Как известно, боевой самолет наиболее уязвим на земле и на взлете, а дорогостоящие взлетно-посадочные полосы -едва ли не главная статья расходов современных ВВС и первоочередная цель для вражеской авиации. Поэтому авиаконструкторы десятилетиями бились над проблемой вертикального взлета, но решить ее удалось лишь освоив технологию управления вектором тяги, на основе которой созданы первые серийно выпускавшиеся СВВП -британский «Харриер» и советский Як-38. Очень похожие внешне, эти самолеты вертикального взлета и посадки имели совершенно разную судьбу. Пройдя длинную эволюцию и превратившись из неуклюжего «прыгуна» в эффективную боевую машину, «Харриер» дебютировал во время Фолклендского конфликта, принимал участие во многих локальных войнах, от Персидского залива и Афганистана до Балкан, и остается в строю до сих пор. В отличие от Як-38, который поднялся в воздух позже своего западного визави, но был снят с вооружения уже к началу 1990-х гг. Почему его служба оказалась столь недолгой? Из-за чего эта технология, представлявшаяся столь перспективной, так и не смогла потеснить традиционные машины даже в палубной авиации? И есть ли у самолетов вертикального взлета будущее - или они тупиковая ветвь в развитии авиапрома?
С тех самых пор, когда человек начал проектировать и строить аэропланы, способные относительно безопасно и быстро перемещаться в пространстве, его преследовало одно существенное ограничение: самолет требует довольно значительного места на земле для взлета и посадки. Чем больше и тяжелее летающая машина, чем больше людей и груза способна она поднять, тем больше требуется этого места. По мере создания все более современных самолетов возрастали требования к длине и качеству взлетно-посадочных полос, накладывая существенные ограничения на область практического применения авиации. Особенно острой эта проблема представлялась военным - ведь бомбардировка взлетно-посадочных полос авиацией противника могла легко парализовать действия собственных самолетов. Но человек - существо упрямое и находчивое, и с самого начала эпохи летательных аппаратов тяжелее воздуха он пытался заставить их взлететь если не вертикально, то с возможно более коротким разбегом.
Попытки создать геликоптер, предпринимаемые с самого начала XX века (в том числе и Игорем Сикорским ещё в киевский период его деятельности), поначалу оказались безуспешными - этим аппаратам элементарно недоставало двигателей с достаточно высокой удельной мощностью, ждали своего решения и целый ряд других технических проблем. Более перспективным казался автожир, использующий принцип авторотации несущего винта и тягу обычного самолетного двигателя. Такой аппарат вертикально взлететь не мог, но разбег, и особенно - пробег сокращались радикально. Созданные под руководством Хуана де ла Сиервы автожиры в 20-е - 30-е гг. завоевали значительную популярность, они строились по лицензии в раалнчных странах, а военные вовсю экспериментировали с применением новой «игрушки» в своих целях. Вскоре. однако, оказалось, что эти машины тоже отнюдь не идеальны - вертикально взлететь или зависнуть в воздухе они не могли, а полезная нагрузка автожиров была незначительной. И хотя во время Второй мировой войны такие аппараты даже участвовали в боях (например, советский автожир-корректировщик А-7-ЗА или немецкий безмоторный автожир Fa 330, применявшийся на подводных лодках), это участие было лишь эпизодическим и никоим образом не угрожало монополии самолетов.
В 40-е годы на новой технической основе начинается бурный прогресс вертолетостроения. В течение последующих десятилетий геликоптеры заняли очень важное место, как в военной, так и в гражданской авиации. Вертолет стаз очень удачной попыткой создания летательного аппарата - помимо вертикального взлета и посадки, он может зависать в воздухе. Он оказался идеальным для многих задач, которые были не по плечу самолетам. Однако и вертолет имеет свои ограничения. Да, он способен взлетать и садиться с площадок минимальных размеров, летать практически в произвольных плоскостях и направлениях. Но он не летает ни так быстро, как самолет, ни так высоко, ни так далеко. Вертолет неспособен приблизиться к скорости звука - не говоря уж о том. чтобы превзойти её.
Вскоре оказалось, что и дальше ощущается потребность в летательном аппарате, способном хотя бы частично совмещать характеристики вертолета (вертикальный взлет и посадка, свободное управляемое висение) и классического самолета (высокая скорость, большой потолок и дальность полета). И если гражданские эксплуатанты без такого аппарата могли ешё обойтись, то военные были крайне заинтересованы в создании боевого самолета вертикального взлета и посадки. Ведь, хотя вооруженные вертолеты стали весьма грозным оружием над полем боя, они не могли заменить многоцелевые истребители-бомбардировщики ни в воздушном бою, ни при изоляции района боевых действий. Обычный же истребитель, с успехом справлявшийся с этими задачами, требовал взлетно-посадочной полосы - хотя бы в виде палубы авианосца.
Проблема создания боевого самолета вертикального взлета представлялась неразрешимой - в чем могли убедиться, например, американцы, попытавшись создать винтовой истребитель вертикального взлета «Конвэр» XFY-1 «Пого», странную машину, взлетавшую из положения «стоя на хвосте». Однако разрешение проблемы лежало в совершенно иной плоскости, и путь к нему открыла мысль - применить на практике известное в принципе явление управления вектором тяги. Как и каждое новое изобретение в авиации, путь к внедрению его был труден, извилист и, увы, щедро окроплен кровью пилотов-испыта-телей. Но, в конце концов, концепция управления вектором тяги оказалась вполне жизнеспособной, и все серийные конструкции боевых самолетов вертикального взлета и посадки имеют в своей основе именно её: и британский (позже ставший американо-британским) «Харриер», и советский Як-38, и только внедряемая в производство модификация американского «Лайтнинга» II - F-35B. Эти машины разнятся не столько самими конструкторско-техническими решениями, сколько способом подхода к проблеме и её решению. Рассмотрим же подробнее то явление, которое называют управлением вектором тяги (УВТ), или же английской аббревиатурой VTC (Vector Trust Control).
Управление вектором тяги
Если попытаться дать самое простое определение термина, вынесенного в заглавие раздела, то получим примерно следующее: управление вектором тяги - это способность воздушного судна отклонять тягу, создаваемую его силовой установкой, от продольной оси самолета. Понятие это применяется, прежде всего, для воздушных судов с реактивным приводом (не только самолетов, но и ракет), однако может применяться и для самолетов с винтовым приводом (поршневым или турбовинтовым - например, MV-22 «Оспри»).
С практической точки зрения управление вектором тяги имеет две основные области применения:
Увеличение возможностей самолета в горизонтальном полете (прежде всего, в плане управляемости и маневренности);
значительное сокращение разбега и пробега либо полное исключение этих этапов полета - то есть, вертикальный взлет и посадка.
Конструкторские подходы в двух указанных случаях весьма разнятся. Если в первом отклонение вектора тяги от оси самолета становит от нескольких до нескольких десятков градусов (как правило, в пределах 25-35 градусов), то для второго, особенно, если силовая установка должна обеспечить самолету вертикальный взлет и посадку, необходимо направлять тягу вниз, то есть, при горизонтально установленном двигателе отклонение вектора тяги должно составлять около 90 градусов (дело в том, что угол отклонения тяги из-за особенностей термодинамики не должен или не может равняться точно 90 градусов от горизонтали).
Остановимся чуть подробнее на первом случае, обозначаемом в английском языке как Vectoring in Forward Flight (VIFF), то есть, управление вектором тяги в горизонтальном полете. Целью его (в отношении боевых самолетов, прежде всего многоцелевых истребителей) является улучшение маневренности самолета и снижение радиолокационной заметности, что в сумме ведет к повышению его выживаемости на поле боя. Кроме того, значительно сокращается длина разбега и пробега. И хотя это может показаться странным, но отклонение вектора тяги на 20-30 градусов является с технологической точки зрения решением гораздо более поздним и сложным для реализации, чем отклонение на величину, близкую к 90 градусам. Такое решение применяется на практике лишь в боевых самолетах самых последних поколений, хотя и сулит бесспорные преимущества. Согласованная работа аэродинамических поверхностей управления с изменением вектора тяги существенно усиливает действие аэродинамических рулей. Самолет становится способным к более резким маневрам - в принципе, единственным ограничением становится стойкость организма пилота и конструкции летательного аппарата к перегрузкам. Кроме того, при маневрировании с отклонением вектора тяги самолет расходует меньше топлива, чем при маневрировании с применением только аэродинамических рулей - а значит, увеличивается дальность полета. Уменьшение длины разбега и пробега облегчает эксплуатацию с коротких ВПП (например, поврежденных в ходе боевых действий), полевых аэродромов или авианосцев.
Применение управления вектором тяги в горизонтальном полете может существенно повлиять и на конструкцию планера. Оно открывает путь к развитию самолетов-бесхвосток, лишенных не только горизонтального, но и вертикального оперения. Отсутствие оперения уменьшает аэродинамическое сопротивление и массу планера (то есть, снова уменьшается расход топлива и увеличивается дальность полета). Кроме того, уменьшается эффективная площадь рассеивания самолета, придавая ему черты «стеле».
Управление вектором тяги имеет и свои недостатки, о которых не стоит забывать, по крайней мере, на существующем уровне развития авиационной техники. К наиболее существенным из них относятся сложная конструкция и достаточно большая масса устройств управления вектором тяги.
На нынешнем этапе развития конструкции боевых самолетов приоритетным является применение управления вектором тяги в целях обеспечения вертикального взлета и посадки либо значительного сокращения разбега (самолет с управлением вектором тяги может не иметь возможности вертикального старта, или же быть способным взлетать вертикально лишь до определенного показателя взлетного веса) при сохранении возможности вертикальной посадки. Именно эти характеристики реализованы в «Харриере» и Як-38.
Итак, вернемся к «вертикалкам». Применение в таких самолетах управления вектором тяги имеет целью существенное изменение хода старта и посадки самолета. Оно существенно сокращает эти две фазы полета по сравнению с самолетами с классическими силовыми установками (реактивными либо винтовыми). В фазе старта это касается, в первую очередь, разбега, то есть, говоря попросту, пути, который должен преодолеть самолет до того момента, когда его крылья создадут достаточную несущую силу, способную оторвать самолет от земли и поднять его в воздух. В фазе посадки речь идет о пробеге, то есть, пути, который преодолевает самолет от момента касания колесами земли до остановки. Разбег и пробег определяют требования не только к длине, но и к качеству ВПП - ведь если самолет будет двигаться на большой скорости по достаточно длинной, но неровной или поврежденной полосе, то он рискует получить серьезные повреждения и даже разбиться.
Если же самолет будет оборудован устройствами управления вектором тяги в достаточно широком диапазоне, то взлет и посадка выглядят совершенно иначе. Такие самолеты в зависимости от их возможностей подразделяют на несколько групп:
VTOL (Vertical Take off and Landing) - самолеты, способные осуществлять вертикальный взлет и посадку (СВ-ВП);
STOL (Short Take off and Landing) - самолеты с коротким взлетом и посадкой (СКВП);
VSTOL (Vertical Short Take off and Landing) - самолеты, способные осуществлять как вертикальный, так и короткий взлет и посадку (СКВВП);
STOVL (Short Take off and Vertical Landing) - самолеты, мощность силовой установки которых не позволяет взлетать вертикально, но допускает вертикальную посадку (после снижения массы путем выработки топлива и сброса внешней подвески).
Самые первые исследования устойчивость аппарата вертикального взлета показывали, что при старте и посадке вектор несущей силы должен проходить через центр тяжести самолета, а её величина должна по крайней мере на 20% превышать массу планера.
Недавно заместитель министра обороны Юрий Борисов сообщил, что для российских авианосцев может быть создан самолет нового типа: укороченного взлета и посадки или полноценного вертикального взлета. С одной стороны, изобретать ничего особенно не надо: соответствующая машина — Як-141 — была создана еще в последние годы СССР и неплохо себя зарекомендовала. Но насколько сейчас нужен такой самолет российскому флоту?
Самолет Як-141. Фото: WikiMedia Commons
Самолет, который способен взлетать и садиться без разбега, издавна был мечтой авиаторов: для него не требуются длинные взлетно-посадочные полосы, а вполне достаточно небольшой площадки, как для вертолета. Особенно это важно для военной авиации, ведь аэродромы в боевой обстановке часто разрушаются вражескими атаками. Для морской авиации иметь длинные ВПП тем более проблематично, так как их размер лимитируется длиной корабельной палубы.
Между тем перевооружение Российских вооруженных сил предусматривает и строительство новых авианесущих крейсеров. В связи с чем военные и задумались: не оснастить ли такие корабли и самолетами вертикального взлета и посадки?
Стоит заметить, что изобретать велосипед российской оборонке не придется: у нее еще с советских времен накоплен колоссальный опыт в данном направлении. Достаточно сказать, что знаменитому пассажирскому самолету Ан-28 для взлета было достаточно всего 40 метров полосы!
Боевые машины с вертикальным взлетом на вооружении ВВС Советского Союза тоже были, например, штурмовик Як-38; правда, в условиях тропических морей во время дальних походов советских кораблей его двигатели начинали барахлить. Однако более современная разработка КБ Яковлева — самолет Як-141, интенсивные испытания которого начались в конце 80-х годов, поставил целых 12 мировых рекордов для машин своего класса! Увы, этот уникальный самолет не пережил распад СССР, и программа была аккуратно свернута. Впрочем, неполностью: в середине 90-х в рамках заключенного контракта американская компания Lockheed успешно применила разработки "яковлевцев" при создании истребителя-бомбардировщика пятого поколения F-35, среди многих особенностей которого (вроде технологии невидимости для локаторов), была и возможность вертикального взлета.
Но чужая технология без ее авторов не принесла американцам успеха, сравнимого с Як-141: хваленый суперистребитель в рамках устроенного в самих же США испытания проиграл учебный бой почти что допотопному (родом из 70-х годов XX века) F-16. Правда, минимум один "рекорд" новый "Фантом" все же поставил: по дороговизне программы своей разработки, уже превысившей полтора триллиона долларов. Так что даже президент Трамп, известный своим уважительным отношением к перевооружению армии, задумался о том, стоит ли овчинка выделки. А правительства ФРГ и Франции благоразумно предпочли не закупать заокеанскую дорогостоящую игрушку, обойдясь собственными надежными и проверенными машинами четвертого поколения пусть и без возможности вертикального взлета. Думается, в первую очередь потому, что последняя функция в большинстве случаев не так уж критически важна.
Аэродромы противник может разбомбить? Так еще советский комдив Покрышкин во время боев в Германии использовал для своей авиадивизии в качестве взлетной полосы добротный немецкий автобан. К тому же, современная техника позволяет положить (а тем более отремонтировать) такие дороги за считанные часы.
Палуба авианосца слишком коротка? Но ведь эти корабли вошли в широкое применение еще перед Второй мировой войной, когда никаких самолетов вертикального взлета и в помине не было. Для взлета и посадки обычных истребителей и бомбардировщиков применялись другие хитрости.
Сейчас вертикальные машины составляют довольно незначительную долю от существующего самолетного парка авианесущих крейсеров. В том числе и у американцев, где недостатка в "вертикалках" вроде бы нет. А все потому, что недостатки (и весьма значительные) есть у самих "чудо-машин".
Главный из них: необходимость значительно снижать взлетный вес для того, чтобы самолет мог вертикально оторваться от палубы. В связи с чем, например, у единственной по-настоящему массово применявшейся модели — британского истребителя Sea Harrier, радиус полета составлял жалкие 135 километров. Впрочем, его скорость, лишь слегка превосходящая скорость звука, тоже не впечатляла.
И исторический Як-141, и суперсовременный F-35 могут развить максимальную скорость чуть меньше двух тысяч километров в час, в то время как обычный палубный истребитель российского ВМФ Су-33 — 2300 километров. К тому же, радиус действия последнего превосходит в разы аналогичные показатели у своих коллег-"вертикальщиков".
Наконец, самолет вертикального взлета и посадки намного труднее пилотировать как раз из-за смены режимов полета. Достаточно сказать, что один из двух опытных образцов Як-141 разбился во время испытаний именно по этой причине при том, что за его штурвалом находился опытнейший летчик-испытатель, а не рядовой пилот.
Неопределенность в словах замминистра обороны "мы обсуждаем создание самолета с укороченным взлетом и посадкой, возможно, вертикального взлета и посадки" вполне объяснима. С одной стороны, возрождение уникальных наработок яковлевского КБ не составит особой проблемы, за исключением, конечно, необходимой для этого суммы. Понятно ведь, что дополнительные миллиарды долларов для российского военного бюджета выделить будет затруднительно. Но главное, будут ли стоить потенциальные выгоды затраченных усилий? Об этом еще предстоит подумать компетентным структурам.
Многофункциональность и совершенство конструкции сочетает в себе уникальная авиационная техника - самолёт вертикального взлёта и посадки. Лучшие умы России, Англии и США многолетними разработками и дальнейшей их модернизацией создали в конкурентной борьбе легендарные модели. Увеличение скорости, высоты полёта, грузоподъёмности, а также боевых характеристик сопряжено с постоянным усовершенствованием сверхмощного реактивного двигателя. Именно это сделало самолёты с вертикальным взлётом основной базовой единицей ВВС мировых держав.
Первый по вертикали
Самой первой экспериментально созданной в 1954 году техникой вертикального взлёта и посадки была разработка Model 65 Air Test Vehicle. Спроектированная конструкция состояла из имевшихся в наличии агрегатов от разных авиационных аппаратов - фюзеляж и вертикальное оперение были заимствованы у планера, крылья - у самолёта Cessna Model 140А, а шасси - у вертолёта Bell Model 47. До сих пор современные проектировщики удивляются, как совмещение этих отдельных элементов могло дать такой результат!
Компании Bell был готов к концу 1953 года. Через месяц состоялся первый полёт с зависанием в воздухе, а через полгода - его первый свободный полёт. Но модернизация самолёта не прекращалась, ещё на протяжении года тестированием и испытаниями в воздухе его доводили до требуемых показателей.
Реактивный, да не очень
Располагавшиеся по бортам фюзеляжа двигатели поворачивались на 90 градусов вниз, создавая таким образом подъёмную силу и тягу для полёта. Турбокомпрессор осуществлял интенсивное питание непосредственно самих воздушных сопел на окончаниях крыла и оперения. Это обеспечивало управление всей авиаконструкцией на режиме зависания, причём с сохранением этой возможности даже при движении на малой скорости.
Но вскоре по результатам испытаний компания Bell отказалась от дальнейшей работы с этим проектом. Первый самолёт с вертикальным взлётом имел такую тягу что она едва превышала его собственную взлётную массу, хотя и была чрезмерной для горизонтального перемещения.
С такими характеристиками лётчику было сложно удерживать скорость в допустимых значениях, не превышая ограничений по максимальной скорости горизонтального полёта. Поэтому ракурс внимания американцев переместился на другие разработки.
Единственный в мире Як-141
В 1992 году специально приглашённые аккредитованные журналисты были удивлены заинтересованностью лидирующих западных авиакомпаний в этой технике. Специалисты заметили особенности самолёта, которые выходили за рамки стандартных представлений о боевом летательном аппарате. Стало очевидно, что за многие годы исследований, которые параллельно велись в нескольких странах, пальму первенства заслуженно получит советский самолёт.
Это был Як-141, единственный во всём мире на тот момент сверхзвуковой самолёт вертикального взлёта. Он отличался широким спектром боевых задач, высокой скоростью и уникальной манёвренностью, за что получил сразу мировое признание.
Американцы и европейцы начали свои разработки в данном направлении в 60-х годах. На выставке в 1961 году в Фарнборо только английская компания смогла представить достойный результат. Будущий основной английских ВВС, истребитель вертикального взлёта Harrier, был не только самым интересным, но и самым охраняемым экспонатом.
Англичане не подпустили никого, даже своих союзников, американцев. Единственным, для кого за особые заслуги и вклад в победу над фашистской Германией было сделано исключение, стал известный конструктор советских истребителей - А. С. Яковлев. Его не только пригласили, но и ознакомили с возможностями данной техники.
Вертикальная гонка мировых держав
Разработки в СССР на тот момент достигли определённых успехов, но всё-таки значительно уступали англичанам. Эксперименты с изобретённым турболётом дали конструкторам ценный опыт, стала возможной установка на самолёт двух турбореактивных двигателей. Их сопла могли осуществлять поворот на 90 градусов.
Испытатель В. Мухин поднял в небо самолёт, названный Як-36. Но это ещё не была полноценная боевая машина. На показательных выступлениях вместо ракет были подвешены специальные макеты. Ведь для настоящего вооружения самолёт ещё был не готов.
В 1967 году перед проектной командой Яковлева ЦК КПСС поставил задачу создать лёгкий самолёт с вертикальным взлётом. Обновлённая модель, названная Як-38, вызывала скептическую реакцию даже у А. Туполева. Но уже в 1974 году первые 4 самолёта были подготовлены.
После однозначного превосходства в небе британских бомбардировщиков Harrier в войне за Фолклендские острова для правительства Советского Союза стала очевидной необходимость усовершенствования своего Як-38. Поэтому в 1978 году комиссия Минавиапрома утвердила проект для конструкторского бюро Яковлева - создание обновлённого истребителя с вертикальным взлётом Як-141.
Уникальный двигатель, оснащённый совершенной системой управления, был создан в России специально для самолёта с вертикальным взлётом. Впервые в мире было найдено решение форсажного поворотного сопла - того, над чем на протяжении десятилетия трудились не только советские, но и зарубежные авиаконструкторы. Это позволило завершить цикл наземных испытаний для Як-141 и отправить на взлёт. С первых испытаний он подтвердил свои лучшие лётные характеристики.
Это был один из самых секретных авиационных проектов, 11 лет западным спецслужбам понадобилось, чтобы только узнать, как он выглядит. Многоцелевой палубный самолёт Як-141, истребитель 4-го поколения, поставил 12 мировых рекордов. Предназначался для завоевания господства в воздухе и обеспечения прикрытия расположения от противника. Его локатор позволяет поражать и воздушные, и наземные цели. Возможность развивать максимальную скорость до 1800 км/ч. Боевая нагрузка - 1000 кг. Дальность боевого действия - 340 км. Максимальная высота полёта - до 15 км.
Политика Горбачёва
Дальнейшая политика сокращения расходов на оборонную промышленность оказала своё влияние. Для демонстрации оттепели во внешнеэкономических отношениях правительство существенно корректировало объёмы производства авианосцев. По причине отсутствия кораблей базирования в связи с выводом авианосцев из российского флота после 1987 года разработка Як-141 прекратилась.
Несмотря на это, появление Як-141 было существенным шагом в авиаконструкторской практике. Российские самолёты с вертикальным взлётом стали незаменимой техникой ВВС, а в дальнейших модернизациях истребителей учёные во многом опирались на результаты многолетней работы Яковлева.
МиГ-29 (Fulcrum)
Разработанный конструкторским бюро имени А. Микояна четвёртого поколения МиГ-29 сочетает в себе лучшие характеристики для ведения воздушного боя ракетами на средней и ближней дальности.
Изначально МиГ с вертикальным взлётом был предназначен для уничтожения любых типов воздушных целей при любых погодных условиях. Сохраняет свою функциональность даже в условиях помех. Оснащённый высокоэффективными двухконтурными двигателями, он способен поражать в том числе и наземные цели. Спроектирован в начале 70-х, первый взлёт осуществился в 1977 году.
Достаточно простой в эксплуатации. Поступив на вооружение ВВС в 1982 году, МиГ-29 стал основным истребителем ВВС России. Кроме того, более 25 стран мира закупили свыше тысячи самолётов.
Американский крылатый хищник
Всегда тщательные в вопросе обороны, американцы также преуспели в создании мощных истребителей.
Названный по имени хищной птицы Harrier создавался как многофункциональный и лёгкий штурмовик для поддержки с воздуха сухопутных войск, ведения боя и осуществления разведки. Благодаря отличным характеристикам используется также в испанских и итальянских ВМС.
Ставший первым в своём классе британец вертикального взлёта и посадки Hawker Siddeley Harrier выступил прототипом англо-американской модификации AV-8A Harrier в 1978 году. Совместная работа конструкторов двух стран усовершенствовала его до штурмовика второго поколения семейства Harrier.
В 1975 году на смену вышедшей из проекта Англии по причине неспособности руководства выдерживать финансовый бюджет приходит компания McDonnell Douglas. Проведенные мероприятия по основательной модификации AV-8A Harrier позволили получить истребитель AV-8B.
Усовершенствованный AV-8B
Основываясь на технологии прежней модели, в AV-8B значительно преуспели по классу качественного обновления. Подняли кабину, переделали фюзеляж, обновили крылья, добавив по одной дополнительной подвесной точке на каждое крыло. Высокоточное оружие сбрасывается непосредственно при заходе в зону пуска, вероятность отклонения может составить до 15 м.
Модель дополнительно усовершенствовали по показателям аэродинамики и создали таким образом лучший самолёт с вертикальным взлётом США. Оснащение обновлённым двигателем Pegasus дало возможность совершения вертикального взлёта и посадки. На вооружение пехоты США AV-8B поступил в начале 1985 года.
Разработки не прекратились, и в более поздних моделях AV-8B(NA) и AV-8B Harrier II Plus появилась аппаратура для осуществления ночных боевых действий. Дальнейшее усовершенствование сделало его одним из лучших представителей самолёта с вертикальным взлётом пятого поколения - Harrier III.
Над задачей укороченного взлёта изрядно потрудились советские проектировщики. Эти достижения были приобретены американцами для F-35. Советские чертежи сыграли большую роль в доведении до совершенства многофункционального сверхзвукового ударного F-35. Этот истребитель с вертикальным взлётом заслуженно в дальнейшем поступил на вооружение британских и американских ВМС.
"Боинг". За пределами возможного
Мастерство высшего пилотажа и уникальных характеристик сейчас демонстрируют не только истребители, но и пассажирские лайнеры. Boeing 787 Dreamliner представляет собой широкофюзеляжный двухдвигательный реактивный пассажирский "Боинг" с вертикальным взлётом.
Boeing 787-9 рассчитан на 300 пассажиров с дальностью полёта в 14 000 км. При весе в 250 тонн пилот в Фарнборо показал удивительный трюк: поднял пассажирский самолет и выполнил вертикальный взлёт, что возможно только для истребителя. Лучшие авиакомпании сразу оценили его достоинства, заказы на его покупку начали незамедлительно поступать из ведущих стран мира. По статусу на начало 2016 года было продано 470 единиц. "Боинг" с вертикальным взлётом стал уникальным пассажирским творением.
Возможности самолётов расширяются
Над гражданским проектом разработки самолёта с вертикальным взлётом и посадкой, которому не нужны взлётные площадки, успешно работают российские конструкторы. Он может эффективно функционировать на разных видах топлива, базироваться как на суше, так и на воде.
Имеет широкий спектр применения:
- оказание срочной медицинской помощи;
- воздушная разведка;
- проведение аварийно-спасательных работ;
- использование частными лицами в служебных целях.
И в частных целях тоже
Возможными пользователями могут быть МЧС и спасательные службы, МВД, медицинские службы и обычные коммерческие организации.
Новые самолёты с вертикальным взлётом способны летать на высотах до 10 км, развивая скорость до 800 км/ч.
Возможности нового поколения данной авиатехники рассчитаны на использование даже в ограниченных пространствах: в городе, в лесу, при необходимости даже в чрезвычайных ситуациях.
Круг, совершаемый винтом такого самолёта, считается его несущей площадью. Подъёмная сила у него создается вращением несущего винта, который использует воздух сверху, направляет его вниз. Вследствие этого над площадью создаётся пониженное давление, а под ней - повышенное.
Спроектированный по аналогии с вертолётом, по сути, являясь его более усовершенствованной и адаптированной к разным условиям моделью, он способен совершать вертикальный взлёт, посадку, а также зависание на одном месте.
Отдача холодной войны
Достижения авиаконструкторов на данном примере подтвердили, что высшие технологии и самолёт с вертикальным взлётом могут быть одинаково полезны и востребованы как в правительственных целях, так и в гражданских.
В эпоху холодной войны ведущие мировые державы были увлечены проектами создания боевого самолёта, который не требовал бы традиционных аэродромов. Это объяснялось лёгкой уязвимостью подобных объектов с размещённой авиатехникой для противника. К тому же дорогостоящая взлётная полоса не была гарантированно защищённой. Этот период считается важнейшим этапом в развитии авиаконструкторской деятельности.
Западные и отечественные стратеги на протяжении 30 лет усердно модернизировали самолёт вертикального взлёта и посадки, достигнув совершенства в истребителях пятого поколения. А взятые на вооружение базовые технологии позволяют и в гражданских целях использовать многолетние разработки ведущих мировых авиаконструкторов.
"Самолёт вертикального взлёта и посадки: прошлое, настоящее, будущее"
Храмов Максим Анатольевич
План работы.
Введение.
Что такое самолёт вертикального взлёта посадки?
Прошлое СВВП.
Настоящее СВВП
Предполагаемое будущее СВВП.
Заключение.
Введение.
Мы привыкли думать, что самолёты обязательно должны взлетать, разгоняясь по взлётной полосе. Но история знает немало конструкций самолётов вертикального взлёта и посадки (для краткости их называют СВВП). Но реально массовым стал лишь британский Харриер и его модификации. Я поставил цель - в этой работе рассказать о развитии СВВПв прошлом и определить вероятные пути развития СВВП в течении ближайших 30-40 лет (шестое поколение).
Что такое самолёт вертикального взлёта посадки?Для начала я хочу уточнить, что такое Самолёт Вертикального Взлёта Посадки. Я понимаю под этим термином самолёт с двигателями, размещёнными в фюзеляже и оснащёнными системой управления вектором тяги, которая позволяет ему совершать вертикальный взлёт или посадку, но при этом не лишает его возможности взлетать как обычный самолёт с взлетной полосы. Машины именно такого типа появились лишь в 50-е годы, хотя и до этого были проекты вертикально взлетающих самолётов, но они не были реализованы в силу сложности конструкции. К традиционным СВВП относятся получившие распространение Харриер, Як-38, и, не получившие распространения, Як-141 и F-35В. У этих машин были свои недостатки и свои преимущества.
Почему он появился?
Необходимость в СВВП того типа, каким я его определил, появилась в 50-60х годах, когда СССР готовился к боевым действиям в Европе. Американские стратеги логично предполагали, что в случае начала войны аэродромы будут быстро выведены из строя или, того хуже, захвачены. ПВО брала на себя часть задач по противодействию советской авиации, вертолёты так же брали на себя часть задач поддержки войск при отступлении (бундесвер не смог бы выдержать превосходящих сил Советской армии), но они были слишком несовершенны для этого, слишком медлительны, слишком хрупки, слишком слабо вооружены. Поэтому требовался самолёт поддержки войск на поле боя, а заодно, противодействия самолётам. Проблему подогревала требовательность тогдашних истребителей к длине и качеству взлётных полос. Ещё одним способом применения таких самолётов могла стать установка на авианосцы, заложенные во время войны, т.к. из-за их малых размеров авианосцы не могли принимать современные им палубные истребители. Задача была поставлена и работа началась.
Прошлое самолёта вертикального взлёта посадки
Первым серийным самолётом вертикального взлёта и посадки и единственным, реально принимавшим участие в боевых действиях (Фолклендская война), был Харриер. Он появился благодаря уникальному мотору Rolls-Royce Pegasus, который имел не одно, а сразу четыре сопла, разнесённых симметрично на разные стороны, это минимизировало «мёртвый груз» систем вертикального взлёта посадки, но устанавливать сопла, а, соответственно, двигатель пришлось в центре масс, очень близко к кабине. Благодаря своему двигателю, самолёт мог использовать в воздушном бою вертолётные приёмы, что его не раз спасало, но предъявляло к лётчику дополнительные требования. Теоретически, при должном развитии мотора и усовершенствовании аэродинамики вполне можно было бы получить сверхзвуковую скорость.
Отечественные СВВП проектировались сначала просто как ответ западным, без чёткой цели, но в результате им нашли применение. СВВП намеревались использовать в качестве палубных самолётов. Отечественные СВВП Як-38 и Як-141 имели другую систему получения вертикальности нежели Харриер, на них было установлено три двигателя: два подъёмных и один подъёмно-маршевый, различалась только их мощность. Несмотря на отсутствие принципиальных различий, самолёты получились очень разными, как по характеристикам, так и по внешнему виду. Скорость, дальность, полезная нагрузка на Як-141 были в разы больше, чем на Як-38, который из-за своей малой дальности даже получил прозвище «самолёт обороны фок мачты». Вызвано это было низкой тяговооружённостью Як-38 и общей недоразвитостью самолёта, который по сути дела, являлся опытной машиной и создавался как переходная ступень для отработки инфраструктуры и приёмов пилотирования. Именно с отсутствием опыта пилотирования связано большинство аварий. Но и Як-141 не был вершиной прогресса отечественных СВВП, на его основе прорабатывался проект Як-43. Информации об этом самолёте мало, но известно, что на него планировали ставить бомбордировочный мотор НК-25 тягой 25000 кгс или Р134-300 тягой 17000 кгс. Но одно известно достоверно - это должен был быть самолёт с применением технологий снижения радиолокационной заметности. Этот самолёт должен был стать самым совершенным СВВП.
Настоящее самолёта вертикального взлёта и посадки
Но перестройка и последовавший за ней развал Советского Союза передали знамя прогресса в этой области США, где в это время появилась новая оборонная программа JSF (Единый ударный истрибитель). По этой программе, предусматривавшей создание единого истребителя для армии, флота и корпуса морской пехоты, было представлено два прототипа: X-35 от компании Локхид Мартин и Х-32 от компании Боинг. Прототип Боинга представлял из себя развитие идей заложенных в Харриере и, на мой взгляд, был более прогрессивным. Но из-за более слабого мотора он проиграл прототипу от Локход Мартин, который и получил индекс F-35. F-35, в общем и целом, представляет из себя скрещивание Як-141, F-22 Raptor и развитие более раннего проекта F-24. От Як-141 он взял идею двигательной установки, двигатель с поворачиваемым в вертикальной плоскости соплом и дополнительным мотором. Отдельно хочу сказать о вращающихся в разные стороны роторах, на Яке это было сделано для компенсации гироскопического момента. От F-22 Raptor он взял хвостовое оперение. От F-24 носовую часть с воздухозаборниками и кабиной. Новым было трапецевидное крыло. Имелось три разные модификации:F-35B для корпуса морской пехоты на замену AV-8B Harrier II, F-35A для ВВС на замену F-16 и F-35C, для ВМС на замену F/A-18. F-35B отличался от всех наименьшими размерами и массой, а так же наличием подъёмного импеллера. Вместо подъёмных моторов, как на Як-141, на нём стоит импеллер с приводом от двигателя Pratt & Whitney F-135, самого мощного из истребительных.
На мой субъективный взгляд,будущее СВВП весьма туманно, им просто нет применения. Сейчас разработаны СВВП пятого поколения, которые удовлетворяют потребности военных. Но поскольку разработка последнего и самого совершенного СВВП F-35B стоила Пентагону свыше 56 миллиардов долларов, а так же в связи с уменьшением расходов американского военного бюджета на 500 миллиардов долларов, разработка СВВП шестого поколения в США остаётся под большим вопросом. Другое дело Россия. У нас имеется большой опыт в разработке СВВП. К тому же, мы увеличиваем военный бюджет и, можно надеяться, что в будущем Россия приступит к разработке СВВП шестого поколения.
Во- первых, я думаю, что будущее за двухдвигательными СВВП. Большинство классических СВВП, таких как F-35, Харриер, Як-141 имеют один двигатель. Один двигатель хорош тем, что он весит меньше, чем два и потребляет меньше топлива, но это так же прибавляет проблем. Чтобы обеспечить необходимую тяговооружённость, либо самолёт должен быть лёгким, либо двигатель должен быть очень мощным . А так как самолёты со временем становятся всё тяжелее и тяжелее, то необходимо устанавливать на СВВП два двигателя. К тому же, два двигателя - это в два раза больше шансов, что при отказе или повреждении ракетой, снарядом, птицей, в конце концов, самолёт сможет вернуться на аэродром.Во-
вторых, возникает проблема - какой это будет двигатель? Единый подъёмно-маршевый двигатель, такой как Rolls-Royce Pegasus на Harrier и Pratt & Whitney F119-PW-100 на Boeing X-32, минимизирует
вес оборудования для вертикального взлёта и посадки, но так как подъёмные сопла должны размещаться
в центре тяжести, двигатель приходится делать, либо с вынесенными за обводы фюзеляжа
маршевыми соплами, что негативно сказывается на аэродинамике, ЭПР, скорости истечения
газов из сопел и так далее, либо делать двигатель длинным или самолёт коротким,
чтобы вывести реактивную струю на расположенное в хвосте сопло.
F119-PW-100(SE614) Rolls-Royce Pegasus
Разделённая на, по сути дела, два разных мотора двигательная установка как Pratt & Whitney F135-400 на Lockheed Martin F-35 Lightning II и Р79В-300+2хРД-41 на Як-141 снимает часть ограничений по длине самолёта. Платой за это становится то, что самолёту приходится таскать за собой весь полёт почти безполезную подъемную двигательную установку, которая в случае F-35 заставляет делать самолёт более широким, а в случае Як-141 заставляет таскать с собой дополнительный запас топлива.
Подъёмно- маршевый двигатель самолёта Як-141 Схема ДУ самолёта F-35B
Выбор двигателя так же зависит от назначения самолёта. Для штурмовика важна живучесть, неприхотливость, надёжность.
Для истребителя тяга, низкий расход топлива. Поэтому, в зависимости от предназначения СВВП, двигатель может быть разным.
На штурмовиках нужен двигатель подобный Rolls-Royce Pegasus, обеспечивающий высокую манёвренность и не занимающий большие объёмы.
Для истребителя следует выбирать разделённую двигательную установку, так как она позволит обеспечить меньшую ЭПР, а так же большую тяговооружённость.
Основной задачей штурмовика с вертикальным взлётом будет поддержка морских десантов. Он будет базироваться на универсальных десантных кораблях. Истребитель вертикального взлёта будет базироваться на лёгких авианосцах и выполнять все те же функции, что и стандартный палубный истребитель на суперавианосцах.
Выводы.
В ходе работы я рассмотрел историю и перспективы СВВП и считаю, что они будут летать в 21 веке, потому что СВВП могут выполнять те задачи, которые не могут выполнить ни самолеты, в силу их привязанности к взлетно-посадочным полосам, ни вертолеты из-за их ограниченной скорости. К сожалению, пока непреодолимым препятствием развитию СВВП, с технической точки зрения, является колоссальный расход топлива на взлётных режимах. Но по мере развития техники этот недостаток удастся преодолеть. И, вероятно, наступит такой момент, когда СВВП заменят вертолеты, как слишком медленные, и самолеты, как требующие сложной инфраструктуры, и образуют единый класс летательных аппаратов будущего.
Источники информации
Е.И. Ружицкий.Европейские самолеты вертикального взлета. - Москва. Астель АСТ. 2000 стр. 20-44; 105-108; 144-150.
Энциклопедия для детей. Техника. Издательство "Аванта" 2005. стр.566; 574; 585-586; 593
http:/
/ru.wikipedia.org/wiki/Hawker_Siddeley_Harrier
http://ru.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_AV-8_Harrier_II
http://ru.wikipedia.org/wiki/Як-141
http://ru.wikipedia.org/wiki/Boeing_X-32
http://ru.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Martin_F-35_Lightning_II
http://ru.wikipedia.org/wiki/Як-38
http://ru.wikipedia.org/wiki/Як-36
http://ru.wikipedia.org/wiki/BAE_Harrier_II
http://www.airwar.ru/enc/fighter/yak141.html
http://www.airwar.ru/enc/fighter/x35.html
http://www.airwar.ru/enc/attack/harrgr1.html
В современном мире появляется все больше самолетов с любыми характеристиками и мощностью. Инженеры повсеместно пытаются решить главные проблемы, связанные с этим видом транспорта: уменьшить расход топлива, увеличить дальность, упростить взлет и посадку, но при этом не жертвовать пространством и площадью салона.
Пожалуй, все привыкли видеть разгон самолета по взлетной полосе – это сложная задача, и сами пилоты говорят, что именно от взлета и посадки во многом зависит удачность полета в целом. Но не логичнее ли представить, как упростится эта процедура, если самолет будет просто подниматься вверх, вертикально? Однако в широком обсуждении нигде особо таких вариантов не видно. Самолет с вертикальным взлетом – это миф, реальность или, может быть, далеко идущие планы, за которыми стоит будущее авиации? Стоит разобраться подробнее.
Истребитель короткого взлета и вертикальной посадки STOVL F-35B
В первую очередь нужно знать, что самолет вертикального взлета и посадки действительно существует. Первые модели начали появляться одновременно с развитием реактивной авиации, и с тех пор до сих пор не дают покоя инженерам во всем мире. По времени это совпадает со второй половиной прошлого столетия. Название они носили весьма говорящее – «турболеты ». Поскольку тогда происходил бум военных разработок техники, к инженерам выдвигалось требование разработать такой аппарат, который поднимался бы воздух с минимальными усилиями или вообще из вертикального положения. Такие самолеты не требуют взлетной полосы, а значит, стартовать им можно откуда угодно и в любых условиях, даже с мачты корабля.
Все эти проекты совпали с другими, не менее важными, связанными с освоением космического пространства. Общий симбиоз позволил удвоить силы, черпать идеи из космического проектирования. Как итог, первый вертикальный аппарат увидел свет в 1955 году. Можно сказать, что это было одно из самых странных строений в истории техники. У самолета не было крыльев, хвоста – только двигатель (турбореактивный), колбообразная кабина, топливные бани. Двигатель был сделан внизу. Можно выделить такие особенности первого турболета:
- Подъем за счет реактивной струи из двигателя.
- Управление посредством газовых рулей.
- Вес первого аппарата – немногим больше 2000 килограмм.
- Тяга – 2800 килограмм.
Поскольку такой самолет нельзя было назвать ни устойчивым, ни управляемым, первые испытания были сопряжены с большим риском для жизни. Несмотря на это, в Тушино прошла демонстрация аппарата, причем успешно. Это все дало базу для дальнейших исследований в этой области, хоть сам самолет был далек от идеала. Но информация послужила для создания нового проекта. Это был первый российский самолет с вертикальным взлетом под названием ЯК-38.
История создания вертикальных самолетов в России и других странах
Многие инженеры и проектировщики до сих пор утверждают, что турбореактивные двигатели, которые начали активно использовать и совершенствовать в 50-х годах, позволили сделать множество открытий, используемые и в настоящее время. Одно из них – активные испытания вертикальных аппаратов. Особый вклад принесло развитие этой области, а точнее, реактивных устройств, в странах, которые в то время считались передовыми. Поскольку реактивные самолеты имели огромные показатели скорости при посадке и взлете, для них, соответственно, использовались очень длинные, масштабные и качественные взлетные полосы. А это – дополнительные траты, оборудование новых аэродромов, неудобства в военное время. Вертикальный самолет может решить все эти проблемы.
Именно в 50-е годы были созданы различные образцы. Но их проектировали в одном или двух вариантах, не больше, ведь все равно не получалось создать полностью подходящие варианты. Ведь поднимаясь в воздух, они терпели крушения. Несмотря на неудачи, комиссия НАТО в 60-х годах дала этому направлению приоритет, как крайне перспективному. Были попытки создать и конкурсы, но каждая страна сфокусировалась на своих разработках. Так, свет увидели такие аппараты со всего мира:
- «Мираж» III V;
- ФРГ VJ-101C;
- XFV-12A.
В СССР таким турболетом стал ЯК-36, а после и 38. Его разработки начались в тех же годах, а для испытаний создали специальный павильон. Уже через 6 лет прошел первый полет. То есть, самолет вертикально взлетел, принял горизонтальное положение, а после вертикально приземлился. Поскольку испытания были успешными, создали 38-ю модель, а после Россия представила самолет с вертикальным взлетом ЯК-141 и 201 в девяностых.
«Мираж» III V
Самолет ФРГ VJ-101C
Самолет XFV-12A
Особенности конструкции
Фюзеляж в таких аппаратах может быть расположен вертикально или горизонтально. Но в обоих случаях бывают модели реактивные и с винтами. Довольно мощные самолеты с вертикальным фюзеляжем, которые используют тягу от маршевого двигателя. Еще один вариант – кольцевые крылья, которые также дает неплохие результаты во время подъема и полета.
Если говорить подробнее о горизонтально фюзеляже, то тут часто делают поворотные крылья. Другая разновидность, когда винты располагают на конце крыльев. Здесь может быть и двигатель поворотного типа. В Англии также вели активную работу над подобными аппаратами. Там активно разрабатывали проект, который назывался инновационный, реализованный с помощью двух двигателей с тягой в 1800 килограмм. В итоге даже это не спасло самолет от аварии.
Сейчас во всем мире ведутся работы по разработке уже не военного, а гражданского вертикального самолета. В теории, это прекрасные перспективы, ведь тогда самолеты смогут без труда летать даже в небольшие города, где нет масштабным и дорогостоящих самолетов, а взлет и посадка облегчаются в разы. Но на деле, есть множество минусов у такой технологии и задумки.
Почему вертикальные самолеты до сих пор не нашли широкого применения?
К сожалению, все разработки, даже если отличались неплохими результатами, не могут похвастаться надежностью. Лопасти винтов, которые и помогают делать вертикальный взлет, поражают своими размерами. Они вместе с мощными двигателями создают невообразимый шум. Также с точки зрения конструкции нужно избежать любых возможных препятствий на их пути, исключить попадание различных предметов.
Как ни крути, невозможно отменить ограничение по скорости. Просто по законам физики такой самолет не сможет двигаться также быстро, как современные. И если военные аппараты могут развить фантастическую в их случае скорость в 1000 километров в час, то с увеличением массы и размеров для гражданской авиации показатель падает до 700 и ниже километров в час.
Вконтакте
