отклоняться, а поворачиваться вокруг своей оси). Поверните мысленно сопла против часовой стрелки — струя вытекающих из сопл и отклоняемых пластинками газов (см. стрелки на рисунке) начнет поворачиваться вниз, пока не достигнет положения, показанного на рисунке. Теперь тяга будет направлена строго вверх. Изменение направления тяги произошло плавно, через множество промежуточных положений, что очень важно для переходных режимов. Опыт эксплуатации таких двигателей подтвердил относительную простоту и удобство применения системы с четырьмя поворотными соплами. Кроме рассмотренных систем изменения направления тяги, существует комбинированная система отклонения струи. Отклоняющее устройство состоит из двух створок, нормально образующих часть внутренней стенки выхлопной трубы. В горизонтальном полете поток газов проходит по выхлопной трубе и вытекает через расположенное сзади обычное сопло. Когда нужно отклонить струю, створки сдвигаются назад, перекрывая сечение задней части трубы, ведущей к соплу. Одновременно створки открывают ранее закрытые ими два боковых отверстия — по одному с каждой стороны выхлопной трубы. От каждого отверстия в сторону отходит короткая труба, в конце которой находятся отклоняющие решетки. Оба решетчатых сопла смонтированы на подшипниках и могут вращаться. Система с отдельным реактивным соплом для крейсерского полета и решетками сопловых лопаток для взлета и посадки имеет свои преимущества — позволяет при горизонтальном полете, используя обычное сопло с наиболее подходящим сечением, получить минимальный расход топлива при крейсерском полете, а при взлете использовать сечение, наиболее подходящее для максимальной тяги. Созданы самолеты, в которых тяга турбореактивных двигателей для вертикальных взлета и посадки используется не непосредственно, а с помощью агрегатов усиления тяги. В самолете фирмы «Локхид» поток газов от двух турбореактивных двигателей, установленных в гондолах по бокам фюзеляжа, при горизонтальном полете вытекает через обычные сопла назад. Для создания вертикальной тяги при взлете и посадке поток газов с помощью клапанов направляется в эжекторное устройство в центральной части фюзеляжа. Эжекторная система имеет два центральных воздушных канала, от которых отходят поперечные каналы с щелевыми соплами на концах. Сопла выходят в эжекторные камеры, которые могут закрываться створками на верхней и нижней поверхностях фюзеляжа. При работе сопл в эжекторных камерах через открытые створки верхней поверхности фюзеляжа подсасывается большой объем воздуха. Скорость потока заметно снижается, а отбрасываемая масса газов возрастает. (Напомним, что для вертикальных режимов выгоднее получать поток с большой отбрасываемой массой и низкой скоростью.) При работе эжекторного устройства самолета, о котором идет речь, вытекающие газы (их температура 650°С) эжектируют воздух, объем которого в 5,5 раза больше объема самих газов. На выходе из эжекторных камер через створки нижней поверхности фюзеляжа поток газов и воздуха имеет уже температуру 145°С и небольшую скорость, что очень упрощает проблему эксплуатации самолета (газы, имеющие высокую температуру и большую скорость, быстро разрушают взлетную площадку). Но главное достоинство эжекторной установки — увеличение тяги (на 30% больше суммарной тяги обоих двигателей). Это очень существенно, ибо, если тяга двигателей рассчитана для вертикальных режимов, в горизонтальном полете она используется лишь частично, что приводит к увеличению расхода топлива. Существует ряд других интересных проектов самолетов вертикальных взлета и посадки, использующих отклонение струи турбореактивных двигателей через систему эжекторов. Другой способ вертикальных взлета и посадки с помощью агрегатов усиления тяги — использование турбореактивных двигателей в качестве газогенераторов для привода турбовентиляторных установок. Вентиляторы создают тягу, значительно превышающую тягу двигателей, установленных на таком самолете. Совершенствование реактивных двигателей, уменьшение отношения массы двигателя к развиваемой им тяге позволили создать вертикально взлетающие самолеты с двумя группами двигателей. Такие самолеты имеют двигатели для горизонтального полета (так называемые маршевые двигатели) и специальные двигатели для вертикального взлета и посадки, установленные в самолете вертикально (подъемные двигатели). Устанавливают дополнительные подъемные двигатели и на самолетах с укороченным взлетом. Несмотря на конструктивную сложность таких самолетов из-за наличия двух групп двигателей, многие специалисты считают подобную схему весьма перспективной. Дело в том, что турбореактивный двигатель с тягой, превышающей вес самолета, не может быть оптимальным и на взлетном, и на крейсерском режимах. Расход топлива у него всегда будет большим. Двигатель, спроектированный лишь для определенного режима полета, позволяет уменьшить расход топлива почти на 30% по сравнению с многорежимным двигателем. Воздухозаборник для двигателя, рассчитанного на нулевую скорость (при вертикальных взлете и посадке), должен заметно отличаться от воздухозаборника для сверхзвуковых скоростей. Кроме того, наличие нескольких небольших подъемных двигателей создает более безопасные условия при взлете и посадке. Использование подъемных двигателей становится, однако, целесообразным лишь при наличии совершенных двигателей небольших размеров, малой массы, очень простой конструкции. Такие двигатели рассчитаны только на полет с малой скоростью на небольшой высоте. Работа на небольших высотах позволяет применить камеру сгорания малого объема и малой длины. Подъемные двигатели должны работать гораздо меньше времени, чем маршевые, так как они включаются только при взлете и посадке. Если маршевые турбореактивные двигатели могут работать многие сотни (на пассажирских самолетах — тысячи) часов, то срок службы подъемного двигателя исчисляется несколькими десятками часов. В то же время важно обеспечить высокую надежность запуска этих двигателей. Запускать подъемные двигатели приходится по меньшей мере вдвое чаще, чем маршевые (перед взлетом и перед посадкой), не только на земле, но и в воздухе во время полета. Семейство подъемных дигателей для самолетов вертикальных взлета и посадки создано специалистами английской фирмы «Роллс-Ройс». Эти двигатели установлены на экспериментальных вертикально взлетающих самолетах, построенных в Англии, ФРГ, Франции. Первым из этого семейства был двигатель В. 108 с тягой немногим более 10 кН и массой всего 129 кг. Отношение тяги к массе (мера определения весового совершенства двигателя) у него было более 8 — гораздо лучше, чем у обычных маршевых турбореактивных двигателей. Однако для подъемного двигателя очень важно не только иметь небольшую массу, но и занимать по возможности меньший объем, иметь небольшие размеры. Особенно важна длина. Ведь подъемные дигатели обычно устанавливаются вертикально и должны вписываться в фюзеляж, по возможности не увеличивая его лобового сопротивления. Длина В.108 немногим более 1 м, диаметр — 51 см. Двигатель имеет восьмиступенчатый компрессор, двухступенчатую турбину и компактную кольцевую камеру сгорания малой длины и небольшой массы. Большие исследовательские работы по самолетам с подъемными двигателями проводятся во Франции. На базе серийного истребителя-бомбардировщика был построен самолет вертикальных взлета и посадки «Бальзак» со скоростью 1000 км/ч и взлетной массой около 7 т. В горизонтальном полете основную часть тяги создает расположенный в хвосте фюзеляжа маршевый двигатель с тягой 22 кН, а для взлета и посадки используются 8 вертикально установленных двигателей, которые описаны выше (модификация В.10). На режиме висения и на переходных режимах самолет управляется системой реактивных рулей. Треугольное крыло у самолета «Бальзак» такое же, как и у серийных самолетов «Мираж». Все системы и оборудование тоже почти идентичны. Эксперименты с «Бальзаком» позволили создать истребитель-бомбардировщик «Мираж III». У него также 8 подъемных двигателей, только тяга каждого более 20 кН, Маршевый двигатель имеет гораздо большую тягу, чем двигатель «Бальзака». Самолет массой около 13 т достигает скорости 2400 км/ч. На «Мираже III» установлен двигатель «Роллс-Ройс» В.162. Этот подъемный двигатель дает почти вдвое большую тягу, чем В.108, а масса его меньше — всего 125 кг. Отношение тяги к массе у него очень высокое — 14. Двигатель имеет шестиступенчатый компрессор с небольшой степенью сжатия. Малая степень сжатия приводит к относительно низкой температуре подаваемого компрессором воздуха. Это позволило использовать в конструкции компрессора пластмассы. Пластмассовые детали отличаются легкостью, высокой прочностью, дешевизной. Компактная автономная конструкция двигателя позволяет использовать его и в качестве ускорителя для самолетов с укороченным разбегом. Малые размеры дают возможность устанавливать двигатель в хвостовой части фюзеляжа. При посадке такой ускоритель, если он снабжен реверсом тяги, может быть использован для торможения. Для управления вертикально взлетающим самолетом при взлете, посадке и на переходных режимах большое значение имеет возможность очень быстрого изменения тяги двигателей. Подъемные двигатели В.108 и В.162 исключительно послушны рычагу управления — его можно передвинуть рывком из положения малого газа в положение полного газа, и тяга двигателей быстро изменится. Разгон двигателя происходит менее чем за 1 с. Создан и двигатель В.202 с очень высокой степенью двухконтурности. Отношение тяги к массе в этом двигателе достигло уже 15. Дальнейшее совершенствование подъемных двигателей, вероятно, позволит создать совсем необычные самолеты. Некоторые зарубежные конструкторы полагают, что уже при наличии двигателей, тяга которых будет в 30 раз больше веса двигателя, можно создать большой бескрылый самолет. Такая машина сможет летать на небольшой высоте (до 1500 м), а подъемная сила в горизонтальном полете будет создаваться и двигателями, и несущим фюзеляжем. Экономия за счет крыла позволит увеличить полезную нагрузку. Существует эскизный проект такого самолета. Созданы самолеты и с комбинированной системой двигателей для вертикальных взлета и посадки. В них для создания вертикальной тяги используется как отклонение реактивной струи маршевых двигателей, так и установка специальных подъемных двигателей. В группе с составными силовыми установками сейчас существует наибольшее число проектов и разработок. В настоящее время самолеты вертикальных взлета и посадки заняли прочное место в качестве мощного боевого средства в авиации военно-морских флотов. Мы уже рассказывали об английских самолетах «Хариер», принятых на вооружение в Англии и других странах НАТО. Хорошо известны боевые самолеты вертикальных взлета и посадки Як-38. На нашем снимке вы видите их на палубе противолодочного крейсера «Киев». Этот самолет имеет один подъемно-маршевый и два подъемных двигателя, развивает скорость до 1160 км/ч, имеет на вооружении ракеты «воздух — воздух» и «воздух — поверхность», 23-мм пушки, бомбы. На авиасалоне в Фарнборо (1992 г.) демонстрировался новый самолет вертикального взлета и посадки Як-141 — первый в мире вертикально взлетающий, сверхзвуковой самолет. Он развивает скорость до 1800 км/ч, его максимальная взлетная масса около 20 т. Яв-141 предназначен для перехвата воздушных целей, ведения маневренного боя с самолетами противника, нанесения ударов по кораблям и наземным целям. Этот самолет намного опережает аналогичные зарубежные разработки. Проектов самолетов вертикальных валета и посадки в разных странах существует очень много: истребителей-бомбардировщиков, разведывательных, связных, транспортных, пассажирских. Существуют проекты машин с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями, с вентиляторными и эжекторными установками, самолетов-вертолетов со складывающимися винтами и множество других. Конечно, далеко не всем проектам суждено осуществиться, тем более что иногда они, носят рекламный характер. Однако нередко в проектах встречаются интересные инженерные замыслы. По некоторым из них можно судить о направлениях развития самолетов вертикальных взлета и посадки — этих летательных аппаратов близкого будущего. Вернемся, однако, от проектов к действительности. На пути развития и внедрения самолетов вертикальных взлета и посадки предстоит преодолеть еще немало трудностей: нужны еще более совершенные двигатели, серьезна проблема эрозии взлетной площадки, аппараты вертикального взлета и посадки очень дороги. Немало проблем связано с надежным управлением и эксплуатацией этих машин. Большая мощность силовой установки остро ставит проблему шума. А ведь пассажирские вертикально взлетающие самолеты должны взлетать и садиться в черте города — в этом в значительной мере смысл их появления. В общем, проблем предстоит решить немало. Но теперь уже нет сомнений: самолеты с укороченными взлетно-посадочными дистанциями и аппараты вертикальных взлета и посадки — это одно из важных направлений развития авиационной техники. ------------------------------------------------------------ Литература: |
|
|