Фюзеляж-бочка и взлет с троса: как и зачем создавали самолеты с вертикальным взлетом

28 816
89
06 мая 2019 в 8:00
Автор: Станислав Иванейко. Фото: theverge.com

Фюзеляж-бочка и взлет с троса: как и зачем создавали самолеты с вертикальным взлетом

После Второй мировой авиаконструкторы с подачи военных задумались над разработкой принципиально нового типа самолета, способного взлетать и садиться вертикально. Фантазия конструкторов привела к появлению безумных прототипов и множеству провалов, но в конечном итоге идея прижилась — пусть и только в военной авиации. Однако разработки велись в том числе и в сфере гражданских авиаперевозок, и есть вероятность, что в будущем мы еще полетаем в самолете с вертикальным набором высоты.

Зачем VTOL вообще нужны

Чем плох обычный самолет? Все дело в аэродроме и взлетно-посадочной полосе. Военные видели в этом массу уязвимостей. Во-первых, полосу может распознать с воздуха самолет-разведчик. Во-вторых, аэродромы большие, и, опять же, их сложно замаскировать. В-третьих, если противник уничтожит полосу, все самолеты и пилоты окажутся бесполезны. В-четвертых, у авианосцев не то чтобы длинные полосы, и это накладывает ограничения на пригодные к эксплуатации самолеты — тяжелым машинам просто не хватает расстояния для разбега.

Были, конечно, и исключения: в 1942 году при «Рейде Дулиттла» бомбардировщики B-25 взлетали с USS Hornet для атаки на Японию. Но миссию сложно назвать удачной (из 16 самолетов уцелел лишь один), да и на регулярной основе использовать такую тактику было бесполезно — самолеты облегчили, сняв часть необходимого вооружения.

Все это привело военных к идее воздушного транспорта с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL). Вертолеты тогда только начинали развиваться, к тому же им было далеко до скоростей самолетов. Первый из известных концептов умудрились сделать немцы еще в период Второй мировой, но, к счастью для Красной Армии и союзников, до создания реальных прототипов дело не дошло.

Изображение: 3dartistonline.com

У нас проблемы

Производитель Focke-Wulf к 1944 году разработал проект Triebflügel. Это самолет с тремя широкими пропеллерами, которые располагались по центру фюзеляжа. Взлет и посадка предполагались из вертикального положения судна: лопасти раскручивались и поднимали Triebflügel в воздух. Далее самолет занимал горизонтальное положение, и пропеллер двигал самолет вперед. Американцы для своих VTOL взяли за основу именно такую концепцию.

Lockheed и Convair предложили схожие варианты — XFV-1 Salmon (позднее появилась приставка Salmon в честь инженера и испытателя этого самолета Германа Салмона) и XFY-1 Pogo соответственно. Турбовинтовые самолеты испытывали в горизонтальном варианте взлета и посадки, для чего к модели Lockheed XFV-1 прикрепили шасси, а на хвостовом оперении расположили маленькие колеса.

XFV-1 Salmon. Изображение: commons.wikimedia.org

Почти сразу у концепции VTOL вылезли серьезные недостатки, которые удорожали программу. В первую очередь это касалось разработки нового двигателя — начальный, мощностью около 5850 лошадиных сил, с трудом справлялся с уверенным отрывом от земли воздушного судна. Другая серьезная проблема заключалась в подготовке пилотов: взлет и особенно вертикальная посадка требовали высшего мастерства летчиков и изрядной практики. Военные решили свернуть программу, но закрытие проекта касалось только VTOL с турбовинтовыми двигателями. Теперь все усилия бросили на реактивные модели.

На крючке

Долгие поиски приемлемой концепции и финансирования (военные не особо разбрасывались деньгами на безумные идеи конструкторов) привели компанию Ryan к новому решению — взлету с троса. Самолет X-13 получил реактивный двигатель Rolls-Royce Avon, чьей мощности хватало для фокусов с вертикальным взлетом. Над проектом начали работать в 1953 году. Для судна пришлось разработать еще и платформу с горизонтально натянутым тросом, на котором висел X-13 перед стартом. Чтобы пилот хоть что-то видел на площадке, его кресло наклонялось вперед на 45 градусов.

X-13. Изображение: wikipedia.org

Идея была в том, что после взлета самолет просто набирает высоту в вертикальном положении, а трос отсоединяется автоматически. Посадка проходила точно так же, но в обратной последовательности: подъем носа на 90 градусов и плавное снижение, после чего летчику нужно было зацепить крюком трос. Любая ошибка или порыв ветра — и самолет мог удариться о конструкцию. Облегчить задачу должен был оператор, который стоял рядом с платформой и передавал пилоту информацию.

Проблем доставляла и навязчивая идея конструкторов сделать X-13 моделью только с вертикальным взлетом и посадкой — то есть вообще без шасси. Почему-то о запасном варианте приземления не думали: если самолету нужно экстренно приземлиться на, допустим, прямом участке дороги, пришлось бы сажать судно на брюхо. Правда, на время испытаний шасси с колесами все же установили. После тестовых полетов по традиционной схеме настало время вертикальных взлетов и посадок.

Впервые в авиации такой полет совершили 28 ноября 1956 года. Демонстрационные испытания для военных чинов тоже прошли успешно. Казалось бы, дело за малым: внести финальные доработки и запустить серийное производство. Но в последний момент боссы передумали. В 1957 году финансирование свернули, и два построенных X-13 отправились в музеи. Создатели этого самолета решили несколько проблем, с которыми не могли справиться в Convair и Lockheed, но оставалась еще одна очень серьезная загвоздка — подготовка летчиков. Военные решили, что взлет и посадка с использованием троса вызовет большие сложности и эксплуатировать X-13 смогут лишь самые профессиональные пилоты.

Идеи других стран

Другие страны тоже видели большие перспективы в VTOL. Самый футуристичный вариант предложили в пятидесятых французы — самолет с кольцевым крылом, которое также было внешним контуром для реактивного двигателя. В результате появился C.450 Coleoptere. Взлет и посадка тоже планировались сугубо вертикальными. Испытания проходили сносно вплоть до 1959 года, когда на малой высоте самолет свалился в штопор: летчик в последний момент успел катапультироваться, но получил травмы. Вскоре программу свернули.

C.450 Coleoptere. Изображение: twitter.com/safran

В СССР первым самолетом VTOL стал Як-36, но в серию он не пошел. Важное отличие от западных разработок — при вертикальном взлете и посадке самолет по-прежнему оставался в горизонтальном положении. Этого удалось достичь благодаря повороту сопел двигателя, что используется на многих современных VTOL-самолетах.

Як-36. Изображение: авиару.рф

Як-36 в серию не пошел: самолет нуждался в серьезных улучшениях, и наработки решили использовать для Як-38 со складными крыльями. Взлет за счет реактивной струи привел к дополнительным проблемам: покрытие взлетно-посадочной полосы не выдерживало столь высоких температур. Из-за этого пришлось укладывать плиты из термостойкого покрытия.

Схему с поворотными соплами также использовали британцы. Производитель Hawker Siddeley выпустил штурмовик Harrier, который оказался одним из самых удачных VTOL-самолетов для своего времени. Но компания пошла еще дальше и в конце шестидесятых занялась пассажирским лайнером с вертикальным взлетом/посадкой.

Hawker Siddeley Harrier. Изображение: baesystems.com

Идея VTOL оказалась заразна настолько, что в конце шестидесятых британцы всерьез задумались о разработке гражданского самолета с такой же концепцией. Растущий авиационный трафик вызывал все больше неудобств: требовалось больше аэропортов, а шум от постоянно взлетающих и заходящих на посадку лайнеров нервировал жителей ближайших городков. Авторы идеи гражданского VTOL-самолета полагали, что такой лайнер решит ситуацию: вертикальный взлет и быстрый набор высоты создадут меньше шума, к тому же не придется строить длинные полосы. Так в 1969 году Hawker Siddeley начала работать над проектом HS.141.

Гражданское применение

Компания замахнулась на ближнемагистральный лайнер вместимостью около 100 человек. Два основных двигателя под крыльями дополнялись шестнадцатью турбовинтовыми — они располагались в широких выступах по бокам фюзеляжа и поворачивались для использования в разных режимах: набор высоты, разгон и так далее. Теоретически VTOL действительно ощутимо снижал уровень шума. Но проект быстро свернули — Hakker Siddeley успела лишь сделать масштабную модель для проверки в аэродинамической трубе.

Hakker Siddeley HS.141. Изображение: wikipedia.org

Однако полностью от идеи вертикального набора высоты инженеры гражданских лайнеров не отказались. В 2015 году появился занимательный концепт от Airbus. Французы решили не мелочиться и придумали гражданский самолет с тремя типами двигателей. Турбинные нужны для перемещений на земле и при взлете — он выполняется горизонтально, как и на остальных самолетах.

А дальше начинается кое-что интересное: после набора нужной высоты в дело вступают ракетные двигатели. Самолет поднимает нос и начинает лететь вертикально, пока не пробьет сверхзвуковой барьер. Достигнув нужного эшелона, Airbus возвращается в горизонтальное положение. Теперь ракетные двигатели не нужны, и вместо них активируются прямоточные воздушно-реактивные. Предполагаемая скорость — 4,5 Маха, что позволит преодолеть расстояние между Лондоном и Нью-Йорком всего за час против нынешних семи часов. Но пока это лишь наброски Airbus: реальный самолет появится хорошо если лет через двадцать.


На данный момент самолеты с системой VTOL используются только в военной авиации, где такая схема оправданна. В гражданской отрасли ведутся разработки воздушных такси, которые используют аналогичную систему. Но о создании пассажирского лайнера с вертикальным взлетом и посадкой ничего не известно.

квадрокоптер, двигатель бесколлекторный, частота: 2.4 ГГц, время полета: 29-31 мин
квадрокоптер, двигатель бесколлекторный, частота: 2.4 ГГц/5.8 ГГц, управление с планшета/смартфона, время полета: 15-21 мин, дальность: 80 м

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by

Автор: Станислав Иванейко. Фото: theverge.com