Самолеты с вертикальным взлетом и посадкой (Инженер-подполковник С. Копалин)

Проблема создания летательных аппаратов, способных взлетать и приземляться вертикально - без разбега и пробега по земле, издавна привлекала к себе внимание. Такие летательные аппараты обладают определенным преимуществом перед обычными самолетами: для их эксплуатации не требуется взлетно-посадочных полос. Это значительно расширяет рамки практического использования авиации. Появляется, например, возможность создания миниатюрных аэродромов в черте городов или в местах, где строительство летных полей затруднительно: в горах, тайге и т. д.

Известно, какие серьезные потери во время второй мировой войны несла авиация, сосредоточенная на аэродромах, при внезапных бомбовых или штурмовых ударах. Кроме того, нередко достаточно было вывести из строя взлетно-посадочную полосу аэродрома, чтобы на длительный срок парализовать базирующуюся на нем авиацию. В современных условиях при наличии новых, мощных средств поражения внезапные удары по аэродромам могут оказаться еще более эффективными.

Вертикально взлетающие и приземляющиеся летательные аппараты в значительно меньшей степени подвержены этой опасности, поскольку они действуют с небольших площадок, созданных в каком угодно районе, независимо от рельефа местности, могут быть рассредоточены на большой территории и хорошо замаскированы.

Другое достоинство этих аппаратов - возможность их транспортировки на специальных автоприцепах непосредственно в боевых порядках наземных войск. Будучи в постоянной готовности к взлету, эти машины способны в любой момент оказать войскам тактическую поддержку. Групповой взлет и посадку этих аппаратов осуществить сравнительно просто. При этом не нужно тратить время на выруливание, соблюдение очередности и т. д. Взлет и посадка, производимые всей группой одновременно, значительно увеличивают ее оперативность.

Первоначально проблема вертикального взлета и посадки была решена созданием вертолета. Однако в силу особенностей своей аэродинамической схемы вертолеты по летно-тактическим характеристикам, например, скорости, дальности и высоте полета, значительно отстают от самолетов. Это отставание стало особенно значительным в результате прогресса скоростной реактивной авиации. Увеличить скорость вертолета выше определенного предела за счет применения более мощного двигателя невозможно, ибо этому препятствует наличие у него несущего винта. Вот почему возникла проблема создания летательных аппаратов, которые могли бы, как вертолеты, взлетать и приземляться вертикально, но по летным характеристикам почти не отличались бы от современных самолетов.

Практически эта проблема может быть решена несколькими путями. Общим для всех путей условием является отсутствие несущего воздушного винта при осуществлении горизонтального полета аппарата.

В настоящее время в ряде стран ведутся разработки и летные испытания аппаратов, часто называемых конвертопланами. Внешне конвертоплан может напоминать либо обычный самолет, стоящий на земле в горизонтальном или вертикальном положении, либо комбинированный вертолет, Шасси вертикально стоящего конвертоплана должно быть расположено в его хвостовой части, обеспечивая ему устойчивость на земле. Сила, поднимающая конвертоплан при взлете вертикально вверх, может создаваться или за счет тяги воздушных винтов, расположенных, как и на обычном самолете, в носовой части фюзеляжа, или за счет тяги турбореактивного двигателя.

Тяга, развиваемая силовой установкой, должна не только уравновешивать вес конвертоплана, но и значительно превышать его, сообщая достаточную скорость вертикального подъема. Поэтому удельный вес силовой установки, определяемый отношением ее веса к развиваемой мощности или тяге, должен быть минимальным. Для ликвидации вращающего момента целесообразно устанавливать два соосных воздушных винта противоположного вращения. В качестве силовой установки можно использовать и турбореактивный двигатель. Он может быть установлен либо неподвижно, как на обычных реактивных самолетах, либо так, чтобы специальный механизм позволял переводить его из вертикального в горизонтальное положение и обратно. Конструктивно это удобно осуществить, установив два турбореактивных двигателя по бокам фюзеляжа или на концах крыла. На земле такой конвертоплан может стоять, как обычно, горизонтально.

Как же происходит полет конвертоплана с неподвижными силовыми установками? После отрыва от земли конвертоплан, поднимаясь отвесно, набирает некоторую высоту. Затем летчик с помощью рулей переводит его в горизонтальный полет. Скорость увеличивается. Крыло создает подъемную силу, аэродинамические рули приобретают нормальную эффективность, и управление конвертопланом производится так же, как и самолетом обычной схемы. Теперь - в горизонтальном полете - тяга турбореактивных двигателей или воздушных винтов полностью используется для создания поступательного движения. Последовательность взлета конвертоплана показана на рис. 26 (положения 1, 2, 3, 4).

Рис. 26. Взлет конвертоплана

Перед посадкой летчик, отклоняя ручку управления на себя, переводит самолет в вертикальное положение, одновременно уменьшая скорость полета. После того как самолет "повиснет" в воздухе, можно, незначительно убрав газ, плавно приземлить машину.

Следует отметить, что, несмотря на отсутствие разбега или пробега по земле, конвертопланы все же будут иметь своеобразную взлетную и посадочную дистанцию. При взлете это будет расстояние по горизонтали от точки взлета на земле до точки, в которой самолет переходит в горизонтальный полет; при посадке - расстояние от точки, в которой летчик начал торможение, до точки, в которой самолет "повиснет" в воздухе в вертикальном положении. Величина посадочной дистанции будет зависеть от способа перевода самолета в вертикальное положение. Если высота полета при переводе сохраняется, дистанция будет максимальной, а если перевод производится с набором высоты "свечной" с зависанием в верхней точке, она будет минимальной.

По сообщениям иностранной печати, в настоящее время существует несколько опытных и экспериментальных образцов вертикально взлетающих и приземляющихся самолетов. Один из конвертопланов, снабженный турбовинтовым двигателем мощностью в 5580 л. с., совершает вертикальный взлет в течение 17 сек. и на высоте около 60 м переходит в горизонтальный полет. Его максимальная скорость составляет 800 км/час. Переход в вертикальное положение для посадки самолет может производить на скорости в 480 км/час.

Конвертоплан, имеющий поворачивающиеся турбореактивные двигатели, может осуществлять вертикальный взлет и посадку, находясь в горизонтальном положении. Продольные оси двигателей при этом располагаются вертикально. После отрыва от земли и набора определенной высоты летчик постепенно поворачивает двигатели и самолет переходит в горизонтальный полет. Перед приземлением летчик переводит турбореактивные двигатели в вертикальное положение. При снижении скорости горизонтального полета уменьшается подъемная сила и вес самолета уравновешивается за счет тяги турбореактивных двигателей.

Немалые трудности приходится преодолевать, чтобы обеспечить устойчивость и управляемость конвертопланов на взлете и при посадке. Известно, что аэродинамические рули эффективны только на больших скоростях горизонтального полета. При взлете и посадке конвертопланов скорость мала или совсем отсутствует, поэтому рули полностью теряют свои качества и применяться для управления не могут. В связи с этим возникает необходимость применить дополнительную систему рулей, которая может состоять из нескольких реактивных насадков (сопел), устанавливаемых на некоторых расстояниях от центра тяжести конструкции.

Пропуская через насадки сжатый воздух, удается создавать реактивные силы, необходимые для управления конвертопланом. Величина силы при этом будет зависеть от количества воздуха, проходящего в единицу времени через сопло. Возможно, например, применить систему из трех насадков, установив два из них на концах крыла и один в хвостовой части фюзеляжа. Крыльевые реактивные насадки способны обеспечивать поперечную устойчивость и управляемость, а хвостовой - продольную. Для выправления возникшего крена, например левого, летчик воздействует на распределитель сжатого воздуха так, чтобы к реактивному насадку на конце левого крыла поступало больше воздуха, а к правому - меньше. Реактивная сила левого насадка окажется при этом больше, а правого - меньше, и нормальное положение конвертоплана восстановится.

Выше указывалось, что несущий винт вертолета ограничивает скорость его горизонтального полета. Естественно, возникает мысль использовать этот винт при горизонтальном полете не в качестве несущего, а в качестве тянущего винта путем поворота оси винта из вертикального положения в горизонтальное. Летательный аппарат, у которого винт используется подобным образом, по схеме будет близок к комбинированному вертолету, поскольку он должен иметь крыло, создающее необходимую подъемную силу в горизонтальном полете.

Такой комбинированный вертолет в горизонтальном полете внешне ничем не отличается от самолета, имея обычный фюзеляж, крыло и хвостовое оперение (рис. 27). Для ликвидации вращающего момента целесообразно устанавливать не один, а два винта противоположного вращения, расположив их на концах крыла. Положение осей винтов может изменяться при помощи специального поворотного механизма. Силовая установка комбинированного вертолета может быть расположена в фюзеляже, а привод во вращение винтов осуществляться при помощи трансмиссии, проложенной в крыле. Для большей безопасности полета может быть предусмотрен спуск машины на режиме самовращения винтов при установке их осей в вертикальном положении. По сообщениям печати, один из опытных образцов комбинированного вертолета, снабженный двигателем мощностью в 450 л. с., развивает в горизонтальном полете скорость в 280 км/час.

Рис. 27. Комбинированный вертолет в горизонтальном полете

Существуют и другие, более сложные проекты вертикально взлетающих и приземляющихся летательных аппаратов. Интересен, в частности, французский проект летательного аппарата, на котором предполагается установить кольцевое крыло, крепящееся к хвостовой части фюзеляжа. По мнению авторов проекта, такое крыло имеет ряд преимуществ перед обычным плоским крылом. В качестве силовых установок на этих аппаратах предполагается использовать в зависимости от их целевого назначения как поршневые, так и реактивные двигатели.

Работы по созданию вертикально взлетающих и приземляющихся летательных аппаратов сопряжены с необходимостью разрешения целого ряда сложных технических проблем. Однако значительный прогресс, достигнутый в последние годы в совершенствовании реактивных двигателей, и другие успехи авиационной техники дают основание предполагать, что вертикально взлетающие и приземляющиеся летательные аппараты в недалеком будущем получат широкое распространение.