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.
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.
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/
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.
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.
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: Glenn Witcher