Конвертопланы

Конвертопланы - это летательные аппа­раты, способные осуществлять вертикаль­ные взлет и посадку (как это делают верто­леты) и длительный высокоскоростной горизонтальный полет, характерный для обычных самолетов. Так как летательные аппараты этого типа не являются в полной мере ни вертолетами, ни самолетами, это сказывается и на их облике. В результате конфигурация таких летательных аппара­тов может принимать самый неожиданный вид. Кроме того, так как летательные аппа­раты этого типа характеризуются двумя резко различающимися режимами полета, при их проектировании приходится постоян­но идти на компромиссные решения.

Мечты о создании аппарата, способного совершать взлет и посадку вертикально, а также выполнять скоростной горизонталь­ный полет, имеют столь же долгую исто­рию, как и мечты о полетах вообще. Верто­лет, концепцию которого Леонардо да Вин­чи предложил около 1500 г., не является в чистом виде конвертопланом - воздушный винт его вертолета создает всю подъемную силу - как в горизонтальном, так и в верти­кальном полете. Достаточно эффективные Конвертопланы появились лишь в послед­нее время, когда разработка газотурбинных двигателей достигла такого уровня, что оказалось возможным создавать летатель­ные аппараты с тягой силовой установки, превышающей массу самого аппарата. Это позволяет обеспечивать вертикальный взлет только за счет использования тяги двигателя.

ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ ПРИ НУЛЕВОЙ ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТИ

Все Конвертопланы сталкиваются со специфической проблемой управляемости, которая не является характерной для само­летов. На самолетах, движущихся с доста­точно высокой поступательной скоростью, традиционные органы управления типа эле­ронов, рулей направления и рулей высоты находятся в воздушном потоке; реакция воздушного потока на отклонение этих органов управления обеспечивает управля­ющие силы, которые изменяют положение самолета в пространстве. На конвертопланах использование таких органов управле­ния полетом возможно лишь на режиме горизонтального (поступательного) полета, но они оказываются бесполезными на ре­жимах вертикального взлета 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:

а) струйная (реактивная) система управления, в которую входят установленные на законцовках крыла и в других точках лета­тельного аппарата сопла и быстродейст­вующие клапаны;

б) система управления вектором тяги, состоящая из нескольких воздушных винтов для создания и непосред­ственного управления подъемной силой;

в) поверхности управления, расположенные в спутном следе основных воздушных винтов или турбин.

ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ КОНВЕРТОПЛАНОВ

Конвертопланы по своей схеме можно условно подразделить на два основных класса, каждый из которых характеризу­ется специфическими для него проблемами передачи и преобразования тяги, развивае­мой силовой установкой. Все описанные в данной главе летательные аппараты демон­стрируют техническую реализуемость за­ложенных в них идей, но большинство из них ввиду недостаточного совершенства и высокой стоимости не - достигли стадии серийного производства и широкой эксплуа­тации.

Конвертопланы с горизонтальным положением аппарата на взлетно-посадочных режимах

Эти аппараты остаются в горизонталь­ном положении - как на взлетно-посадочных режимах, так и на режиме горизонтального полета. В этих конвертопланах для осуще­ствления переходных режимов типа взлета используется тяга воздушных винтов, вен­тиляторов или реактивных двигателей, после чего производится изменение направ­ления вектора тяги таким образом, что аппарат начинает выполнять обычный го­ризонтальный полет. На режиме горизон­тального полета необходимая для движе­ния аппарата подъемная сила обыкновенно создается за счет 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 подъем­ной силы.

Конвертопланы с вертикальным положением аппарата на взлетно-посадочных режимах

К этому классу аппаратов относятся Конвертопланы, которые взлетают и садят­ся в вертикальном положении, а для пере­хода к горизонтальному полету 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 самолетов-истребителей либо чисто экспериментальные образцы.

Многие Конвертопланы успешно лета­ли, но только английский «Харриер» и советский Як-38 выпускались серийно. Это объясняется высокой стоимостью, техни­ческой сложностью, ограниченным радиу­сом действия и малой полезной нагрузкой таких летательных аппаратов.

Исключения

Некоторые из летательных аппаратов, способных подниматься вертикально, а за­тем совершать горизонтальный полет, на­ходятся, тем не менее, в коммерческой эксплуатации. Но эти аппараты относятся к классу аппаратов на воздушной подушке или экранопланам, а не к конвертопланам: они движутся над поверхностью земли или воды на воздушной прослойке, создавае­мой собственным двигателем. Эти машины едва ли можно отнести к летательным ап­паратам, поэтому в данной книге они не рассматриваются.

Ниже описаны наиболее интересные с технической точки зрения Конвертопланы; описания сгруппированы по схемному при­знаку, а внутри групп - по хронологии. Описанию каждой из групп летательных аппаратов предшествует небольшой ввод­ный текст.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ВЕРТОЛЕТЫ

До того, как для создания подъемной силы на конвертопланах стали использо­ваться мощные газотурбинные двигатели, простейший подход к созданию конвертоплана состоял в наклоне оси несущего вин­та при переходе от вертикального взлета к горизонтальному полету. Значительная часть подъемной силы для обеспечения ско­ростного горизонтального полета при этом создавалась традиционным крылом.

КОНВЕРТОПЛАНЫ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ ПОЛОЖЕНИЕМ КОРПУСА ПРИ ВЗЛЕТЕ И ПОСАДКЕ

Необходимость поворота аппаратов этого типа при выполнении переходного процесса создает значительные трудности, связанные, в первую очередь, с проблемами ориентировки летчика в пространстве. Если кресло летчика неподвижно, то во время взлета и посадки он как бы лежит на спине, и выполнение этих маневров, а также конт­роль эволюции аппарата в такой позе очень затруднены. Некоторые конструкторы та­ких аппаратов пытались установить кресло летчика на шарнирах с тем, чтобы он рас­полагался вертикально относительно линии горизонта вне зависимости от простран­ственного положения летательного аппара­та.

АППАРАТЫ С ПОВОРОТНЫМ КРЫЛОМ

Летательные аппараты с поворотным крылом сочетают в себе способность верти­кального взлета, характерного для вертоле­тов, с довольно обычными характеристика­ми многодвигательного самолета, у кото­рого двигатели установлены на консолях в фиксированном относительно хорды крыла положении. Такое техническое решение на­правлено на достижение таких скоростей и дальностей полета, как у самолетов (а так­же возможностей по перевозке грузов), на­ряду с возможностью выполнения верти­кального взлета и посадки. При взлете крыло таких аппаратов устанавливается в вертикальное положение, а воздушные вин­ты создают всю тягу, необходимую для взлета. На переходном режиме крыло по­степенно переводится в горизонтальное положение; после этого вся подъемная сила создается крылом, а воздушные винты обеспечивают необходимую для горизон­тального перемещения тягу.

Несколько американских авиастроитель­ных фирм и одна канадская построили экспериментальные аппараты с поворот­ным крылом. Некоторые были наиболее удач­ные.

АППАРАТЫ С ПОВОРОТНЫМИ ВИНТАМИ

Конвертопланы с поворотными винта­ми распространены шире, по крайней мере среди экспериментальных летательных аппаратов. Недостатком этой схемы, в срав­нении с вертолетами, является необходи­мость иметь довольно большой размах крыла. Эта необходимость обусловлена тем, что на таких аппаратах обычно устанавли­ваются рядом два довольно больших по диаметру винта, что требует увеличения площадки для выполнения взлета и посадки. Так как в конструкции многих конвертопланов используются силовые установки с большим количеством двигателей, которые приводят в движение отдельные воздушные винты, отказ одного или нескольких двига­телей в полете может иметь катастрофичес­кие последствия. Для предотвращения это­го в конструкции многодвигательных конвертопланов часто используются перекре­стные трансмиссии, которые обеспечивают привод нескольких воздушных винтов от одного или нескольких двигателей (однако значительно увеличивают массу конструк­ции).

КОНВЕРТОПЛАНЫ С ПОВОРОТНЫМИ РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ ИЛИ СОПЛАМИ

После выполнения взлета вектор тяги реактивных двигателей конвертоплана по­ворачивается для создания движущей силы в горизонтальном направлении. Эта кон­цепция обычно реализуется одним из двух способов - поворотом двигателей или от­клонением реактивной струи жестко уста­новленных двигателей с помощью отклоня­емых сопел.