Без пробега. Зачем России самолет с вертикальным взлетом и посадкой
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.
Недавно заместитель министра обороны Юрий Борисов сообщил, что для российских авианосцев может быть создан самолет нового типа: укороченного взлета и посадки или полноценного вертикального взлета. С одной стороны, изобретать ничего особенно не надо: соответствующая машина — Як-141 — была создана еще в последние годы СССР и неплохо себя зарекомендовала. Но насколько сейчас нужен такой самолет российскому флоту?
Самолет Як-141. Фото: WikiMedia Commons
Самолет, который способен взлетать и садиться без разбега, издавна был мечтой авиаторов: для него не требуются длинные взлетно-посадочные полосы, а вполне достаточно небольшой площадки, как для вертолета. Особенно это важно для военной авиации, ведь аэродромы в боевой обстановке часто разрушаются вражескими атаками. Для морской авиации иметь длинные ВПП тем более проблематично, так как их размер лимитируется длиной корабельной палубы.
Между тем перевооружение Российских вооруженных сил предусматривает и строительство новых авианесущих крейсеров. В связи с чем военные и задумались: не оснастить ли такие корабли и самолетами вертикального взлета и посадки?
Стоит заметить, что изобретать велосипед российской оборонке не придется: у нее еще с советских времен накоплен колоссальный опыт в данном направлении. Достаточно сказать, что знаменитому пассажирскому самолету Ан-28 для взлета было достаточно всего 40 метров полосы!
Боевые машины с вертикальным взлетом на вооружении ВВС Советского Союза тоже были, например, штурмовик Як-38; правда, в условиях тропических морей во время дальних походов советских кораблей его двигатели начинали барахлить. Однако более современная разработка КБ Яковлева — самолет Як-141, интенсивные испытания которого начались в конце 80-х годов, поставил целых 12 мировых рекордов для машин своего класса! Увы, этот уникальный самолет не пережил распад СССР, и программа была аккуратно свернута. Впрочем, неполностью: в середине 90-х в рамках заключенного контракта американская компания Lockheed успешно применила разработки "яковлевцев" при создании истребителя-бомбардировщика пятого поколения F-35, среди многих особенностей которого (вроде технологии невидимости для локаторов), была и возможность вертикального взлета.
Но чужая технология без ее авторов не принесла американцам успеха, сравнимого с Як-141: хваленый суперистребитель в рамках устроенного в самих же США испытания проиграл учебный бой почти что допотопному (родом из 70-х годов XX века) F-16. Правда, минимум один "рекорд" новый "Фантом" все же поставил: по дороговизне программы своей разработки, уже превысившей полтора триллиона долларов. Так что даже президент Трамп, известный своим уважительным отношением к перевооружению армии, задумался о том, стоит ли овчинка выделки. А правительства ФРГ и Франции благоразумно предпочли не закупать заокеанскую дорогостоящую игрушку, обойдясь собственными надежными и проверенными машинами четвертого поколения пусть и без возможности вертикального взлета. Думается, в первую очередь потому, что последняя функция в большинстве случаев не так уж критически важна.
Аэродромы противник может разбомбить? Так еще советский комдив Покрышкин во время боев в Германии использовал для своей авиадивизии в качестве взлетной полосы добротный немецкий автобан. К тому же, современная техника позволяет положить (а тем более отремонтировать) такие дороги за считанные часы.
Палуба авианосца слишком коротка? Но ведь эти корабли вошли в широкое применение еще перед Второй мировой войной, когда никаких самолетов вертикального взлета и в помине не было. Для взлета и посадки обычных истребителей и бомбардировщиков применялись другие хитрости.
Сейчас вертикальные машины составляют довольно незначительную долю от существующего самолетного парка авианесущих крейсеров. В том числе и у американцев, где недостатка в "вертикалках" вроде бы нет. А все потому, что недостатки (и весьма значительные) есть у самих "чудо-машин".
Главный из них: необходимость значительно снижать взлетный вес для того, чтобы самолет мог вертикально оторваться от палубы. В связи с чем, например, у единственной по-настоящему массово применявшейся модели — британского истребителя Sea Harrier, радиус полета составлял жалкие 135 километров. Впрочем, его скорость, лишь слегка превосходящая скорость звука, тоже не впечатляла.
И исторический Як-141, и суперсовременный F-35 могут развить максимальную скорость чуть меньше двух тысяч километров в час, в то время как обычный палубный истребитель российского ВМФ Су-33 — 2300 километров. К тому же, радиус действия последнего превосходит в разы аналогичные показатели у своих коллег-"вертикальщиков".
Наконец, самолет вертикального взлета и посадки намного труднее пилотировать как раз из-за смены режимов полета. Достаточно сказать, что один из двух опытных образцов Як-141 разбился во время испытаний именно по этой причине при том, что за его штурвалом находился опытнейший летчик-испытатель, а не рядовой пилот.
Неопределенность в словах замминистра обороны "мы обсуждаем создание самолета с укороченным взлетом и посадкой, возможно, вертикального взлета и посадки" вполне объяснима. С одной стороны, возрождение уникальных наработок яковлевского КБ не составит особой проблемы, за исключением, конечно, необходимой для этого суммы. Понятно ведь, что дополнительные миллиарды долларов для российского военного бюджета выделить будет затруднительно. Но главное, будут ли стоить потенциальные выгоды затраченных усилий? Об этом еще предстоит подумать компетентным структурам.
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, 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.
Сверхзвуковой многоцелевой истребитель-перехватчик вертикального взлета и посадки Як-141
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, поэтому применение вертикально взлетающих самолетов будет наиболее рационально. Это необязательно могут быть авианосцы, это могут быть и авианесущие крейсеры с наименьшими стоимостными параметрами».
Истребитель F-35
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 миллиарда 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».
УДК «Прибой»
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.
Вадим Саранов
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.
0Конструирование 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.
