Самолет с вертикальным взлетом и посадкой ( СВВП ) – это самолет , который может взлетать и приземляться вертикально, не опираясь на взлетно-посадочную полосу . Эта классификация может включать различные типы самолетов , включая вертолеты , а также самолеты с неподвижным крылом с вектором тяги и другие гибридные самолеты с приводными несущими винтами , такие как цикложиры/циклокоптеры и гиродина . [1]
Некоторые самолеты вертикального взлета и посадки могут работать и в других режимах, таких как CTOL (обычный взлет и посадка), STOL (короткий взлет и посадка) или STOVL (короткий взлет и вертикальная посадка). Другие, например некоторые вертолеты, могут работать только в режиме вертикального взлета и посадки, поскольку у самолетов нет шасси , способного выдерживать руление . VTOL - это разновидность V/STOL (вертикальный или укороченный взлет и посадка).
Некоторые самолеты легче воздуха также квалифицируются как самолеты вертикального взлета и посадки, поскольку они могут зависать, взлетать и приземляться с вертикальными профилями захода на посадку/вылета. [2]
Электрические самолеты с вертикальным взлетом и посадкой, или eVTOL , разрабатываются наряду с более автономными технологиями управления полетом и мобильностью как услуга (MaaS), чтобы обеспечить расширенную воздушную мобильность (AAM), которая может включать услуги воздушного такси по требованию, региональная воздушная мобильность, доставка грузов и персональные летательные аппараты (PAV). [3]
Помимо вездесущих вертолетов, в настоящее время на военной службе находятся два типа самолетов вертикального взлета и посадки: конвертопланы , такие как Bell Boeing V-22 Osprey , и самолеты с вектором тяги, такие как семейство Harrier и новый F-35B Lightning II Joint Strike. Истребитель (JSF). В гражданском секторе в настоящее время широко используются только вертолеты (некоторые другие типы коммерческих самолетов вертикального взлета и посадки были предложены и по состоянию на 2017 год находятся в стадии разработки [обновлять]). Вообще говоря, самолеты вертикального взлета и посадки, способные использовать вертикальный взлет и посадку, используют его везде, где это возможно, поскольку он обычно значительно увеличивает взлетную массу, дальность полета или полезную нагрузку по сравнению с чистым вертикальным взлетом и посадкой. [4]
Идея вертикального полета существует уже тысячи лет, а эскизы вертикального взлета и посадки (вертолета) появляются в альбоме для рисования Леонардо да Винчи . Пилотируемые самолеты вертикального взлета и посадки в виде примитивных вертолетов впервые поднялись в воздух в 1907 году, но их совершенствование потребовалось до окончания Второй мировой войны. [5] [6]
Помимо разработки вертолетов , было опробовано множество подходов к разработке практических самолетов с возможностью вертикального взлета и посадки, в том числе экспериментальный самолет с горизонтальным винтом и неподвижным крылом Генри Берлинера 1922–1925 годов, патент Николы Теслы 1928 года и патент Джорджа Лебергера. Патент 1930 года на относительно непрактичные самолеты вертикального взлета и посадки с наклоняемыми двигателями. [7] [8] [9] В конце 1930-х годов британский авиаконструктор Лесли Эверетт Бэйнс получил патент на вертолет Бейнса, еще один самолет с наклонным винтом. В 1941 году немецкий конструктор Генрих Фокке начал работу над Focke-Achgelis Fa 269 , который имел два несущих винта, наклонявшихся вниз для вертикального взлета, но бомбардировки во время войны остановили разработку. [9]
В мае 1951 года компании Lockheed и Convair получили контракты на разработку, постройку и испытания двух экспериментальных истребителей вертикального взлета и посадки. Lockheed производила XFV , а Convair производила Convair XFY Pogo . Обе экспериментальные программы перешли в статус полета и завершили испытательные полеты в 1954–1955 годах, когда контракты были расторгнуты. [10] Точно так же Ryan X-13 Vertijet совершил серию испытательных полетов в период с 1955 по 1957 год, но его постигла та же участь. [11]
Использование вертикальных вентиляторов с приводом от двигателей исследовалось в 1950-х годах. В США построили самолет, в котором вентиляторы приводились в движение реактивными выхлопами , тогда как британские проекты, которые не были построены, включали вентиляторы, приводимые в движение механическими приводами реактивных двигателей. [ нужна цитата ]
НАСА использовало другие самолеты вертикального взлета и посадки, такие как исследовательский корабль Bell XV-15 (1977 г.), а также советский ВМФ и Люфтваффе . Сикорский испытал самолет, получивший название X-Wing , который взлетал как вертолет. Несущие винты станут неподвижными в середине полета и будут функционировать как крылья, обеспечивая подъемную силу в дополнение к статическим крыльям. Boeing X-50 — это прототип Canard Rotor/Wing , в котором используется аналогичная концепция. [12]
Другим британским проектом вертикального взлета и посадки был гиродин , в котором ротор приводится в действие во время взлета и посадки, но затем вращается на выбеге во время полета, с отдельными маршевыми двигателями, обеспечивающими прямую тягу. Начиная с Fairey Gyrodyne , этот тип самолета позже превратился в гораздо более крупный двухмоторный Fairey Rotodyne , в котором использовались реактивные двигатели для приведения в движение несущего винта при взлете и посадке, но затем использовались два турбовинтовых двигателя Napier Eland , приводившие в движение обычные пропеллеры, установленные на массивных крыльях. для обеспечения движения, крылья служат для разгрузки несущего винта во время горизонтального полета. Rotodyne был разработан, чтобы объединить эффективность самолета в крейсерском режиме с возможностью вертикального взлета и посадки вертолета для обеспечения рейсов на короткие расстояния от центров городов до аэропортов.
CL -84 Dynavert — канадский моноплан с турбонаддувом и наклонным крылом, разработанный и производившийся компанией Canadair в период с 1964 по 1972 год. В 1968 году канадское правительство заказало для военной оценки три обновленных самолета CL-84, получивших обозначение CL-84-1. С 1972 по 1974 год эта версия демонстрировалась и оценивалась в США на борту авианосцев USS Guam и USS Guadalcanal , а также в различных других центрах. [13] В этих испытаниях принимали участие военные летчики из США, Великобритании и Канады. Во время испытаний два самолета CL-84 разбились из-за механических неисправностей, но человеческих жертв в результате этих аварий не произошло. Никаких производственных контрактов не последовало. [14]
Хотя конвертопланы, такие как Focke-Achgelis Fa 269 середины 1940-х годов и Centro Técnico Aeroespacial «Convertiplano» 1950-х годов, достигли стадии испытаний или макетов, Bell-Boeing V-22 Osprey считается первым в мире серийным конвертопланом . . На каждой законцовке крыла установлен по одному трехлопастному винту , турбовинтовому двигателю и гондоле трансмиссии . Osprey представляет собой многоцелевой самолет с возможностью вертикального взлета и посадки (VTOL) и короткого взлета и посадки ( STOL ). Он предназначен для выполнения задач, как обычный вертолет , с дальнобойностью и высокой скоростью крейсерского полета турбовинтового самолета. ФАУ классифицирует Osprey как модель самолета с подъемной силой . [15]
В 1960-х годах были предприняты попытки разработать коммерческий пассажирский самолет с возможностью вертикального взлета и посадки. Модель Hawker Siddeley Inter-City с вертикальным подъемом имела два ряда подъемных вентиляторов с каждой стороны. Однако ни один из этих самолетов не был запущен в производство после того, как они были признаны слишком тяжелыми и дорогими в эксплуатации. [16] [ ненадежный источник? ] [17]
В 2018 году Opener Aero продемонстрировала самолет вертикального взлета и посадки с электрическим приводом Blackfly , который, по утверждению производителя, является первым в мире сверхлегким полностью электрическим самолетом с неподвижным крылом и вертикальным взлетом и посадкой. [18]
В 21 веке беспилотные дроны становятся все более обычным явлением. Многие из них имеют возможность вертикального взлета и посадки, особенно модели квадрокоптера . [19]
В 1947 году ВМС США заказали Ryan X-13 Vertijet , конструкцию с хвостовым сиденьем , которые затем в 1948 году выпустили предложение по самолету, способному к вертикальному взлету и посадке (VTOL) на борту платформ, установленных на кормовых палубах обычных кораблей. И Convair , и Lockheed боролись за контракт, но в 1950 году требование было пересмотрено, и появился призыв к созданию исследовательского самолета, способного в конечном итоге превратиться в корабельный истребитель сопровождения конвоев с вертикальным взлетом и посадкой.
Еще одним более влиятельным ранним функциональным вкладом в вертикальный взлет и посадку стала установка для измерения тяги компании Rolls-Royce («летающая кровать») 1953 года. Это привело к появлению первых двигателей вертикального взлета и посадки, которые использовались в первом британском самолете вертикального взлета и посадки, Short SC.1 (1957). , Short Brothers и Harland, Белфаст, в которых использовались четыре двигателя вертикального подъема и один горизонтальный для прямой тяги.
Short SC.1 был первым британским самолетом вертикального взлета и посадки. SC.1 был разработан для изучения проблем, связанных с полетом вертикального взлета и посадки, а также переходом к прямому полету и обратно. SC.1 был разработан для удовлетворения запроса Министерства снабжения (MoS) на тендер (ER.143T) на исследовательский самолет с вертикальным взлетом, выпущенного в сентябре 1953 года. Проект был принят министерством, и был заключен контракт на два самолеты (XG900 и XG905), соответствующие спецификации ER.143D от 15 октября 1954 года. SC.1 также был оснащен первой электродистанционной системой управления для самолетов вертикального взлета и посадки. Это позволило реализовать три режима управления аэродинамическими поверхностями или органами управления соплом.
Republic Aviation AP-100 представлял собой прототип концепции ударного истребителя с 6 турбореактивными двигателями General Electric J85 с ядерным потенциалом вертикального взлета и посадки, разработанного Александром Картвели и имевшего 3 канальных вентилятора в центре фюзеляжа и хвостового оперения, в качестве возможного претендента на участие в программе TFX . [20] [21] [22] Другой конструкцией был A400 AVS, в котором использовались крылья изменяемой геометрии, но он оказался слишком сложным, однако это привело к разработке AFVG , что, в свою очередь, помогло развитию Panavia Tornado .
Як -38 — самолет вертикального взлета и посадки ВМФ СССР , предназначенный для использования на борту легких авианосцев, грузовых кораблей и крупных кораблей. Он был разработан на базе экспериментального самолета Як-36 в 1970-х годах. До распада Советского Союза был разработан сверхзвуковой СВВП как преемник Як-38 — Як-141 , который так и не пошел в производство. [23]
В 1960-х и начале 1970-х годов Германия планировала три разных самолета вертикального взлета и посадки. Один из них использовал истребитель Lockheed F-104 Starfighter в качестве основы для исследования самолета вертикального взлета и посадки . Хотя были построены две модели (X1 и X2), проект был отменен из-за высоких затрат и политических проблем, а также изменившихся потребностей ВВС Германии и НАТО. EWR VJ 101 C действительно выполнял свободные взлеты и посадки вертикального взлета и посадки, а также испытательные полеты на скорости выше 1 Маха в середине и конце 60-х годов. Один из испытательных самолетов хранится в Немецком музее в Мюнхене, Германия, другой - возле аэропорта Фридрихсхафена. Другими были легкий истребитель и самолет-разведчик VFW-Fokker VAK 191B и транспортный самолет Dornier Do 31 E-3 (войсковой). [24]
LLRV представлял собой симулятор космического корабля для лунного корабля «Аполлон» . [25] Он был разработан, чтобы имитировать летные характеристики лунного модуля (ЛЕМ), который должен был полагаться на реактивный двигатель для приземления на Луну.
Идея использования одного и того же двигателя для вертикального и горизонтального полета за счет изменения траектории тяги была задумана Мишелем Вибо . [26] Это привело к созданию двигателя Bristol Siddeley Pegasus , в котором использовались четыре вращающихся сопла для направления тяги в различных углах. [27] Он был разработан параллельно с планером Hawker P.1127 , который впоследствии стал Kestrel, а затем поступил в производство как Hawker Siddeley Harrier , хотя сверхзвуковой Hawker Siddeley P.1154 был отменен в 1965 году. В результате конкуренции с P.1154 была разработана версия Dassault Mirage III , способная развивать скорость 1 Маха . Dassault Mirage IIIV осуществил переход от вертикального полета к горизонтальному в марте 1966 года, вскоре достигнув скорости 1,3 Маха в горизонтальном полете.
Harrier обычно летает в режиме STOVL , что позволяет ему нести больший запас топлива или вооружения на заданное расстояние. [4] В режиме вертикального взлета и посадки самолет вертикального взлета и посадки движется горизонтально вдоль взлетно-посадочной полосы перед взлетом, используя вертикальную тягу. Это обеспечивает аэродинамическую подъемную силу, а также подъемную силу тяги, позволяет взлетать с более тяжелыми грузами и является более эффективным. При посадке самолет значительно легче за счет потери массы топлива и возможна управляемая вертикальная посадка. Важным аспектом операций взлета и посадки Harrier на борту военно-морских авианосцев является приподнятая носовая палуба в форме трамплина, которая придает кораблю дополнительный вертикальный импульс при взлете. [28]
На обложке журнала Popular Science за март 1981 года были показаны три иллюстрации к очерку на первой странице «Наклоняемый двигатель V/STOL - скорость как самолет, приземление как вертолет». [29] Последующая статья была частью апрельского выпуска 2006 года, в котором упоминались «проблемы с расходом топлива и устойчивостью, которые преследовали более ранние самолеты/вертолеты». [30]
Выйдя из состава Британского королевского флота в 2006 году, [31] ВМС Индии продолжали эксплуатировать «Си Харриеры» до 2016 года, [32] в основном со своего авианосца INS Viraat . Последняя версия Harrier, BAE Harrier II , была снята с вооружения в декабре 2010 года после того, как она эксплуатировалась британскими Королевскими ВВС и Королевским флотом. Корпус морской пехоты США, а также военно-морские силы Италии и Испании продолжают использовать AV-8B Harrier II , американо-британский вариант. На замену Harrier II/AV-8B в ВВС США и Великобритании приходит вариант STOVL Lockheed Martin F-35 Lightning II , F-35B. [33]
SpaceX разработала несколько прототипов Falcon 9 для проверки различных маловысотных и низкоскоростных инженерных аспектов своей программы разработки многоразовой системы запуска . [34] Первый прототип Grasshopper совершил восемь успешных испытательных [35] полетов в 2012–2013 годах. Свой восьмой и последний испытательный полет он совершил 7 октября 2013 года, поднявшись на высоту 744 метра (2441 фут), а затем совершил восьмую успешную посадку VTVL. [36] [37] Это было последнее запланированное испытание установки Grasshopper; Следующими будут испытания на малой высоте экспериментальной машины Falcon 9 Reusable (F9R) в Техасе, за которыми последуют испытания на большой высоте в Нью-Мексико.
23 ноября 2015 года ракета-носитель New Shepard компании Blue Origin совершила первую успешную вертикальную посадку после беспилотного суборбитального испытательного полета, который достиг космоса. [38] 21 декабря 2015 года первая ступень SpaceX Falcon 9 совершила успешную посадку после вывода 11 коммерческих спутников на низкую околоземную орбиту с помощью Falcon 9 Flight 20 . [39] Эти демонстрации открыли путь к существенному сокращению затрат на космические полеты. [40]
Форма вертикального взлета и посадки вертолета позволяет ему взлетать и приземляться вертикально, зависать и летать вперед, назад и вбок. Эти характеристики позволяют использовать вертолеты в перегруженных или изолированных районах, где самолеты обычно не могут взлетать или приземляться. Способность эффективно зависать в течение продолжительных периодов времени обусловлена относительно длинными и, следовательно, эффективными лопастями несущего винта вертолета и позволяет вертолету выполнять задачи, которые самолеты с неподвижным крылом и другие виды самолетов с вертикальным взлетом и посадкой не могут выполнить, по крайней мере . также до 2011 года .
С другой стороны, длинные лопасти несущего винта ограничивают максимальную скорость примерно 250 миль в час (400 км/ч), по крайней мере, для обычных вертолетов, поскольку срыв лопастей вызывает боковую нестабильность.
Автожиры также известны как автожиры или автожиры. Ротор не имеет привода и свободно вращается в потоке воздуха по мере движения корабля вперед, поэтому для обеспечения тяги кораблю необходима традиционная силовая установка. Автожир по своей сути не способен к вертикальному взлету и посадке: для вертикального взлета и посадки ротор должен раскручиваться до скорости с помощью вспомогательного привода, а вертикальная посадка требует точного контроля импульса и шага ротора.
Гиродины также известны как составные вертолеты или составные автожиры. Гиродин имеет приводной винт вертолета с отдельной системой прямой тяги автожира. Помимо взлета и посадки, несущий винт может работать без двигателя и в режиме авторотации. Конструкции также могут включать короткие крылья для дополнительной подъемной силы.
Цикложир или циклокоптер имеет поворотное крыло, ось и поверхности которого остаются боковыми поперек воздушного потока, как и у обычного крыла.
Конвертоплан взлетает с подъемной силой несущего винта, как вертолет, а затем в прямом полете переходит на подъемную силу с неподвижным крылом. Примеры этого включают Bell Boeing V-22 Osprey.
Конвертоплан или пропротор наклоняет свои пропеллеры или несущие винты вертикально для вертикального взлета и посадки, а затем наклоняет их вперед для горизонтального полета на крыле, в то время как основное крыло остается зафиксированным на месте.
Похож на концепцию конвертоплана, но с канальными вентиляторами. Как это видно на Bell X-22 .
Наклоняемое крыло имеет пропеллеры или несущие винты, прикрепленные к обычному крылу, и наклоняет всю сборку для перехода между вертикальным и горизонтальным полетом.
Хвостовой пассажир садится вертикально на хвост при взлете и посадке, а затем наклоняет весь самолет вперед для горизонтального полета.
Вектор тяги — это метод, используемый в реактивных и ракетных двигателях, при котором направление выхлопа двигателя меняется. В вертикальном взлете и посадке выхлоп может варьироваться между вертикальной и горизонтальной тягой.
Аналогичен концепции конвертоплана, но с турбореактивными или турбовентиляторными двигателями вместо винтовых.
Подъемный реактивный двигатель - это вспомогательный реактивный двигатель, используемый для обеспечения подъемной силы при вертикальном взлете и посадке, но его можно отключить для обычного полета на крыле. Як -38 — единственный серийный самолет, оснащенный подъемными реактивными двигателями.
Подъемный вентилятор — это конфигурация самолета, в которой подъемные вентиляторы расположены в больших отверстиях в обычном неподвижном крыле или фюзеляже. Он используется для режима V/STOL.
Самолет взлетает с использованием вентиляторов для создания подъемной силы, а затем в прямом полете переходит на подъемную силу с неподвижным крылом. Было совершено несколько экспериментальных полетов, но в производство поступил только F-35 Lightning II .
Самолеты, в которых вертикальный взлет достигается за счет использования эффекта Коанды , способны перенаправлять воздух так же, как и вектор тяги , но вместо того, чтобы направлять воздушный поток через воздуховод, воздушный поток просто направляется вдоль существующей поверхности, которой обычно является корпус самолета, позволяющий меньше материал и вес.
Avro Canada VZ-9 Avrocar , или просто VZ-9, был канадским самолетом вертикального взлета и посадки, разработанным компанией Avro Aircraft Ltd. , который использует это явление, нагнетая воздух в центральную область, а затем направляя его вниз по верхней поверхности, что параболическая и напоминает наклоненную летающую тарелку . Из-за эффекта Коанды поток воздуха притягивается к ближайшей поверхности и продолжает двигаться вдоль этой поверхности, несмотря на изменение направления поверхности в сторону от воздушного потока. Конструкция корабля позволяет направлять поток воздуха вниз для обеспечения подъемной силы.
Jetoptera объявила о предлагаемой линейке самолетов, основанных на так называемой жидкостной силовой установке, использующей эффект Коанды. Компания заявляет, что ее конструкция коробчатого крыла имеет показатель эффективности Освальда 1,45. Другие претензии включают повышенную эффективность, снижение веса на 30%, снижение сложности, снижение (и атонального) шума на целых 25 дБА , более короткие крылья и масштабируемость. [41] [42] Jetoptera заявляет, что ее подход обеспечивает коэффициент увеличения тяги, превышающий 2,0 и 50% экономии топлива по сравнению с турбовентиляторным двигателем в статических условиях или в условиях зависания. Его отток можно использовать в архитектурах с выдувом верхней поверхности для повышения коэффициента подъемной силы до значений, превышающих 8,0.
SpaceX построила бетонную стартовую площадку площадью пол-акра в МакГрегоре, и на площадке уже стоит ракета Grasshopper, оснащенная четырьмя серебряными посадочными опорами, похожими на насекомых.
СМОТРЕТЬ: Кузнечик взлетает на самую большую на сегодняшний день высоту – 744 м (2441 фут) в небо Техаса.
