Самолёт вертикального взлёта и посадки

«Огурец»

Несмотря на весьма посредственные летные данные и обидное прозвище «самолет обороны топмачты», полученное из-за весьма скромного радиуса действия, Як-38 позволил инженерам и военным накопить поистине бесценные наработки по эксплуатации и применению СВВП. Модификацию Як-38М уже вооружили управляемыми ракетами и научили взлетать с коротким разбегом (экономя при этом топливо), а для подготовки морских летчиков была разработана специальная программа, позволявшая эффективно обучать их полетам на непростой в управлении машине. Свое боевое крещение «огурец», как называли его летчики, проходил в Афганистане, в составе специально созданной для этого авиагруппы.

Во время конструирования Як-38 была разработана уникальная по надежности система автоматического принудительного катапультирования СК-3М. Дело в том, что во многих случаях при отказе ряда систем во время взлета летчику просто не хватит скорости реакции, чтобы успеть среагировать на возникшую опасность. Скажем, в случае отказа струйных рулей при режиме висения самолет переворачивается «на спину» за 1,5 с. СК-3М анализирует множество параметров, позволяя обнаружить опасность раньше человека, и выдает сигнал на автоматическое катапультирование пилота креслу К-36ВМ. В результате, хотя уровень аварийности Як-38 для СССР был просто рекордным, за все время эксплуатации этих самолетов при включенной СК-3М не погиб ни один летчик. На авианесущем крейсере «Минск» произошел случай, когда экипаж был катапультирован из-под воды: на Як-38У (учебная модификация) отказали двигатели, и упавший рядом с кораблем самолет начал быстро тонуть. Вовремя сработавшая катапульта выбросила обоих летчиков из кабины уже ушедшего под воду самолета — пилоты приземлились на парашютах прямо на палубу крейсера. После распада СССР все Як-38 были списаны, поскольку в этих машинах страна больше не нуждалась. Последний полет этого самолета состоялся во время подготовки к показательной программе на авиасалоне МАКС-95 и закончился аварией. Оба пилота остались живы.

Созданный в конце 1980-х годов Як-41 стал непосредственным развитием концепции Як-38, но с возможностью сверхзвукового полета. Руководил проектом сын Александра Яковлева — Сергей Яковлев. Первоначально на самолет планировалось установить единый подъемно-маршевый двигатель, но в связи со смертью Дмитрия Устинова, покровительствовавшего всей программе, работы по новой силовой установке затянулись, а вскоре и вовсе заглохли, и конструкторам ничего не оставалось, как принять решение об использовании схемы с комбинацией двигателей. Несмотря на уже ставшую явной на опыте Як-38 порочность такого решения, постройка самолета была необходима для отработки всех систем и агрегатов с последующей переделкой машины под новый, мощный и экономичный турбовентиляторный двигатель. Полеты модернизированного варианта Як-41М начались 9 марта 1987 года, и с прохождением каждого этапа испытаний становилось все более очевидно, что самолет получился достаточно удачным. О его уникальности говорит и то, что летчик Андрей Синицын установил на нем 12 мировых рекордов скороподъемности и высоты полета для СВВП. С развалом Советского Союза ход работ по машине, получившей новое название — Як-141, — замедлился, а произошедшая в 1991 году авария послужила лишь поводом для сворачивания проекта.

Вертикальный взлёт и посадка

Параллельно в Англии разрабатывался подобный самолет. В 1954 году был построен самолет вертикального взлета «Харриер». Он был оснащен двумя двигателями с тягой по 1840 кг. Вес самолета составлял 3400 кг.  Самолет оказался крайне ненадежным и потерпел аварию. Смотреть вертикальный взлёт и посадка.

Следующей ступенькой в развитии таких аппаратов стал американский самолёт,  построенный в 1964 году. Постройка совпала с разработкой лунной программы.

Не смотря на то, что прорывы в области авиастроения радуют нас далеко не каждый день, новых разработок в области гражданской авиации весьма много. Типичным тому примером является разработка современного пассажирского авиалайнера  с вертикальным взлётом.

Основные особенности самолётов с вертикальным взлётом заключаются в первую очередь в том, что для взлёта и посадки самолёта не требуется большое пространство – оно лишь немногим должно превышать габариты самолёта, а отсюда имеется весьма интересный вывод о том, что с развитием авиалайнеров с системой вертикального взлёта, станут возможными авиаперелёты между различными региона, даже теми, где отсутствуют какие-либо аэродромы. Кроме того, вовсе не обязательно делать такие авиалайнеры вместительными, ведь тех посадочных мест в количестве 40-50 штук вполне достаточно, что и сделает авиаперелёты максимально рентабельными и комфортными.

Вертикальный взлёт видео — смотрите выше

Тем не менее, самолёт с вертикальным взлётом вероятней всего мало прославится своей скоростью, так как даже в военных самолётах она не превышает 1100 километров в час, а учитывая, что пассажирский самолёт с вертикальным взлётом будет перевозить относительно большое число людей, то вероятней всего его крейсерская скорость составит порядка 700 километров в час. Однако, с другой стороны, существенно вырастет надёжность авиаперелётов, так как в случае возникновения какой-либо непредвиденной ситуации самолёт с вертикальным взлётом сможет легко сесть на небольшом ровном участке.

На сегодняшний день существует целый ряд концептов будущих пассажирских авиалайнеров с системой вертикального взлёта. До недавнего времени они казались невероятными, однако современные разработки в области авиастроения говорят об обратном, и вполне возможно, в ближайшие десять лет, первые современные самолёты с вертикальным взлётом начнут перевозить своих пассажиров.

Преимущества и недостатки СВВП

История развития самолётов ВВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации. Преимущества СВВП для военного применения очевидны. Самолёт ВВП может базироваться на площадках, размеры которых ненамного превышают его габариты. Кроме способности вертикального взлёта и посадки, самолёты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам- например вертолётам — СВВП обладают несравненно большими, вплоть до сверхзвуковых (Як-141) — скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом. Всё это привело к увлечению идеей вертикально взлетающего самолёта, своего рода «буму СВВП» в инженерно-конструкторской и в целом авиационной областях в 1960—1970-е годы.

Посадка СВВП AV-8B Harrier II. Видны газовые струи вертикальной тяги

Прогнозировалось широкое распространение этого типа машин, предлагалось множество проектов военных и гражданских, боевых, транспортных и пассажирских СВВП различных конструкций (типичный для 70-х годов пример проекта пассажирского лайнера СВВП — Hawker Siddeley HS-141).

Однако, недостатки СВВП также оказались значительными. Пилотирование этого типа машин весьма сложно для лётчика и требует от него высочайшей квалификации в технике пилотирования. Особенно это сказывается в полёте на режимах висения и переходных — в моменты перехода из висения в горизонтальный полёт и обратно. Фактически, пилот реактивного СВВП должен перенести подъёмную силу, и, соответственно, вес машины — с крыла на вертикальные газовые струи тяги или наоборот.

Такая особенность техники пилотирования ставит сложные задачи перед пилотом СВВП. Кроме того, в режиме висения и переходных режимах СВВП в целом неустойчивы, подвержены боковому скольжению, большую опасность в эти моменты представляет возможный отказ подъёмных двигателей. Такой отказ нередко служил причиной аварий серийных и экспериментальных СВВП. Также к недостаткам можно отнести значительно меньшую в сравнении с самолётами обычной схемы грузоподъёмность и дальность полёта СВВП, большой расход топлива на вертикальных режимах полёта, общую сложность и дороговизну конструкции СВВП, разрушение покрытий взлётно-посадочных площадок горячим газовым выхлопом двигателей.

Указанные факторы, а также резкое повышение на мировом рынке цен на нефть (и, соответственно, авиационное топливо) в 70-годах 20-го века привели к практическому прекращению разработок в области пассажирских и транспортных реактивных СВВП.

Из множества предложенных проектов реактивных транспортных СВВП практически был завершён и испытан лишь один[источник не указан 2493 дня] самолёт Dornier Do 31, однако и эта машина серийно не строилась. Исходя из всего вышеизложенного, перспективы широких разработок и массового применения реактивных СВВП очень сомнительны. В то же время, существует современная конструкторская тенденция к отходу от традиционной реактивной схемы в пользу СВВП с винтомоторной группой (чаще — конвертопланов): в частности, к таким машинам относится производящийся серийно в настоящее время Bell V-22 Osprey и разрабатываемый на его основе Bell/Agusta BA609 .

Для новых авианосцев

Мировой опыт эксплуатации самолётов вертикального взлёта позволяет сделать вывод о том, что они являются необходимым звеном в палубной авиации. Однако основная роль сохранилась за самолётами с укороченным или обычным взлётом ввиду меньшей прихотливости и превосходства в боевом радиусе. На сегодняшний день конструкторы не нашли эффективной замены аэрофинишёру и катапульте.

Также по теме

Прикованы к земле: почему США испытывают трудности с палубной авиацией

Около двух третей американских палубных самолётов McDonnell Douglas F/A-18 Hornet не могут подняться в воздух. Такие данные приводит…

Например, ВМС США уже несколько лет пытаются определить боевое предназначение истребителя пятого поколения корабельного базирования F-35B. Примечательно, что этот самолёт корпорации Lockheed Martin был создан на основе купленных у ОКБ Яковлева «ограниченных проектных данных» и внешне напоминает скорее Як-38, чем Як-141.

Учитывая планы Минобороны РФ по увеличению авианосного флота, России понадобятся как самолёты с укороченным и обычным взлётом, так и СВВП. Текущие заявления представителей военного ведомства свидетельствуют, что новые авианосцы могут стать базой для самолёта ОКБ Яковлева и корабельной версии истребителя поколения 4++ МиГ-35.

Однако практически ничего не известно о ситуации с разработкой палубного варианта истребителя пятого поколения Т-50. На представленном в 2015 году макете авианосца проекта 23000 «Шторм» отчётливо видны уменьшенные копии Т-50, Су-33 и МиГ-29К.

Российские и советские самолеты с вертикальным взлетом

Была программа СВВП и в Советском Союзе. В основном ей занималось конструкторское бюро Яковлева. Разработки велись с 1960 года, а первой моделью стал Як-36. Выглядел он не очень симпатично, зато в целом справлялся со своими задачами. Задачи эти были исследовательскими, и для них было создано всего 4 самолета. Они даже не могли поднять мало-мальски серьезный вес вооружения — при демонстрационном полете над Домодедово в 1967 году использовались муляжи.

Носовая штанга Як-36 была отнюдь не праздным украшением. В ней было сопло стабилизационного двигателя.

Действительно важным для страны самолетом стал Як-38, который на этапе разработки назывался Як-36М. Он был лишен большинства проблем предыдущего ”тестового” поколения и на 27 лет (1977-2004 гг.) стал основной советского и российского флота СВВП. На смену ему должен был прийти Як-141, но в 2004 году программу свернули.

Красавец Як-141, который так и не пошел в серию

Больше серьезных наработок и массовых моделей СВВП в нашей стране не было. Виной тому малая перспективность таких аппаратов и финансовые трудности, с которыми столкнулись конструкторские бюро в девяностые годы прошлого века.

Як-38 выглядел куда лучше своего предшественника. Функциональность его тоже была выше.

По компоновочной схеме

По положению фюзеляжа при взлёте и посадке.

• Вертикальное положение (так называемый tailsitter):
  • с винтами (пример: Convair XFY Pogo, Lockheed XFV);
  • реактивные;
    • с прямым использованием тяги от маршевого реактивного двигателя (пример — X-13 Vertijet);
    • с кольцевым крылом (колеоптер);
• Горизонтальное положение:
  • с винтами;
    • с поворотным крылом и винтами (ХС-142);
    • с поворотными винтами/вентиляторами на конце крыла (V-22 Osprey, Bell X-22);
    • с отклонением струи от винтов;
  • реактивные;
    • с поворотными двигателями (Bell D-188);
    • с отклонением струи газов маршевого реактивного двигателя (Hawker Siddeley Harrier);
    • с подъёмными двигателями (Dassault Mirage IIIV);

Недостатки и преимущества СВВП

Все без исключения аппараты данного типа были созданы для военных потребностей. Конечно же, преимущества таких машин для военных очевидны, поскольку самолет можно эксплуатировать на небольших площадках. Самолеты имеют возможность зависать в воздухе и при этом осуществлять развороты и полет боком. Сравнивая с вертолетами ясно, что наибольшим преимуществом самолетов является скорость, которая может доходить до сверхзвуковых показателей.

Все же самолеты СВВП имеют и значительные недостатки. Прежде всего, это сложность управления, для этого необходимы пилоты высокого класса. Особое мастерство от пилота требуется на переходе режимов.

Именно сложность управления ставит перед пилотом множество задач. При переходе с режима висения в горизонтальный полет, возможно, скольжение в бок, что создает дополнительные проблемы при удержании аппарата. Этот режим требует большой мощности, что может привести к отказу двигателей. К недостаткам необходимо отнести и небольшую грузоподъемность СВВП, при этом он использует огромное количество горючего. При эксплуатации необходимы специально подготовленные площадки, которые не разрушаются под воздействием газового выхлопа от двигателей. 

https://youtube.com/watch?v=wJxnbjoMBhI

САМОЛЕТЫ КОРОТКОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ

Как следует из их названия, летательные аппараты семейства СВ/КВП имеют укороченную дистанцию пробега по земле при взлете и посадке, но не в состоянии осуществить вертикальный взлет. Самолеты короткого взлета и посадки не относятся к преобразуемым. Сокращение дистанции пробега по земле при взлете и посадке у них обеспечивается различными аэродинамическими устройствами и силовыми установками, позволяющими увеличить несущие свойства крыла и тяговооруженность при малых скоростях. Элементами механизации крыла, служащими для увеличения подъемной силы, являются выдвижные предкрылки, которые обеспечивают обдув верхней поверхности крыла, позволяющий улучшить обтекание. Кроме того, используют скользящие предкрылки и закрылки большой площади, создающие дополнительную подъемную силу вследствие увеличения суммарной площади несущей поверхности самолета. На некоторых современных СКВП установлены сверхкритические крылья; такие специально спрофилированные крылья позволяют получить большую подъемную силу при малых скоростях и не теряют своей эффективности в крейсерском полете. На самолетах укороченного взлета и посадки для увеличения подъемной силы может использоваться реактивная сила, создаваемая при отклонении струи вниз с помощью закрылков. Один из вариантов такой системы увеличения подъемной силы нашел применение на военных самолетах «Харриер» с короткими взлетом и посадкой.

Длина взлетно-посадочной полосы, необходимой для СКВП, зависит от веса аппарата. Некоторые легкие аппараты такого типа могут при взлете преодолевать препятствие высотой 15 м, отстоящее на расстоянии 150 м от места старта. Наиболее тяжелые (весом более 100 т) из успешно прошедших испытания СКВП взлетали с полосы длиной 610 м (втрое короче, чем для обычных самолетов того же веса).

Военные и транспортные самолеты короткого взлета и посадки уступают в универсальности СВВП. Тем не менее они успешно справляются со многими задачами без чрезмерного усложнения конструкции и ухудшения весовых характеристик, которые неизбежны для преобразуемых летательных аппаратов. Совершенствование СКВП направлено главным образом на создание транспортных самолетов.

У самолетов короткого взлета и посадки не возникает таких технических проблем, как у преобразуемых летательных аппаратов. Шестиместному легкому транспортному самолету «Гелио супер курьер» (США) необходима взлетно-посадочная полоса длиной 180 м. «Курьер» используется как самолет индивидуального пользования или деловой (административный), а также в качестве военного самолета вспомогательной авиации. СКВП «Дорнье скайсервант» (Германия) применяется как военный и гражданский транспортный самолет. Он может перевезти от 12 до 14 пассажиров. Оборудованный двумя поршневыми двигателями, СКВП «Скайсервант» может взлететь с полосы длиной 280 м. Израильский СКВП «Арава» с двумя реактивными двигателями используется как гражданский (он вмещает 20 пассажиров) и военный транспортный самолет; для взлета ему необходима взлетно-посадочная полоса длиной 470 м. Эксплуатируется и СКВП DHC-7 канадской фирмы «Де Хэвилленд» – 50-местный пассажирский самолет с 4 турбовинтовыми двигателями; ему нужна ВПП длиной 700 м.

Советский опыт

В Советском Союзе тематикой вертикального взлета занимались многие ОКБ. В основном эксперименты сводились к установке подъемных двигателей на серийные машины. Но спроектировать серийный СВВП смогло только ОКБ Яковлева. По ходу работы по «вертикалкам» было рассмотрено немало проектов. Одно необычное предложение заключалось в использовании турбовентиляторного двигателя (по принципу работы идентичного «Пегасу»), подъемные вентиляторы которого должны были монтироваться в крыле, а их вращение осуществлялось газовой струей, а не механическим приводом. Однако Яковлев понимал, что создание нового двигателя с большой удельной тягой связано с огромными сложностями, и предложил создать опытный самолет с комбинированной силовой установкой — сочетанием подъемно-маршевого и дополнительного подъемного двигателя. Начались эксперименты с установкой подъемных двигателей на серийный перехватчик Як-28, и уже в 1963 году первый советский СВВП Як-36, управляемый Юрием Гарнаевым, поднялся в воздух.

Компоновка истребителя JSF F-35 VTOL

Необычная машина доставила немало хлопот и конструкторам, и летчикам: новый Як научили летать ценой огромных усилий. Конструкторам во главе со Станиславом Мордовиным пришлось преодолеть много доселе неведомых проблем, связанных с обтеканием реактивной струей корпуса самолета и находящейся рядом поверхности земли. Пришлось даже придумывать защиту для покрытия бетонной взлетной полосы, которая не выдерживала воздействия горячих газов. Отдельной проблемой стала особенность аэродинамики вертикального взлета — возникновение разреженного пространства под крыльями, которое буквально не позволяло машине оторваться от земли. Немало хлопот доставила и отработка системы струйных рулей, по принципу работы идентичная той, что стояла на «Харриере». Тем не менее проблемы были решены, и вскоре Як-36, управляемый Валентином Мухиным, продемонстрировал свои возможности на авиационном празднике в Домодедово. Однако самолет обладал слишком скромным радиусом действия и небольшой полезной нагрузкой, поэтому о серийном производстве боевой машины речь не шла.

Режимы полета F-35 1. Режим вертикальной посадки, когда подъемная сила создается двигателем. 2. Режим короткого взлета, при котором часть подъемной силы создается крылом, а часть — двигателем. 3. Режим крейсерского полета. Подъемный вентилятор выключен. 4. Полет на малой скорости: работает система реактивного управления.

12 мировых рекордов

В России монополией на производство самолёта вертикального взлёта и посадки (СВВП) обладает ОАО «Опытно-конструкторское бюро им. А.С. Яковлева». В 1966 году первый публичный полёт совершил палубный штурмовик Як-36. Модель стала прототипом для более совершенных образцов подобного типа. 

• Як-38
• РИА Новости

В 1985 году стартовали испытания опытного экземпляра Як-41М, который должен был стать сверхзвуковым, манёвренным и многофункциональным. ОКБ Яковлева отказалось от модернизации Як-38 и в итоге создало принципиальной новую машину, более известную как Як-141.

В сентябре — октябре 1991 года Як-141 проходил лётные испытания на Северном флоте. ОКБ Яковлева представило уникальную машину, которая по характеристикам превосходила зарубежные аналоги. В сентябре 1992 года Як-141 был успешно продемонстрирован на выставке в британском Фарнборо.

• Як-141 на авиасалоне Фарнборо-1992

Несмотря на очевидную перспективность, проект ОКБ Яковлева был заморожен из-за нерешённых имущественных вопросов с Украиной и курсом на сокращение ВМФ. В результате у России остался только один авианесущих крейсер — «Адмирал Кузнецов», который до сих пор является местом базирования Су-33 и Миг-29К/КУБ.

Практической необходимости в развитии Як-141 в 1990-е годы не было, но спустя 25 лет она вновь появилась. В конце июня 2017 года Минобороны анонсировало амбициозные планы по строительству к 2025 году двух универсальных десантных кораблей (УДК) типа «Прибой» и одного авианосца проекта 23000 «Шторм» к 2030 году.

Краткая история создания самолетов с вертикальным взлетом и посадкой

За счет развития технической стороны турбореактивных двигателей в 50-х годах прошлого века, стало возможным создание самолета с вертикальным взлетом. Большим толчком в развитии СВВП стало активное развитие реактивных летательных аппаратов в передовых странах мира. Нужно отметить, что эти аппараты имели большую скорость при посадке и взлете, соответственно нужно было создавать ВПП с большой длинной, соответственно они должны иметь твердое покрытие. Это требует дополнительных денежных вливаний. При военных действиях было очень мало аэродромов, которые могли бы принять такие самолеты, соответственно создание самолета с вертикальным взлетом и посадкой, могло бы решить массу проблем.

В эти годы было изготовлено огромное количество вариантов и прототипов, которые строили в одном или двух экземплярах. В большинстве случаев они терпели крушения еще при испытаниях, после чего проекты закрывали.

Комиссия НАТО в 1961 году выдвинула требования к истребителю с вертикальной посадкой и взлетом, это дало дополнительный импульс в развитии данного направления авиастроения. После этого планировали создать конкурс на отбор наиболее перспективных конструкций. Но конкурс так и не состоялся, поскольку стало ясно, что каждая передовая страна имеет собственные варианты такого самолета.

Под воздействием технических и политических проблем комиссия НАТО изменила концепцию и выдвинула новые требования к аппарату. После этого начались проектировки многоцелевых машин. В конечном итоге было отобрано только два варианта. Первый это самолет французских конструкторов «Мираж» III V», было создано 3 машины и конструкторов ФРГ VJ-101C, изготовили 2 экземпляра. После тестов 4 аппарата было утеряно. В силу этого было принято решение разработать принципиально новую машину XFV-12A.

Разработки СВВП на территории СССР и в России

Первым аппаратом данного класса в СССР стал Як-36, который ОКБ Яковлева начали разрабатывать еще с 1960 года. Для этого был изготовлен тренировочный стенд. Первый полет был произведен в марте 1966 года, в этом испытании был проведен вертикальный отрыв с переходом в горизонтальный полет, после чего машина приземлилась так же вертикально. После этого был создан Як-38 и более известный Як-141. В 90-е годы был начат еще один проект с обозначением Як-201.

Грозный и прихотливый

Самолёт вертикального взлёта и посадки — это революционная разработка авиаконструкторов. Машина занимает немного места на палубе, а её ударная мощь и боевая эффективность не идут ни в какое сравнение с возможностями вертолёта.

Однако, как и любая другая военная техника, СВВП, помимо преимуществ, имеет свои недостатки. 

Повышенный расход топлива уменьшает радиус боевого действия и грузоподъёмность СВВП. Кроме того, самолёт подобного типа сложен в управлении и дорог в эксплуатации. От пилотов и технической команды машин с вертикальным взлётом требуется высочайший уровень квалификации.

• Harrier GR3

В 1982 году в фоклендском конфликте Harrier прекрасно проявили себя, сражаясь с аргентинскими истребителями, которые были вынуждены взлетать с континентальных баз. При этом британские самолёты могли подниматься в воздух буквально с любого клочка суши и оправдали своё применение на авианосных кораблях.