Летательный аппарат с хвостовой частью ( tailsitter ) — это тип самолета вертикального взлета и посадки , который взлетает и приземляется на хвост , а затем наклоняется горизонтально для полета вперед.
Возникнув в 1920-х годах благодаря изобретателю Николе Тесле , первый самолет с конфигурацией «сидящий на хвосте» был разработан нацистской Германией во время Второй мировой войны . Разработка таких самолетов резко возросла в конце 1940-х и 1950-х годах, когда авиаконструкторы и планировщики обороны осознали потенциальную ценность самолетов с фиксированным крылом, которые могли выполнять как вертикальный взлет, так и вертикальную посадку, а также переходить в обычный полет и из него. Неотъемлемыми проблемами самолетов с конфигурацией «сидящий на хвосте» были плохая видимость для пилота и трудности управления, особенно во время вертикального снижения и посадки. Программы по разработке пилотируемых самолетов с конфигурацией «сидящий на хвосте» обычно прекращались в форме более практичного подхода с вектором тяги , который использовался в таких самолетах, как Hawker Siddeley Harrier и Яковлев Як-38 .
Хвостовой ситтер сидит вертикально на хвосте для взлета и посадки, а затем наклоняет весь самолет вперед для горизонтального полета. Это сильно отличается от многих других видов технологий VTOL , которые имеют горизонтально ориентированные фюзеляжи.
Tail-sitters меняют ориентацию фюзеляжа после взлета. Они начинают с задней части самолета, направленной к земле (...вертикальная ориентация), а затем переориентируются в горизонтальную ориентацию в полете.
Некоторые пилоты, садившиеся на хвост, приземлялись традиционным способом в горизонтальной конфигурации, в то время как другие ставили перед собой гораздо более амбициозную цель — приземлиться вертикально, прижав самолет к земле задней частью, что было крайне опасно по многим причинам, главными из которых были повышенный расход топлива и ограниченная видимость для пилота.
Концепцию самолета с хвостовым расположением можно отнести к изобретателю Николе Тесле , который подал заявку на соответствующий патент в 1928 году. [1] Однако на протяжении почти двух десятилетий не было предпринято ни одной немедленной попытки реализовать эту концепцию в функциональном самолете.
Во время Второй мировой войны нацистская Германия работала над истребителем Focke-Wulf Triebflügel (с приводом от крыла), который включал в свою конструкцию концепцию хвостового сидения. Он имел три крыла, которые были установлены радиально как ротор на вращающейся секции фюзеляжа, они приводились в движение небольшими реактивными двигателями, расположенными на законцовках крыльев, чтобы приводить самолет в движение посредством этого вращения крыла. Для взлета и посадки он должен был лететь вертикально (подобно вертолету ), прежде чем наклоняться горизонтально, чтобы лететь как самоходное крыло, генерирующее как подъемную силу, так и тягу. Современный проект Heinkel Lerche имел кольцевое крыло, образующее канал вокруг обычного пропеллера, и при переходе от вертикального к прямому полету подъемная сила передавалась крылу. [2] [3]
В 1950-х годах авиаконструкторы по всему миру занимались программами по разработке самолетов с фиксированным крылом, которые могли бы не только выполнять как вертикальный взлет, так и вертикальную посадку, но и переходить в обычный полет и из него. Как заметил авиационный автор Фрэнсис К. Мейсон, боевой самолет, обладающий такими качествами, фактически устранил бы традиционную зависимость от относительно уязвимых взлетно-посадочных полос, взлетая и приземляясь вертикально, а не традиционно горизонтально. [4] Соответственно , разработка жизнеспособных самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) была особенно привлекательна для военных планировщиков ранней послевоенной эпохи. [5] Поскольку тяговооруженность турбореактивных двигателей увеличилась достаточно для того, чтобы один двигатель мог поднять самолет, конструкторы начали исследовать способы поддержания устойчивости во время полета самолета на этапе VTOL. [6]
Одной из компаний, которая решила заняться исследованиями в области вертикального взлета и посадки, была французская компания -производитель двигателей SNECMA , которая, начиная с 1956 года, построила серию бескрылых испытательных установок под названием Atar Volant . Только первая из них была беспилотной, а вторая летала свободно, обе стабилизировались газовыми струями на выносных трубах. Третья имела наклонное сиденье, позволяющее пилоту сидеть прямо, когда фюзеляж был выровнен, и имела боковые воздухозаборники, запланированные для свободно летящего самолета, хотя он всегда работал прикрепленным к подвижной люльке. Пилотом этих экспериментов был Огюст Морель. Однако Atar Volant не был самоцелью; его долгосрочная цель состояла в том, чтобы служить предшественником более крупного самолета с фиксированным крылом. [7] Независимо от этой работы, существенное влияние на направление развития оказал австрийский инженер-конструктор Хельмут фон Зборовски , который спроектировал инновационное кольцевое крыло в форме пончика , которое могло функционировать «как силовая установка, планер самолета с летающим крылом и корпус, уменьшающий сопротивление». Было высказано предположение, что такое крыло могло бы функционировать как прямоточный воздушно-реактивный двигатель и приводить самолет в движение на сверхзвуковых скоростях, подходящих для самолета-перехватчика . [5]
Команда дизайнеров SNECMA решила интегрировать эту радикальную конструкцию годичного крыла в свои усилия по вертикальному взлету и посадке. Соответственно, из этого решения возникла базовая конфигурация C.450 Coléoptère . [5] В декабре 1958 года Coléoptère впервые оторвался от земли самостоятельно, хотя и будучи прикрепленным к порталу. [6] Было отмечено несколько сложных летных характеристик, таких как тенденция самолета медленно вращаться вокруг своей оси во время вертикального зависания; его пилот также отметил, что индикатор вертикальной скорости был нереалистичным, а органы управления не могли точно управлять самолетом во время выполнения критической фазы посадки. Посадки с мертвой ручкой считались невозможными. [5] Один из полетов самолета включал публичную демонстрацию его характеристик висения перед собравшейся аудиторией. [8] Привлекательный дизайн Coléoptère быстро произвел фурор в общественном сознании, даже на международном уровне; Автор Джереми Дэвис заметил, что этот самолет даже повлиял на международные усилия, якобы побудив ВМС США заключить контракт с американским производителем вертолетов Kaman Aircraft на разработку собственного аппарата с кольцевым крылом, получившего прозвище «Летающая бочка». [5]
Соответственно, Соединенные Штаты экспериментировали со своими собственными самолетами, обычно включающими конфигурации с винтовым приводом и относительно обычными фиксированными крыльями. Convair XFY Pogo был одним из таких самолетов, имеющим треугольное крыло с крестообразной конфигурацией хвоста; первые испытательные полеты проводились внутри ангара для морских дирижаблей на аэродроме Моффетт-Филд в Маунтин-Вью, Калифорния. [9] XFY успешно продемонстрировал полный переход между режимами полета 5 ноября 1954 года. [10] Несколько похожим самолетом был Lockheed XFV Salmon , который сочетал прямое крыло с X-образным хвостом ; однако XFV так и не достиг решающего перехода в полете. [11] Однако во время летных испытаний стало очевидно, что такие самолеты вертикального взлета и посадки будут летать только самые опытные пилоты, даже если проигнорировать все технические проблемы; таким образом, было нецелесообразно размещать истребители вертикального взлета и посадки — как ранее надеялись — на каждом корабле. Кроме того, в то время как реактивные истребители имели максимальную скорость, приближающуюся к числу Маха 2, турбовинтовой истребитель VTOL находился в невыгодном положении из-за своей максимальной скорости ниже числа Маха 1. В результате этих обстоятельств работа над XFY была остановлена. [12] В 1955 году Соединенные Штаты начали летные испытания реактивной конструкции Ryan X-13 Vertijet . Было построено два прототипа, оба из которых летали, совершили успешные переходы в горизонтальный полет и из него и приземлились . Последний испытательный полет X-13 был проведен недалеко от Вашингтона, округ Колумбия, в 1957 году. [13]
Неотъемлемой проблемой всех этих конструкций с хвостовым расположением была плохая видимость пилота, особенно земли, во время вертикального снижения и посадки. В конечном итоге, большинство работ по применению концепции к пилотируемым самолетам были прекращены с появлением более практичной формы VTOL в виде управления вектором тяги , которая использовалась в серийных самолетах, таких как Hawker Siddeley Harrier и Яковлев Як-38 . [14] [15] [16] Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) не страдает от проблемы положения пилота. Dornier Aerodyne имеет конфигурацию с канальным вентилятором, похожую на колеоптер , и испытательный БПЛА успешно летал в режиме зависания в 1972 году, прежде чем разработка была прекращена. [17] Другим современным проектом БПЛА был NSRDC BQM-108 , который был разработан ВМС США ; хотя работа была прекращена почти сразу после его единственного успешного испытательного полета. [18]
В 1970-х годах было проведено несколько исследований и испытаний моделей в аэродинамической трубе для хвостовой версии самолета General Dynamics F-16 Fighting Falcon , который предназначался для использования на борту кораблей; однако было решено не продолжать дальнейшую разработку этой концепции из-за большой требуемой тяги, а также необходимости в обширном оборудовании для управления взлетом и посадкой. [19]
В настоящее время большинство проектов или предложений по созданию хвостовых самолетов относятся к категории беспилотных летательных аппаратов, таких как Bell Apt или Northrop Grumman Tern .
