Помоги проекту - поделись книгой:
Евгений Иванович Ружицкий
Американские самолеты вертикального взлета
Серия «Современная авиация»
Белл XV-3
С целью получить летательный аппарат, совмещающий особенности вертолета и самолета, предпринимались многочисленные попытки создания прообразуемых винтокрылых летательных аппаратов с поворотными винтами, получивших за рубежом название конвертопланов, а у нас - вертолетов-самолетов. Эти аппараты были снабжены поворотными винтами большого диаметра с шарнирным креплением лопастей и малой нагрузкой на ометаемую площадь, как у вертолетов, что обеспечивало возможность вертикального взлета при относительно небольшой мощности силовой установки.
Вертолеты-самолеты имели такую же компоновку, как и обычные самолеты. Наиболее простая компоновка достигалась при расположении винтов на концах крыльев: при повороте винтов такой вертолет-самолет становился подобен вертолету двухвинтовой поперечной схемы. При вертикальном взлете поток от винтов затормаживался, обдувая крыло, что создавало потерю в тяге винтов. Максимальная скорость вертолетов-самолетов получалась небольшой вследствие малой энерговооруженности.
Винты приводились во вращение непосредственно от двигателей, установленных в гондолах, поворачивающихся вместе с винтами, или от двигателей, установленных в фюзеляже или в отдельных гондолах, так, чтобы при переходе поворачивались только винты. В горизонтальном полете вертолет-самолет управлялся, как самолет, - с помощью обычных самолетных органов управления, а при вертикальных режимах - как вертолет, с помощью управления циклическим и общим шагом винтов. Предполагалось, что вертолет-самолет сможет в случае аварии двигателя совершить посадку по-самолетному, с планированием с частичным наклоном винтов, или, как вертолет, на режиме авторотации.
фирмой «Белл» в течение многих лет проводилась большая научно-исследовательская и экспериментальная работа в области создания вертолетов-самолетов под руководством конструкторов Артура Янга и Бертрана Келли, а затем и Роберта Лихтена. На проведенном армией США в 1950 г. конкурсе на лучший проект самолета для фронтовой разведки и спасательной службы фирмой «Белл» был представлен проект вертолета-самолета с поворотными винтами. Из 17 рассмотренных проектов были выбраны три проекта винтокрылых аппаратов, в том числе и проект вертолета-самолета фирмы «Белл». По итогам конкурса армией и ВВС США в 1951 г. был заключен контракт с фирмой «Белл» на постройку двух экспериментальных вертолетов-самолетов и проведение их летных испытаний.
Постройка первого вертолета-самолета фирмы «Белл», получившего сначала обозначение ХН-33, а затем XV-3, затянулась и была закончена только в начале 1955 г.: 10 февраля 1955 г. состоялась первая его официальная демонстрация, а 11 августа 1955 г. - первый вертикальный взлет и полеты на режиме висения, а затем переходы к горизонтальному полету с наклоном винтов до 15° (летчик-испытатель Флойд Карлсон). В последующих испытаниях 25 октября 1956 г. в полете на высоте 60 м при наклоне винтов на 20° С ВВП потерял управляемость из-за механической неустойчивости и упал, при этом летчик-испытатель Дик Стенсбери получил тяжелые повреждения, а СВВП был разрушен.
Дальнейшие летные испытания были продолжены в 1958 г. на втором СВВП сначала с двухлопастными винтами, затем с трехлопастными. Первый полный переход от вертикального взлета к горизонтальному полету с последующей вертикальной посадкой был совершен 18 декабря 1958 г. летчиком-испытателем Биллом Квинленом. В последующих полетах была достигнута скорость 212 км/ч на высоте 1220 м. В 1962 г. С ВВП был передан для летных испытаний в НИЦ им. Лэнгли NASA, где успению летал на вертолетных режимах и совершал неполные переходы к самолетному режиму с наклоном винтов на 30 - 40 , летчик-испытатель Флойд Карлсон. Кроме того, вертолет-самолет испытывался на специальном стенде, на котором осуществлялся полный переход к самолетному режиму полета. Всего вертолет-самолет XV-3 совершил более 250 полетов и выполнил 110 полных переходов, налетав 450 ч. В полетах достигались скорость 290 км/ч и высота 3660 м. Испытания были продолжены в 1965 г. в аэродинамической трубе НИЦ им. Лэнгли, однако были прекращены из-за отрыва гондолы с винтом и повреждения вертолета-самолета.
Армия и ВВС США возлагали большие надежды на развитие вертолета-самолета XV-3, считая, что он является наиболее подходящим для разведки, спасательной службы и связи. Фирмой «Белл» был разработан ряд проектов военных и пассажирских вертолетов-самолетов. На них предполагалось устанавливать два ГТД в гондолах под крыльями, скорость Должна была составлять 400 км/ч.
Вертолет-самолет Белл XV-3 представляет собой моноплан с одним ПД, двумя поворотными винтами и полозковым шасси.
Фюзеляж имеет хорошие аэродинамические формы. В носовой части расположена кабина с большой площадью остекления, в которой размещаются летчик, второй летчик или наблюдатель и двое пассажиров, или раненый на носилках с санитаром.
Крыло прямое, средне-расположенное, имеет сравнительно небольшую площадь, так как рассчитано для создания подъемной силы только на крейсерской скорости. На концах крыльев размещаются небольшие гондолы с поворотными винтами. Обшивка носка крыла может сниматься для доступа к валам трансмиссии. На крыле имеются элероны и выдвижные закрылки.
Хвостовое оперение выполнено, как у обычных самолетов, с большим по площади вертикальным оперением, с рулем направления, на киле установлен стабилизатор размахом 4 м с рулями высоты.
Шасси полозковое, имеет очень простую конструкцию, колея шасси 2,8 м.
Винты трехлопастные, диаметром 7,2 м, установлены в гондолах на концах крыла. Втулки винтов имеют пересекающиеся вертикальные и горизонтальные шарниры, расположенные на 0,44 м (0,12R) от оси вращения, и компенсаторы взмаха. Втулки винтов закрыты обтекателями. Цельнометаллические клееные лопасти имеют прямоугольную форму в плане и геометрическую крутку 20°.
Силовая установка. Винты приводятся во вращение от звездообразного поршневого двигателя воздушного охлаждения Пратт-Уитни R-985 мощностью 450 л.с, установленного в центральной части фюзеляжа. Из-за недостаточной мощности двигателя максимальная скорость была ограничена до 280 км/ч, достижение большей скорости было возможно только при установке более мощного двигателя; предполагалось установить двухвальный ГТД Лайкоминг Т-53 мощностью 825 л.с.
Управление. На вертолетных режимах вертолет-самолет управляется, подобно вертолету поперечной схемы, благодаря управлению циклическим и общим шагом несущих винтов, а на самолетных режимах - по amp;обно самолету. При переходе от вертолетного режима к самолетному винты наклоняются на 90° с помощью червячной передачи от электромоторов. Процесс перехода занимает 15 - 20 с. Вертолет-самолет может продолжать полет при любом промежуточном положении винтов во время перехода.
Размеры:
размах крыла 9,5 м
длина фюзеляжа 9,4 м
высота 4,2 м
площадь крыла 10,8 м2
диаметр поворотных винтов 7,62 м
отметаемая площадь 2x45,6 м2
коэффициент заполнения 0,04
Двигатели 1 ПД Пратт-Уитни R-985
взлетная мощность 450 л.с.
Массы и нагрузки:
взлетная масса 2180 кг
масса пустого СВВП 1630 кг
емкость баков 380 л
нагрузка на ометаемую площадь 24,8 кгс/м2
нагрузка на мощность 4,85 кгс/л.с.
Летные данные:
максимальная скорость 280 км/ч
Белл XV-15
С началом военных действий во Вьетнаме, в которых была продемонстрирована высокая эффективность вертолетов, ограничивавшаяся недостаточной их скоростью, армия США стала проявлять повышенный интерес к преобразуемым скоростным винтокрылым аппаратам с поворотными винтами. В 1965 г. были разработаны требования армии к транспортному СВВП с поворотными винтами с взлетной массой 13 т, однако в 1968 г. из-за недостатка средств для создания такого СВВП было решено сперва разработать демонстрационный СВВП с меньшей в три раза взлетной массой 4,5 т.
Осенью 1972 г. фирмы «Белл» и «Боинг-Вертол» получили от армии США и NASA контракты по 0,5 млн. долл. на конкурсные исследования экспериментального СВВП с новоротными винтами. В апреле 1973 г. для проведения дальнейших исследований была выбрана фирма «Белл», представившая проект СВВП «Модель 301» и получившая контракт стоимостью 26 млн. долл. от армии и NASA на постройку и летные испытания двух экспериментальных СВВП под обозначением XV-15; руководство их разработкой осуществлял ведущий конструктор Кеннет Вернике.
Постройка первого экспериментального СВВП XV-15 началась в середине 1974 г., в изготовлении фюзеляжа и оперения приняла участие фирма «Рокуэлл». Постройка СВВП была завершена в мае 1976 г., в октябре 1976 г. на нем были установлены поворотные винты.
Летные испытания первого СВВП на режиме висения начались 3 мая 1977 г. После проведения 50-часовых заводских испытаний самолет был доставлен в НИЦ им. Эймса NASA для испытаний в аэродинамической трубе. В начале 1977 г. была завершена постройка второго СВВП XV-15, который до начала летных испытаний прошел также испытания в аэродинамической трубе НИЦ им. Эймса. В натурной аэродинамической трубе исследовались все режимы полета (до скорости 335 км/ч), определялись летные и динамические характеристики, оценивались устойчивость и управляемость. Результаты испытаний были использованы при подготовке к летным испытаниям второго СВВП XV-15. Серьезные проблемы возникли с вибрациями и устойчивостью системы «винт-пилон-крыло», что потребовало изменения конструкции.
Первый полет второго экспериментального СВВП XV-15 состоялся 23 апреля 1979 г. на режиме висения, а 24 июля 1979 г. был совершен первый полет по полному профилю (летчик-испытатель Рон Эрхард); в горизонтальном полете была достигнута скорость 300 км/ч. В апреле 1980 г. была достигнута скорость 486 км/ч на высоте 2530 м, а в июне 1980 г. - максимальная скорость 557 км/ч на высоте 4880 м, значительно превосходившая рекорды скорости вертолетов, но не зарегистрированная в качестве мирового рекорда. На вертолетном режиме самолет летал вбок со скоростью 46 км/ч и назад 18 км/ч. Выполнялись горки с перегрузкой 2д и полеты с креном 60°. Имитировались посадки на режиме самовращения винтов при скорости снижения 15,7 м/с; такую посадку можно выполнять с винтами, повернутыми па 60°. На СВВП XV-15 летали летчики армии и корпуса морской пехоты.
В 1981 г. СВВП XV-15 успешно демонстрировался на авиакосмическом салоне в Париже, а с 1982 г. оба самолета XV-15 использовались в летных испытаниях в рамках программы JVX. Этой программой предусматривалась разработка многоцелевого СВВП V-22 для армии, ВВС, ВМС и корпуса морской пехоты США, способного выполнять широкой круг задач: перевозку грузов и десантников, разведку, ПЛО, РЭБ, поиск и спасение, непосредственную поддержку войск, борьбу с вертолетами и самолетами противника. В 1983 г. фирма «Белл» приступила к испытаниям СВВП XV-15 на борту десантного вертолетоносца LPH-10 «Триполи», во время которых были выполнены 54 вертикальных взлета и посадки, взлеты с коротким разбегом, а также проводились испытания по подъему грузов, поиску и спасению с воды, заправка топливом в полете, полеты в режиме следования рельефу местности. Демонстрировалась возможность использования СВВП для перевозки пассажиров с крыши зданий, СВВП совершал посадку на площадку перед зданием сената.
К 1992 г. самолеты XV-15 налетали более 600 ч., в 1990 г. на СВВП XV-15 была достигнута высота 3000 м за 4 мин 29 с я высота 6879 м с грузом 453 кг, которые представлялись как мировые рекорды, но не были зарегистрированы. Позже, 20 августа 1992 г., во время демонстрационного полета второй СВВП XV-15 потерпел аварию на режиме висения па высоте 12 м, перевернулся и упал, летчики смогли покинуть самолет через аварийный люк. Первый СВВП XV-15 после завершения летных испытаний был передан в NASA, где использовался в качестве тренажера для летчиков СВВП V-22.
СВВП выполнен но схеме моноплана с высокорасположенным крылом, двумя ГТД с поворотными винтами на концах крыла, двухкилевым оперением и трехопориым шасси.
фюзеляж типа «полумонокок», изготовлен из алюминиевых сплавов. В негерметизированной кабине экипажа летчики сидят рядом; используются катапультные кресла «Рокуэлл» LW-3B. С правого борта имеется дверь размером 1,37x0,81 м. Из кабины экипажа есть дверь в грузовую кабину, в которой, кроме испытательного оборудования, возможно размещение грузов или 9 пассажиров. Размеры кабины: длина 4,5 м, ширина 1,5 м, высота 1,5 м, площадь пола 5,4 м2, объем кабины 8,5 м3.
Крыло прямое, высокорасположенное, неразрезное, имеет постоянную хорду 1,56 м. Относительное удлинение 6,12. Для предотвращения ударов лопастями на самолетном режиме имеет угол обратной стреловидности 6°30. Угол поперечного V=2°r угол установки 3 . В конструкции крыла используется усовершенствованный профиль NACA 64А-223. Панели обшивки слоистой сотовой конструкции, толщиной 19 мм. Механизация крыла состоит из односекционных закрылок и элеронов-закрылок. Закрылки могут отклоняться на углы 20°, 40° и 75°, а элероны-закрылки - на 47°. При полете на режиме висения за счет максимального отклонения закрылок потери тяги винтов уменьшаются на 6%.
Поворотные винты трехлопастные. Лопасти изготовлены из нержавеющей стали и крепятся ко втулке из титанового сплава с помощью торсионов и осевых шарниров. Крепление втулки к валу двигателя полужесткое, с помощью эластомерного шарнира, допускающего отклонение плоскости вращения винта на 12° на вертолетном режиме полета. Винты не имеют тормозов, складывание лопастей не предусмотрено. Лопасти имеют постоянную хорду 0,355 м, относительная толщина лопасти у комля 28%, на конце - 8%, крутка лопасти 35°, угол конусности лопастей 2,5°, коэффициент заполнения винта 0,089.
Окружная скорость концов лопастей на вертолетном режиме 225 м/с, на самолетном - 183 м/с. Масса лопасти 54,5 кг. Позже, в 1982 г., NASA и фирма «Белл» по контракту стоимостью 12,8 млн. долл. разработали и изготовили новые винты с лопастями из композиционных материалов на основе волокон графита. Лопасти имели крутку, увеличенную до 43°, корневую хорду 0,507 м и концевую 0,127 м. С новыми лопастями предполагалось увеличение статического потолка до 3050 м, максимальной взлетной массы до 6800 кг и скорости до 600 км/ч.
Оперение двухкилевое, цельнометаллическое. Размах стабилизатора 3,91 м. Вертикальные кили имеют рули направления, стабилизатор - рули высоты. Угол установки стабилизатора может меняться.
Поделиться книгой: