Экспериментальный конвертоплан Curtiss-Wright X-100 (США)

В начале пятидесятых годов корпорация Curtiss-Wright, не получив желаемые заказы военного ведомства, была вынуждена закрыть свое авиационное подразделение. Тем не менее, научно-исследовательский отдел компании продолжил работу и занялся изучением новых путей развития авиации. Вскоре исследовательские работы привели к появлению новых оригинальных идей, которые решили проверять на практике при помощи опытных летательных аппаратов. Первым представителем своей серии стал экспериментальный аппарат X-100.

В середине пятидесятых годов группа исследователей во главе с Генри Борстом, проводя эксперименты в области аэродинамики, обнаружила интереснейший эффект. Явление, получившее название Radial force principle («Принцип радиальной силы»), наблюдалось на переходных режимах аппаратов вертикального взлета и посадки с поворотными несущими винтами (Tilt-prop или конвертоплан). При переходе винта из горизонтальной плоскости в вертикальную наблюдался некоторый рост подъемной силы, направленной вверх. Было установлено, что наиболее ярко такой эффект проявляется при использовании воздушного винта с лопастями малой длины и большой ширины. При этом увеличение подъемной силы достигалось ценой роста сопротивления воздуха.


Curtiss-Wright X-100 в полете. Фото Airandspace.si.edu



Летательный аппарат, использующий «радиальную силу», должен был иметь некоторые преимущества перед другой техникой вертикального взлета. Так, прирост подъемной силы позволял уменьшить площадь несущих плоскостей, используемых при горизонтальном полете. Это, в свою очередь, давало выигрыш в массе и лобовом сопротивлении конструкции. Еще одним плюсом было уменьшение шума, прямо связанное с использованием винтов меньшего диаметра.

Теоретические исследования и проверки моделей в аэродинамических трубах продолжались в течение некоторого времени. Эти работы позволили собрать всю необходимую информацию и приступить к созданию полноценной экспериментальной машины, предназначенной для проведения натурных испытаний. Наработки по теме «радиальной силы» были представлены руководству корпорации Curtiss-Wright. Изучив собранные данные, руководители посчитали, что применение недавно открытых принципов может дать компании определенное преимущество перед конкурентами. 20 ноября 1957 года было принято принципиальное решение о возвращении корпорации в авиационную отрасль и разработке техники, использующей новые нетрадиционные идеи.

В начале февраля следующего года группа конструкторов приступила к проектированию будущего экспериментального летательного аппарата. Уже 20 февраля в одном из цехов предприятия стартовало строительство опытного образца. Столь быстрому началу строительства поспособствовал выбранный метод разработки. Проектирование и строительство осуществлялись параллельно, чему способствовал экспериментальный характер проекта. Прототип являлся сугубо демонстратором технологии и предназначался только для проверки новых идей, что в определенной мере снижало требования к нему.


Конвертоплан до монтажа обшивки. Фото Nhungdoicanh.blogspot.fr


Экспериментальный проект получил рабочее обозначение X-100. Следует отметить, что, несмотря на использование литеры «X», проект компании Curtiss-Wright не имел никакого отношения к т.н. X-серии – линейке экспериментальных летательных аппаратов, создававшихся по заказу военного ведомства. Проект X-100, в отличие от разработок той линейки, разрабатывался в инициативном порядке и без какого-либо согласования с Пентагоном.

Опытный аппарат X-100 предназначался только для проведения испытаний и изучения «радиальной силы», что позволило значительно упростить его конструкцию. На борту машины должны были присутствовать только самые важные агрегаты. Установка дополнительного оборудования, в том числе прикладных систем, не предусматривалась. Из-за этого готовый прототип не отличался сложностью конструкции, а также имел малые размеры и небольшой взлетный вес. При этом в его конструкции использовались некоторые материалы, еще не успевшие получить большого распространения.

Основным элементом опытного конвертоплана, соединяющим все агрегаты, был достаточно крупный фюзеляж обтекаемой формы. Его предлагалось строить на основе каркаса из алюминиевых труб и профилей. Меньшая часть фюзеляжа получила металлическую обшивку, тогда как прочие участки в центре и хвосте покрыли полотном. На большей части своей длины фюзеляж имел сечение, близкое к прямоугольному и имеющее скругленные углы. Компоновка была достаточно простой. В носовой части фюзеляжа поместили двухместную кабину с крупным фонарем, позади кабины находился главный редуктор, за которым разместили двигатель. Над редуктором на верхней поверхности фюзеляжа помещался выступающий воздухозаборник с прямоугольным входным отверстием.

Экспериментальный конвертоплан Curtiss-Wright X-100 (США)
Носовая часть фюзеляжа и кабина пилотов. Фото Nhungdoicanh.blogspot.fr


Использование «радиальной силы» позволяло уменьшить площадь несущих плоскостей. В связи с этим летательный аппарат получил высокорасположенное прямое крыло небольшой ширины, на котором помещались крупные гондолы с редукторами воздушных винтов. Для большей жесткости конструкции под крылом находилась растяжка, соединяющая законцовку и нижнюю часть фюзеляжа. В хвосте фюзеляжа размещался стреловидный киль с рулем направления. На его вершине разместили прямоугольный стабилизатор с рулями высоты. Рули хвостового оперения предлагалось использовать при горизонтальном полете с достаточной скоростью.

В хвостовой части фюзеляжа, позади крыла, помещался турбовальный двигатель Lycoming YT53-L-1 мощностью 825 л.с. Вал двигателя соединялся с главным редуктором, необходимым для распределения крутящего момента между двумя воздушными винтами. Внутри крыла проходили два вала, каждый из которых приводил в движение собственный редуктор. Последний непосредственно связывался с воздушным винтом.

В рамках проекта X-100 были разработаны воздушные винты с лопастями оригинальной формы. Ширина лопасти была максимальной в корневой части и постепенно уменьшалась, образуя трапециевидную структуру. Основой лопасти был лонжерон, поверх которого монтировался пористый наполнитель. Внешняя поверхность лопасти образовывалась стекловолоконной выклейкой. Подобная конструкция лопасти была новой для своего времени, поэтому ее проверку тоже можно считать одной из целей экспериментального проекта. Лопасти помещались на втулке с автоматом перекоса. Последняя устанавливалась во вращающейся гондоле, помещенной на крыле. При помощи соответствующих механизмов диск винта мог располагаться горизонтально, вертикально или в промежуточном положении.


X-100 и его экипаж. Фото Nhungdoicanh.blogspot.fr


Позади двигателя расположили удлиненную выхлопную трубу, необходимую для отвода горячих газов из фюзеляжа, а также для управления на некоторых режимах. На хвостовом срезе трубы поместили специальную систему дефлекторов, способных изменять направление истечения газов. Эта аппаратура должна была использоваться для управления по основным каналам во время вертикального полета или при горизонтальном движении до набора скорости, при которой можно было применять традиционные рули.

Экипаж конвертоплана состоял из двух человек. Они располагались бок о бок в носовой двухместной кабине и контролировали работу всех агрегатов. Летательный аппарат получил крупный фонарь с большой площадью остекления, обеспечивавшей хороший обзор вперед и в стороны. Центральные элементы фонаря откидывались вверх к центру, образуя люки для доступа в кабину.

Первым вариантом проекта X-100 предусматривалось использование трехточечного шасси. Основные стойки были выполнены из трех труб и оснащались колесами большего диаметра. Их разместили непосредственно под крылом. В хвосте фюзеляжа располагалась стойка с колесом меньшего размера.


Улучшенный вариант машины, видны дополнительные стойки шасси под кабиной. Фото Nhungdoicanh.blogspot.fr


Общая длина летательного аппарата достигала 8,65 м, размах крыла – 7,26 м. Высота на стоянке – 3,28 м. Диаметр винтов – 3,05 м. Максимальный взлетный вес ограничивался 1691 кг. По расчетам, максимальная скорость горизонтального полета должна была превышать 380 км/ч.

В проекте X-100 была предложена комбинированная система управления, позволявшая сохранять контроль на всех режимах полета. При вертикальном взлете или посадке пилот мог дифференцированно менять шаг винтов, осуществляя управление по крену. Управление по тангажу и рысканью предлагалось выполнять при помощи реактивных газов двигателя, отклоняемых хвостовыми рулями. При работе двигателя на номинальном режиме хвостовой блок газовых рулей мог развивать вертикальную тягу до 64 кг и горизонтальную до 18 кг.

Переход к горизонтальному полету предлагалось осуществлять при помощи постепенного поворота гондол вокруг горизонтальной оси. Использованные механизмы выполняли поворот в несколько шагов, каждый раз перемещая винты на 10°. Развив достаточную скорость, аппарат мог использовать «самолетное» управление по тангажу и рысканью. Контроль крена на всех режимах осуществлялся при помощи изменения характеристик несущих винтов: дифференцированное изменение шага приводило к изменению подъемной силы и повороту в сторону винта с меньшей тягой.


Конвертоплан в вертикальном полете. Фото Airwar.ru


В октябре 1958 года компания Curtiss-Wright завершила строительство опытной машины и передала ее на испытания в аэродинамической трубе NASA. Подобные проверки показали, что авторы проекта заметно ошиблись в своих расчетах. Так, реальная тяга воздушных винтов оказывалась на 10% ниже расчетной. Тем не менее, «радиальная сила» полностью компенсировала эти потери и все же позволяла получить требуемые характеристики. После испытаний в аэродинамической трубе опытную машину отправили на доработку и достройку.

22 декабря 1958 года состоялась выкатка полностью готового к испытаниям экспериментального конвертоплана. 14 января 1959-го впервые запустили двигатель, после чего начались предварительные наземные проверки. Первый подлет прототипа на привязи произошел 20 апреля. В течение нескольких следующих месяцев аппарат под управлением летчика-испытателя Билла Ферлиха совершал пробные подъемы в воздух с использованием страховочных тросов. После проверки всех основных характеристик был выполнен тестовый подлет с изменением положения несущих винтов.

12 сентября стартовал новый этап испытаний, в ходе которых опытный X-100 самостоятельно и без страховки поднимался в воздух. В то же время, во избежание подъема на чрезмерную высоту прототип получил дополнительные грузы. Первые испытательные полеты без привязи осуществлялись в «вертолетном» режиме на небольших высотах. В течение нескольких дней аппарат неоднократно поднимался в воздух, выполнял различные маневры и работал на разных режимах. Максимальная продолжительность полета составила 20 минут.


Испытательный полет. Фото Nhungdoicanh.blogspot.fr


Результаты испытаний, в целом, давали повод для оптимизма. Идея Radial force principle хорошо показала себя и подтвердила возможность повышения основных характеристик на переходных режимах. При дальнейшем развитии существующих идей можно было создать полноценные конвертопланы, пригодные к реальной практической эксплуатации. Тем не менее, для начала их разработки следовало решить некоторые вопросы. Как и любая другая перспективная техника, опытный X-100 не был лишен недостатков.

Одна из главных проблем, выявленных во время испытаний, была связана с некоторыми переходными режимами. На малых высотах, непосредственно перед касанием, поток от несущих винтов отражался от земли и создавал многочисленные завихрения, приводившие к заметному ухудшению управляемости. Уменьшение мощности двигателя, необходимое для посадки, не позволяло получить требуемую тягу газовых рулей, из-за чего управление аппаратом дополнительно усложнялось. При неаккуратном управлении на этом этапе машина могла удариться носом о землю. Для исключения таких инцидентов в определенный момент под кабиной прототипа X-100 установили две дополнительные стойки шасси с небольшими колесами.

Еще одна серьезная проблема была связана с живучестью летательного аппарата в случае аварий. При внезапной остановке двигателя экипаж мог только покинуть машину: примененные воздушные винты малого диаметра не могли создавать требуемую подъемную силу на режиме авторотации, а крыло имело недостаточные характеристики для планирования.


X-100 в полете, заметен хвостовой блок газовых рулей. Фото Nhungdoicanh.blogspot.fr


Летчики-испытатели корпорации Curtiss-Wright проверяли экспериментальную машину X-100 до июля 1960 года. За полтора года разнообразных испытаний был собран солидный объем данных, показывавший перспективы оригинальных идей. В августе того же года опытный образец доставили на авиабазу Лэнгли, где ее испытали летчики NASA. Интересно, что основной целью этих проверок было изучение возможности эксплуатации техники на различных площадках. Взлеты и посадки осуществлялись с грязи, травы, песка и т.д. Во избежание неприятных инцидентов подобные полеты выполнялись в основном «по-вертолетному» и на привязи.

5 октября 1961 года произошла авария, фактически поставившая точку в интересном проекте. Во время очередного испытательного полета отказала система управления, из-за чего опытный конвертоплан завалился на левый борт и упал на землю. Падение с небольшой высоты привело к заметному повреждению левого пилона с редуктором, тогда как остальные агрегаты, в целом, не пострадали. Опытный X-100 подлежал ремонту и вскоре был восстановлен. Тем не менее, он больше ни разу не поднимался в воздух.

К моменту первой серьезной аварии единственный экспериментальный летательный аппарат успел пройти наземные испытания общей продолжительностью 220 часов и налетать 14 часов. За это время специалистам удалось собрать солидный объем информации о работе техники на разных режимах. Испытания полностью подтвердили перспективы «радиальной силы», что позволяло начать разработку новых проектов подобной техники. Проектирование нового летательного аппарата, пригодного к практической эксплуатации, началось еще во время испытаний X-100 и должно было завершиться в самое ближайшее время. В таких обстоятельствах возобновление испытаний экспериментальной машины посчитали нецелесообразным. Новый проект летательного аппарата, использующего поворотные винты, получил обозначение X-200. Впоследствии его переименовали в X-19.


Единственный X-100 в Национальном музее авиации и космонавтики. Фото ChrisK48 / Flickr.com


После прохождения ремонта единственный опытный аппарат X-100 оставался на авиабазе NASA, однако позже было принято решение избавиться от него. Более не нужный экспериментальный образец передали Национальному музею авиации и космонавтики Смитсоновского института (г. Вашингтон). Там машина находится до сих пор, собственным примером демонстрируя оригинальные попытки американской авиационной промышленности освоить новые конструкции летательных аппаратов.

В основе проекта X-100 лежало желание компании Curtiss-Wright проверить на практике новые оригинальные идеи, связанные с улучшением летных данных авиационной техники. Являясь чистым демонстратором технологий, опытный летательный аппарат в течение нескольких лет использовался в ходе разнообразных испытаний. Естественно, при такой роли он не мог рассчитывать на какое-либо развитие. Тем не менее, испытания оказались успешными и позволили изучить новые идеи и технологии, с использованием которых вскоре был создан проект X-200 / X-19.


По материалам сайтов:
https://airandspace.si.edu/
https://crgis.ndc.nasa.gov/
https://vertipedia.vtol.org/
http://diseno-art.com/
http://nhungdoicanh.blogspot.fr/
Автор: Рябов Кирилл


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Комментарии 2

Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти
  1. Svetlana 20 марта 2017 21:09
    Ещё в США был проект перспективного СВВП/СКВП Grumman 698
    http://warfiles.ru/show-146099-proekt-perspektivn
    ogo-svvp-skvp-grumman-698-ssha.html
    В отличие от винтокрылого конвертоплана Bell V-22 Osprey, не способному взлетать и садиться по-самолётному из-за винтов большого диаметра,Grumman 698 был оснащён турбореактивными двигателями с большой степенью двуконтурности и мог взлетать по-самолётному. Взлёт по-самолётному увеличивает вес максимальной полезной нагрузки, а посадка по-вертолётному на палубу позволит избавиться от ненадёжных тросов аэрофинишёра.
    Для увеличения тяги турбореактивных двигателей (ТРД) конвертопланов помимо эффекта Radial force principle («Принцип радиальной силы»), можно за соплом ТРД использовать насадку - эжекторный увеличитель тяги.
    1. SVVP 22 марта 2017 12:52
      Цитата: Svetlana
      В отличие от винтокрылого конвертоплана Bell V-22 Osprey, не способному взлетать и садиться по-самолётному из-за винтов большого диаметра,Grumman 698 был оснащён турбореактивными двигателями с большой степенью двуконтурности и мог взлетать по-самолётному.

      ))) что ж интересно, "мешает" Bell V-22 Osprey взлетать по самолётному, когда ротора вот в таком положении???



      Цитата: Svetlana
      Для увеличения тяги турбореактивных двигателей (ТРД) конвертопланов помимо эффекта Radial force principle («Принцип радиальной силы»), можно за соплом ТРД использовать насадку - эжекторный увеличитель тяги.


      А давайте, ещё и метлу приделаем к хвосту, чтобы следы заметать!!! ;D ;D ;D
      Любое усложнение, тем более и так усложнённого - верная аварийность и гибель находящихся на борту!
Картина дня