Экспериментальный конвертоплан Bell XV-15 (США)

В течение пятидесятых и шестидесятых годов прошлого века ряд американских авиастроительных компаний работал над созданием новых летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, сочетающих в себе все лучшие черты самолетов и вертолетов. Были предложены и опробованы на практике несколько вариантов архитектуры подобной техники, однако со временем работы фактически остановились. Новые вертолеты, проигрывая конвертопланам в одних характеристиках, имели значительные преимущества в других, из-за чего развитие аппаратов альтернативных схем фактически прекратилось. «Новой надеждой» конвертопланов стал проект Bell XV-15.

C начала пятидесятых годов компания Bell Aircraft занималась разработкой конвертопланов различных схем. Первая ее машина этого класса использовала качающиеся в вертикальной плоскости несущие винты, при помощи трансмиссии соединенные с единственным двигателем. Позже были созданы летательные аппараты с поворотными турбореактивными двигателями и поворотными винтами в кольцевых каналах. В рамках этих проектов компания «Белл» проверила новые конструкторские решения, имевшие определенные шансы дойти до практической эксплуатации. Тем не менее, в связи с более выраженными успехами в области вертолетостроения от создания конвертопланов со временем решили отказаться. Желание сэкономить, упростить производство и эксплуатацию, а также обезопасить летчиков и пассажиров перевесило преимущества во взлетно-посадочных характеристиках.



Второй прототип конвертоплана XV-15. Фото NASA


В 1973 году компания Bell получила новый шанс создать летательный аппарат вертикального взлета нетрадиционной схемы. Агентство NASA совместно с лабораторией армии США US Army Air Mobility Research Laboratory запустили новую исследовательскую программу, целью которой была проверка одной из конструкций конвертоплана. Предыдущие исследования показывали, что наиболее удачной с точки зрения конструкции является схема, подразумевающая установку на крыле гондол с собственными винтомоторными группами. Такой конвертоплан типа Tiltrotor («Поворотный винт») мог показывать наиболее высокие характеристики.

Двумя десятилетиями ранее инженеры Bell Aircraft разработали летательный аппарат XV-3, использовавший качающиеся установки винтов. Инициаторы новой программы посчитали, что наработки по этому проекту могут найти применение при создании нового экспериментального образца авиационной техники. Благодаря этому в 1973 году компания «Белл» получила новый контракт. В соответствии с условиями этого документа, инженеры компании должны были разработать новый проект экспериментального летательного аппарата. Кроме того, на фирму возлагались обязанности по изготовлению опытных конвертопланов. Для упрощения и ускорения работ к процессу строительства предлагалось привлечь некоторых субподрядчиков.


Наземные испытания опытного образца, октябрь 1980 г. Фото NASA


Новый проект получил официальное обозначение Bell XV-15. Компания-разработчик присвоила ему рабочее название Model 301. Официальное обозначение указывало на принадлежность проекта к линейке экспериментальных разработок в области авиации, тогда как рабочее продолжало «традиции» наименования, заложенные в предыдущих аналогичных проектах компании.

NASA и армейская исследовательская лаборатория поставили перед проектом конкретные цели, сформированные с учетом возможного практического применения техники. Требовалось разработать сравнительно крупную машину, габариты которой позволяли бы уместить пассажирскую или грузовую кабину. Строить конвертоплан следовало по схеме «тилтротора» с поворотными гондолами двигателей. Также заказчиком оговаривались некоторые другие особенности техники, прямо связанные с предполагаемыми способами применения.


Компоновка машины. Рисунок NASA


С учетом требований NASA и US Army Air Mobility Research Laboratory был сформирован окончательный облик экспериментальной машины. Предлагалось строить цельнометаллический летательный аппарат с высокорасположенным крылом небольшой обратной стреловидности. На концах крыла следовало монтировать сравнительно крупные гондолы, вмещающие двигатели требуемой мощности. Каждый двигатель комплектовался собственным воздушным винтом, пригодным для использования в качестве несущего или тянущего.

Для нового конвертоплана был разработан оригинальный фюзеляж, имеющий все необходимые элементы. Предлагалось использование полумонококовой конструкции с силовыми элементами и обшивкой, дополняющими друг друга. Фюзеляж получил носовой обтекатель малых размеров. Позади обтекателя поперечник фюзеляжа увеличивался до требуемых размеров. Центральный отсек имел сечение, близкое к прямоугольному с выпуклыми бортами. Позади крыла и основных стоек шасси высота и ширина фюзеляжа уменьшались, образуя выраженную хвостовую балку. Компоновка фюзеляжа была традиционной для подобной техники. Носовая часть отдавалась под приборный отсек и пилотскую кабину; позади пилотов находился объем для полезной нагрузки, а хвостовая балка вмещала некоторые вспомогательные системы.


Вертикальный взлет, 1978 г. Фото NASA



Экспериментальная машина получила крыло среднего удлинения с небольшим отрицательным углом стреловидности передней и задней кромки. Крыло строилось с использованием профиля NACA 64A015. Внутри цельнометаллической конструкции крыла предусматривалось место для размещения нескольких топливных баков, а также каналы для проводки систем управления, валов синхронизации и т.д. Задняя кромка крыла была полностью занята механизацией. Вблизи фюзеляжа имелись закрылки, отклоняющиеся на 75°, на внешней половине консоли – флапероны, качающиеся на 47°. Законцовка крыла выполнялась в виде устройства с креплениями для качающейся мотогондолы. Там же находились механические приводы поворота гондолы. С их помощью можно было перемещать гондолы из вертикального положения в горизонтальное за 12 с.

В горизонтальном полете часть подъемной силы должна была создаваться стабилизатором прямоугольной в плане формы. На его задней кромке находились рули высоты. С целью получения максимально возможных характеристик было решено использовать два киля, установленные на законцовках стабилизатора. Верхняя часть киля, выступающая над горизонтальным оперением, оснащалась рулем направления.


Испытательный полет второго прототипа, октябрь 1980 г. Фото NASA


Для ускорения разработки проекта было предложено использовать готовое трехточечное шасси, заимствованное у экспериментального конвертоплана Canadair CL-84. В носовой части фюзеляжа, непосредственно перед пилотской кабиной, находилась ниша для уборки передней стойки с двумя колесами малого диаметра. На бортах фюзеляжа предусматривались крупные обтекатели, внутрь которых убирались основные стойки с двумя большими колесами на каждой.

На законцовках крыла предлагалось шарнирно крепить гондолы винтомоторных групп. Цельнометаллическая гондола была разработана с учетом размещения двигателя, редуктора и некоторых других устройств. Она имела обтекаемые внешние обводы, образованные двумя сопряженными агрегатами близкой к эллипсоиду формы. Верхний элемент гондолы имел носовое отверстие, через которое выводился вал воздушного винта с втулкой и коком. В нем же располагалась часть устройств редуктора. Двигатель помещался в нижней части гондолы; перед ним имелся крупный воздухозаборник, в хвосте – отверстие для сопла.

Экспериментальный конвертоплан Bell XV-15 (США)
Горизонтальный полет "по-вертолетному". Фото Wikimedia Commons


Конвертоплан получил два турбовинтовых двигателя Avco Lycoming LTC1K-4K взлетной мощностью по 1550 л.с. каждый. На чрезвычайном режиме двигатели выдавали мощность до 1800 л.с. Такой двигатель представлял собой развитие серийного T53-L-13B, отличавшееся конструкцией редуктора. Последний позволял значительно снижать скорость вращения валов, получая приемлемые для воздушных винтов обороты. При использовании винтов в качестве несущих максимальная скорость вращения достигала 565 оборотов в минуту. В тянущем режиме они могли делать не более 458 оборотов в минуту. Кроме того, оба редуктора имели крепления для монтажа вала синхронизации. Два отдельных вала проходили от законцовки крыла до центроплана, где соединялись дополнительной механической передачей. Наличие синхронизации позволяло двум винтам вращаться даже при выключении одного из двигателей.

Топливная система имела в своем составе несколько баков, размещенных внутри крыла. В имеющиеся объемы удалось вписать баки общей емкостью более 910 л. Предусматривалась возможность централизованной заправки всех баков при помощи единой горловины на левой консоли.


Опытный XV-15 в Ле-Бурже, 11 июня 1981 г. Фото Wikimedia Commons


На втулке редуктора гондолы располагался трехлопастной воздушный винт диаметром 7,62 м. Использовались прямоугольные лопасти, изготовленные из легких сплавов. Винты оснащались полноценной втулкой с автоматом перекоса. Размеры винтов и крыла были таковы, что при работающих двигателях осуществлялся обдув большей части плоскости. Это должно было обеспечивать дополнительный прирост подъемной силы и повышать эффективность работы механизации.

Управлять машиной должны были два летчика, находящиеся в носовой кабине. Кресла пилотов располагались бок о бок, перед ними имелись крупная приборная доска и несколько дополнительных панелей. Кабина получила развитое остекление с изогнутыми лобовыми, бортовыми и верхними стеклами. Рабочие места летчиков оснащались органами управления вертолетного типа. На всех режимах полета предлагалось использовать рычаг циклического шага, ручку «шаг-газ» и педали. Кроме того, предусматривались средства управления положением гондол.

Позади кабины пилотов имелся объем, достаточный для размещения некоторого груза или нескольких пассажиров. Попадать в грузопассажирский отсек фюзеляжа предлагалось через дверь в правом борту. Ей же должны были пользоваться и летчики. В бортах фюзеляжа имелось несколько иллюминаторов. Для экстренного покидания кабины предусматривался сброс остекления. Его можно было осуществить как из кабины, так и с применением внешнего переключателя.


Еще одна выставка, июнь 1982 г. Фото Wikimedia Commons


Проектом Bell XV-15 предусматривалось использование «традиционных» для конвертопланов систем управления. Летательный аппарат имел «самолетные» и «вертолетные» средства управления, что позволяло осуществлять полный контроль на всех режимах. При вертикальном взлете и полете следовало использовать автоматы перекоса, управляющие положением лопастей. Контроль по крену выполнялся при помощи дифференцированного изменения тяги двух винтов. Управление по тангажу и рысканью выполнялось при помощи ручки циклического шага. При разгоне и переходе в горизонтальный полет к управлению «присоединялись» аэродинамические рули крыла и хвостового оперения. При полном переходе на горизонтальный полет шаг контроль за шагом винта использовался только в качестве средства изменения тяги.

Экспериментальный конвертоплан имел длину 12,83 м. Ширина машины с учетом винтов – 17,42 м. Высота машины на стоянке – 3,86 м. Масса пустой машины составляла 4,57 т, максимальная взлетная масса – 6 т. Предполагалось, что летательный аппарат сможет развивать скорость до 560 км/ч и подниматься на высоты более 8800 м. Дальность полета определялась на уровне 825 км.


Конвертоплан на палубе универсального десантного корабля USS Tripoli, 1 августа 1983 г. Фото US Navy


Разработка нового проекта Model 301 / XV-15 была завершена в начале весны 1974 года. В апреле компания Rockwell International, привлеченная к работам в качестве субподрядчика, получила контракт на сборку фюзеляжей и хвостового оперения двух опытных тилтротор-конвертопланов. Вскоре специалисты этой организации приступили к изготовлению требуемых изделий. В октябре следующего года компоненты для строительства первого опытного летательного аппарата были доставлены на завод компании Bell Aircraft.

В октябре 1976 года первую опытную машину вывели из сборочного цеха и отправили на наземные испытания. Первые проверки должны были проводиться без подъема в воздух. Позже прототип допустили к полетам на привязи. При помощи специальных стендов осуществлялась проверка техники на переходных режимах. Так, 3 марта 1977 года опытный XV-15 впервые «взлетел» вертикально и успешно осуществил полный переход к горизонтальному полету. Также наземные испытания включали в себя проверку опытного образца в аэродинамической трубе.


XV-15 в сопровождении UH-1 подлетает к кораблю, 1 августа 1983 г. Фото US Navy


3 мая того же года экспериментальный образец впервые поднялся в воздух без страховки. Теперь все проверки, аналогичные уже выполненным, осуществлялись в свободном полете. При этом до определенного времени испытатели не спешили выполнять полный перевод от одного режима полета к другому. Такой полет впервые выполнил только второй летный прототип.

Второй опытный образец Bell XV-15 подняли в воздух в середине апреля 1979 года. По своей конструкции он соответствовал первому, хотя и имел некоторые отличия. В частности, его грузовая кабина не получила набор иллюминаторов. Машина подтвердила все расчетные характеристики, что позволило перейти к новым проверкам. 24 июля второй опытный конвертоплан успешно выполнил вертикальный взлет с последующим разворотом гондол и переходом к горизонтальному полету. После этого стартовала обширная программа испытаний техники в горизонтальном полете. Определялись летные характеристики на разных скоростях и высотах. В частности, удалось получить максимальную скорость в 485 км/ч. Кроме того, была подтверждена возможность перехода между режимами в широких диапазонах высот и скоростей. С осени 1981 года второй прототип эксплуатировался специалистами NASA и армейской авиации.


Опытный летательный аппарат пролетает рядом с кораблем, 1 августа 1983 г. Фото US Navy


Перспективный конвертоплан рассматривался в качестве, как минимум, основы для новой машины, пригодной для эксплуатации в войсках. Летом 1982 года стартовали испытания на одной из баз вооруженных сил, в ходе которых планировалось установить боевые и эксплуатационные характеристики. Также в ходе этих испытаний опытному XV-15 пришлось садиться и взлетать с палубы универсального десантного корабля USS Tripoli (LPH-10). Машина хорошо показала себя на режимах вертикального и укороченного взлета/посадки.

После завершения армейских испытаний технику вернули на завод-изготовитель для проведения ремонта и необходимых доработок. К этому времени общий налет двух прототипов достиг 289 часов. После ремонта конвертопланы вышли на новые испытания, в ходе которых планировалось изучить транспортные возможности техники. Среди прочего, отрабатывался полет с огибанием рельефа местности. Управление машиной на таких режимах было не сложнее, чем в случае с самолетами или вертолетами.


В ходе испытаний с участием береговой охраны, 10 мая 1999 г. Фото Wikimedia Commons


Разнообразные испытания двух машин продолжались до конца восьмидесятых годов. В ходе этих проверок в кабине опытных конвертопланов находились пилоты фирмы-разработчика, военно-воздушных сил, армейской авиации, NASA и т.д. По мере испытаний осуществлялись некоторые доработки. К примеру, в 1987 году летательные аппараты получили новые лопасти из композитных материалов. Также модернизировались агрегаты силовой установки и трансмиссии, средства управления и т.д.

Основные программы испытаний двух конвертопланов были завершены к началу девяностых годов. После этого техника вернулась на завод Bell Aircraft, где время от времени применялась в различных целях. К примеру, машинам доводилось участвовать в демонстрационных мероприятиях. Один из подобных полетов завершился аварией. 20 августа 1992 года во время очередного показательного полета первый прототип был разбит. При подъеме на заданную высоту произошло разрушение деталей системы управления общим шагом одного из винтов. Из-за резкого изменения тяги винтов машина перевернулась и упала на землю. Летательный аппарат получил серьезные повреждения, но двое пилотов отделались только легкими травмами. Машину не стали восстанавливать, однако относительно целую кабину использовали при строительстве тренажера.


XV-15 в окраске береговой охраны США, 8 сентября 1999 г. Фото US Coast Guard


Вскоре американская промышленность начала разработку перспективного военно-транспортного конвертоплана, впоследствии принятого на вооружение под названием V-22 Osprey. На стадии предварительных исследований и формирования технического облика техники требовалось провести ряд важных проверок и испытаний. Летающей лабораторией для проведения таких испытаний стал оставшийся прототип конвертоплана-тилтротора Bell XV-15. До 2003 года летательный аппарат выполнял различные полетные задания и помогал ученым собирать необходимую информацию. Подобные испытания позволили разработать новый проект и довести перспективный образец авиационной техники до серийного производства.

Почти за четверть века эксплуатации второй XV-15 успел выработать ресурс, и более не мог участвовать в каких-либо испытаниях. Кроме того, появление полноценных прототипов машины XV-22 позволяло отказаться от дальнейшей эксплуатации старой техники. Более не нужная машина была передана Национальному музею авиации и космонавтики Смитсоновского музея (г. Вашингтон). Уникальный летательный аппарат до сих пор остается в открытой экспозиции и доступен для осмотра.


Первый прототип XV-15 в Национальном музее авиации и космонавтики. Фото Wikimedia Commons


В шестидесятых годах прошлого века вертолеты новых моделей смогли хорошо показать себя, в результате чего стали важной частью парка авиационной техникой, а также лишили реального будущего альтернативные летательные аппараты вертикального взлета. В начале семидесятых Армия США совместно с NASA решила разработать новый вариант конвертоплана, пригодный для решения некоторых прикладных задач. Появившаяся машина Bell XV-15 решила поставленные задачи, однако не смогла претендовать на попадание в войска. Тем не менее, полученный при ее создании и испытаниях опыт позволил разработать новый аналогичный проект. Серийное производство и активная эксплуатация машин V-22 Osprey позволяют говорить, что экспериментальный проект выполнил все возложенные на него задачи.


По материалам сайтов:
https://vertipedia.vtol.org/
http://airwar.ru/
https://airandspace.si.edu/
http://aviastar.org/
http://dogswar.ru/
Автор:
Рябов Кирилл
Ctrl Enter

Заметили ошЫбку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

32 комментария
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо зарегистрироваться.
Уже зарегистрированы? Войти