САМОЛЕТ ВЗЛЕТАЕТ ВЕРТИКАЛЬНО

Авиация принадлежит к тем областям техники, которые развиваются особенно быстро. За исторически короткий срок скорость, высота, грузоподъемность, дальность полета самолетов увеличились в несколько раз.

Особенно резкий скачок произошел после того, как появились мощные газотурбинные двигатели, когда военная, а затем и гражданская авиация перешла от до звуковых к сверхзвуковым скоростям.

Значительный рост скоростей и как следствие увеличение взлетно-посадочного пробега выдвинули немало трудноразрешимых проблем перед конструкторами и эксплуатационниками. Если поршневым машинам хватало ровной площадка в 700—800 м с травяным покрытием, то реактивные требуют бетонных взлетной посадочных полос длиной свыше 3 км. Их строительство связано с огромными затратами. Перед конструкторами встал вопрос: как сократить взлетно-посадочный пробег? Один из самых перспективных путей — это создание самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (СВВП). Такие машины могут дать большую экономию средств при строительстве аэродромов, расширить сферу применения авиации, а военной — придать высокую мобильность и скрытность.

В 50-е годы в США появился на свет экспериментальный самолет XFY-1 (рис. 1), на нем впервые были совершены вертикальный взлет и посадка, а также переход к горизонтальному полету. Его два газотурбинных двигателя мощностью по 2630 л. с. вращали через общий редуктор два соосных винта Ø 4,9 м, развивающих на взлете тягу до 9 тыс. кгс при взлетной массе 6800 кгс. Такое соотношение величин давало возможность самолету подниматься вертикально со скоростью 30 м/с и после перехода в горизонтальный полет развивать скорость до 800 км/ч. По конструкции это была «бесхвостка» с треугольным крылом и килем, на концах которых устанавливались четыре стойки шасси, позволявшие при старте ставить машину вертикально. Кресло летчика при этом. Наклонялось вперед на 45° и возвращалось в нормальное положение относительно фюзеляжа при переходе в горизонтальный полет.

Рис. 1. Экспериментальный самолет XFY-1.

Самолет взлетал до высоты 60—70 м, затем с помощью аэродинамических рулей ему придавался наклон вперед, с увеличением которого нарастала скорость и машина постепенно переходила в горизонтальный полет. При посадке самолет задирал нос, принимал вертикальное положение, на двигателе сбавлялись обороты, и XFY-1 хвостом вниз садился на землю. Управлялся аппарат на взлетном и посадочном режимах элевонами и рулем направления, находящимися в мощной воздушной струе, которая отбрасывалась винтами.

Проблема безопасности посадки (при отказе двигателя) на XFY-1 осуществлялась следующим образом. Впереди винтов был установлен обтекатель с уложенным в него грузовым парашютом. Нажатия кнопки было достаточно, чтобы в аварийной ситуации сработал взрывной заряд и парашют выбросило вверх. В его конструкции были предусмотрены специальные грузы, которые противодействовали направленному вниз потоку воздуха от винтов и способствовали почти мгновенному раскрытию купола. Нижнее вертикальное оперение могло отделяться от самолета, что давало возможность совершать аварийные посадки при отказе двигателя в горизонтальном полете.

Оригинальный аппарат того же класса, получивший название «Колеоптер» (рис. 2), был создан во Франции. Особенность его — кольцевое крыло в форме пустотелого цилиндра Ø 4 м, внутри которого на четырех подкосах крепился фюзеляж. В носовой части располагалась кабина летчика; за ней стоял турбореактивный двигатель. При взлете аппарат управлялся струйными рулями, а при достижении больших скоростей — с помощью отклоняемых поверхностей на кольцевом крыле.

Рис. 2. «Колеоптер».

Самолеты этого типа были, конечно же, непригодны для пассажирских и транспортных перевозок, применение их в военных целях затруднялось из-за сложности эксплуатации, к тому же система управления на режимах висения была ненадежной, потому их конструирование не пошло дальше эксперимента. Из всех построенных СВВП с вертикальным положением фюзеляжа в настоящее время не летает ни один.

Была «обкатана» схема СВВП, в которой в качестве подъемных устройств использовалась вентиляторная установка. Она крепилась в специальных тоннелях крыла, их входные и выходные отверстия в горизонтальном полете закрывались щитками или лопатками направляющих.

Одним из таких самолетов был XFY-5A (рис. 3) фирмы «Райан». Это свободнонесущий низкоплан. Подъемная сила на режимах вертикального взлета и посадки создавалась двумя установленными в крыле вентиляторами, к которым с помощью перепускных заслонок подводился поток газов от двигателя. Расположенный в носовой части фюзеляжа вентилятор малого диаметра обеспечивал продольное управление аппаратом.

Рис. 3. Низкоплан XY-5A.

При горизонтальном полете вентиляторы закрывались сверху створками, а снизу управляемыми жалюзи, последние обеспечивали горизонтальную и вертикальную составляющие вектора тяги, отклоняя назад поток газов вентиляторов. С увеличением скорости полета в них поступала все меньшая часть газов от двигателя, пока наконец весь поток не начинал выбрасываться через реактивные сопла, расположенные по обе стороны фюзеляжа.

В 60-е годы на базе серийного истребителя-бомбардировщика «Мираж III» во Франции был создан СВВП «Бальзак», который вертикально взлетал при помощи восьми подъемных двигателей. Они были размещены попарно в четырех отсеках в центре самолета. Над ними устанавливались створки, открывающиеся при запуске. После подъема на 30 м машина выводилась на переходный режим, для чего маршевый двигатель, установленный горизонтально в хвостовой части, включался на полную тягу, а подъемные при достижении скорости 300 км/ч отключались, и створки закрывались. Максимальная скорость «Бальзака» в горизонтальном полете превышала 1000 км/ч.

Эксперименты с этой машиной позволили создать истребитель-бомбардировщик «Мираж IIIY» (рис. 4), он развивал скорость 2400 км/ч. Единственным недостатком данной схемы было то, что на борту самолета в горизонтальном полете находились двигатели, не участвующие в полете и являющиеся «мертвым грузом».

Рис. 4. «Мираж IIIY».

Появление силовой установки, которая могла самостоятельно создать и вертикальную и горизонтальную составляющие вектора тяги, дало возможность английским конструкторам фирмы «Хаукер» построить самолет P.1127 (рис. 5). Особенность его заключалась в том, что на нем были двигатели с четырьмя поворотными соплами (на 100°). Их выходные отверстия находились на фюзеляже, по два с каждой стороны, и прикрывались специальными обтекателями. При помощи таких сопел, расположенных вблизи центра тяжести самолета; и обеспечивался вертикальный взлет. На высоте они поворачивались, и тяга двигателя приводила P.1127 в горизонтальное движение. На взлете и посадке, в переходных режимах он управлялся с помощью струйных рулей, установленных в носовой и хвостовой частях самолета. Имелись они и на концах крыла. Для создания управляющих сил из сопел выпускался сжатый воздух, который отбирался за компрессором двигателя по системе трубопроводов. Когда машина переходила в горизонтальный полет и сопла поворачивались назад, автоматически отключались струйные рули и самолет управлялся аэродинамическими.

Рис. 5. Самолет P.1127.

Успешные испытания Р.1127 позволили в 1967 году запустить в серию самолет «Харриер», отличающийся более мощным двигателем и несколько увеличенными размерами крыла и фюзеляжа.

Летательные аппараты с поворотным потоком газов имеют немало преимуществ: тяга силовой установки используется для вертикальных, горизонтальных и переходных режимов полета; запуск двигателя, проверка и рулежка самолета по аэродрому производятся при горизонтальном положении сопел, что значительно уменьшает эрозию взлетной площадки, а также возможность попадания в двигатель пыли и грязи.

В Советском Союзе также проводились и проводятся обширные исследования схем вертикального взлета и посадки самолетов. Для этого был построен летающий стенд, получивший название «Турболет» (рис. 6), созданный под руководством конструктора А. Н. Рафаэлянца. Аппарат представлял собой металлическую ферму С установленным на ней вертикальным турбореактивным двигателем. Рядом располагалась кабина и топливные баки. Четыре стойки шасси обеспечивали нормальное положение аппарата на земле. На концах четырех длинных кронштейнов устанавливались струйные, а в зоне выхлопа двигателя газовые рули, что позволяло осуществлять управляемый полет.

Рис. 6. «Турболет» А. Н. Рафаэлянца.

Рис. 7. Боевой советский самолет вертикального взлета.

А в 1967 году на воздушном параде в Домодедове Героем Советского Союза полковником В. Мухиным был продемонстрирован в полете первый боевой советский самолет вертикального взлета и посадки (рис. 7). Эта машина имела турбореактивный двигатель и устройство для отклонения струи выхлопа.

В настоящее время схемы аппаратов вертикального взлета и посадки весьма разнообразны и зависят главным образом от их назначения.

Э. КОРНЕЕВ, инженер