Минобороны обсуждает создание нового самолёта с вертикальным взлётом и посадкой - миростроительство. Самолет вертикального взлета: новое — это хорошо забытое старое

Ефим Гордон

Из развитых стран мира только немногие могли себе позволить разработку самолетов вертикального взлета и посадки и ведение исследований по этой тематике. Среди них оказался Советский Союз. Выделяя большие финансовые средства на разработку вооружений, он не мог допустить отставания в этой области.

Первые работы советских ученых в области вертикального взлета относятся к концу 40-х годов. В середине 50-х начались практические исследования с помощью управляемого стенда, получившего название «Турболет». Стенд был изготовлен в ЛИИ и представлял собой ферменную конструкцию на четырех амортизационных стойках с вертикально установленным двигателем РД-9Б. На четырех консолях установили струйные рули реактивного управления летающей платформой. В кабине летчика располагались обычные для самолета органы управления (ручка, педали, РУД). Топливная система состояла из двух баков общей вместимостью 400 л. Взлетная масса «Турболета» составляла 2340 кг, габариты 10* 10*3,8 м, тяга двигателя 2835 кгс. Испытания платформы проводил летчик-испытатель ЛИИ Юрий Гарнаев. В хорошую безветренную погоду управлять «Турболетом» было довольно легко. При ветре до 12 м/с были несколько усложнены взлет и посадка, так как нечем было парировать снос. Но и эту проблему решили, наклоняя стенд в сторону сноса. Гарнаев сделал заключение, что при хорошей тренированности летчика даже при ветре полет на «Турболете» не является сложным. Обычно посадка производилась на большой металлический лист, но однажды удалось приземлить платформу и на хороший травяной грунт в Тушино. На «Турболете» была установлена и первая в Советском Союзе автоматика управления полетом, но она не очень существенно облетала работу пилота и, по отзыву Гарнаева, вполне могла быть исключена из системы управления платформой. Кроме Гарнаева на стенде летали и другие летчики ЛИИ – Ф. Бурцев, Г. Захаров и С. Анохин.

В то же время (1955-1956 гг.) в ЛИИ проводились и другие работы по этой тематике. На летающей лаборатории МиГ-15 исследовали управляемость самолета при малых скоростях на режимах вертикального подъема («свечках»). Влияние реактивной струи на грунт и бетонное покрытие взлетно-посадочной полосы исследовали с помощью установленного в вертикальное положение самолета МиГ-17 с двигателем ВК-1.

После того как английская фирма «Шорт» испытала самолет вертикального взлета SC-1, задание на разработку аналогичной экспериментальной машины получило ОКБ Яковлева. Срок на постройку и испытания назначили минимальный – 4-5 лет. Проблема осложнялась тем, что для вертикального взлета и посадки вектор тяги силовой установки самолета должен был проходить через центр масс машины. Единственным приемлемым тогда оказался вариант размещения двигателя в носовой части фюзеляжа. При этом нужно было использовать специальные сопловые поворотные насадки, которые позволяли изменять вектор тяги от горизонтального до вертикального положения и наоборот.

Для силовой установки первого советского самолета вертикального взлета и посадки, получившего название Як-36 или изделие «В», выбрали два двигателя Р27-300 с тягой каждый по 6350 кгс, разработанные в ОКБ Туманского для перспективного истребителя Ми Г-23. Проблему управления самолетом на малых скоростях и режимах висения решили следующим образом. Кроме основных поворотных сопл машина имела несколько струйных реактивных рулей, в которые поступал отбираемый от компрессора двигателя сжатый воздух. Причем один из рулей был вынесен вперед на длинной носовой балке, установленной над воздухозаборником, другие находились на крыльях самолета и в его хвостовой части.

Уникальная конструкция потребовала длительных лабораторных исследований. В постройку заложили четыре прототипа, один из которых предназначался для статических испытаний. После изготовления первого опытного экземпляра (бортовой номер 36) его передали в ЦАГИ для продувки с работающими двигателями в аэродинамической трубе. Летные испытания планировалось проводить на втором и третьем экземплярах (бортовые номера 37 и 38).

Рис. 2. Як-36 в аэродинамической трубе ЦАГИ

Рис. 3. Подготовка к полету самолета Як-36 № 2

Рис. 4. Як-36 № 3 в полете

Рис. 5. Летчик-испытатель В. Мухин у самолета Як-36

К наземным испытаниям Як-36 приступили в 1962 г. Ведущим летчиком-испытателем был назначен Юрий Гарнаев, работавший в ЛИИ и имевший большой опыт полетов на «Турболете». Первоначально самолет фиксировали на специально построенном стенде на высоте до 5 м. Таким образом, не рискуя пилотом и машиной, искали технические решения по уменьшению вредного влияния горячих газов на планер и силовую установку.

В январе 1963 г. Як-36 был готов к летным испытаниям. Первый вылет на нем совершил Гарнаев. Сначала опытная машина делала небольшие пробежки по полосе и вертикальные подлеты на малую высоту. Неожиданно в самом разгаре испытаний Гарнасва (как хорошего пилота-вертолетчика) командировали во Францию для тушения пожаров с вертолета Ми-6. Испытателем на Як-36 был назначен летчик из ОКБ Валентин Мухин. После трагической гибели Гарнаева Мухину пришлось взвалить на себя всю тяжесть испытаний «вертикалки». А для ее освоения требовалось время. Первый полет на изделии «В» Мухин выполнил 27 июля 1964 г.

В апреле-августе 1965 г. отрабатывался режим висения самолета. Управление машиной осуществлялось на режимах вертикального взлета и посадки как с помощью системы автоматики, так и вручную. Оказалось, что при выходе из строя автоматизированной системы управления ручное управление позволяет сбалансировать самолет. Полная программа испытаний Як-36 длилась девять месяцев. За это время (как и во время испытаний на стенде) машина неоднократно дорабатывалась. Для предотвращения попадания горячих газов на вход воздухозаборника под фюзеляжем установили отклоняемый при взлетах и посадках защитный щиток большой площади. Впрочем, эту проблему не удалось решить до конца и на вертикально взлетающих самолетах более поздних конструкций.

Сенсационным оказался показ третьего прототипа Як-36 на авиационном параде в июле 1967 г. в Домодедове, Мухин, выполнив «вертикальный танец» перед зрителями и горизонтальный круговой полет, мягко приземлил машину, вызвав восторг у присутствующих и небывалый интерес у многочисленных иностранных гостей. Однако мало кто знал, что за день до парада, во время генеральной репетиции, этот же летчик потерпел небольшую аварию на втором опытном экземпляре. Организаторы праздника и фирмы предусмотрели такой вариант и подготовили к публичному показу две машины. За несколько дней до репетиции пару Як-36 с бортовыми номерами 37 и 38 переправили в Домодедово и поставили на отдаленной стоянке аэродрома.

Для парада под крыльями Як-36 подвесили два блока НУРС УБ-16-57. По проекту предполагалось установить и спаренную пушку ГШ-23. Но самолет был чисто экспериментальным и не мог применяться для военных целей. Летные характеристики машины оказались невысокими, да и силовая установка не позволяла установить нормальную боевую нагрузку. При взлетной массе 11700 кг (без боевого снаряжения) максимальная скорость составляла 1009 км/ч, потолок – 12 000 м, дальность полета – всего 370 км.

Летные испытания Як-36 показали, что при выбранной схеме силовой установки все же слишком сложной оказалась балансировка самолета на режиме вертикального взлета и посадки, а также на переходном режиме к горизонтальному полету. Поэтому после демонстрации машины на параде в Домодедове дальнейшие работы по ней прекратили (первый прототип впоследствии передали для музейной экспозиции в Монино), а с 1968 г. начали разработку нового самолета с комбинированной силовой установкой.

На этот раз работы носили исключительно целевой характер. В постройку были заложены новые авианесущие крейсеры (именно так в Советском Союзе решили называть авианосцы), и к моменту спуска на воду первого из них должна была быть построена опытная партия палубных штурмовиков. Бригаду ОКБ, приступившую к разработке нового изделия «ВМ», возглавил занимавший в то время должность заместителя главного конструктора С. Мордовии. Самолет получил название ЯК-36М. Среди работников ОКБ Яковлева нет однозначного подтверждения того, что обозначает индекс «М». Большинство считает, что этот символ соответствует «морскому» варианту. Однако встречается также мнение, что «М» в названии самолета и изделия расшифровывается по традиции как «модернизированный».

Рис. 6. Схема самолета Як-36

Рис. 7. Демонстрация самолета Як-36 во время авиационного парада в Домодедове

Рис. 8. Стенд для испытания силовой установки

Рис. 9. Первый прототип ВМ-01

Рис. 10. ВМ-02 на стенде

Новая силовая установка изделия «ВМ» имела принципиально иную схему. Двигатели разделили по направленности тяги. Основной подъемно- маршевый двигатель участвовал в режиме взлета и посадки путем поворота специальных насадок на сопле в вертикальное положение. На этом же режиме включались и два подъемных двигателя, располагавшиеся друг за другом за кабиной пилота под небольшим углом к вертикальной оси с наклоном вперед. После вертикального взлета при переходе к нормальному самолетному режиму тяга подъемных двигателей уменьшалась до полного выключения (в горизонтальном полете), а поворотные насадки сопл подъемно-маршевого двигателя постепенно переводились в горизонтальное положение. В связи с тем что при ручном управлении силовой установкой на взлетно-посадочном режиме достичь нормальной балансировки самолета было довольно трудно, решили этот процесс автоматизировать с помощью специально разрабатываемой системы автоматизированного управления САУ-36.

В качестве основного подъемно-маршевого двигателя решили применить доработанный Р27-300, который после модернизации стал официально называться Р27В-300 (изделие «49»). Он имел двухвальную схему и состоял из одиннадцатиступенчатого осевого компрессора (пять ступеней ротора низкого давления и шесть ступеней ротора высокого давления), кольцевой камеры сгорания, двухступенчатой турбины с охлаждаемыми лопатками сопловых аппаратов и рабочими лопатками первой ступени и криволинейного реактивного сопла с двумя поворотными сужающимися насадками, приводимыми во вращение двумя гидромоторами. Первоначально при испытаниях стендовая тяга немного превышала 6000 кгс, впоследствии (в процессе серийного производства самолетов Як-38) ее довели до 6800 кгс.

Подъемные двигатели типа РД36-35 были созданы в Рыбинском конструкторском бюро моторостроения (РКБМ) под руководством П. Колесова и прошли большой цикл испытаний на летающих лабораториях Т-58ВД (переделка первого прототипа перехватчика Су-15 н экспериментальный самолет короткого взлета и посадки), «23-31» (экспериментальный МиГ-21 с дополнительными подъемными двигателями, созданный с той же целью) и опытном истребителе ОКБ Микояна «23-01» с комбинированной силовой установкой. РД36-35 имели шепстиступенчатый компрессор и одноступенчатую турбину. При собственной массе 176 кг они обеспечивали максимальную взлетную тягу до 2350 кгс.

Рис. 11. ВМ-02

Рис. 12. ВМ-02 с ракетами Х-23

Рис. 14. Испытания Як-З6М на стенде

Рис. 13. Фюзеляж Як-З6М, подвешенный под летающую лабораторию Ту-16

На разработку нового проекта и подготовку первых рабочих чертежей ушел почти год. 10 января 1969 г. на опытном производстве ОКБ началась постройка летающей лаборатории ДЛЛ, предназначенной для отработки силовой установки в полетах с подцепкой под специально оборудованным самолетом-лабораторией Ту-16. Фюзеляж ДЛЛ должен был изготовить Саратовский авиазавод.

В этом же месяце, 23 января, заложили в стапель фюзеляж первого опытного экземпляра изделия «ВМ» (в ОКБ первый прототип Як-3бМ называли «ЭВМ», а также «ВМ-01»).

Постройка ДЛЛ длилась до конца мая, а 28 мая ее передали в ЦИАМ (Центральный институт авиационного моторостроения) для наземных испытаний. Они продолжались шесть месяцев (с конца 1969 г. по июнь 1970 г.), а в июле 1970 г. лабораторию передали для летных испытаний в ЛИИ.

14 апреля следующего года завершили постройку первого прототипа нового самолета. Машину сразу же перевезли на летно-испытательный комплекс ОКБ в Жуковский. С середины 1970 г. начались наземные доводочные работы по самолету, длившиеся почти год. В мае – июле машину приподнимали над землей с помощью кабеля- крана и таким образом испытывали силовую установку и самолет в режиме висения. 22 сентября состоялся первый самостоятельный вертикальный подлет ЭВМ (ВМ-01), который совершил шеф- пилот фирмы В. Мухин. Второй подлет был выполнен через неделю – 29 сентября.

В течение 1970 г. шло интенсивное строительство второй опытной машины ВМ-02.5 октября закончили сборку самолета, а через 10 дней второй прототип перевезли в Жуковский. 24 и 25 ноября Мухин выполнил на нем первые скоростные рулежки и пробежки по взлетной полосе ЛИИ, а 25 декабря (по летной книжке В. Мухина 2 декабря) он же совершил первый подлет. В том же году началось строительство третьего опытного экземпляра Як-36М.

В 1971 г. шли доработки первых двух прототипов, а 29 марта закончили постройку третьей машины (в Жуковский се перевезли 17 мая). Первый горизонтальный полет ВМ-01 выполнил 25 мая. Через три недели, 16 июня, летчик Шевяков поднял в воздух ВМ-03, также выполнив «горизонталь», но при посадке самолет перевернулся и до июня 1972 г. находился в ремонте.

В первой половине 1972 г. шли интенсивные заводские испытания Як-З6М. К лету на государственные испытания нужно было предъявить две опытные машины. 25 февраля первый полет по полному профилю (так называют в ОКБ полет с вертикальным стартом, горизонтальным полетом и вертикальной посадкой) выполнил ВМ-02, а 20 марта такая же программа была осуществлена на ЭВМ (ВМ-01). С конца весны первый прототип стали дорабатывать под новый воздухозаборник, а это, в свою очередь, потребовало заново испытать систему управления самолетом.

К лету был восстановлен и третий прототип ВМ-03. 19 июня он совершил свой первый вертикальный взлет, а 1 августа – полет по полному профилю. В конце февраля этого же года была заложена в постройку и четвертая опытная машина ВМ-04.

Государственные совместные испытания (ГСИ), проводившиеся заказчиком (авиацией Военно-морского флота), Министерством авиапромышленности и ОКБ Яковлева, начались летом 1972 г. Они были разделены на два этапа – «А» и «Б». Испытания этапа «А» должны были проводиться с упрошенным составом оборудования. Оба этапа должна была пройти каждая из предъявленных машин. ВМ-02 начал проходить ГСИ 30 июня и закончил этап «А» 20 марта 1973 г. ВМ-03 поступил на испытания в сентябре 1972 г. и завершил этап «А» 10 марта следующего года. Построенный в конце января 1973 г. ВМ-04 в марте перевезли на лстно-испытательную станцию в Жуковский, а 1 апреля на нем начали также проводить госиспытания. Подключили к государственным испытаниям и первую опытную машину. Этап «А» для ЭВМ (ВМ-01) и ВМ-04 закончился 30 сентября. В это время уже полным ходом шли испытания этапа «Б» на втором и третьем прототипах, начавшиеся 11 апреля 1973 г.

Главным событием испытаний этапа «А» стала первая в истории советской авиации посадка самолета Як-36М на палубу большого противолодочного корабля-вертолетоносца «Москва», находившегося в открытом морс. Ее выполнил 18 ноября 1972 г. на второй опытной машине ВМ-02 летчик-испытатель Михаил Дексбах. А 22 ноября он на том же самолете совершил посадку по полному профилю, т. с. с вертикальным стартом с палубы корабля и вертикальной посадкой на палубу.

Рис. 15. Як-36М на ангарной палубе авианесущего крейсера «Киев»

Рис. 16. Приборная доска самолета Як-38

Рис. 17. Схема самолета Як-38

Рис. 18. Английский вертикально взлетающий палубный истребитель Бритиш Аэроспейс «Си Харриер» FRS.1

Рис 19. Як-38 над палубой корабля

Рис. 21. «Си Харриер» перед посадкой на палубу авианесущего корабля

Рис. 20. Английский палубный истребитель «Си Харриер» – ближайший «родственник» советского Як-38

Рис. 22. Вертикально взлетающий самолет корпуса морской пехоты США AV-8B

Рис. 23. Самолеты Як-38 на палубе авианесущего крейсера «Минск»

Для конструкторов, испытателей и военно- морских авиаторов эти дни стали большим праздником. Многие из них считают, что 18 ноября стал днем рождения советской палубной авиации.

1 ноября 1973 г. начались испытания по этапу «Б» ВМ-04, а 30 сентября 1974 г. по этому этапу завершились государственные испытания всех четырех опытных машин. Предварительное заключение, рекомендовавшее Як-36М к запуску в серийное производство, было подписано в 1973 г., но Саратовский авиазавод начал подготовку к выпуску этих машин еще в 1970-1971 гг. в процессе строительства на этом предприятии фюзеляжей третьего и четвертого прототипов.

Три самолета Як-36М первой серии были построены к концу 1974 г. Весной первая серийная машина была отправлена в Научно-испытательный институт ВВС в Ахтубинск, вторая – на доводочную базу Черноморского судостроительного завода (завод вел строительство авианесущих крейсеров типа «Киев»), третья – в ЛИИ. Выпущенная позже вторая серия уже насчитывала пять машин, а начиная с третьей каждая последующая серия включала 10 самолетов. На них устанавливались подъемные двигатели типа РД36-35ВФ (изделие «24»).

Рис. 24. Самолеты Як-38 на палубе

Рис. 25. Катапультирование из самолета Як-38

Рис 26. Вертикальный старт Як-38

Рис. 27. Як-38 взлетает после небольшого разбега

Первые серийные Як-36М в течение 1975- 1976 гг. проходили в основном наземные испытания. Отрабатывались приборы, стрелковые прицелы, другая бортовая аппаратура, а также испытывал ись варианты вооружения самолета. Так, например, на второй серийной машине в 1976 г. отлаживался стрелковый прицел АСП-17БМЦ, а восьмая машина третьей серии предназначалась для отработки другой модели прицела – АСП- ПДФ21 (с самолета МиГ-21ПФ).

Практически с самого начала проектирования изделия «ВМ» началась разработка его двухместного учебно-тренировочного варианта – изделия «ВМУ». Постройка «спарки» была задана правительственным постановлением от 28 декабря 1967 г. Рабочие чертежи «ВМУ» сдали в производство 30 июня 1971 г., а первый опытный прототип передали на летно-испытательную станцию в Жуковский 24 марта 1972 г. С апреля по март 1973 г. велась наземная отработка самолетных систем, а 23 марта машина впервые поднялась в воздух. Этап «А» государственных совместных испытаний закончился 24 октября 1974 г., но еще весной техническая документация была передана на Саратовский авиационный завод для постройки к середине 1975 г. первых двух серийных учебно-тренировочных машин.

Две машины первой серии были изготовлены в срок и в июне 1975 г. уже находились в испытательном центре авиации Военно-морского флота в г. Саки (Крым). В 1976 г. первая «спарка» второй серии проходила государственные совместные испытания этапа «Б», а вторую направили на статические испытания. Всего же вторая серия «ВМУ» насчитывала три самолета, а начиная с четвертой каждая серия учебно-тренировочных самолетов состояла из пяти машин.

После начала производства Як-36М на Саратовском авиазаводе каждый из серийных самолетов проходил короткие контрольные испытания, а затем либо направлялся на специальные испытания (проверка различных систем, оборудования и вооружения), либо использовался для подготовки летчиков военно-морской авиации. Так, например, три машины второй серии в ноябре 1975 г. находились на базе в г. Саки. На них обучались пилоты формировавшегося полка корабельной авиации. Командиром полка был назначен опытный летчик Феоктист Матковский, летавший до этого на истребителях и вертолетах авиации Военно-морского флота.

К весне 1975 г. первый советский авианесущий крейсер «Киев» был подготовлен к палубным испытаниям штурмовиков Як-36М. Первыми палубу «Киева» освоили заводские летчики-испытатели на ВМ-02. Отработка взлетов и посадок в открытом морс велась с марта по октябрь, а 15 декабря 1975 г. первую посадку на «Киев» совершил командир полка Ф. Матковский. Начался проиесс ввода в строй авианосца.

Рис. 28. Старт Як-38 с передвижной платформы

Рис. 29. Учебно-боевой двухместный самолет Як-38У

Рис. 30. Учебно-боевой двухместный самолет Як-38У

Рис. 31. Учебно-боевой двухместный самолет Як-38У

Летом 1976 г. первая сформированная эскадрилья палубных штурмовиков Як-36М перебазировалась на «Киев». В этом же году самолет приняли на вооружение под обозначением Як-38, а его учебно-тренировочный вариант стал называться Як-28У. В ангаре крейсера под палубой размешалось более 20 машин. Доставка подготовленных к полету самолетов производилась подъемниками. После полетов у машин складывали крылья и одну за другой опускали их в ангар.

Западная пресса начала серьезно писать о Як-38, после того как 15 июля 1976 г. авианесущий крейсер «Киев» пересек пролив Босфор и вышел в Средиземное морс. Самолет, которому присвоили кодовое название НАТО «Forger», называли Як-36МП, что было недалеко от истины. Обозреватели считали, что корабли класса «Киев» («Минск», «Новороссийск», «Баку») способны нести 12 боевых машин вертикального взлета и посадки. Реальная же вместимость советских авианосцев была значительно выше. «Киев» вышел в мировой океан «показать себя» – продемонстрировать возможности советского флота. Однако они были значительно ниже, чем этого хотелось советским руководителям.

Эксплуатация авиацией Военно-морского флота самолетов Як-38 началась во время испытаний первых серийных машин. Серийные палубные штурмовики направлялись с завода на две авиабазы – в Саки и в Североморск. Североморск являлся основной базой Северного флота, в состав которого собирались включить авианесущий крейсер. Кроме того, нужно было испытать самолет в условиях Крайнего Севера – зоны с низкой температурой воздуха и малопригодной для строительства большой сети аэродромов. Возможность Як-38 стартовать с небольших площадок или передвижных платформ предполагала его использование не только на корабле, но и в качестве самолета береговой обороны.

Почти все первые серийные штурмовики отправлялись в Саки. В середине 70-х годов они появились и на базе в Североморске. В августе – сентябре 1977 г. на эксплуатационных испытаниях гам находилось уже восемь самолетов. В декабре того же года при низкой температуре летали уже девять машин.

Западные фирмы, создававшие самолеты вертикального взлета и посадки, на своем опыте познали трудности испытания этих машин, кончавшиеся нередко авариями. Не стал исключением и Як-38. Первая серьезная авария произошла в Саратове на заводском аэродроме 4 апреля 1975 г., когда летчик-испытатель ОКБ Михаил Дексбах облетывал третью машину второй серии. Посадка была совершена с одним работающим двигателем, так как второй не запустился. Самолет получил столь серьезные повреждения, что в дальнейшем не восстанавливался.

4 марта 1976 г. там же, в Саратове, потерпел катастрофу Як-38 военного летчика полковника Хомякова. Самопроизвольно сработала система катапультирования СК-ЭМ. 9 апреля 1977 г. в Научно-испытательном центре ВВС в Ахтубинске случилась авария с первой серийной машиной.

пилотируемой полковником Пешковым. Еще через год, 6 июня 1977 г., произошла первая катастрофа в Североморскс из-за поломки одной из поворотных насадок сопла подъемно-маршевого двигателя. На следующий день в г. Саки капитан Новичков вынужден был катапультироваться из второй машины третьей серии – разорвалась одна из труб рулевого управления. Много аварий, начиная с октября 1978 г., произошло на крейсере «Минск». С января 1979 г. по сентябрь 1980 г. разбилось семь самолетов. Управляли ими не только военные летчики, но и пилоты фирмы. 27 декабря 1979 г. при выполнении взлета с палубы с коротким разбегом из-за неповорота сопловой насадки подъемно-маршевого двигателя упал в море двухместный Як-38У, пилотируемый Дексбахом и Кононенко. После катапультирования из воды Дексбаху повезло больше – он приземлился прямо на палубу. Кононенко пришлось воспользоваться спасательной экипировкой.

Однако для объективности необходимо сравнить статистику аварий английского самолета «Харриер» и советского Як-38. С 1969 по 1980 г. в эксплуатацию поступил 241 «Харриер». За этот период произошли 83 катастрофы, при которых 57 машин разрушились полностью и погибло 25 пилотов. С 1974 по 1980 г. в авиационных частях флота находились 115 Як-38, из которых 16 потерпели аварию (погибло четыре пилота). Поэтому вывод о надежности советского палубного штурмовика лучше делать с оглядкой на «Харриер».

Штурмовики Як-38 проходили войсковые испытания не только на Крайнем Севере и жарком Юге, но и в высокогорных условиях. Четыре машины в апреле 1980 г. были отправлены в Афганистан и находились там до середины лета. Летчик ОКБ Ю. Митиков вместе с несколькими военными пилотами отрабатывали взлеты, посадки, полеты по полному профилю в условиях низкого давления и высокой температуры окружающего воздуха. После испытаний сделали вывод о невозможности использования штурмовика с имеющейся силовой установкой в высокогорных условиях.

В процессе серийного производства Як-38 постоянно дорабатывался. Моторостроителям РКБМ и научно-производственного объединения «Союз» удалось повысить тягу подъемных и подъемномаршевого двигателей. Вместо РД36-35ВФ стали устанавливать РД36-35ВФР (изделие «28»), обозначение Р27В-300 с повышенной тягой не изменилось. До принятия решения о замене изделия «24» на изделие «28» в отсеке подъемных двигателей последние проходили испытания на нескольких Як-38 ранних серий (на вторую серийную машину, например, усовершенствованные ПД были установлены осенью 1976 г.).

Не была решена на самолете и проблема попадания на входы силовой установки раскаленных газов, отраженных от взлетной площадки. Сначала на нескольких серийных Як-38 отработали специальные отражательные ребра, располагавшиеся вверху фюзеляжа по бокам воздухозаборника отсека подъемных двигателей, а также под фюзеляжем, начиная с его середины (испытания проводились в ЛИИ и на базе в г. Саки). Затем эту доработку внедрили в серию. Кроме того, на ранее выпущенные машины также стали постепенно устанавливать ребра.

В процессе серийного выпуска Як-38 усовершенствовали и средства аварийного покидания самолета. Катапультируемое кресло КЯ-1 и систему СК-ЭМ заменили на кресло К-36ВМ и систему СК-ЭМП с расширенным диапазоном применения по скорости и высоте полета.

Конструкторы вместе с заказчиком много работали над вооружением Як-38. Самолет Як-38 оснащался бортовым комплексом вооружения, позволяющим его применять по наземным и морским целям днем и ночью, а также в случае необходимости – по воздушным целям в дневное время. Вооружение подвешивалось на четырех балочных держателях БДЗ-60-23Ф1, установленных в корневых частях крыла симметрично по два относительно оси самолета.

При атаке наземных и морских целей могли использоваться управляемые ракеты Х-23 совместно с аппаратурой радиокомандного наведения «Дельта НТ», реактивные неуправляемые снаряды, бомбы калибра до 500 кг, зажигательные баки ЗБ-500, а также спецвооружснне. Для уничтожения воздушных целей на пилонах могут подвешиваться самонаводящиеся ракеты Р-60 или Р-60М. Общая масса боевой нагрузки при вертикальном старте – до 1000 кг, при взлете с коротким разбегом – до 1500 кг.

Рис. 32. Учебно-боевой двухместный самолет Як-38У

Из-за невозможности размещения новых комплексов ассортимент управляемого ракетного оружия резко ограничили. Попробовали встроить спарен ную пушку ГШ-23 в фюзеляж самолета. Еще до завершения испытаний уверенные в успехе разработчики внесли изменение в раздел вооружения технического описания на серийные машины (по некоторым пушка считается элементом конструкции). Однако на испытаниях при стрельбе из встроенной ГШ-23 часто начинался помпаж двигателей, и от расположения пушки в фюзеляже пришлось отказаться. Оказалось возможным использование под крыльями Як-38 лишь подвесных пушечных контейнеров УПК-23-250.

Контроль применения оружия велся с помощью фотоконтрольного прибора СШ-45-100-ОС.

Еще во время государственных испытаний конструкторы и военные столкнулись с одной серьезной проблемой. Из-за зависимости взлетной массы от температуры окружающего воздуха ее приходилось ограничивать. Уменьшалась соответственно и масса боевой нагрузки. Для ее увеличения пришлось сократить запас топлива на самолете, а следовательно, и радиус действия. Чтобы сохранить нормальную боевую нагрузку и увеличить дальность полета, пришлось на первые серийные машины установить упрошенный комплекс оборудования и вооружения. Кроме того, начали испытывать Як-38 на взлете с коротким разбегом (ВКР) и посадке с малым пробегом. При коротком разбеге существенно увеличивались боевая нагрузка машины и дальность полета за счет экономии топлива. Испытания на взлет с коротким разбегом проводились на земле, затем в 1979 г. на авианесущем крейсере «Минск». Не обошлось без аварий: при отработке на «Минске» режима ВКР в условиях повышенной температуры и влажности в Индийском океане погиб летчик-испытатель ЛИИ Олег Кононенко.

Хотя основным заказчиком Як-38 являлся Военно-морской флот, предполагалось использование самолета и с сухопутных аэродромов. Удачным примером служил английский «Харриер». Всесторонние испытания Як-38 в наземных условиях подтвердили возможность его эксплуатации в сухопутных войсках. Значительно расширились возможности машины при ее эксплуатации с мобильных площадок. Площадка являлась своеобразным передвижным аэродромом. Местоположение такого аэродрома могло меняться несколько раз в течение суток. Взлет самолета с мобильной площадки не отличался от взлета с палубы корабля. Посадка могла осуществляться в другом месте. После взлета площадка могла складываться и транспортироваться тягачом.

Для изучения возможностей использования самолетов Як-38 на гражданских судах типа «Роро» (контейнеровозы) были проведены специальные испытания. На верхнюю палубу контейнеровоза дополнительно уложили взлетно-посадочную площадку размером 18x23 м из плит с металлическим покрытием К-1Д. Посадка на нее оказалась несложной. На контейнеровозе «Николай Черкасов» летчиками морской авиации была освоена методика посадки и взлета с такой площадки. Испытания показали, что такие теплоходы могут быть использованы для доставки самолетов Як-38 на тяжелые авианесущие крейсеры в отдаленные районы Мирового океана.

Ограниченный радиус действия штурмовика, отсутствие возможности установки нового оборудования, вооружения и ряд других серьезных недостатков заставили конструкторов ОКБ Яковлева искать пути модернизации самолета. С конца 70-х годов началась проработка нескольких проектов. По одному из них, получившему первоначально шифр «ВММ» («ВМ» модернизированный), предполагалось установить на машину усовершенствованные двигатели с повышенной тягой, доработать воздухозаборники, крыло, стабилизатор, сделать управляемой переднюю стойку шасси, а главное – сделать возможной подвеску дополнительных баков с горючим. Предполагалось также использование нового оборудования и расширение ассортимента применяемого вооружения. Но другому проекту, получившему шифр «39» (иногда его еще называли Як-39), намечались замена двигателей силовой установки на более мощные, увеличение площади крыла, размещение нового прицельно-навигационного комплекса ПРНК-39 и радиолокационной станции. Это позволило превратить самолет в полноценный истребитель (предполагалось создание нескольких модификаций, в том числе и ударного самолета). Несколько позже развернулись проектные работы и по изделию «48» (будущий Як-41М, или Як-141).

Рис. 33. Як-38 и перспективный сверхзвуковой вертикально взлетающий самолет Як-141

Рис. 34. Принципиальная компоновочная схема самолета Як-38

Опытный самолет ВМ-01

Учебно-боевой самолет Як-38У

Вертикально взлетающий самолет Як-38

Очень многое зависело от разработчиков двигателей. Научно-производственное объединение «Союз», возглавляемое О. Фаворским, заканчивало работы по новому подъемно-маршевому двигателю Р28-300 (изделие «59») с тягой на вертикальном режиме 6700 кгс. который представлял собой значительно доработанный Р27В-300 с новым ротором низкого давления и новым соплом. Ротор высокого давления, камера сгорания и турбина были взяты со старо»! модели. Конструкторам Рыбинского КБМ также удалось улучшить параметры подъемных двигателей. Новый ПД типа РД-38 имел тягу 3250 кгс. Эти двигатели и предполагалось использовать в силовой установке модернизированного Як-38.

В процессе проектирования улучшенного варианта самолета ему был присвоен новый шифр – изделие «82». В постройку заложили сразу несколько экземпляров: два – для летных испытаний («82-1» и «82-2»), один – для статических испытаний и еще один – в качестве летающей лаборатории J1J1-82 для испытания новой силовой установки.

Постройку двух опытных машин Як-38М (это название было присвоено модернизированному самолету) закончили в 1982 г. Не все ранее намечавшиеся улучшения удалось внедрить на новом палубном штурмовике. Практически полностью сохранив внешний вид прежней машины, Як-38М отличался от нес силовой установкой, воздухозаборниками, некоторыми изменениями в конструкции фюзеляжа и несущих поверхностей, поворотной передней стойкой шасси и возможностью установки подвесных топливных баков. Изменения коснулись состава оборудования и вооружения. В конце 1982 г., еще до начала испытаний, было принято решение о запуске изделия «82» в серийное производство.

Испытания, начавшиеся в 1983 г., проводились несколько лет. Летно-тактические характеристики Як-38М по сравнению с Як-38 улучшились. Взлетная масса при старте с коротким разбегом увеличилась до 11 800 кг, а максимальная нагрузка на внешних узлах подвески до 2000 кг. При вертикальном взлете с нагрузкой 750 кг дальность полета увеличилась до 410 км, а при взлете с коротким разбегом и нагрузкой 1000 кг до 600 км. Новая модель палубного штурмовика сменила предыдущую на конвейере Саратовского авиационного завода.

Весной 1984 г. начались испытания первого опытного экземпляра Як-38М («82-1») на тяжелом авианесущем крейсере «Минск» (летчик-испытатель Синицин). Самолет был принят на вооружение авиации флота, и с середины 80-х годов начались его поставки на корабли. И все же реализовать идею высокоэффективной боевой машины вертикального взлета и посадки не удалось. Большинство находящихся в эксплуатации самолетов Як-38М не удалось оснастить подвесными топливными баками, а расход топлива модифицированной силовой установки увеличился. Это означаю дальнейшее сокращение боевого радиуса действия штурмовика. По оценке главного конструктора самолета А. Звягинцева, при отсутствии подвесных баков Як-38М не имел никаких преимуществ перед штурмовым вертолетом Ка-29.

Летом 1989 г. Як-38 впервые публично был продемонстрирован в экспозиции авиационной выставки на Ходынке. До этого машину можно было увидеть и в авиационном музее Монино. Посетители авиасалона «Мосаэрошоу-92» могли увидеть Як-38У в полете в парс с вертолетом Ми-8, между ними был натянут флаг. Такой состав пары был вынужденным: вертолет заменил разбившийся до начала авиасалона во время тренировочного полета одноместный Як-38. Но москвичи, жители Жуковского и многие иностранные журналисты начиная с августа 1989 г. неоднократно наблюдали «танец» двух самолетов вертикального взлета и посадки во время празднования Дня авиации. Полеты выполняли летчики-испытатели ЛИИ.

Летом 1992 г. пилоты ОКБ А. Синицин и В. Якимов на аэродроме в Кубинке демонстрировали американским летчикам Аллану Принстону и Дэвиду Прайсу (оба бывшие пилоты военно- морских сил США. а сейчас – владельцы музея в Санта-Моникс, штат Калифорния) двухместный учебно-тренировочный самолет Як-38У. В Москву американцы приезжали по приглашению генерального конструктора ОКБ Александра Дондукова. Они стали первыми зарубежными летчиками, летавшими на Як-38.

Осенью того же года Як-38М демонстрировался на выставке в Фарнборо вместе со вторым экземпляром самолета Як-141. Однако в полетах Як-38 не показали, один лишь раз летал его «младший брат».

Проблемы, связанные с надежностью силовой.установки, системы управления, небольшая масса полезной нагрузки и малый радиус действия не позволили использовать первый советский палубный штурмовик в полную силу. Распад СССР и разделение Вооруженных сил в большой степени отразились на Военно-морском флоте. Ресурс многих Як-38 был уже исчерпан, большинство машин отправили на береговые базы. Саратовский авиазавод так и не смог наладить серийный выпуск подвесных топливных баков, а без них тактические данные самолетов резко снижались. Правительство России не смогло найти средства для восстановления ресурса палубных штурмовиков, которых выпустили более 200 экземпляров. В настоящее время все они законсервированы и их дальнейшая судьба неизвестна, так же как и нового перспективного сверхзвукового самолета вертикального взлета и посадки Як-141, созданного для замены Як-38 и не прошедшего даже (не по вине разработчиков) полного цикла испытаний.

Фирма, обладающая большим опытом создания самолетов СВВП, ищет заказчиков. Но найдутся ли они?

Длина фюзеляжа без ПВД, м 15,47

Размах крыла, м:

в полетном положении 7,022

в сложенном положении 4.88

Площадь крыла с подфюзеляжной частью, м2 18,69

Высота самолета на стоянке, м 4,25

Колея шасси, м 2,76

База шасси, м 6,06

Масса пустого самолета, кг 7,484

Взлетная масса, кг

нормальная 10 400

максимальная 11 300

Масса боевой нагрузки, кг:

нормальная при вертикальном старте 1000

максимальная при коротком разбеге 1500

Максимальная скорость, км/м 1050

Практический потолок, м 11 000

Тактический радиус действия, км 185

"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).

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.

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- 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

С выходом на боевое патрулирование в начале 60-х годов американских атомных ПЛ, вооруженных баллистическими ракетами «Поларис», СССР оказался практически беззащитен. Лодки в подводном положении подходили к нашему побережью, могли в любой момент произвести ракетный залп, нанести колоссальные разрушения и уйти неуязвимыми. Все это требовало немедленного и эффективного ответа. Борьба с атомными ПЛ с целью предотвращения ракетно-ядерных ударов становится одной из приоритетных задач поставленных перед ВМФ. В этой связи резко повышается роль и значение авиации ПЛО, способной осуществлять эффективную борьбу с подводными лодками противника.
«Большое противолодочное направление» в развитии отечественного ВМФ позволило осуществить попытку реализовать в металле такой революционный и уникальный летательный аппарат как амфибию вертикального взлета и посадки ВВА-14.

ВВА-14 мог бы применятся в поисково-ударном, поисковом и ударном вариантах. Следовало спроектировать и построить три экземпляра машины с началом заводских испытаний первого в последнем квартале 1968 г.

Своего опытного производства КБ Бартини не имело, поэтому постройку ВВА-14 планировалось вести на опытном заводе ╧938 ОКБ Н.И. Камова. Но поскольку камовцы не располагали специалистами, знакомыми со спецификой тяжелого самолетостроения, в 1968 г. Р.Л. Бартини становится главным конструктором по теме ВВА-14 вновь создаваемого ОКБ при таганрогском заводе ╧86. Заместителем Бартини назначается В.И. Бирюлин.

Одновременно вышло решение комиссии президиума СМ СССР по военно-промышленным вопросам ╧305 от 20 ноября 1968 г. и приказ МАП ╧422 от 25 декабря 1968 г. о разработке технического проекта самолета ВВА-14 на Таганрогском машиностроительном заводе.

Фактически работами по созданию ВВА-14 руководил заместитель главного конструктора Н.А. Погорелов, сменивший В.И. Бирюлина, т.к. Р.Л. Бартини жил в Москве и в Таганроге бывал наездами.

ВВА-14 представлял собой целое собрание необычных технических решений, каждое из которых требовало проведения большого объема опытно-конструкторских работ ещё до начала летных испытаний. С целью натурных отработок самолетных систем и элементов конструкции были спроектированы и построены несколько соответствующих стендов.

Для отработки силовой установки на малом понтонном стенде построенном на Ухтомском вертолетном заводе (УВЗ), были проведены экспериментальные работы по изучению впадины и брызгового факела образующихся при воздействии на водную поверхность струи газов ТРД ТС-12М.

Для изучения режимов взлета и посадки ВВА-14 на различные поверхности на УВЗ был создан плавучий газодинамический стенд-аналог 1410, позволявший проводить испытания модели самолета в масштабе 1:4, оборудованной шестью ТРД ТС-12М имитировавших работу всех подъемных двигателей самолета.

Стенд 1410 был перевезен на испытательно-экспериментальную базу ОКБ в г. Геленджике где прошел полный цикл испытаний для изучения режимов взлета и посадки самолета на водную поверхность. Полученные результаты свидетельствовали, в частности, что силы и моменты воздействовавшие на самолет при вертикальном взлете и посадке, были незначительны и система стабилизации и управления самолетом вполне могла их парировать. Комбинированные газоструйные рули для управления по курсу и тангажу были также отработаны на наземном стенде. Для отработки управления ВВА-14, были созданы два пилотажных стенда: с подвижной и неподвижной кабинами.На пилотажных стендах были ещё до первого полета досконально отработаны режимы управления самолетом, среди которых был режим приземления в условиях создания интенсивной динамической воздушной подушки. На стенды часто приглашали летчика-испытателя Ю.М. Куприянова, который высоко оценил работу их создателей, сказав на разборе первого полета: «Летали так, как на тренажере!»

Планировалось построить три опытных ВВА-14. В производство запустили одновременно два экземпляра самолета, машины «1М» и «2М».Первый опытный самолет «1М» был выполнен без подъемных двигателей и предназначался для отработки и доводки аэродинамики и конструкции на всех режимах полета, кроме вертикального взлета и посадки, исследования устойчивости и управляемости на этих режимах, для отработки маршевой силовой установки и самолетных систем. Для обеспечения взлета и посадки с аэродрома, на самолете устанавливалось шасси велосипедной схемы с управляемыми носовыми колесами (в конструкции шасси использовались стойки от бомбардировщиков 3М и Ту-22).

К лету 1972 г. основные работы по сборке самолета ВВА-14 («1М») были закончены и машина покинувшая сборочный цех была передана ЛИКу для окончательной доводки перед летными испытаниями.ВВА-14 имел очень необычный вид. Фюзеляж с кабиной пилотов переходил в центроплан, по бокам которого располагались два огромных отсека с поплавками и системой их наддува. Разнесенное стреловидное горизонтальное и вертикальное оперение. Отъемные части крыла крепились к кессону центроплана. За оригинальность конструкции самолет получил кличку «Фантомас».Ведущим инженером по испытаниям стал И.К. Винокуров, летчиком-испытателем Ю.М. Куприянов, штурманом-испытателем Л.Ф. Кузнецов.

Стоянка, на которой расположили ВВА-14, располагалась на краю летного поля у небольшой рощи, т.н. «карантина», а в целях конспирации «1М» получил гражданскую регистрацию СССР-19172 и символику «Аэрофлота» на борту.В период с 12 по 14 июля 1972 г. начались первые рулежки и пробежки самолета по грунтовой ВПП заводского аэродрома. Затем от ВВА-14 отстыковали консоли крыла и хвостовое оперение и соблюдая все положенные меры секретности, в одну из ночей перевезли на соседний таганрогский аэродром, имевший бетонную полосу, на котором базировался один из учебных полков Ейского военного училища летчиков.Там, с 10 по 12 августа, пробежки продолжились. Их результаты были обнадеживающими, ВВА-14 на пробежках до скорости 230 км/ч вел себя нормально, силовая установка и бортовое оборудование работали без замечаний. В своем отчете летчик-испытатель Ю.М. Куприянов отметил, что: «На разбеге, подлете и пробеге самолет устойчив, управляем, ухода с курса взлета и кренений нет». Кроме того, обращено внимание на хороший обзор из пилотской кабины и удобное расположение пилотажно-навигационных приборов и приборов контроля за силовой установкой.

Первый раз в воздух ВВА-14 поднялся 4 сентября 1972 г. с экипажем в составе летчика-испытателя Ю.М. Куприянова и штурмана-испытателя Л.Ф. Кузнецова. Полет, продолжавшийся почти час, показал, что устойчивость и управляемость машины в воздухе в пределах нормы и ничуть не хуже, чем у традиционных самолетов.Как и на земле, в воздухе ВВА-14 выглядел очень необычно, получив за свою «трехголовость» при виде снизу (центральный нос-фюзеляж и два бортовых отсека) ещё одну кличку — «Змей Горыныч». К отдельным полетам в качестве самолета сопровождения и самолета-эталона для калибровки пилотажно-навигационного оборудования привлекался Бе-30 (╧05 «ОС»).Летные испытания первого этапа завершились к лету 1973 г. Их результаты подтвердили, что оригинальная аэродинамическая схема с крылом-центропланом вполне жизнеспособна, а маршевая силовая установка и основные системы работают надежно и обеспечивают выполнение испытательных полетов.Но самым значимым итогом этого этапа летных испытаний стало то, что под самолетом при полете вблизи земли толщина динамической воздушной подушки оказалась значительно больше по отношению к средней аэродинамической хорде крыла, чем это считалась ранее. При средней аэродинамической хорде ВВА-14 в 10,75 м эффект динамической подушки ощущался с высоты 10-12 м, а на высоте выравнивания (около 8 м) подушка была уже так плотна и устойчива, что Ю.М. Куприянов на разборах полетов много раз просил разрешения бросить ручку управления и дать машине сесть самой. Провести такой эксперимент ему, правда, так и не дали, опасаясь, что может просто не хватить взлетной полосы.

Единственным серьезным инцидентом был отказ гидросистемы ╧1 в первом полете. Причиной стало разрушение трубки отвода рабочей жидкости от насосов, из-за совпадения колебаний фюзеляжа с частотой пульсации жидкости. Выход из положения нашли, заменив трубки на резиновые шланги.Хотя перспективы получения реальных, а не «бумажных» подъемных двигателей оставались весьма неопределенными, наконец, было готово пневматическое взлетно-посадочное устройство (ПВПУ). Поплавки ПВПУ имели длину 14 м, диаметр 2,5 м, объем каждого составлял 50 м3. Они были спроектированы Долгопрудненским КБ агрегатов и изготовлены на Ярославском шинном заводе.Поэтому зиму 1973-74 гг. ВВА-14 («1М») провел в цехе опытного производства ОКБ где на него установили системы и устройства ПВПУ. Одновременно выполнялись статические испытания на специально подготовленном поплавке.Выпуск поплавков осуществлялся двенадцатью управляемыми пневматическими кольцевыми эжекторами — по одному на каждый отсек поплавка. Воздух высокого давления отбирался от компрессоров маршевых двигателей. Уборка ПВПУ осуществлялась гидроцилиндрами, которые воздействовали через продольные штанги на тросы, охватывающие поплавки, вытесняя воздух из их отсеков через редукционные клапаны.

После прекращения программы ВВА-14, самолет «1М» закатили в цех на переоборудование в экспериментальный экранолет 14М1П, собранный планер машины «2М» отвезли на дальний край заводской стоянки, третий экземпляр вертикально взлетающей амфибии так и не начали строить.На базе ВВА-14 существовали проекты создания модификаций различного назначения.Корабельный вариант имел бы складные консоли крыла и хвостовое оперение и мог базироваться на противолодочных крейсерах проекта 1123, специально дооборудованных крупнотоннажных сухогрузах и танкерах, либо на противолодочных крейсерах-носителях ВВА-14.В транспортном варианте ВВА-14 мог бы перевозить 32 человека или 5000 кг груза на расстояние до 3300 км.В поисково-спасательном варианте в состав экипажа амфибии дополнительно включались два спасателя и врач. В грузовом отсеке размещалось специальное оборудование (лодки, плоты, лебедка и т.д.). Летные характеристики ВВА-14 в спасательном варианте оставались практически такими же, как у противолодочного самолета за исключением дальности полета, которая могла быть увеличена на 500-1000 км.

Скажем немного о конструкции поплавков и системах их уборки и выпуска.

Поплавки ПВПУ имели длину 14 м, диаметр 2,5 м. Объем каждого составлял по 50 м. Они были спроектированы Долгопрудненским конструкторским бюро агрегатов (ДКБА) и изготовлены Ярославскими шинниками.

Система уборки-выпуска ПВПУ оказалась весьма непростой в доводке и наладке испытаний, поскольку этот механогидропневмоэлектрический комплекс вобрал в себя различные уникальные специализированные устройства, натурная лабораторная отработка которых в большинстве своем оказалась по срокам, а то и по технике неосуществленной (собственно поплавки, системы их привода и управления).

Для отработки ПВПУ необходимо было подавать при выпуске (наполнении) большое количество активного воздуха от имитатора компрессоров маршевых двигателей. Из положения вышли, спроектировав и изготовив фильтровальную станцию, очищавшую воздух высокого давления, подаваемый от заводской пневмосети. Выпуск поплавков осуществлялся двенадцатью управляемыми пневматическими кольцевыми эжекторами — по одному на каждый отсек поплавка.

Процесс начинался открытием замков гидроцилиндров уборки, которые при выпуске играли роль де-мпферов, обеспечивая тросами, охватывающими поплавки, сопротивление оболочки. Излишек воздуха для поддержания постоянного максимального избыточного давления в поплавках через редукционные клапаны выбрасывался в атмосферу. При режиме работы «выпуск — уборка ПВПУ» избыточное давление обеспечивалось в пределах 0,15…0,25 МПа, или (0,015…0,025) атм.

После полного формообразования по сигналу выпущенного положения управляемый эжектор переключался на режим подачи активного воздуха без смешивания его с атмосферным — режим «дожим». По достижении давления (1,5…2,5) МПа (или 0,15…0,25 атм), эжектор автоматически закрывался по сигналу избыточного давления «0,2 кгс/см » и периодически включался на «дожим» при снижении давления в поплавке вследствие охлаждения воздуха или из-за негерметичности. Максимальное избыточное давление ограничивалось переключением редукционного клапана на давление 3,5 + 0,5 МПа (0,35 + 0,05 атм).

Подача воздуха на «дожим» при выпуске осуществлялась от компрессора маршевых двигателей, а на стоянке и при вертикальном полете — от пневмосистемы высокого давления или от компрессора вспомогательной энергоустановки ТА-6. В самолетном полете дополнительно подавался атмосферный воздух от специальных воздухозаборников.

Уборка ПВПУ осуществлялась достаточно мощными гидроцилиндрами, которые воздействовали через продольные штанги на тросы, охватывающие поплавки, вытесняя воздух из отсеков через упомянутые редукционные клапаны. Они переключались на режим «выпуск — уборка ПВПУ» (0выми замками, открываемыми снаружи пневмоцилиндрами.

Поплавки и комплекс систем их привода и управления были буквально напичканы изобретениями, которые, как и у всех изобретателей, давались с большим трудом и подогреваемым Р. Бартини стремлением поиска нового, но — непременно! — оптимального решения. Вот два примера.

Первый. Эксплуатационная нагрузка от механизма уборки поплавков, преодолеваемая мощными гидроцилиндрами, составляла 14 тонн и была пружинная, не зависевшая от хода (900 мм). В убранном положении поршень фиксировался цанговым замком цилиндра, который при выпуске поплавков должен был открываться первым. Каждый понимает: если толкать дверь, нагружая замок, открыть его гораздо труднее, чем если перекосы и пружинение двери устранить рукой, а затем открывать свободный замок.
Так вот, предположение о возможности заклинивания цанговых замков, нагруженных большим усилием при их открытии, в лаборатории «блестяще» подтвердилось после трех открытий замка под нагрузкой. Что делать? Тогда обиходное решение с дверным замком было перенесено на систему ПВПУ: перед открытием замка вначале подавали давление на уборку поплавков, разгружали замок, открывали его снаружи, после чего снимали сигнал уборки, и освобожденный поршень свободно шел на выпуск.

Второй пример. Эжекторная подача воздуха в отсеки поплавков при выпуске обеспечивала его уменьшенную температуру. Однако при заполнении до давления максимальной работоемкости 0,2 атм («дожиме») в отсеки поплавков через специальный канал эжектора подавался горячий воздух от компрессоров ТРД и возникала вероятность ускоренного старения и растрескивания эластичной оболочки поплавков в зоне установки эжекторов.

Для предотвращения этой опасности конец канала выпуска горячего воздуха был снабжен специальным рассекателем, в конструкции которого, как в миниатюре, решались задачи, известные из области воздухозаборников сверхзвуковых самолетов, — каналы предусматривали борьбу со скачками уплотнения, подсос холодного воздуха и т. п.

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.

Конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой сопряжено с большими трудностями, связанными с необходимостью создания легких двигателей, управляемостью на околонулевых скоростях и др.

В настоящее время известно много проектов схем самолетов вертикального взлета и посадки, многие из которых уже воплощены в реальные аппараты.

Самолеты с воздушными винтами

Одним из решений проблемы вертикального взлета и посадки является создание самолета, у которого подъемная сила при взлете и посадке создается поворотом оси вращения винтов, а в горизонтальном полете - крылом. Поворот оси вращения винтов может быть достигнут поворотом двигателя или крыла. Крыло такого самолета (рис. 160) выполняется по многолонжеронной схеме (минимум два лонжерона) и крепится к фюзеляжу на шарнирах. Механизм поворота крыла чаще всего представляет винтовой домкрат с синхронизированным вращением, обеспечивающий изменение угла установки крыла на угол больше 90°.

Крыло снабжается по всему размаху многощелевыми закрылками. На участках, где крыло не обдувается воздушным потоком от винта, или там, где скорости обдувания невелики (в центральной части крыла), устанавливаются предкрылки, способствующие устранению срыва потока при больших углах атаки. Вертикальное оперение отличается относительно большими размерами (для повышения путевой устойчивости при малых скоростях полета) и оснащается рулем направления. Стабилизатор такого самолета обычно управляемый. Углы установки стабилизатора могут изменяться в больших пределах, обеспечивая переход самолета от вертикального взлета к горизонтальному полету и обратно. Основание киля переходит в вынесенную назад хвостовую балку, на которой в горизонтальной плоскости крепится хвостовой винт небольшого диаметра, изменяемого шага, обеспечивающий продольное управление на режиме висения и переходных режимах полета.

Силовая установка состоит из нескольких мощных турбовинтовых двигателей, отличающихся небольшими размерами и малым удельным весом порядка 0,114 кГ/л. с., что очень важно для летательного аппарата вертикального взлета и посадки любой схемы, так как у таких аппаратов при вертикальном взлете тяга должна быть больше веса. Кроме преодоления веса, тяга должна преодолевать аэродинамическое сопротивление и создавать ускорение для разгона самолета до такой скорости, при которой подъемная сила крыла будет полностью компенсировать вес самолета, а рулевые аэродинамические поверхности будут достаточно эффективны.

Серьезный конструктивный недостаток самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами заключается в том, что обеспечение безопасности полета и надежной управляемости самолета при вертикальном взлете и на переходных режимах полета достигается ценой утяжеления и усложнения конструкции за счет применения механизма поворота крыла и трансмиссии, синхронизирующей вращение воздушных винтов.

Сложной является также система управления самолетом. Управление во время взлета и посадки и в крейсерском полете по трем осям осуществляется с помощью обычных аэродинамических поверхностей управления, но на режиме висения и. переходных режимах до и после крейсерского полета применяются иные методы управления.

Во время вертикального набора высоты продольное управление осуществляется с помощью горизонтального рулевого винта (с изменяемым шагом), расположенного за килем (рис. 160, б), путевое управление - дифференциальным отклонением концевых секций закрылков, обдуваемых струей от воздушных винтов, а поперечное управление - дифференциальным изменением шага крайних воздушных винтов.

На переходном режиме осуществляется постепенный переход к управлению с помощью обычных поверхностей; для этого используется смеситель команд, работа которого программируется в зависимости от угла поворота крыла. В систему управления включен механизм стабилизации.

Улучшение характеристик самолетов вертикального взлета и посадки с воздушными винтами в настоящее время возможен за счет того, что воздушный винт заключают в кольцевой канал (короткую трубу соответствующего диаметра). Такой винт развивает тягу на 15-20% больше, чем тяга винта без «ограждения». Объясняется это тем, что стенки канала препятствуют перетеканию сжатого воздуха с нижних поверхностей винта на верхние, где давление понижено, и исключают рассеивание потока от винта в стороны. Кроме того, при подсасывании воздуха винтом над кольцевым каналом создается область пониженного давления, а так как винт отбрасывает вниз поток сжатого воздуха, разность давлений на верхнем и нижнем срезе кольца канала приводит к образованию дополнительной подъемной силы. На рис. 161, а представлена схема самолета вертикального взлета и посадки с воздушными винтами, установленными в кольцевых каналах. Самолет выполнен по схеме тандем с четырьмя винтами, приводимыми в движение общей трансмиссией.

Управление по трем осям в крейсерском и вертикальном полете (рис. 161, б, в, г) производится в основном путем дифференциального изменения шага воздушных винтов и отклонения закрылков, расположенных горизонтально в струях, отбрасываемых винтами за каналами.

Следует отметить, что самолеты вертикального взлета и посадки с воздушными винтами способны развивать скорость 600- 800 км/ч. Достижение более высоких дозвуковых, а тем более сверхзвуковых скоростей полета возможно лишь при использовании реактивных двигателей.

Самолеты с реактивной тягой

Известно много схем самолетов вертикального взлета и посадки с реактивной тягой, однако их можно достаточно строго разделить на три основные группы по типу силовой установки: самолеты с единой силовой установкой, с составной силовой установкой и с силовой установкой с агрегатами усиления тяги.

Самолеты с единой силовой установкой, у которой один и тот же двигатель создает вертикальную и горизонтальную тягу (рис. 162), теоретически могут летать со скоростями, превышающими скорость звука в несколько раз. Серьезным недостатком такого самолета является то, что отказ двигателя на взлете или при посадке грозит катастрофой.

Самолет с составной силовой установкой может совершать полет также со сверхзвуковыми скоростями. Его силовая установка состоит из двигателей, предназначенных для вертикального взлета и посадки (подъемные), и двигателей для горизонтального полета (маршевые), рис. 163.

Подъемные двигатели имеют вертикально расположенную ось, а маршевые - горизонтально расположенную. Отказ одного или двух подъемных двигателей на взлете позволяет продолжать вертикальный взлет и посадку. В качестве маршевых двигателей могут использоваться ТРД, ДТРД. Маршевые двигатели на взлете могут также участвовать в создании вертикальной тяги. Отклонение вектора тяги производится или поворотными соплами, или поворотом двигателя вместе с гондолой.

На самолетах ВВП с реактивными двигателями устойчивость и управляемость на режимах взлета, посадки, висения и переходных режимах, когда аэродинамические силы отсутствуют или малы по величине, обеспечивается управляющими устройствами газодинамического типа. По принципу работы они разделяются на три класса: с отбором сжатого воздуха или горячих газов от силовой установки, с использованием величины тяги движителей и с применением устройств отклонения вектора тяги.

Управляющие устройства с отбором сжатого воздуха или газов наиболее просты и надежны. Пример компоновки управляющего устройства с отбором сжатого воздуха от подъемных двигателей представлен на рис. 164.

Самолеты ВВП, оснащенные силовой установкой с агрегатами усиления тяги, могут иметь турбовентиляторные агрегаты (рис. 165) или газовые эжекторы (рис. 166), которые и создают необходимую вертикальную тягу на взлете. Силовые установки этих самолетов могут быть созданы на базе ТРД и ДТРД.

Силовая установка самолета с агрегатами усиления тяги, представленная на рис. 165, состоит из двух ТРД, установленных в фюзеляже и создающих горизонтальную тягу. При вертикальном взлете и посадке ТРД используются в качестве газогенераторов для привода во вращение двух турбин с вентиляторами, размещенных в крыле, и одной турбины с вентилятором в носовой части фюзеляжа. Передний вентилятор используется только для продольного управления.

Управление самолетом на вертикальных режимах обеспечивается вентиляторами, а в горизонтальном полете - аэродинамическими рулями. Самолет с эжекторной силовой установкой, представленный на рис. 166, имеет силовую установку из двух ТРД. Для создания вертикальной тяги поток газов направляется в эжекторное устройство, расположенное в центральной части фюзеляжа. Устройство имеет два центральных воздушных канала, из которых воздух направляется в поперечные каналы с щелевыми соплами на концах.

Каждый ТРД соединен с одним центральным каналом и половиной поперечных каналов с соплами, чтобы при выключении или выходе из строя одного ТРД эжекторное устройство продолжало работать. Сопла выходят в эжекторные камеры, которые закрываются створками на верхней и нижней поверхностях фюзеляжа. При работе эжекторной установки вытекающие из сопла газы эжектируют воздух, объем которого в 5,5-6 раз больше объема газов, что на 30% превышает тягу ТРД.

Вытекающие из эжекторных камер газы имеют небольшую скорость и температуру. Это позволяет эксплуатировать самолет с взлетно-посадочных площадок без специального покрытия, кроме того, эжекторное устройство понижает уровень шума ТРД. Управление самолетом на крейсерском режиме осуществляется обычными аэродинамическими поверхностями, а на режиме взлета, посадки и переходных режимах - системой струйных рулей, обеспечивающих устойчивость и управляемость самолету.

Силовые установки с усилением вектора тяги обладают несколькими очень серьезными недостатками. Так, силовая установка с турбовентиляторным агрегатом требует больших объемов для размещения вентиляторов, что затрудняет создание крыла с тонким профилем, нормально работающего в сверхзвуковом потоке. Еще больших объемов требует эжекторная силовая установка.

Обычно при таких схемах возникают трудности с размещением топлива, что ограничивает дальность полета самолета.

При рассмотрении схем самолетов ВВП может сложиться ошибочное мнение о том, что возможность вертикального взлета должна окупаться уменьшением поднимаемого самолетом полезного груза. Даже приближенные расчеты подтверждают вывод о том, что вертикально взлетающий самолет, обладающий большой скоростью полета, может быть создан без значительных потерь в полезной нагрузке или дальности, если с самого начала проектирования самолета в основу его положить требования вертикального взлета и посадки.

На рис. 167 представлены результаты анализа весов самолетов обычной схемы (нормального взлета) и ВВП. Сравниваются самолеты равного взлетного веса, имеющие одинаковую скорость крейсерского полета, высоту, дальность и поднимающие одинаковую полезную нагрузку. Из диаграммы рис. 167 видно, но самолет ВВП (с 12 подъемными двигателями) имеет силовую установку тяжелее обычного самолета примерно на 6% взлетного веса самолета нормального взлета.

Кроме того, гондолы подъемных двигателей еще на 3% от взлетного веса увеличивают вес конструкции самолета ВВП. Расход топлива на взлет и посадку, включая движение по земле, больше, чем у обычного самолета, на 1,5%, а вес дополнительного оборудования самолета ВВП на 1%.

Этот неизбежный для вертикально взлетающего самолета дополнительный вес, равный примерно 11,5% взлетного веса, может быть скомпенсирован уменьшением веса других элементов его конструкции.

Так, для самолета ВВП крыло выполняется меньшего размера по сравнению с самолетом обычной схемы. К тому же отпадает необходимость в применении механизации крыла, и это уменьшает вес примерно на 4,4%.

Дальнейшей экономии веса самолета ВВП можно ожидать от уменьшения веса шасси и хвостового оперения. Вес шасси самолета ВВП, рассчитанного на максимальную скорость снижения 3 м/сек, может быть уменьшен на 2% взлетного веса по сравнению с самолетом обычной схемы.

Таким образом, весовой баланс самолета ВВП показывает, что вес конструкции самолета ВВП больше веса обычного самолета приблизительно на 4,5% максимального взлетного веса самолета обычной схемы.

Однако обычный самолет должен иметь значительный резерв топлива для полетов в зоне ожидания и для поиска запасного аэродрома в плохую погоду. Этот резерв топлива для вертикально взлетающего самолета может быть значительно уменьшен, так как он не нуждается во взлетно-посадочной полосе и может приземляться практически па любой площадке, размеры которой могут быть незначительны.

Из вышесказанного следует, что самолет ВВП, имеющий взлетный вес такой же, как и у самолета обычной схемы, может нести ту же полезную нагрузку и совершать полет с той же скоростью и на ту же дальность.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.