.jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Конвертоплан — это летательный аппарат , который создает подъемную силу и тягу с помощью одного или нескольких приводных роторов (иногда называемых пропеллерами ), установленных на вращающихся валах или гондолах , обычно на концах неподвижного крыла . Почти все конвертопланы используют конструкцию с поперечным расположением роторов , за несколькими исключениями, которые используют другие компоновки мультироторов .
Конструкция конвертоплана сочетает в себе возможности вертикального взлета и посадки вертолета со скоростью и дальностью полета обычного самолета с фиксированным крылом . Для вертикального полета роторы наклонены так, что плоскость вращения горизонтальна, создавая подъемную силу так, как это делает обычный вертолетный ротор . По мере того, как самолет набирает скорость, роторы постепенно наклоняются вперед, и плоскость вращения в конечном итоге становится вертикальной. В этом режиме роторы обеспечивают тягу как пропеллер , а аэродинамический профиль фиксированных крыльев берет на себя обеспечение подъемной силы за счет поступательного движения всего самолета. Поскольку роторы можно настроить так, чтобы они были более эффективными для движения (например, с закручиванием кончика корня), и это позволяет избежать проблем вертолета с отступающим срывом лопастей , конвертоплан может достигать более высоких крейсерских скоростей и взлетного веса, чем вертолеты.
Самолет с конвертопланом отличается от самолета с конвертопланом тем , что поворачивается только ротор, а не все крыло. Этот метод жертвует эффективностью в вертикальном полете ради эффективности в операциях STOL / STOVL .
Первая работа в направлении создания конвертоплана (по-французски «конвертируемый»), по-видимому, была начата около 1902 года братьями франко-швейцарского происхождения Анри и Арманом Дюфо, на что они получили патент в феврале 1904 года и обнародовали свою работу в апреле 1905 года. [1] [ ненадежный источник? ]
Конкретные идеи создания самолетов вертикального взлета и посадки (VTOL) с использованием вертолетоподобных роторов получили дальнейшее развитие в 1930-х годах. Первая конструкция, напоминающая современные конвертопланы, была запатентована Джорджем Лебергером в мае 1930 года, но он не стал развивать эту концепцию дальше. Во время Второй мировой войны компания Weserflug в Германии около 1938 года разработала концепцию своего P.1003/1, который наклонялся вверх с помощью части крыльев, но не всех крыльев, поэтому он мог находиться между конвертопланами и конвертопланами. Вскоре после этого в 1942 году был разработан немецкий прототип Focke -Achgelis Fa 269 , который наклонялся к земле, но так и не взлетел. [2] [3] [4] Платт и ЛеПейдж запатентовали PL-16, первый американский конвертоплан. Однако в августе 1946 года компания закрылась из-за нехватки капитала. [5]
Два прототипа, которые достигли полета, были одноместный Transcendental Model 1-G и двухместный Transcendental Model 2, каждый из которых был оснащен одним поршневым двигателем. Разработка Model 1-G началась в 1947 году, хотя она не летала до 1954 года. Model 1-G летала около года, пока не произошла катастрофа в Чесапикском заливе 20 июля 1955 года, в результате которой прототип самолета был уничтожен, но пилот не получил серьезных травм. Model 2 была разработана и полетела вскоре после этого, но ВВС США прекратили финансирование в пользу Bell XV-3, и он не летал дальше испытаний на висение. Transcendental 1-G является первым конвертопланом, который совершил полет и выполнил большую часть перехода от вертолета к самолету в полете (в пределах 10 градусов от истинного горизонтального полета самолета).
Построенный в 1953 году экспериментальный Bell XV-3 летал до 1966 года, доказав фундаментальную обоснованность концепции конвертоплана и собрав данные о технических усовершенствованиях, необходимых для будущих конструкций.
Связанная с этим технология — наклонное крыло . Хотя два проекта, Canadair CL-84 Dynavert и LTV XC-142 , были технически успешными, ни один из них не был запущен в производство из-за других проблем. Конвертопланы обычно имеют лучшую эффективность висения, чем наклонные крылья, но меньшую, чем вертолеты. [6]
В 1968 году компания Westland Aircraft представила свои собственные разработки — небольшой экспериментальный самолет (We 01C) и 68-местный транспортный самолет We 028 — на авиасалоне SBAC в Фарнборо . [7]
В 1972 году при финансовой поддержке NASA и армии США Bell Helicopter Textron начала разработку XV-15 , двухмоторного исследовательского самолета-конвертоплана. Было построено два самолета для проверки конструкции конвертоплана и исследования эксплуатационного диапазона полета для военных и гражданских применений. [8] [9]
В 1981 году, используя опыт, полученный при создании XV-3 и XV-15, компании Bell и Boeing Helicopters начали разработку V-22 Osprey — двухтурбинного военного конвертоплана для ВВС США и Корпуса морской пехоты США . [8]
Bell объединилась с Boeing для разработки коммерческого конвертоплана, но в 1998 году Boeing вышла из проекта, а Agusta занялась разработкой Bell/Agusta BA609 . [9] [10] Этот самолет был переименован в AW609 после перехода полного права собственности к AgustaWestland в 2011 году. [11] Bell также разработала беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с конвертопланом TR918 Eagle Eye .
У России было несколько проектов по созданию конвертопланов, в основном беспилотных, таких как Ми-30 , и в 2015 году началась еще одна работа. [12]
Около 2005 [13] –2010 [14] Bell и Boeing снова объединились для проведения концептуального исследования более крупного Quad TiltRotor (QTR) для программы Joint Heavy Lift (JHL) армии США. QTR — это более крупная версия V-22 с четырьмя роторами и двумя тандемными крыльями с фиксированными крыльями и четырьмя наклонными роторами.
В январе 2013 года FAA определила правила по шуму конвертопланов США, чтобы соответствовать правилам ИКАО . Стоимость сертификации по шуму составит 588 000 долларов, столько же, сколько и для большого вертолета. [15] [16]
Компания AgustaWestland утверждает, что в 2013 году они запустили пилотируемый электрический конвертоплан под названием Project Zero , роторы которого располагались внутри размаха крыльев. [17] [18] [19]
В 2013 году генеральный директор Bell Helicopter Джон Гаррисон отреагировал на решение Boeing выбрать другого партнера по планеру для будущих транспортных нужд армии США, заявив, что Bell возьмет на себя ведущую роль в разработке Bell V-280 Valor [20] совместно с Lockheed Martin.
В 2014 году программа Clean Sky 2 ( Европейский союз и промышленность) выделила AgustaWestland и ее партнерам 328 миллионов долларов на разработку «гражданского конвертоплана следующего поколения» [21] [22] [23] для офшорного рынка с критическим обзором дизайна ближе к концу 2016 года. Цели: наклонные секции крыла, максимальный взлетный вес 11 метрических тонн , размещение от 19 до 22 пассажиров, первый полет в 2021 году, крейсерская скорость 300 узлов [24] , максимальная скорость 330 узлов, потолок 25 000 футов и дальность полета 500 морских миль. [10] [25] [26]
В вертикальном полете конвертоплан использует элементы управления, очень похожие на двух- или тандемные вертолеты. Рыскание контролируется наклоном его роторов в противоположных направлениях. Крен обеспечивается за счет дифференциальной мощности или тяги. Тангаж обеспечивается за счет циклического наклона лопастей ротора или наклона гондолы. Вертикальное движение контролируется обычным шагом лопастей ротора и либо обычным рычагом коллективного управления вертолета (как в Bell/Agusta BA609 ), либо уникальным элементом управления, похожим на управление двигателем с фиксированным крылом, называемым рычагом управления тягой (TCL) (как в Bell-Boeing V-22 Osprey ). [27]
Преимущество конвертоплана в значительно большей скорости, чем у вертолета. В вертолете максимальная скорость вперед определяется скоростью поворота ротора ; в какой-то момент вертолет будет двигаться вперед с той же скоростью, что и вращение стороны ротора, движущейся назад, так что эта сторона ротора видит нулевую или отрицательную воздушную скорость и начинает сваливаться . Это ограничивает современные вертолеты крейсерской скоростью около 150 узлов / 277 км / ч. Однако с конвертопланом эта проблема избегается, потому что винты перпендикулярны движению на высокоскоростных участках режима полета (и, таким образом, не подвержены этому условию обратного потока), поэтому конвертоплан имеет относительно высокую максимальную скорость — более 300 узлов / 560 км / ч было продемонстрировано в двух типах конвертопланов, которые летали до сих пор, и достигаются крейсерские скорости 250 узлов / 460 км / ч. [27]
Эта скорость достигается в некоторой степени за счет полезной нагрузки . В результате этой уменьшенной полезной нагрузки некоторые [ кто? ] считают, что конвертоплан не превосходит транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) вертолета, [28] в то время как другие приходят к противоположному выводу. [10] Кроме того, двигательная система конвертоплана сложнее, чем у обычного вертолета из-за больших сочлененных гондол и дополнительного крыла; однако улучшенная крейсерская эффективность и улучшение скорости по сравнению с вертолетами имеют важное значение в определенных случаях. Скорость и, что более важно, преимущество общего времени реагирования являются основными достоинствами, к которым стремятся военные силы, использующие конвертоплан. Конвертопланы по своей природе менее шумны в прямом полете (режиме самолета), чем вертолеты. [ нужна цитата ] Это, в сочетании с их повышенной скоростью, как ожидается, улучшит их полезность в населенных районах для коммерческого использования и снизит угрозу обнаружения для военного использования. Однако конвертопланы, как правило, такие же громкие, как вертолеты такого же размера в зависающем полете. Моделирование шума для 90-местного конвертоплана показывает более низкий уровень шума в салоне, чем у самолета Bombardier Dash 8 , хотя низкочастотные вибрации могут быть выше. [29]
Конвертопланы также обеспечивают существенно большую крейсерскую высоту полета, чем вертолеты. Конвертопланы могут легко достигать высоты 6000 м / 20 000 футов или более, тогда как вертолеты обычно не превышают высоту 3000 м / 10 000 футов. Эта особенность будет означать, что некоторые виды использования, которые обычно рассматривались только для самолетов с фиксированным крылом, теперь могут поддерживаться конвертопланами без необходимости в взлетно-посадочной полосе. Однако недостатком является то, что конвертопланы страдают от значительного снижения полезной нагрузки при взлете с большой высоты.
Моноконвертоплан использует наклонный вращающийся пропеллер , или соосный пропеллер , для подъема и движения . Для вертикального полета пропеллер наклоняется так, чтобы направить свою тягу вниз, обеспечивая подъемную силу. В этом режиме работы летательный аппарат по сути идентичен вертолету. По мере того, как летательный аппарат набирает скорость, соосный пропеллер медленно наклоняется вперед, а лопасти в конечном итоге становятся перпендикулярными земле. В этом режиме крыло обеспечивает подъемную силу, а большая эффективность крыла помогает конвертоплану достичь высокой скорости. В этом режиме летательный аппарат по сути является турбовинтовым самолетом.
Моноконвертоплан отличается от обычного конвертоплана, в котором винты крепятся к концам крыла , тем, что соосный винт крепится к фюзеляжу самолета . В результате этой структурной эффективности моноконвертоплан превосходит транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) как вертолета, так и обычного конвертоплана. Одно проектное исследование пришло к выводу, что если бы моноконвертоплан мог быть технически реализован, он был бы вдвое меньше, на треть легче и почти вдвое быстрее вертолета. [30]
В вертикальном полете моноконвертоплан использует элементы управления, очень похожие на элементы управления соосного вертолета, например, Камова Ка-50 . Рыскание контролируется, например, путем увеличения подъемной силы на верхнем винте при уменьшении подъемной силы на нижнем винте. Крен и тангаж обеспечиваются циклическим ротором. Вертикальное движение контролируется обычным шагом лопасти ротора . [31]
{{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )Болдуин, Г.Д., «Предварительные проектные исследования моноконвертоплана (MTR) с демонстрацией аэродинамического раскрытия крыла», Международная встреча специалистов AHS, Чандлер, Аризона, 23–25 января 2007 г.