Далеко не все опытные самолёты доходят до крупносерийного производства. Иногда не удаётся наладить массовый выпуск даже выдающихся по качествам машин. Так произошло с многоцелевым палубным истребителем Як-141. Он мог стать первым серийным сверхзвуковым истребителем с вертикальными взлётом и посадкой. Самолет уже продемонстрировал высокие, на тот момент недосягаемые для аналогов, лётные характеристики.
Но в итоге авиация российского флота от него отвернулась, а ни один из зарубежных заказчиков им не заинтересовался. И туманные перспективы Як-141 понемногу превратились в несуществующие.
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.
Описание самолёта Як 141
В основе компоновки Як 141 лежит нормальная аэродинамическая схема моноплана с высоким расположением крыла. Конструкция машины состоит из сплавов алюминия и лития – это лёгкие и прочные материалы, неподвергающиеся коррозии. В частях конструкции, где предусматривалась установка двигателей применены жаропрочные сплавы и закалённая сталь. Примерно 30% планера и оперения сделаны из композитных материалов.
Форма крыла представляет трапецию со стреловидностью 300, в местах сопряжения с фюзеляжем выполнены наплывы. Для базирования на кораблях крыло сделано складывающимся. Закрылки разместили в корневой части, а в складываемой – элероны, связанные с механизмом управления струйными рулями. Фюзеляж прямоугольной формы сделан в виде полумонокока с четырьмя щитками, служащими для безопасного выполнения висения и посадки.
В случае выхода из строя поворотного сопла, предусмотрен тормозной парашют, размещённый в специальном отсеке над основным двигателем. Два киля с рулями направления и поворотным стабилизатором, установленные на балках хвостовых консолей представляют оперение самолёта.
Один двигатель Р79В-300, используемый для разгона и подъёма и два РД-41, служащие только для подъёма являются основой силовой установки самолёта.
Як 141 вид снизу
Воздушный приток маршевому двигателю обеспечивали регулируемые прямоугольные воздухозаборники, размещённые по обе стороны фюзеляжа. На режиме висения, когда обычные рули малоэффективны, угол тангажа изменяется за счёт разницы тяги основной силовой установки и тяг двух подъёмных двигателей. Курс машины определяется струйными рулями в концевых консолях задней части фюзеляжа, а крен изменяется за счёт струйных рулей, размещённых в крыльевых законцовках.
За отсеком лётчика располагаются два подъёмных двигателя, закрывающиеся тремя створками – одной сверху и двумя в нижней части фюзеляжа, которые автоматически открываются при запуске силовой установки.
Фонарь кабины пилота состоит из двух секций, лобовое стекло плоское, сделанное из брони, сбрасываемая при катапультировании часть открывается вверх и вправо. Приборная доска пилотов оснащена аналоговыми указателями, позднее часть их была заменена на индикатор прямой видимости и коллиматорный индикатор на лобовике.
Обычная схема шасси состоит из трёх опор рычажного типа способных выдержать нагрузку при падении с пятиметровой высоты.
Бортовая РЛС «Жук» с щелевой решёткой антенны способна обнаруживать воздушного противника, применяющего электронное противодействие на удалении до 80 км, вести сопровождение одновременно 10 целей и поражать разом четыре из них. Помогают точно отслеживать цели инфракрасный датчик системы слежения и поиска и лазерный измеритель дистанции.
В предкилевом пространстве машины размещено оборудование выброса дипольных отражателей и тепловых ловушек. В законцовках килей и консолей крыла расположена аппаратура радиоэлектронного противодействия.
Як 141
Схема компоновки
В зависимости от положения фюзеляжа
- Вертикальное.
С винтами.
- Реактивные.
Используя тягу напрямую от маршевого двигателя реактивного типа.
- Колеоптер (кольцевые крылья).
- С винтами.
Крыло поворотного типа и винты.
- Двигателя поворотного типа.
Ссылки
- д/ф
Винтокрылые Автожир • Вертолёт • Ранец-вертолёт • Винтокрыл • Конвертоплан • Мультикоптер • Синхроптер Аэростатические Аэростат (шарльер · монгольфьер · розьер · стратостат) • Дирижабль Аэродинамические Самолёт • Гидросамолёт • Летающая подводная лодка • Гондолоплан • Экраноплан (Экранолёт) Ракетодинамические Ракетоплан • Реактивный ранец (Martin Jetpack · Грифон) • Крылатая ракета Другие Орнитоптер • Мускулолёт • Циклокоптер
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.
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ВАРИАНТЫ
Рост размеренности абсолютной и относительной позволит сдвинуть вперед подъемно-маршевые двигатели на 10–15% ближе к центру масс. Некое уширение фюзеляжа позволит изменить линейно-последовательную компоновку на диагональную или поперечную, что сдвигает вектор подъемной тяги подъемных двигателей ближе к центру масс для сохранения баланса.
Еще большую возможность подвижки вертикальной тяги ПМД придаст усовершенствование газогенератора двигателя за счет повышения напора вентилятора и ступеней компрессора, применения завершающего центробежного каскада сжатия высокого давления. Это «потянет» синхронные сдвижения ПД к центру масс для баланса.
Вариации компоновки подъемных двигателей могут быть следующими.
В первую очередь речь идет об отказе от верхнего забора атмосферного, по сути, воздуха и замещение его наддувом подъемных двигателей отбором от переразмеренного вентилятора ПМД и подачей по эластичному воздуховоду непосредственно в ПД. При этом сложенный нормально воздуховод-рукав расправляется и поднимает рычажно-шарнирно скрепленную верхнюю панель фюзеляжа (дабы не тратить драгоценный объем самолета). Рукав из устойчивого к давлению, температуре и циклическим складываниям материала часто армирован встречно-диагональной кевларо-лавсановой намоткой (корд). Рукав – расходного типа, заменяемый по истечении циклической и временной гарантии.
Отбор от вентилятора ПМД осуществляется круговой улиткой, через окна перепуска закрываемой лентой с поворотным устройством, например гидроцилиндром, за поводок. Улитка содержит воронку – питатель ПД, на которую крепится воздуховод с металлопластиковым наконечником – секторноповоротным замком (как у пожарного шланга) дублирован эксцентрико-притяжными замками (как у старых чемоданов). Все замки снабжаются проволочной контровкой, снабженной информационной биркой и пломбой именного пломбира контролера ОТК. Воздуховод в месте соединения с ПД содержит аналогичный набор замков, но значительно, визуально-отличный, больший диаметр крепления к несимметричной и кривоколенной воронке воздухозаборника ПД.
Разумеется, возросший от наддува расход воздуха через двигатель пропорционально увеличивает тягу в потенциале до 20–30% при добавочном же расходе топлива. Подъемный двигатель – высокоэффективная машина с недостижимым для маршевого параметром удельной тяги (показатель отношения веса двигателя к развиваемой тяге). Для ПД конца 1960-х годов он составлял от 1:16 до 1:18, для конца 1980-х – достигал 1:30, а для 1990-х – 2000-х годов он прогнозировался на уровне 1:40 и более. Для сравнения, маршевые двигатели истребителей 4-го поколения едва достигали 1:8+ на форсаже и это был технологический прорыв, иначе называемый скачок качества, достигнутый опережающими исследованиями по программе ATEGG (газогенератор перспективного ГТД) и LWGG (газогенератор малого веса).
Итак, подъемный РД-41 – тяга 4,2 тонны, с наддувом – уже 5,5–6 тонн. Однако не все так просто. Положим, исходное повышение давления в компрессоре составляет 5 единиц. При наддуве в 1,5–2 единицы будет обеспечено 7,5–10 степеней сжатия. Парировать возросшую нагрузку можно впрыском водно-спиртовой смеси летней и зимней консистенции соответственно. Если этой меры будет недостаточно, надо будет уменьшить давление наддува, либо пойти по аналогии гоночно-спортивных поршневых моторов с турбонаддувом, снижением степени сжатия в моторе.
Камера сгорания – это тоже критичная зона. Однако проектный расчет должен учитывать помпажные забросы, поэтому надеемся на запас устойчивости. А вот турбинный комплекс – это по-настоящему проблемная зона. Возросший напор даже при константе температуры и некотором понижении температуры на 50–70 градусов Цельсия может превысить расходные и другие возможности турбины чрезмерной раскруткой, либо отрыва.
Русская смекалка предполагает четыре варианта преодоления проблемы.
Вариант первый, варварский: линейно-лобовой метод предполагает помпажный перепуск (сброс) части сжатого воздуха из средней и конечной части компрессора в поток, транспортируемый овальным воздуховодом за турбинную область. При недостаточности этой меры можно разгрузить турбину-ротор прореживанием направляющих лопаток-статор. Если и этой меры недостаточно – сократить компрессор на 1–2 ступени высокого давления или впрыскивать часть захоложенного топлива многоточечно в область компрессора высокого давления и возможно среднего для поглощения температуры сжатого воздуха – снятие части термодинамической нагрузки компрессора.
Вариант второй – управление термогазодинамикой впрыском водноспиртового раствора в воздухозаборник и систему охлаждения турбины.
Третий вариант – гадательно-предположительный из-за отсутствия чертежей двигателя РД-41 и его параметров – относится к экстренно-авральному при грубой вертикальной посадке с превышением скорости снижения. Может быть, затурбинная часть совокупно с шаровой насадкой управления вектором тяги РД-41 позволит дополнительное сжигание керосина в присутствии впрыска окислителя получить дополнительную тягу для торможения. В двигателе Р-79 это решается проще, а балансировку можно осуществить кратковременным включением ЖРД в носовой части по ракетному циклу. Реализация идеи наддува ПД позволит управлять суммарной подъемной силой в полете. Например, для выхода из-под удара, уклонения, ускоренного разворота, то есть выживаемости в боевых условиях. Так и для ближнего боя, в том числе с наземным противником с использованием контрастного рельефа местности по-вертолетному.
Наконец, последний, четвертый вариант. Он определяет целесообразность создания специального наддувного двигателя. Наддув ПД влечет сокращение габаритов и веса. Так, длина (высота) сокращается на 40-50%, а вес – на 30–40%, что придает возможность дополнения ПД форсажной камерой. Отсюда ожидаемый рост удельной тяги 1:40-1:45 уже на первом этапе, в последующем 1:50-1:60 и более. Похоже «игра стоит свеч».
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.
«Вертикалка» на сверхзвуке
Работы над самолетом Як-141 начались в 1973 году, когда Як-38 еще не совершил первую посадку на палубу. Выход на испытания был запланирован на 1982 год, однако разработка затянулась, во многом из-за трудностей в разработке поворотного сопла.
Изначально предполагалось использовать плоское двухкоординатное сопло, однако из-за отсутствия опыта было решено перейти к традиционному, осесимметричному. Такое сопло разделено на три сегмента, которые, вращаясь в разных направлениях, обеспечивают отклонение тяги.
Это позволяет использовать форсаж как на горизонтальном, так и на вертикальном режиме. Работа была успешно завершена, но задержка в проектировании самолета сыграла с ним злую шутку.
Сначала испытания самолета было решено перенести на 1985 год, а потом начавшаяся перестройка еще больше затормозила работу над проектом. В результате Як-141 поднялся в воздух лишь в 1987 году, а в 1992 году завод имения А. С. Яковлева, пытаясь спасти лишенный господдержки проект, представил самолет на авиасалоне в Фарнборо. Надежда была на иностранные заказы, но удалось лишь договориться о сотрудничестве с компанией Lockheed.
