Экспериментальный конвертоплан Vertol VZ-2 (США)

С начала пятидесятых годов американская авиационная промышленность работала над новыми проектами летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Помимо вертолетов прорабатывались новые варианты техники с требуемыми возможностями. Одним из первых успешных результатов в этой области стал экспериментальный летательный аппарат с поворотным крылом Vertol VZ-2.

В тот период специалисты научно-исследовательских организаций и авиастроительных компаний изучали все возможные варианты архитектуры летательного аппарата, позволявшие взлетать или садиться вертикально, а также выполнять горизонтальный полет. Одно из таких предложений подразумевало установку воздушных винтов в гондолах на крыле. Последнее предполагалось монтировать шарнирно: в горизонтальном положении оно должно было создавать подъемную силу, а вертикальное размещение крыла позволяло улучшить взлетно-посадочные характеристики. Такая концепция летательного аппарата-конвертоплана получила название Tiltwing («поворотное крыло»).


Опытный конвертоплан VZ-2 на выставке. Фото Rritter78 / Picssr.com



До определенного времени тематика «тилтвингов» изучалась только на теоретическом уровне. Проведя требуемые исследования, ученые и авиастроители могли приступить к разработке проекта с последующим строительством опытной техники. С минимальным интервалом стартовали сразу несколько перспективных проекта. Первой из них до стадии испытаний была доведена разработка компании Vertol под обозначением VZ-2.

Определенный интерес представляют события, предшествовавшие старту проекта VZ-2. В 1955 году авиаконструктор Франк Николас Пясецкий из-за конфликта с советом директоров покинул собственную компанию Piasecki Helicopter и основал новую фирму Piasecki Aircraft Corporation. В следующем году последняя получила название Vertol Aircraft Corporation. Вскоре после основания новой компании конструктор предложил военному ведомству свои услуги в деле создания перспективных проектов исследовательского характера. Нуждаясь в новых подрядчиках, Пентагон принял это предложение.

15 апреля 1956 года Управление военно-морских исследований, реализовывавшее несколько программ в области летательных аппаратов вертикального взлета, подписало контракт с корпорацией Vertol Aircraft. В соответствии с этим соглашением, военное ведомство выделяло требуемое финансирование, а компания-подрядчик начинала разработку опытного летательного аппарата с поворотным крылом. Проект получил официальное обозначение VZ-2. При этом компания-разработчик присвоила ему рабочее название Model 76.


Конвертоплан с поднятым крылом. Фото NASA


Разработка проекта заняла всего несколько месяцев. Решить поставленные задачи, связанные с использованием новой необычной архитектуры, удалось путем значительного упрощения конструкции летательного аппарата. Экспериментальный «тилтвинг» должен был отличаться малыми размерами, а также оснащаться исключительно самыми необходимыми узлами и агрегатами. Подобный подход к проектированию позволял решить все поставленные задачи без усложнения проекта и затягивания работ. Одновременно с этим упрощенная конструкция давала возможность провести полноценную проверку новых решений.

Проектом Model 76 / VZ-2 предлагалось строительство цельнометаллического моноплана с высокорасположенным крылом. Должны были использоваться турбовальный двигатель и трансмиссия, распределяющая крутящий момент на два воздушных винта. Внешне машина должна была походить на самолет, однако имелись характерные отличия от подобной техники. Главное отличие заключалось в использовании шарнирной установки крыла и дополнительных средств управления, необходимых для контроля во время вертикального полета и на переходных режимах.

Основным элементом конвертоплана-тилтвинга был фюзеляж большого удлинения рамной конструкции. Примечательно, что изначально большая часть фюзеляжа не имела обшивки. Металлическими листами каркас фюзеляжа прикрыли только на определенном этапе доводки, одновременно с выполнением некоторых других доработок. В носовой части фюзеляжа располагалась сравнительно крупная двухместная кабина, заимствованная у серийного вертолета Bell 47. Позади нее размещались элементы силовой установки и топливной системы. Там же находились крепления поворотного крыла. Хвостовая балка на большей части своей длины вмещала только тяги систем управления и вал хвостового винта.

Экспериментальный конвертоплан Vertol VZ-2 (США)
Машина в полете. Обшивка фюзеляжа пока отсутствует. Фото Airwar.ru


Самым интересным агрегатом экспериментальной машины стало крыло необычной конструкции. Предлагалось использовать прямое крыло большой ширины с удлинением 5, оснащенное скругленными законцовками. В центре каждого полукрыла располагалась гондола небольшой высоты, вмещающая редуктор воздушного винта. Крыло было выполнено в виде крупного устройства, имеющего вырез в центральной задней части. На этом участке силовой набор крыла имел устройства для монтажа на опору фюзеляжа. Предусматривалась возможность вращения крыла вокруг горизонтальной оси. Подъем крыла в вертикальное положении или опускание в горизонтальное осуществлялся при помощи отдельного гидравлического цилиндра.

Крыло имело профиль NACA 4415 с увеличенной кривизной носка. На задней кромке крыла, снаружи относительно гондол, предусматривались закрылки сравнительно большой площади, также пригодные для использования в качестве элеронов. Примечательно, что в ходе дальнейшей модернизации летательный аппарат получил измененную и развитую механизацию крыла.

Летательный аппарат получил Т-образное хвостовое оперение. Первой версией проекта подразумевалось использование киля с вертикальной передней кромкой. На нем помещался прямоугольный стабилизатор. Горизонтальное и вертикальное оперение оснащались рулями на задней кромке. Непосредственно под килем проектом VZ-2 предусматривалась установка дополнительного рулевого винта. Еще один винт помещался горизонтально в плоскости стабилизатора и находился внутри соответствующих вырезов оперения.


Вертикальный взлет с соответствующим положением крыла. Фото US Navy


Конвертоплан от Vertol Aircraft Corporation получил турбовальный двигатель Avco Lycoming YT53-L-1 мощностью 700 л.с. Двигатель закреплялся на верхней поверхности фюзеляжа непосредственно за крылом. Воздухозаборное устройство двигателя находилось позади шарнира крыла. Отработанные газы выбрасывались через Y-образную трубу на сопле, при помощи которой отводились в стороны от киля. Летательный аппарат получил достаточно сложную трансмиссию. Рядом с двигателем поместили главный редуктор, при помощи которого осуществлялась передача крутящего момента на два вала воздушных винтов, проходящих внутри крыла. Также еще один вал уходил внутрь фюзеляжа. Крыльевые валы через редукторы в гондолах соединялись с валами воздушных винтов. Привод рулевых винтов осуществлялся через валы, проходящие по хвостовой балке.

Летательный аппарат Vertol VZ-2 получил два основных воздушных винта, выполнявших функции несущих при вертикальном полете и тянущих в горизонтальном. Винты диаметром 2,9 м имели по три лопасти прямоугольной формы с геометрической круткой. Из-за большого диаметра винтов гондолы с редукторами пришлось разнести на некоторое расстояние от фюзеляжа, а кроме того, это привело к использованию высокорасположенного крыла. При этом ометаемые диски двух винтов почти полностью перекрывали крыло и обеспечивали обдув, значительно улучшающий аэродинамику.

В качестве рулевых использовались два одинаковых винта. Они имели по четыре лопасти и диаметр 610 мм. При одинаковой конструкции лопастей, хвостовые винты отличались использованными приводами. Так, горизонтальный винт в стабилизаторе помещался прямо на приводном валу, а нижний вертикальный нуждался в дополнительном редукторе.


Прототип во время испытаний. На внешних поверхностях установлены "шелковинки" для изучения потоков воздуха. Фото Национальный музей авиации и космонавтики / Airandspace.si.edu


Конвертоплан-тилтвинг оснастили трехточечным шасси с двумя основными и хвостовой стойкой. Позади кабины располагались неубираемые основные стойки, состоящие из нескольких труб. На них размещались колеса большего диаметра. Хвостовое колесо поместили на треугольной опоре под нижним рулевым винтом. На случай потери управления на малых высотах и во избежание повреждения конструкции под кабиной добавили небольшое дополнительное колесо. В нормальной ситуации оно не касалось земли.

Летательный аппарат имел двухместную кабину, заимствованную у существующего вертолета. В ней должны были находиться один пилот и один пассажир. Контроль за работой всех систем осуществлялся с пилотского места. Второй член экипажа мог решать иные задачи, как то наблюдение за местностью или сбор данных о ходе полета.

Рабочее место пилота оснащалось органами управления, заимствованными у вертолетов традиционной конструкции. Кроме того, применялись нестандартные системы управления всеми основными агрегатами машины. Управление на вертикальном взлете и посадке предлагалось осуществлять путем контроля за шагом основных винтов. За управление по тангажу и рысканью отвечали два хвостовых винта. При переходе в горизонтальный полет летательный аппарат управлялся при помощи элеронов и традиционных рулей хвостового оперения. Вне зависимости от режима полета, летчик должен был использовать одни и те же ручки управления. Переключение между различными системами производилось автоматически.


Прототип после монтажа обшивки. Фото Airwar.ru


Длина экспериментального летательного аппарата Vertol VZ-2 составляла 8,05 м, размах крыла – 7,6 м. Стояночная высота – 3,15 м. Винты диаметром 2,9 м не выступали за пределы крыла. Пустой «тилтвинг» весил 1128 кг, максимальная взлетная масса – 1143 кг. По расчетам, машина могла подниматься на высоты до 4,2 км и летать с максимальной скоростью 340 км/ч. Крейсерская скорость в горизонтальном полете ограничивалась 210 км/ч.

Разработка проекта Model 76 / VZ-2 завершилась в начале 1957 года, после чего предприятие Vertol Aircraft приступило к строительству первого опытного конвертоплана. Уже 1 апреля машину вывели из сборочного цеха и отправили на испытания. В связи с высокой сложностью поставленных задач и отсутствием опыта в деле пилотирования «тилтвингов» испытания решили начать с наземных проверок и подлетов на привязи. После проверки техники в относительно безопасных условиях можно было начинать полноценные испытания с полетами без страховки. Первые испытательные полеты проводились на аэродроме компании Vertol Aircraft в г. Мортон.

Первый полет опытного Vertol VZ-2 «во-вертолетному» состоялся 13 августа 1957 года. Летчик-испытатель Леонард Лавассар, переведя винты машины в горизонтальное положение, успешно поднялся в воздух и летал над аэродромом. Проверки прототипа на таких режимах продолжались до конца год. 7 января 1958-го опытную машину подняли в воздух при горизонтальном расположении крыла и с разбегом по взлетной полосе. В течение нескольких следующих месяцев проверялось поведение аппарата в горизонтальном полете.


Машина в горизонтальном полете. Фото NASA


По мере проведения испытаний конструкция опытной машины изменялась. Так, в определенный момент было решено прикрыть фюзеляж металлической обшивкой. Участок бортов под крылом при этом остался без обшивки. Cо временем опытный VZ-2 лишился пассажирского кресла в кабине. Имеющиеся объем и запас грузоподъемности решили использовать для установки регистрирующей аппаратуры.

15 июля 1958 года состоялся первый полет с вертикальным подъемом в воздух и переходом к поступательному движению. Еще девять месяцев ушло на проверку поведения машины на переходных режимах, выявление новых недостатков и очередные доработки конструкции. В апреле следующего года опытный Vertol VZ-2 отправили на авиабазу Эдвардс, где должны были пройти испытания в интересах военно-воздушных сил. В октябре стартовал очередной раз испытаний, на этот раз проводившийся на базе Лэнгли. Теперь оригинальный летательный аппарат изучался специалистами NASA.

К концу пятидесятых годов американская авиационная промышленность успела создать ряд проектов летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, использующих различные принципы подъема в воздух и перехода к горизонтальному полету. Благодаря одновременному проведению испытаний нескольких опытных образцов военные и ученые получили возможность не только отработать оригинальные разработки, но и сравнить их друг с другом. Как оказалось, в некоторых характеристиках «тилтвинг» Vertol VZ-2 имел определенные преимущества перед другой современной техникой.


В ходе испытаний. Фото NASA


В целом, опытный образец конвертоплана VZ-2 оценили лучше других современных разработок. Примененное поворотное крыло с двумя гондолами воздушных винтов хорошо показало себя и подтвердило достаточно высокие расчетные характеристики на всех режимах полета. Тем не менее, не обошлось без проблем, для решения которых понадобилась серьезная переработка имеющейся конструкции. При переводе крыла из одного крайнего положения в другое наблюдались изменения потоков, нарушавшие устойчивость машины и ухудшавшие управляемость. Кроме того, при вертикальном расположении крыла машина боялась бокового ветра. Из-за парусности плоскости прототип буквально сдувало в сторону, что в определенной мере усложняло работу летчика.

Проблемы крыла на переходных режимах были решены путем изменения его конструкции. В исходной версии крыло имело только пару элеронов, имевших возможность синхронно отклоняться вниз и выполнять функции закрылков. В обновленном проекте пару элеронов дополнили двумя закрылками, помещенными в корневой части крыла. Кроме того, все отклоняемые поверхности теперь имели щелевую конструкцию, повышавшую их эффективность на разных режимах полета.

После проведения модернизации опытный летательный аппарат вновь вышел на испытания. Новые тестовые полеты показали правильность примененных доработок, что позволяло продолжать изучение перспективной техники. Последний полет единственного построенного Vertol VZ-2 состоялся 16 апреля 1964 года. К этому времени машина успела провести в воздухе 454,5 часа, в том числе 73,2 часа в свободном полете. Было совершено несколько сотен полетов, в ходе которых пилоты выполнили 240 неполных и 34 полных переходов из вертикального полета в горизонтальный и наоборот.


VZ-2 в горизонтальном полете. Фото Diseno-art.com


Экспериментальный «тилтвинг» VZ-2 сам по себе не мог рассчитывать на практическую эксплуатацию, однако он и не предназначался для этого. С помощью специально построенного опытного образца планировалось изучить новые идеи и технологии, которые затем могли найти применение в будущих проектах. Задолго до завершения испытаний VZ-2 было принято принципиальное решение о продолжении развития летательных аппаратов с поворотным крылом. Вскоре были созданы несколько новых подобных проектов. Интересно, что с определенного времени первый прототип применялся не только в качестве летающей лаборатории, но и как учебная машина для подготовки пилотов новых аппаратов своего класса.

Около года после завершения испытаний единственный опытный конвертоплан типа VZ-2 стоял без дела в одном из ангаров компании-разработчика. Несколькими годами ранее корпорацию Vertol Aircraft купила компания Boeing, после чего она получила новое название Boeing Vertol. Новое руководство, не видя смысла в продолжении эксплуатации оригинального образца, тем не менее, не стало отправлять его на утилизацию. В 1965 году VZ-2 отправился в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института. Там уникальный образец находится до сих пор.

Экспериментальный летательный аппарат вертикального взлета и посадки с поворотным крылом Vertol VZ-2 стал первым представителем своего класса техники, дошедшим до испытаний и на практике показавшим все плюсы оригинальной концепции. В основе проекта лежали новые смелые идеи, направленные на повышение летных характеристик, в первую очередь, взлетно-посадочных. Ввиду отсутствия опыта и наработок в подобной области, начать работы решили с разработки экспериментального образца, отличающегося малыми размерами и массой. Опытный образец успешно поднялся в воздух и в течение нескольких следующих лет активно работал на разных аэродромах, помогая ученым и конструкторам исследовать новую область. На основе опыта и знаний, полученных при испытаниях VZ-2, вскоре были созданы аналогичные машины иного вида. Таким образом, экспериментальный проект выполнил все поставленные задачи и может считаться успешным.


По материалам сайтов:
https://airandspace.si.edu/
https://vertipedia.vtol.org/
http://airwar.ru/
http://aviastar.org/
http://aviadejavu.ru/
http://diseno-art.com/
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 5

Информация

Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти
  1. gridasov 23 марта 2017 17:24
    Период времени когда можно было создавать новые ЛА без изменения движителей и двигателей прошло.Новые требования к эффективности: грузоподъемности , экономичности, добротности не согласуются с изобретениями столетней давности .
  2. venaya 23 марта 2017 19:23
    Такая концепция летательного аппарата-конвертоплана получила название Tiltwing ... Предлагалось использовать прямое крыло большой ширины с удлинением 5 ... («поворотное крыло»).

    Действительно, впервые замечаю наиболее перспективную концепцию ЛА. Удлинение крыла величиной в "5", так это почти как и самолёта Можайского, который мог реально летать только в режиме "экрана". При увеличении удлинения крыла до величины хотя бы в "25", можно рассчитывать на резкое увеличение как скорости самого ЛА, так резкого улучшения его экономичности, что в наших условиях малозаселённых пространств представляет особую ценность. Также хотелось бы видеть ещё и обратную стреловидность крыла в районе корневой части крыла от от корпуса ЛА до винтов. Так обычно выглядят все птицы в полёте, что опять же поднимает как экономичность так и скорость ЛА. В принципе считаю подобный концепт ЛА весьма перспективным и особо востребованным во многих случаях применения, что на гражданке, что в военной области. Суммарную себестоимость полёта вполне можно снизить за счёт универсальности применения подобных летательных аппаратов.
    1. SVVP 24 марта 2017 09:22
      Цитата: venaya
      При увеличении удлинения крыла до величины хотя бы в "25", можно рассчитывать на резкое увеличение как скорости самого ЛА, так резкого улучшения его экономичности,


      Странно Вы как то в противоречиях "находите" достоинства!))) Увеличение удлинения крыла - это прирост Сх, увеличение Сх - значит, ухудшение экономичности!

      Цитата: venaya
      Также хотелось бы видеть ещё и обратную стреловидность крыла в районе корневой части крыла от от корпуса ЛА до винтов.


      Это "примерно так"?

      Цитата: gridasov
      Период времени когда можно было создавать новые ЛА без изменения движителей и двигателей прошло.Новые требования к эффективности: грузоподъемности , экономичности, добротности не согласуются с изобретениями столетней давности .


      Абсолютно с Вами согласен! Но то что я продемонстрировал - патент на изобретение совсем нового, выдача патента 2015 г., декабрь месяц.





      Цитата: venaya
      В принципе считаю подобный концепт ЛА весьма перспективным и особо востребованным во многих случаях применения, что на гражданке, что в военной области.


      Вот это, очень верно! ))

      Цитата: venaya
      Суммарную себестоимость полёта вполне можно снизить за счёт универсальности применения подобных летательных аппаратов.


      Уверяю Вас, это не единственное, за счёт чего снижается себестоимость ;)
      1. SVVP 24 марта 2017 09:38
        К стати, на движитель - тоже новое изобретение, выдача патента 2010 г., сентябрь месяц.
  3. SVVP 24 марта 2017 13:05
    gridasov , venaya ,
    А хотите узнать, какие результаты испытаний ротора? ;)

    Ну, хорошо, не буду томить:
    Подъёмная способность одного ротора - 397 кг, при расходе 3,4 гр/сек топлива.
    Расчётная скорость, при 6,8 гр/сек расхода на оба ротора, - 800 км/час.
    Эквивалент мощности обоих роторов суммарно - 328 л.с.
Картина дня