Вертикальный взлет и посадка. Минобороны обсуждает создание нового самолёта с вертикальным взлётом и посадкой - миростроительство. Возможности самолётов расширяются

МОСКВА, 15 дек — РИА Новости, Вадим Саранов. Одна из самых дорогих "игрушек" Пентагона — истребитель-бомбардировщик F-35B — на этой неделе принял участие в совместных американо-японских учениях, направленных на охлаждение ракетно-ядерного пыла КНДР. Несмотря на волну критики примененной в самолете концепции вертикального взлета, о необходимости возобновления производства машин такого класса в последнее время все чаще говорят и в России. В частности, о планах строительства самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (СВВП) недавно сообщил замминистра обороны Юрий Борисов. О том, зачем России нужен такой самолет и хватит ли у авиапрома сил для его создания, — в материале РИА Новости.

Самым массовым отечественным боевым самолетом с вертикальным взлетом и посадкой стал Як-38, который приняли на вооружение в августе 1977 года. Машина заслужила неоднозначную репутацию среди авиаторов — из 231 построенного борта в катастрофах и авиационных инцидентах разбилось 49.

Основным эксплуатантом самолета стал Военно-морской флот — Як-38 базировались на авианесущих крейсерах проекта 1143 "Киев", "Минск", "Новороссийск" и "Баку". Как вспоминают ветераны палубной авиации, высокая аварийность вынуждала командование резко сокращать количество учебных полетов, а налет пилотов Як-38 составлял символическую по тем временам цифру — не более 40 часов в год. В итоге в полках морской авиации не было ни одного летчика первого класса, лишь единицы обладали вторым классом летной квалификации.

Боевые характеристики тоже были сомнительными — из-за отсутствия бортовой радиолокационной станции он лишь условно мог вести воздушные бои. Использование Як-38 в качестве чистого штурмовика выглядело неэффективным, поскольку боевой радиус при вертикальном взлете составлял всего 195 километров, а в жарком климате — и того меньше.

На замену "трудному ребенку" должна была прийти более совершенная машина Як-141, однако после развала СССР интерес к ней пропал. Как видно, отечественный опыт создания и эксплуатации СВВП не назовешь удачным. Почему же тема самолетов вертикального взлета и посадки стала вновь актуальной?

Флотский характер

"Такая машина жизненно необходима не только Военно-морскому флоту, но и Военно-воздушным силам, — рассказал РИА Новости военный эксперт, капитан первого ранга Константин Сивков. — Главная проблема современной авиации заключается в том, что реактивному истребителю нужна хорошая взлетно-посадочная полоса, а таких аэродромов очень немного, уничтожить их первым ударом довольно просто. Самолеты же вертикального взлета в угрожаемый период можно рассредоточить хоть по лесным полянам. Такая система применения боевой авиации будет обладать исключительной боевой устойчивостью".

Впрочем, целесообразность использования СВВП в сухопутном варианте не всем видится обоснованной. Одна из главных проблем заключается в том, что при вертикальном взлете самолет расходует много топлива, что сильно ограничивает его боевой радиус. Россия же — страна большая, поэтому для достижения господства в воздухе у истребительной авиации должны быть "длинные руки".

"Выполнение боевых задач истребительной авиации в условиях частично разрушенной аэродромной инфраструктуры можно обеспечить за счет укороченного взлета обычных машин с участка полосы длиной менее 500 метров, — считает исполнительный директор агентства "Авиапорт" Олег Пантелеев. — Другой вопрос, что у России есть планы на строительство авианосного флота, здесь применение вертикально взлетающих самолетов будет наиболее рационально. Это необязательно могут быть авианосцы, это могут быть и авианесущие крейсеры с наименьшими стоимостными параметрами".

К слову, F-35B сегодня является сугубо морской машиной, главный ее заказчик — корпус морской пехоты США (самолет будет базироваться на десантных кораблях). Британские F-35B составят основу авиакрыла новейшего авианосца Queen Elizabeth, который ввели в строй совсем недавно.

В то же время, по мнению Константина Сивкова, для начала работ по созданию российского аналога F-35B российским КБ не обязательно дожидаться новых авианосных кораблей. "Самолеты с вертикальным взлетом и посадкой могут базироваться не только на авианосцах. Например, танкер оборудуется рампой и становится своего рода авианосцем, в советское время у нас были такие проекты. Кроме того, СВВП могут использоваться с боевых кораблей, способных принимать вертолеты, например с фрегатов", — рассказал наш собеседник.

Сможем, если захотим

Между тем очевидно, что создание российского вертикально взлетающего самолета потребует внушительных ресурсов и средств. Стоимость разработки F-35B и его собратьев с горизонтальным взлетом, по различным оценкам, уже достигла 1,3 триллиона долларов, а в создании машины участвовали сразу несколько государств.

Как считают эксперты, для производства машины, сопоставимой по характеристикам с F-35B, понадобится решить ряд серьезных задач: миниатюризация авионики, создание нового поколения бортовых систем и проектирование планера с особыми характеристиками. Возможности для этого у российского авиапрома есть, тем более что многие системы можно унифицировать с самолетом пятого поколения Су-57. При этом одним из самых трудозатратных узлов может стать двигатель машины.

"Разработчик двигателя для Як-38 прекратил свое существование. Если какая-либо документация по поворотному соплу, в том числе и форсажному, наверняка еще сохранилась, то людей с практическим опытом создания таких узлов и агрегатов, скорее всего, уже не найти. Здесь у нас, вероятно, утеряны компетенции, — считает Олег Пантелеев. — В целом же, полагаю, что авиационная промышленность сможет дать достойный ответ в виде дееспособного проекта СВВП, если заказчик в лице Минобороны примет решение по авианесущему флоту и его авиационной составляющей".

Россия сможет приступить к созданию авианосцев в обозримой перспективе. Как заявляют в Минобороны, в 2025-2030 годах ожидается закладка тяжелого авианосца проекта 23000 "Шторм". К этому времени ВМФ России намерен получить два новых универсальных десантных корабля "Прибой", способных нести самолеты с вертикальным взлетом и посадкой.

Самолёт вертикального взлёта и посадки , общепринятое сокращение - СВВП или англ. VTOL - Vertical Take-Off and Landing - самолёт , способный взлетать и садиться при нулевой горизонтальной скорости , используя тягу двигателя направленную вертикально.

Принципиальным отличием СВВП от различных винтокрылых машин является то, что в режиме горизонтального полета на крейсерской скорости, как и у самолёта традиционной схемы, подъёмную силу создает неподвижное крыло.

По компоновочной схеме

По положению фюзеляжа при взлете и посадке.

• Вертикальное положение (т. н. tailsitter):
  • с винтами (пример: Convair XFY Pogo, Lockheed XFV);
  • реактивные;
    • с прямым использованием тяги от маршевого реактивного двигателя (пример- X-13 Vertijet);
    • с кольцевым крылом (колеоптер);
• Горизонтальное положение:
  • с винтами;
    • с поворотным крылом;
    • с вентиляторами на конце крыла;
    • с отклонением струи от винтов;
  • реактивные;
    • с поворотными двигателями;
    • с отклонением струи газов маршевого реактивного двигателя;
    • с подъёмными двигателями;

История создания и развития СВВП

Разработка самолётов ВВП началась впервые в 1950-х годах , когда был достигнут соответствующий технический уровень турбореактивного и турбовинтового двигателестроения, что вызвало повсеместную заинтересованность в самолётах этого типа как среди потенциальных военных пользователей, так и в конструкторских бюро . Значительным импульсом в пользу развития СВВП послужило и широкое распространение в ВВС различных стран скоростных реактивных истребителей с высокими взлётными и посадочными скоростями. Такие боевые самолёты требовали длинных взлётно-посадочных полос с твёрдым покрытием: было очевидно, что в случае масштабных военных действий значительная часть этих аэродромов, особенно прифронтовых, будет быстро выведена из строя противником. Таким образом, военные заказчики были заинтересованы в самолётах, взлетающих и садящихся вертикально на любую небольшую площадку, то есть фактически независимых от аэродромов. В значительной мере благодаря такой заинтересованности представителей армии и флота ведущих мировых держав были созданы десятки опытных самолётов ВВП разных систем. Большинство конструкции было изготовлено в 1-2 экземплярах, которые, как правило, терпели аварии уже во время первых испытаний, и дальнейшие исследования над ними уже не проводились. Техническая комиссия НАТО , огласившая в июне 1961 года требования к истребителю-бомбардировщику вертикального взлёта и посадки, дала тем самым импульс развитию сверхзвуковых самолётов ВВП в западных странах. Предполагалось, что в - -х годах странам НАТО потребуется около 5 тысяч таких самолётов, из которых первые войдут в эксплуатацию уже в 1967 году . Прогноз такого большого количества продукции вызвал появление шести проектов самолётов ВВП:

• P.1150 английской фирмы «Хоукер-Сиддли» и западногерманской «Фокке-Вульф»;
• VJ-101 западногерманского Южного Объединения «EWR-Зюд» («Бельков », «Хейнкель », «Мессершмитт»);
• D-24 нидерландской фирмы «Фоккер» и американской «Рипаблик»;
• G-95 итальянской фирмы «Фиат »;
• Мираж III-V французской фирмы «Дассо »;
• F-104G в варианте ВВП американской фирмы «Локхид » совместно с английскими фирмами «Шорт» и «Роллс-ройс ».

Программа СВВП В СССР

Первым советским самолётом вертикального взлёта и посадки стал Як-36 . Разработка его велась в КБ Яковлева с 1960 года под руководством С. Г. Мордовина. В ходе испытаний вначале был построен и испытан летающий стенд «турболёт », на котором отрабатывались вертикальные режимы полёта. Ведущими лётчиками-испытателями по программе Як-36 были Ю. А. Гарнаев и В. Г. Мухин. 24 марта 1966 года лётчик Мухин впервые выполнил полёт с вертикальным взлётом, переходом в горизонтальный полёт и вертикальной посадкой. В 1967 году во время демонстрационных полётов над подмосковным аэродромом «Домодедово» были показаны три сверхзвуковых самолёта КВП (короткого взлёта и посадки) конструкции А. И. Микояна , П. О. Сухого и один самолёт вертикального взлёта и посадки конструкции А. С. Яковлева - Як-36.

Преимущества и недостатки СВВП

История развития самолётов ВВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации . Преимущества СВВП для военного применения очевидны. Самолёт ВВП может базироваться на площадках, размеры которых ненамного превышают его габариты . Кроме способности вертикального взлёта и посадки, самолёты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам- например вертолётам - СВВП обладают несравненно большими, вплоть до сверхзвуковых (Як-141) - скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом. Всё это привело к увлечению идеей вертикально взлетающего самолёта, своего рода «буму СВВП» в инженерно-конструкторской и в целом авиационной областях в 1960-е-1970-е годы.

Посадка СВВП AV-8B_Harrier_II. Видны газовые струи вертикальной тяги.

Прогнозировалось широкое распространение этого типа машин, предлагалось множество проектов военных и гражданских, боевых, транспортных и пассажирских СВВП различных конструкций (типичный для 70- х годов пример проекта пассажирского лайнера СВВП - Hawker Siddeley HS-141).

Однако, недостатки СВВП также оказались значительными. Пилотирование этого типа машин весьма сложно для лётчика и требует от него высочайшей квалификации в технике пилотирования. Особенно это сказывается в полете на режимах висения и переходных - в моменты перехода из висения в горизонтальный полёт и обратно. Фактически, пилот реактивного СВВП должен перенести подъёмную силу, и, соответственно, вес машины - с крыла на вертикальные газовые струи тяги или наоборот.

Такая особенность техники пилотирования ставит сложные задачи перед пилотом СВВП. Кроме того, в режиме висения и переходных режимах СВВП в целом неустойчивы, подвержены боковому скольжению, большую опасность в эти моменты представляет возможный отказ подъёмных двигателей. Такой отказ нередко служил причиной аварий серийных и экспериментальных СВВП. Также к недостаткам можно отнести значительно меньшую в сравнении с самолётами обычной схемы грузоподъёмность и дальность полёта СВВП, большой расход топлива на вертикальных режимах полета, общую сложность и дороговизну конструкции СВВП, разрушение покрытий взлётно-посадочных площадок горячим газовым выхлопом двигателей.

Указанные факторы, а также резкое повышение на мировом рынке цен на нефть (и, соответственно, авиационное топливо) в 70-годах 20-го века привели к практическому прекращению разработок в области пассажирских и транспортных реактивных СВВП.

Из множества предложенных проектов реактивных транспортных СВВП практически был завершен и испытан лишь один самолёт Dornier Do 31 , однако и эта машина серийно не строилась. Исходя из всего вышеизложенного, перспективы широких разработок и массового применения реактивных СВВП очень сомнительны. В то же время, существует современная конструкторская тенденция к отходу от традиционной реактивной схемы в пользу СВВП с винтомоторной группой (чаще - конвертопланов): в частности, к таким машинам относится производящийся серийно в настоящее время Bell V-22 Osprey и разрабатываемый на его основе Bell/Agusta BA609 .

См. также

• Список самолётов по производителям
• Классификация самолётов по конструктивным признакам и силовой установке

Литература

• Э.Цихош «Сверхзвуковые самолёты» пр. «Самолёты вертикального взлёта и посадки».

Экспериментальный реактивный самолет вертикального взлета и посадки X-13 «Vertijet» был создан по заказу ВВС США компанией Ryan Aeronautical в середине 1950-х. Было построено два самолета.
Первый самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) X-13 «Vertijet» был построен в 1955 г. и начал проходить наземные испытания на базе ВВС США, где совершил ряд полетов с помощью вспомогательного шасси, позволяющего осуществлять обычные взлет и посадку. Наземные испытания включали 15 часов испытаний на стенде в вертикальном положении и 10 часов - в горизонтальном положении.
Первый полет па режиме висения СВВП Х-13 «Vertijet» совершил в начале 1956 г., а первый полет с переходом от вертикального взлета к горизонтальному полету и затем к вертикальной посадке в ноябре 1956 г.

В 1956 г. фирмой «Ryan» был построен второй экспериментальный самолета с вертикальным взлетом Х-13 с обычным трех опорным шасси, который совершал взлет с разбегом, переходил к полету на режиме висения, а затем совершал посадку с пробегом. В процессе испытаний самолета Х-13 «Vertijet» фирма «Ryan» встретилась с рядом новых проблем, одной из которых стала необходимость преодоления гироскопического эффекта вращающихся масс двигателя и гироскопической прецессии, воздействующих на путевое и продольное управление, что потребовало разработки для X-13 системы автоматической стабилизации. Другой проблемой стал срыв потока на треугольном крыле при углах атаки более 30° на переходных режимах, вызывавший неустойчивость движения самолета.

Самолет Х-13 «Vertijet» выполнен по бесхвостовой схеме с треугольным крылом и одним турбореактивным двигателем и не имеет обычного шасси.
Фюзеляж отличается небольшим удлинением, в носовой части его размещена кабина летчика. При переходе от вертикального взлета к горизонтальному полету и обратно сиденье летчика может наклоняться вперед на 70°. Для улучшения обзора, особенно при вертикальном взлете и посадке, фонарь имел большую площадь остекления, а в кабине было установлено зеркало заднего обзора, как на автомобиле.
Крыло треугольное, высокорасположенное, малого удлинения, размахом 6,4 м со стреловидностью по передней кромке около 60°. Площадь крыла - 17 м2, нагрузка на крыло 215 кг/м2. На крыле имеются элероны, а на концах крыла установлены небольшие вертикальные шайбы.

Особенностью конструкции самолета X-13 «Vertijet» является отсутствие шасси. Для взлета и посадки самолета используется тележка с установленной на ней рампой, последняя может подниматься гидравлическими силовыми цилиндрами и принимать вертикальное положение. При подготовке самолета к взлету рампа опускается, на ней устанавливается самолет, затем она поднимается. Самолет имеет крюк в носовой части фюзеляжа, который зацепляется за трос прицепного устройства на рампе. Кроме того, на экспериментальном самолете на центральной части фюзеляжа установлены вспомогательные ферменные стойки, опирающиеся на рампу. Когда рампа, поднимаясь, занимает вертикальное положение, самолет повисает на крюке «подобно летучей мыши».

При вертикальном взлете с рампы, к которой самолет подвешен на крюке, летчик увеличивает тягу двигателя, самолет при этом перемещается вверх, крюк выходит из зацепления с тросом и самолет вертикально поднимается, а затем постепенно переходит в горизонтальный полет.
Перед посадкой летчик переводит самолет из горизонтального в вертикальное положение, в котором самолет поддерживается тягой двигателя. При уменьшении тяги самолет снижается, затем, управляя тягой двигателя и газовыми и струйными рулями, летчик подводит самолет к рампе, пока не зацепится крюком за трос. После этого рампа вместе с самолетом опускается в горизонтальное положение.

Для того чтобы летчик мог точно определить расстояние до рампы при приближении к ней, на рампе в горизонтальном положении была установлена мерная рейка с нанесенными на ней делениями. Кроме того, сверху рампы расположена площадка, на которой находится оператор, подающий руками сигналы летчику.
По мнению фирмы «Ryan», такой метод взлета и посадки вертикально взлетающих самолетов дает ряд преимуществ, позволяя значительно упростить конструкцию самолета, отказавшись от обычного шасси, и получить экономию в весе конструкции. Тележка с рампой может использоваться также для транспортировки самолета к районам боевых действий и для технического обслуживания.

Силовая установка самолета X-13 «Vertijet» состоит из одного турбореактивного двигателя Rolls-Royce Avon R.A.28, установленного в хвостовой части фюзеляжа, воздух в двигатель поступает через боковые воздухозаборники. Тяга двигателя составляет 4540 кгс, что при взлетной массе самолета 3630 кг позволяет получить тяговооруженность 1,25.
В горизонтальном полете самолет управляется с помощью элеронов и руля направления. На вертикальных режимах самолет управляется с помощью газовых рулей и струйной системы управления: на концах крыла расположены реактивные сопла, к которым подводится сжатый воздух, отбираемый от компрессора турбореактивного двигателя.

Оба СВВП успешно проходили летные испытания, которые завершились без каких-либо летных происшествий в 1958 г., когда разработка СВВП Х-13 «Vertijet» была прекращена ВВС, отдавшими предпочтение СВВП с горизонтальным положением фюзеляжа. Общая стоимость разработки, постройки и испытаний двух экспериментальных СВВП Х-13 превысила 7 млн. долл. Тем не менее ВВС и флот США не раз возвращались к схеме СВВП с вертикальным положением фюзеляжа, предлагая ее использовать для палубных истребителей легких авианосцев, взлетающих с поворотных рамп.

Летно-технические характеристики СВВП Х-13 «Vertijet»
Экипаж, чел.: 1;
Длина, м: 7,14;
Размах крыльев, м: 6,40;
Высота, м: 4,62;
Вес пустого, кг: 2424;
Максимальный взлетный вес, кг: 3272;
Силовая установка: 1 х ТРД Rolls-Royce Avon, взлетная тяга 4540 кгс;
Максимальная скорость, км/ч: 560;
Дальность, км: 307;
Практический потолок, м: 6100;

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.

Самолеты вертикального взлета и посадки привлекательны нетребовательностью к системе базирования, что делает их оружием гарантированного ответа и высокой гибкости применения.

Конец 60-х годов был важным периодом в развитии мировой авиации. Тогда создавались и принимались на вооружение качественно новые типы летательных аппаратов, большинство из которых концептуально определяют авиацию до сих пор. Одним из таких прорывных направлений был самолет вертикального (короткого) взлета и посадки (СВКВП). К началу 70-х определились мировые лидеры в новой сфере – Великобритания и СССР, сумевшие наладить серийное производство. В Советском Союзе головным конструкторским бюро по развитию этого класса стало ОКБ имени А.С.Яковлева.

Отечественный первенец, самолёт Як-38, был несовершенен и рассматривался как переходная модель. Его сменил качественно новый Як-41 , первый в мире сверхзвуковой СВКВП. По тактико-техническим данным он значительно превзошел британского конкурента «Харриер» самых последних модификаций и мог практически на равных бороться с новейшим на тот момент американским палубным истребителем-бомбардировщиком F/A-18А. При максимальной скорости1800 км/ч боевой радиус Як-41 при вертикальном взлете и полете к цели на дозвуковой скорости мог достигать400 км, а при взлете с коротким разбегом – до700 км.

Самолет Як-41 был оснащен многорежимной РЛС, по характеристикам близкой к РЛС «Жук» на . Имел встроенную 30-мм пушку, на подвеске нес корректируемые авиабомбы и ракеты, в том числе воздушного боя средней дальности Р-27 различных модификаций и малой дальности Р-73, «воздух-земля» Х-29 и Х-25, противокорабельные Х-35 и противорадиолокационные Х-31. Распад Советского Союза и последующие экономические неурядицы пресекли развитие отечественных СВКВП, с 1992 года финансирование этого направления в ОКБ имени Яковлева прекратилось.

Великобритания же начала поэтапную модернизацию своего СВКВП «Харриер». Первоначальный его вариант был почти равноценен Як-38, не имел бортовой РЛС, имел только неуправляемое оружие и сопоставимый с советским аналогом радиус боевого применения. В дальнейшем самолет подвергся глубокой модернизации.

К началу войны за Фолклендские (Мальвинские) острова в 1982 году принятый на вооружение флота «Си Харриер» FRS.1 уже был полноценной боевой машиной, мог использоваться как истребитель и штурмовик. 28 самолетов этого типа, действуя с авианосцев «Инвинсибл», «Гермес» и наскоро оборудованных площадок на берегу, в боях с аргентинскими ВВС сбили 22 машины, оказывали эффективную поддержку морским десантам в глубине обороны противника. Действия британской авианосной авиации продемонстрировали исключительное значение СВКВП при проведении морских операций.

«Харриер» различных модификаций до сих пор остается единственным серийным самолетом этого класса, он стоит на вооружении многих стран, в том числе США, Великобритании, Индии, Италии и Испании. За исключением Америки «Харриер» везде числится палубным самолетом. То есть в странах, не имеющих полноценных авианосцев, «Харриер» заменяет машины с обычным взлетом и посадкой.

Основные достоинства этого класса, прежде всего, заключаются в качественно более широких возможностях наземного базирования, которые позволяют значительно повысить боевую устойчивость группировки ВВС под ударами противника. Но пока эти преимущества нигде не использованы.

Всем рассредоточиться!

Опыт войн последних десятилетий показывает, что боевые действия начинаются с масштабного воздушного наступления. Первая подобная операция направлена главным образом на завоевание превосходства в воздухе. Важнейшей составной частью этого остается разгром авиации противника на аэродромах.

Ударами по базам достигается тройная цель: уничтожаются самолеты, разрушается аэродромная сеть, прежде всего взлетно-посадочные полосы (ВПП), и нарушается система тылового обеспечения ВВС, в частности ущерб наносится запасам топлива и боеприпасов, силам и средствам их подачи к самолетам. В результате если и удается сохранить часть авиации, она лишена боеспособности.

Самолеты вертикального взлета и посадки Як-41

Для стран, которые не предполагают первыми начинать военные действия, вопрос обеспечения боевой устойчивости авиации в районах базирования под массированными воздушными ударами является критически важным. Обеспечить эту устойчивость только за счет надежной системы ПВО весьма проблематично. Количество аэродромов ограничено, их местоположение и характеристики хорошо известны, поэтому агрессор может создать такую группировку ударных сил и средств, выбрать такой способ действий, которые позволят ему гарантированно преодолеть ПВО.

Ключевым условием обеспечения устойчивости ВВС является рассредоточение на запасные аэродромы . Однако у современных боевых самолетов с нормальным взлетом высокие требования по длине и качеству (например, прочности покрытия) ВПП. Такая полоса – это капитальное сооружение, которое долго строить и легко выявить современными средствами разведки. Если использовать в качестве аэродромов рассредоточения гражданские аэропорты и участки шоссе, проблему радикально не решить, так как их немного, особенно в районах со слабо развитой дорожной сетью.

Отсюда вытекает важнейший вывод: обеспечить боевую устойчивость группировок современной боевой авиации от упреждающих ударов противника возможно главным образом за счет радикального повышения возможностей ее рассредоточения.

Одним из весьма перспективных выходов из положения может стать принятие на вооружение СВКВП. При коротком взлете им достаточно полосы около 150 метров, при вертикальном – ровной площадки в несколько десятков метров. Лесная поляна или участок шоссе могут стать настоящим аэродромом. Требования к качеству покрытия также существенно ниже, поскольку динамические нагрузки при посадке и взлете СВКВП на поверхность значительно меньше, чем при обычном взлете. Принятие на вооружение самолетов вертикального и короткого взлета и посадки позволит значительно расширить систему базирования, повысить боевую устойчивость в целом .

Нельзя сбрасывать со счетов и существенные возможности СВКВП на море. В случае необходимости с их помощью можно увеличить количество авианесущих кораблей в составе любого флота. Впервые это продемонстрировала Великобритания в ходе конфликта на Фолклендах. В дополнение к двум имевшимся тогда авианосцам британцы в течение семи – девяти суток по американскому проекту АРАПАХО переоборудовали под носители «Харриеров» крупные контейнеровозы «Атлантик Конвейерз», «Атлантик Коузвей» и «Контендер Безант».

СВКВП обладают и рядом серьезных недостатков, не позволяющих полностью заменить самолеты с нормальным взлетом . Прежде всего, это меньшая на 15–30 % дальность полета даже при взлете с коротким разбегом. При вертикальном взлете радиус сокращается еще больше – в два-три раза и достигает всего 200–400 км. Меньше и боевая нагрузка из-за сложной и тяжелой двигательной установки. По оценке директора инженерного центра ОКБ имени А.С.Яковлева Константина Поповича, стоимость самолета с вертикальным и коротким взлетом и посадкой может быть в полтора раза больше.

Однако важно отметить, что нет причин и факторов, препятствующих созданию СВКВП, способного на равных бороться с обычными самолетами. Примером может стать разработка и принятие на вооружение американского СВКВП F-35 («Лайтнинг-2»). Машина выполнена с применением «стелс-технологий», при максимальной взлетной массе около 30 тонн имеет приличный боевой радиус около800 кми боевую нагрузку – около8000 кг. Правда, стоимость ее велика и для серийных изделий может составлять 70–100 млн. долларов.

Отмеченные достоинства и недостатки определяют нишу СВКВП в системе авиационного вооружения любого государства . В составе ВВС эти самолеты способны быть основой группировки гарантированного ответа, то есть той части авиации, которая после упреждающего массированного удара противника может принять участие в боевых действиях. Рассредоточение СВКВП малыми группами по множеству небольших, скрытых от разведки противника взлетных площадок, пусть и неважного качества, исключит поражение при первых ударах.

Во флотах, даже обладающих полноценными авианосцами, эти самолеты позволят значительно наращивать численность авианесущих кораблей, которые будут незаменимы при поддержании благоприятного оперативного режима в важных районах, защите коммуникаций, десантных соединений на переходе морем и в районе высадки, а также в интересах группировок тыла.

Так что ниша для СВКВП очевидна, никакой другой класс авиации их в этом качестве заменить не может. Этот факт все больше осознают в мире. Не случайно за «Лайтнингами-2» уже выстроилась очередь желающих стран, разместивших заказы на их закупку.

Сила – залог добрососедства

А в России, к сожалению, дела с этим классом авиации обстоят чрезвычайно плохо. В 90-е годы программа их развития была закрыта, причем некоторые технологии оказались в США и там их успешно используют. К настоящему времени научно-технологические и инженерно-конструкторские школы СВКВП уничтожены. Как с грустью говорит Константин Попович, остались единицы специалистов, участвовавших в разработке Як-41.

Имеющаяся документация и сохранившиеся специалисты еще позволяют возродить производство отечественных СВКВП . Для этого, по оценкам Поповича, потребуется до десяти лет. Необходимы значительные расходы на воссоздание всей производственной цепочки, начиная с комплектующих. А прежде всего необходимо возродить производство соответствующих двигателей, для чего принять специальную государственную программу.

В современном однополярном мире гарантией сохранения партнерских отношений с государствами на западе, особенно за океаном, востоке и юге может быть только твердое понимание всеми сторонами, что военное давление на Россию не имеет смысла, успех военной операции против нее не обеспечен. Одним из важнейших факторов, позволяющих достигнуть устойчивого положения, является способность наших ВВС в любых условиях ответить агрессору. В свою очередь достичь этого возможно за счет достаточной группировки СВКВП.

Для отражения массированных ударов с воздуха нам необходимо ввести в сражение сопоставимое с атакующими силами количество истребителей во взаимодействии с наземными средствами ПВО. Значит, ВВС нуждаются как минимум в 250–300 самолетах вертикального и короткого взлета и посадки. Имея столько машин, Россия способна поднять на перехват агрессора не менее 100–150 СВКВП, даже если основные и запасные аэродромы с обычными самолетами уже разгромлены.

ВМФ России без авианесущих кораблей неспособен обеспечить решение такой ключевой задачи, как поддержание благоприятного оперативного режима за пределами досягаемости авиации берегового базирования. Воздушная поддержка особенно актуальна для прикрытия надводных кораблей, подводных лодок от базовой патрульной авиации противника, для предотвращения прорыва небольших групп надводных кораблей и катеров в защищаемые районы.

Корабли с СВКВП могут существенно повысить эффективность отечественного флота также в дальней морской и океанской зонах. Там они способны успешно решать задачи ПВО (это продемонстрировали английские «Харриеры» в ходе англо-аргентинского конфликта) и наносить удары по отдельным корабельным группам противника.

Как показывает опыт боевого применения американских универсальных десантных кораблей (УДК) против Югославии, их авиагруппы эффективны при нанесении ударов по наземным объектам в составе массированных авиационно-ракетных ударов, а также в ходе систематических действий.

Сегодня в составе нашего флота есть только один авианосец. Поэтому весь спектр задач, которые необходимо возложить на авиацию корабельного базирования, он своей авиагруппой решить не готов. На каждом из наших флотов необходимо иметь минимум два легких авианосца, имеющих СВКВП. В этой роли можно использовать , навязанные нашему флоту. С такой авиагруппой их пребывание в составе ВМФ РФ будет серьезно обосновано.

Общие потребности ВМФ России в СВКВП составляют около 100 единиц, а с учетом ВВС нашей стране необходимо как минимум 350–400 машин . Проанализировав необходимые затраты на развитие аэродромной сети и компенсацию потерь от возможных упреждающих массированных авиационно-ракетных ударов противника, делаем вывод, что существенно дешевле обойдутся программа создания СВКВП и закупка необходимого количества таких самолетов. А эффективность обороны государства только возрастет.