Евгений Ружицкий - Американские самолеты вертикального взлета

Серия «Современная авиация»

Первый экспериментальный вертолет-самолет Белл XV-3 с трехлопастными винтами

С целью получить летательный аппарат, совмещающий особенности вертолета и самолета, предпринимались многочисленные попытки создания прообразуемых винтокрылых летательных аппаратов с поворотными винтами, получивших за рубежом название конвертопланов, а у нас - вертолетов-самолетов. Эти аппараты были снабжены поворотными винтами большого диаметра с шарнирным креплением лопастей и малой нагрузкой на ометаемую площадь, как у вертолетов, что обеспечивало возможность вертикального взлета при относительно небольшой мощности силовой установки.

Вертолеты-самолеты имели такую же компоновку, как и обычные самолеты. Наиболее простая компоновка достигалась при расположении винтов на концах крыльев: при повороте винтов такой вертолет-самолет становился подобен вертолету двухвинтовой поперечной схемы. При вертикальном взлете поток от винтов затормаживался, обдувая крыло, что создавало потерю в тяге винтов. Максимальная скорость вертолетов-самолетов получалась небольшой вследствие малой энерговооруженности.

Второй экспериментальный вертолет-самолет Белл XV-3 с двухлопастными винтами

Винты приводились во вращение непосредственно от двигателей, установленных в гондолах, поворачивающихся вместе с винтами, или от двигателей, установленных в фюзеляже или в отдельных гондолах, так, чтобы при переходе поворачивались только винты. В горизонтальном полете вертолет-самолет управлялся, как самолет, - с помощью обычных самолетных органов управления, а при вертикальных режимах - как вертолет, с помощью управления циклическим и общим шагом винтов. Предполагалось, что вертолет-самолет сможет в случае аварии двигателя совершить посадку по-самолетному, с планированием с частичным наклоном винтов, или, как вертолет, на режиме авторотации.

фирмой «Белл» в течение многих лет проводилась большая научно-исследовательская и экспериментальная работа в области создания вертолетов-самолетов под руководством конструкторов Артура Янга и Бертрана Келли, а затем и Роберта Лихтена. На проведенном армией США в 1950 г. конкурсе на лучший проект самолета для фронтовой разведки и спасательной службы фирмой «Белл» был представлен проект вертолета-самолета с поворотными винтами. Из 17 рассмотренных проектов были выбраны три проекта винтокрылых аппаратов, в том числе и проект вертолета-самолета фирмы «Белл». По итогам конкурса армией и ВВС США в 1951 г. был заключен контракт с фирмой «Белл» на постройку двух экспериментальных вертолетов-самолетов и проведение их летных испытаний.

Постройка первого вертолета-самолета фирмы «Белл», получившего сначала обозначение ХН-33, а затем XV-3, затянулась и была закончена только в начале 1955 г.: 10 февраля 1955 г. состоялась первая его официальная демонстрация, а 11 августа 1955 г. - первый вертикальный взлет и полеты на режиме висения, а затем переходы к горизонтальному полету с наклоном винтов до 15° (летчик-испытатель Флойд Карлсон). В последующих испытаниях 25 октября 1956 г. в полете на высоте 60 м при наклоне винтов на 20° С ВВП потерял управляемость из-за механической неустойчивости и упал, при этом летчик-испытатель Дик Стенсбери получил тяжелые повреждения, а СВВП был разрушен.

Дальнейшие летные испытания были продолжены в 1958 г. на втором СВВП сначала с двухлопастными винтами, затем с трехлопастными. Первый полный переход от вертикального взлета к горизонтальному полету с последующей вертикальной посадкой был совершен 18 декабря 1958 г. летчиком-испытателем Биллом Квинленом. В последующих полетах была достигнута скорость 212 км/ч на высоте 1220 м. В 1962 г. С ВВП был передан для летных испытаний в НИЦ им. Лэнгли NASA, где успению летал на вертолетных режимах и совершал неполные переходы к самолетному режиму с наклоном винтов на 30 - 40 , летчик-испытатель Флойд Карлсон. Кроме того, вертолет-самолет испытывался на специальном стенде, на котором осуществлялся полный переход к самолетному режиму полета. Всего вертолет-самолет XV-3 совершил более 250 полетов и выполнил 110 полных переходов, налетав 450 ч. В полетах достигались скорость 290 км/ч и высота 3660 м. Испытания были продолжены в 1965 г. в аэродинамической трубе НИЦ им. Лэнгли, однако были прекращены из-за отрыва гондолы с винтом и повреждения вертолета-самолета.

Модель многоцелевого вертолета-самолета для армии США

Армия и ВВС США возлагали большие надежды на развитие вертолета-самолета XV-3, считая, что он является наиболее подходящим для разведки, спасательной службы и связи. Фирмой «Белл» был разработан ряд проектов военных и пассажирских вертолетов-самолетов. На них предполагалось устанавливать два ГТД в гондолах под крыльями, скорость Должна была составлять 400 км/ч.

Вертолет-самолет Белл XV-3 представляет собой моноплан с одним ПД, двумя поворотными винтами и полозковым шасси.

Фюзеляж имеет хорошие аэродинамические формы. В носовой части расположена кабина с большой площадью остекления, в которой размещаются летчик, второй летчик или наблюдатель и двое пассажиров, или раненый на носилках с санитаром.

Крыло прямое, средне-расположенное, имеет сравнительно небольшую площадь, так как рассчитано для создания подъемной силы только на крейсерской скорости. На концах крыльев размещаются небольшие гондолы с поворотными винтами. Обшивка носка крыла может сниматься для доступа к валам трансмиссии. На крыле имеются элероны и выдвижные закрылки.

Хвостовое оперение выполнено, как у обычных самолетов, с большим по площади вертикальным оперением, с рулем направления, на киле установлен стабилизатор размахом 4 м с рулями высоты.

Шасси полозковое, имеет очень простую конструкцию, колея шасси 2,8 м.

Схема вертолета-самолета Белл XV-3

Винты трехлопастные, диаметром 7,2 м, установлены в гондолах на концах крыла. Втулки винтов имеют пересекающиеся вертикальные и горизонтальные шарниры, расположенные на 0,44 м (0,12R) от оси вращения, и компенсаторы взмаха. Втулки винтов закрыты обтекателями. Цельнометаллические клееные лопасти имеют прямоугольную форму в плане и геометрическую крутку 20°.

Силовая установка. Винты приводятся во вращение от звездообразного поршневого двигателя воздушного охлаждения Пратт-Уитни R-985 мощностью 450 л.с, установленного в центральной части фюзеляжа. Из-за недостаточной мощности двигателя максимальная скорость была ограничена до 280 км/ч, достижение большей скорости было возможно только при установке более мощного двигателя; предполагалось установить двухвальный ГТД Лайкоминг Т-53 мощностью 825 л.с.

Управление. На вертолетных режимах вертолет-самолет управляется, подобно вертолету поперечной схемы, благодаря управлению циклическим и общим шагом несущих винтов, а на самолетных режимах - по amp;обно самолету. При переходе от вертолетного режима к самолетному винты наклоняются на 90° с помощью червячной передачи от электромоторов. Процесс перехода занимает 15 - 20 с. Вертолет-самолет может продолжать полет при любом промежуточном положении винтов во время перехода.

Размеры:

размах крыла 9,5 м

длина фюзеляжа 9,4 м

высота 4,2 м

площадь крыла 10,8 м2

диаметр поворотных винтов 7,62 м

отметаемая площадь 2x45,6 м2

коэффициент заполнения 0,04

Двигатели 1 ПД Пратт-Уитни R-985

взлетная мощность 450 л.с.

Массы и нагрузки:

взлетная масса 2180 кг

масса пустого СВВП 1630 кг

емкость баков 380 л

нагрузка на ометаемую площадь 24,8 кгс/м2

нагрузка на мощность 4,85 кгс/л.с.

Летные данные:

максимальная скорость 280 км/ч

Экспериментальный СВВП с поворотными винтами Белл XV-15 на режиме висения

С началом военных действий во Вьетнаме, в которых была продемонстрирована высокая эффективность вертолетов, ограничивавшаяся недостаточной их скоростью, армия США стала проявлять повышенный интерес к преобразуемым скоростным винтокрылым аппаратам с поворотными винтами. В 1965 г. были разработаны требования армии к транспортному СВВП с поворотными винтами с взлетной массой 13 т, однако в 1968 г. из-за недостатка средств для создания такого СВВП было решено сперва разработать демонстрационный СВВП с меньшей в три раза взлетной массой 4,5 т.