Особливості літаків. Реактивні літаки цього типу. Їх застосування. Конструктивна ідея літаків ВВП і КВП
Особливості літаків. Реактивні літаки цього типу. Їх застосування
Вперше в нашій країні схема СВВП із реактивним двигуном зі змінюваним напрямком вектора тяги був запропонований у 1946 р. конструктором К. А. Шуликовим. Ним було також уперше запропоноване поворотне сопло реактивного двигуна, особливість конструкції якого, як вказувалося в авторському посвідченні №166244 від 18 грудня 1948 р., “полягає в тому, що воно обладнане поворотними у вертикальній площині реактивними насадками, які монтуються на опірних підшипниках і зв’язані черв’ячною передачею з привідним механізмом.
За допомогою цих насадок можна змінювати напрямок вектора тяги у вертикальній площині. При такій конструкції сопла енергію газів струменя можна використовувати безпосередньо як джерело піднімальної тяги для здійснення вертикального злету, вертикальної посадки і гальмування літального апарата.”
Проекты СВВП, предложенные К.А. Шуликовым
Поворот реактивних насадок здійснювався від електропривода за допомогою черв’ячної передачі. Сопла постачені направляючими лопатками і мають кожухи для охолодження. Насадки можуть повертатися на будь-який заданий рівень, завдяки чому досягається необхідне відхилення газового струменя в залежності від режиму польоту. Максимальне відхилення відповідає зльоту і посадки, для гальмування сопло відхиляється вперед.
К. А. Шуликовим були розроблені кілька проектів СВВП, постачених реактивними двигунами з поворотними соплами. Сопла могли відхилятися на такий кут, щоб рівнодіюча сила тяги ТРД проходила через центр ваги літака.
Особливий інтерес представляє проект СВВП із ТРД РД-45, запропонований К. А. Шуликовим у 1947 р. У цього літака потрібно було використовувати крім основних поворотних сопел, через які випливає основна частина газів ТРД, допоміжні поворотні насадки. Завдяки цьому при установки основних сопів у відхилене положення, що відповідає режимам злету і посадки, можна забезпечувати керування літаком, повертаючи допоміжні насадки.
Двигун розміщався в носовій частині СВВП у похилому положенні по так називаній реданній схемі, що забезпечувало додатковий момент тангажу, скорочуючи розбіг літака при короткому зльоті. Для керування літаком на різних режимах польоту в проекті передбачалося використовувати поворотний стабілізатор.
Недостатню тягоозброєність СВВП автор поліпшив в іншому своєму проекті, у якому передбачалося використовувати більш могутній ТРД ВК-1.
У запропонованих проектах не використовувалася струминна система керування, що передбачалося забезпечити тільки за допомогою поворотних сопел, проте можна бачити, що запропонована К. А. Шуликовим схема СВВП на кілька років випереджала запропоновану М. Вибо схему СВВП із поворотними соплами, використану пізніше для СВВП P. 1127.
Іншим нашим конструктором – А. Я. Щербаковим у 1947 р. було вперше запропоноване використовувати піднімальні реактивні двигуни, що повинні створювати піднімальну тягу і забезпечувати вертикальний зліт і посадку літака. Ним був також розроблений проект СВВП із поворотними ТРД, а в 1948 р. був побудований експериментальний апарат, що випробувався підвішеним на стенді.
Теоретичні й експериментальні дослідження СВВП проводилися в Льотно-дослідницькому інституті ім. М. М. Громова, де в 1955 р. експериментальний апарат “Турболіт” був побудований конструкторським колективом під керівництвом А. Н. Рафаелянца і В. Н. Матвєєва.
Експериментальний апарат Турболіт
Цей апарат являє собою металеву ферму, на якій у вертикальному положенні встановлений реактивний двигун Червоний-9Т. Поруч із двигуном розташована закрита кабіна пілота і баки з паливом. Апарат коштує на землі на чотирьох опорах шасі з невеликими колісьми.
Для керування на апараті у вихідному соплі ТРД установлені два газових керма. Відхиляючи їх у різні сторони, можна одержати подовжнє і поперечне керування апаратом. Крім того, він був постачений струминними рулями, установленими на чотирьох довгих фермах. Струминні рулі забезпечують шляхове керування апаратом, а також могли бути використані замість газових рулів і для подовжнього і поперечного керування. Керуються струминні і газові рули за допомогою ручки і педалей у кабіні льотчика.
“Турболіт”, випробовуваний льотчиком-випробувачем Ю. А. Гарнаєвим, успішно літав спершу на прив’язі, а потім у вільному польоті. Керування за допомогою газових і струминних рулів діяло дуже ефективно. Керований льотчиком апарат міг вертикально підніматися, переміщатися в повітрі в будь-якому напрямку і сідати на площадку, по розмірах лише трохи перевищуючі розміри самого апарата. Апарат “Турболіт” демонструвався в польоті на повітряному святі в Тушино в 1957 р., а надалі використовувався для оцінки стійкості і керованості СВВП.
Апарат Турболіт
На початку 50-х і кінці 60-х років проблема вертикального (чи укороченого) злету і посадки найбільше часто обговорювалася на сторінках спеціальних видань. Цей факт стане зрозумілим, якщо врахувати, що одним з найважливіших достоїнств літака, як військової зброї в плині багатьох літ була максимальна швидкість його горизонтального польоту (для повітряного транспорту вона в доступному для огляду майбутньому залишиться головним показником з погляду пасажира), збільшенню якої супроводжував ріст вертикальної швидкості і висоти вертикального польоту.
Введення в експлуатацію нових типів літаків з максимальною швидкістю М=2,0 – 2,5, супроводжувалася ростом злітної і посадкової швидкості до 250-300 км/год., що зажадало подовження злітно-посадкової смуги і, отже, створення нових ВПП. Такий несприятливий оборот справи не удалося радикально виправити застосуванням високоефективною механізацією крила, а пізніше і крила змінюваної геометрії.
Обоє ці способи дозволили лише зм’якшити ситуацію, оскільки відношення максимальної швидкості до мінімального в літаках не може регулюватися безмежно. Для перших серійних надзвукових літаків це відношення складало близько 5-9 і зросло до 10 для літаків другого покоління, а для літаків зі змінюваної стріловидністю крила воно досягло 11,5.
Стало ясно, що необхідно змінити принцип злету і посадки – замість дотичного щодо землі напрямку руху перейти по можливості до вертикально за допомогою доповнення аеродинамічної піднімальної сили вертикальної складової тяги рухової установки.
У граничному випадку тяга двигунів цілком може бути спрямована вертикально, а її величина перевищувати вагу літака. Якщо при цьому виконуються умови стійкості і керованості, то можливий підйом літака при нульовій горизонтальній швидкості. У такий спосіб народилася ідея літака вертикального злету і посадки (ВВП) і літака короткого злету і посадки (КВП).
Конструктивна ідея літаків ВВП і КВП
Розробка літаків ВВП почалася вперше в 50-х роках, коли був досягнутий відповідний технічний рівень турбореактивного і турбогвинтового двигунобудування, що викликало повсюдну зацікавленість у літаках цього типу як серед потенційних користувачів, так і в конструкторських бюро. За десятиліття минулі з тих пір, у світі були створено десятки досвідчених літаків ВВП різних систем.
Більшість конструкцій було розроблено в 1-2 екземплярах, що, як правило терпіли аварії вже під час перших іспитів, і подальші дослідження над ними вже не проводилися. Великі надії, що зв’язувалися з такими літаками, наштовхнулися на серйозних практичних труднощів, і, по опублікованим даним, на Заході зараз мається єдиний випуск серійного близько-звукового літака-штурмовика ВВП “Харріер” Р. 1127 британської фірми “Хоукер – Сиддли” (виготовлений так само по ліцензії в США під індексом АV-8).
Технічна комісія НАТО, що оголосила в червні 1961 р. вимоги винищувачу-бомбардувальнику вертикального злету і посадки, дала тим самим визначений імпульс близько-звукових літаків ВВП у західних країнах. Передбачалося, що в 60-х – 70-х роках країнам НАТО буде потрібно більш 5000 таких літаків, з котрих перші ввійдуть в експлуатацію вже в 1967 р.
Прогноз такої великої кількості продукції викликав шести проектів надзвукових літаків: Р. 1150 англійської фірми “Хоукер-Сиддли” і західно-германської “Фокке-Фульф”; Vj-101 західно-германського Південного Об’єднання “EWR-Зюд” (Бельков Хенкел Мессершмітт); D-24, голландської фірми “Фоккер” і американської “Рипаблик”; G-95 італійської фірми “Фіат”; “Міраж” III-V французької фірми “Дассо” і F-104G у варіанті ВВП американської фірми “Локхид” разом з англійськими фірмами “Шортів” і “Роллс-Ройс”.
Ще до представлення проектів на конкурс стало ясно, що він не відбудеться. Виявилося, що кожна держава має свою особливу, відмінну від інших концепцію майбутнього літака і не погодиться на монополію однієї чи фірми групи фірм. Наприклад, англійські військові підтримали не свої фірми, а французький проект, Федеративна Республіка Німеччина підтримала проект фірми “Локхид” і т. д. Долю конкурсу зумовила Франція, представники якої заявили, що незалежно від результатів конкурсу будуть працювати над своїм проектом літака “Міраж” III-V.
Літаки вертикального злету і посадки
Політичні, технічні і тактичні проблеми вплинули на зміну концепції комісії НАТО, що розробила нові вимоги. Почалося створення багатоцільових літаків. У цієї ситуація тільки два з представлених проектів вийшли зі стадії попереднього проектування: літак “Міраж” III-V, фінансований французьким урядом, і літак Vj-101C об’єднання “EWR-Зюд”, фінансується західно-германською промисловістю. Ці літаки були розроблені відповідно в 3 і 2 екземплярах і піддалися іспитам (4 з них загинуло в катастрофах) до 1966 і 1971 р. У 1971 р. за замовленням командування авіації ВМС США почалися роботи над третім надзвуковим літакам ВВП у західних країнах – американським XFV-12A.
Відношення СРСР до проблеми вертикального злету і посадки проявилося в 1967 р. Під час демонстраційних польотів на підмосковному аеродромі “Домодедово” були показані три досвідчених надзвукових літаки КВП і один близько-звуковий ВВП, конструкцій А. І. Мікояна, П. О. Сухого і А. С. Яковлева.
У 60-х роках переважало думку, що велике число і розмаїтість проектів і програм літаків ВВП свідчать про те, що авіаконструктори розглянули уже всі рішення проблеми вертикального злету і посадки. Створилося враження, що вони краще підготовлені до реалізації замовлень у майбутньому, ніж конструктори, що більш 20 років тому приступали до розробки військових надзвукових літаків.
Однак наступна практика використання надзвукової авіації показала малу імовірність того, що в найближчому майбутньому надзвукові літаки ВВП знайдуть широке застосування. На це вказують труднощі, що виникають при їхній розробці, і той факт, що літні дані, якими вони володіють, значно гірше, ніж у звичайних сучасних літаків, при більш високій вартості виготовлення й експлуатації і меншій надійності.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
