Самолеты вертикального взлета с хвоста

В своих изысканиях в области VTOL американцы действительно мысленно отталкивались от проекта летательного аппарата, запатентованного в 1939 году профессором Генрихом Фоке (Heinrich Focke), создателем самолётов Focke-Wulf.

Разработка и постройка СВВП XFV-1 осуществлялась фирмой «Локхид» с 1950 г. одновременно с разработкой СВВП XFY-1 фирмы «Конвэр» но одним и тем же требованиям флота США к палубному вертикально взлетающему истребителю. По контракту стоимостью 10 млн. долл. предусматривалась постройка двух экспериментальных истребителей.

Focke-Wulf VTOL был задуман по известному ныне принципу «винт в кольце». Точнее, в центре самолёта с неназванным турбореактивным двигателем должно было быть два огромных пропеллера, вращавшихся в противоположных направлениях. Хотя профессор, по некоторым сведениям, работал и после войны, дальше деревянной модели для туннельных испытаний дело не пошло.

Что же касается США, то в 1950 году они получают два предложения по проекту «вертикального» самолёта — от компаний Lockheed и Convair. Самое интересное, что ни один из разработчиков не пошёл по стопам Генриха Фоке. Можно сказать, что в первых проектах по-американски VTOL было воспринято как-то чрезвычайно буквально.

Так или иначе, но обе компании подписали с военными контракт и в середине 1951 года предоставили опытные образцы. Машина Lockheed поначалу называлась XFO-1 (Model 081-40-01). Образцы, их было два, носили номера 138657 и 138658. Позднее Lockheed поменял обозначение на XFV-1 Salmon («Лосось»). Самолёт Convair звался просто XFY-1 Pogo.

Подробно расскажем о детище Lockheed, поскольку о нём и информации больше, и разработка Convair от него практически ничем не отличается. В общем, «Лососем» его назвали в честь руководителя группы инженеров, лётчика-испытателя Германа Салмона (Herman Salmon), у которого тоже было прозвище — «Fish» («Рыба»).

Как во время взлёта, так и во время посадки «Лосось» (11,27 метра в длину) пребывал в вертикальном положении, стоя на крестообразном хвосте с амортизатором и колёсиком на каждом из наконечников.

Состоящий из пары соединённых турбин T38, двигатель Allison YT40-A-6 мощностью 5850 лошадиных сил «заводил» пару трёхлопастных пропеллеров диаметром 4,88 метра каждый. Предполагалось, что, оторвавшись от земли, «Лосось» примет в воздухе обычное горизонтальное положение, а по возвращению опять перевернётся и сядет вертикально на хвост.

Согласно рассчётам, максимальная скорость «Лосося» должна была быть 933 км/час, а круизная 659 км/час. Вес: 5260 кг пустой, 7348 загруженный. Размах крыла 9,4 метра. На вооружении должны быть четыре 20-миллиметровых пушки или сорок шесть 70-миллиметровых ракет, размещённых в крыльях.

СВВП XFV-1 выполнен по схеме моноплана с одним ТВД с соосными воздушными винтами и четырехопорным шасси.

Фюзеляж малого удлинения, с выступающим фонарем кабины. Сиденье летчика могло отклоняться на 45°, как на самолете XFY-1.

Крыло прямое, трапециевидной формы в плане, с небольшой относительной толщиной профиля, отличалось отсутствием механизации. На концах крыла предусматривалась установка дополнительных топливных баков или контейнеров с вооружением.

Оперение Х-образное, стреловидное, с аэродинамическими рулями и триммерами.

Шасси четырехопорное, неубирающееся, с четырьмя амортизационными стойками в обтекателях на концах Х-образного оперения и небольшими колесами. Для начального этапа летных испытаний на самолете было установлено вспомогательное шасси с двумя стойками и подкосами, крепящимися к фюзеляжу, и сравнительно небольшими колесами, а также дополнительные стойки с небольшими колесами на двух нижних поверхностях оперения.

В дальнейшем на самолет ставили ТВД Аллисон YT-40-A-14, как на СВВП XFY-1, который предполагалось заменить на более мощный ТВД YT-40-A-16 с суммарной эквивалентной мощностью 6825 л. с, и соосные трехлопастные винты Кертисс-Райт «Турбоэлектрик».

Надо сказать, пилоту, который управлял XFV-1 в гордом одиночестве, повезло меньше других. Мало того, что его место переворачивалось на 45 градусов, так ещё и вход/выход из кабины требовал специальной лестницы.

В ноябре 1953 года прошли первые испытания, и 23 декабря 1953 самолёт под управлением Германа «Рыбы» сделал, наконец, краткий перелёт. Первый официальный полёт имел место 16 июня 1954 года — с парением самолёт справился вполне успешно.

Однако вертикальных взлётов и приземлений на хвост XFV-1 фактически никогда не совершал — запускали его всё же из горизонтального положения, для чего сделали временное, как тогда казалось, шасси.

Практически сразу стало ясно, что имеющийся турбовинтовой двигатель не может гарантировать безопасность. Не хватало мощности, нужно было, как минимум, на пару тысяч «лошадей» больше, и такой двигатель — YT40-A-14 — ожидался. К сожалению, 7100 лошадиных сил «Лосось» так и не получил — двигатель просто не стали для него делать.

В июне 1955 года проект XFV-1 был закрыт так же, как и проект Convair XFY-1 Pogo (280 рейсов на привязи в ангаре, один свободный полёт в 1954 году с переходами в горизонтальное положение).

Американская программа турбовинтовых, садящихся на хвост, была свёрнута полностью. После отмены опытные образцы были переданы аэрокосмическим музеям. Проект не был успешен по нескольким причинам: прежде всего, из-за недостатка мощности двигателя и надёжности в целом, а также из-за экспериментальных навыков, требуемых, чтобы пилот посадил самолёт на хвост.

СВВП XFV-1 имел такую же силовую установку, как и СВВП XFY-1, но существенным образом отличался от него по компоновке, имея прямое крыло и Х-образное оперение. Подобно СВВП XFY-1, экспериментальный самолет XFV-1 имел при стоянке вертикальное положение фюзеляжа, опирающегося на неубирающиеся опоры шасси, однако вертикальный взлет и посадка на нем не были совершенны. Для проведения начального этапа летных испытаний СВВП был снабжен вспомогательными опорами шасси для взлета с разбегом и посадки с пробегом.

Постройка первого экспериментального СВВП XFV-1 была завершена 23 февраля 1953 г., а первый полет со взлетом с разбегом с помощью вспомогательного шасси был совершен 16 июля 1954 г. летчиком-испытателем Германом Сэлмоном, в честь которого самолет был назван «Сэлион».

А теперь еще один вариант самолета вертикального взлета с хвоста !

Исследования реактивных СВВП во Франции начались в 1954 г., когда новой фирмой BTZ (техническое бюро Г. Зборовского) совместно с известной двигателестроительной фирмой «SNECMA» был разработан и предложен проект СВВП с кольцевым крылом, получившего название «Coleoptere» (кольцекрылый). Подобно американскому реактивному СВВП X-13 СВВП SNECMA C.450 Coleoptere тоже должен был иметь вертикальное положение фюзеляжа при взлёте и посадке, что представлялось естественным для лёгкого боевого самолёта, причем кольцевое крыло обеспечивает достаточную базу для размещения на ней опор шасси.

Исследования колеоптеров явились одной из главных тем второго съезда германского авиационного общества в 1954 г. Утверждалось, что применение кольцевого крыла позволяет интегрировать силовую установку с крылом, которое может использоваться как внешний контур прямоточного двигателя для сверхзвуковых самолетов, а для дозвуковых – служить каналом для соосных воздушных винтов.

В то время конструкторы, работающие над технологией создания самолета с кольцевым крылом, имели уверенность, что такое расположение крыла позволит провести качественную интеграцию силовой установки в крыло самолета для использования его в качестве внешнего контура реактивного двигателя. При использовании такого крыла для самолетов с дозвуковой скоростью полученная конструкция будет служить основным каналом для соосных винтов. Почти все разработки того времени по СВВП с крылом кольцевого типа строились на проектах, захваченных в Германии, где работы по данным проектам, наконец, достигли определенных успехов.

Подчеркивалось, что предлагаемые проекты колеоптеров являются развитием исследовательских и проектных работ, производившихся во время второй мировой войны в Германии, где был разработан ряд оригинальных проектов СВВП, в том числе и с кольцевым крылом. Для исследования работы систем управления ТРД при вертикальном положении был построен и испытан на привязи сперва беспилотный летающий стенд с ТРД SNECMA «Atar», получивший обозначение и название SNECMA C.400-P1 «Atar Volant» (летающий Атар), а затем на привязи и в свободном полете пилотируемый стенд SNECMA C.400-P1. Испытания стендов проводились в течение трех лет с 1955 по 1958 г.

Экспериментальный СВВП SNECMA C.450 Coleoptere с кольцевым крылом разрабатывался фирмой «SNECMA» по исследовательской программе сначала на собственные средст фирмы, а затем в соответствии с контрактом, заключенным с министерством обороны ФРГ. СВВП SNECMA C.450 Coleoptere имел силовую установку и системы, прошедшие испытания на летающем стенде C.400-P2 «Atar Volant». Постройка экспериментального C.450 Coleoptere была завершена в конце 1958 г., и он начал проходить наземные испытания на аэродроме фирмы в Мельн Виларош, а затем полеты сперва на режиме висения (первый свободный полет был совершен б мая 1958 г.), а позже с переходом к горизонтальному полету. Летчик-испытатель Август Морель. Во время одного из таких полетов 25 июля 1958 г. самолёт потерял управление на высоте 75 м, разбился и сгорел, летчик успел катапультироваться на высоте 18 – 22 м, но в результате неудачного приземления повредил позвоночник.

При расследовании аварии было установлено, что аэродинамика кольцевого крыла и система струйного управления, являющиеся особенностями СВВП C.450 Coleoptere, не были ее причиной, но тем не менее фирма «SNECMA» не решилась продолжать программу разработки этого явно амбициозного проекта, хотя к этому времени фирмой был разработан ряд оригинальных проектов боевых реактивных СВВП с кольцевым крылом (штурмовика и сверхзвукового истребителя-перехватчика), а также проект пассажирского СВВП с ТВД и соосными воздушными винтами.

В проекте дозвукового штурмовика «Бруш» предусматривалось лежачее расположение летчика в кабине. Взлет и посадка обоих самолётов должны производиться при вертикальном положении фюзеляжа с использованием ТРД, снабженного газовыми рулями. В проекте сверхзвукового истребителя-перехватчика кольцевое крыло является внешним контуром прямоточного двигателя, создающего тягу при больших сверхзвуковых скоростях полета (М = 2,5), когда ТРД становится неэкономичным и отключается, Был разработан также ряд проектов других боевых самолётов с дозвуковой скоростью, в которых предполагалось использовать в качестве силовой установки соосные воздушные винты в кольцевом крыле, эффективно работающие не только при вертикальном взлете и посадке, но и в горизонтальном полете. Соосные воздушные винты предлагалось использовать также в проекте многоцелевого СВВП «Ганнетон» с двумя ТВД. Для удобства размещения летчика и пассажиров кресла предполагалось выполнить поворачивающимися.

Особенностью конструкции SNECMA C.450 Coleoptere является вертикальное положение и размещение фюзеляжа при взлете и посадке в кольцевом крыле, самолет снабжен одним ТРД и четырех – опорным шасси, конструкция планера изготовлена фирмой «Норд». Фюзеляж цельнометаллический небольшого удлинения, имеет круглое сечение в зоне сопряжения с крылом. В носовой части размещена одноместная кабина летчика с выступающим фонарем и боковым остеклением для улучшения обзора. В кабине установлено катапультное кресло CkaSE.120B, которое может отклоняться на 45° при изменении положения фюзеляжа. Кресло обеспечивает катапультирование на режиме висения у земли.

Крыло кольцевое, изготовлено из легких сплавов, имеет каркасную конструкцию, подкрепляющую внешнюю и внутреннюю обшивки, внешний диаметр крыла 3,2 м, внутренний – 2,84 м, хорда крыла 3 м, относительная толщина профиля крыла 12%. Крыло не имеет механизации. Оперение состоит из четырех крестообразно расположенных в хвостовой части крыла треугольных поверхностей, снабженных аэродинамическими рулями и обеспечивающих управление в горизонтальном полете. Внутри кольцевого крыла внешние поверхности управления сопрягаются с четырьмя профилированными стреловидными поверхностями, соединенными с фюзеляжем. Шасси четырехопорное неубирающееся, установлено на крыле в корневых частях поверхностей оперения. Стойки с масляно-воздушными амортизаторами имеют большой ход и снабжены самоориентирующимися колесами со сплошными резиновыми шинами.

Силовая установка состоит из одного ТРД SNECMA «Atar» 101Е со статической тягой 3700 кгс, установленного в фюзеляже. Воздухозаборники боковые, нерегулируемые, сопло снабжено газовыми рулями. Отбираемый от компрессора ТРД сжатый воздух по каналам в профилированных поверхностях внутри крыла направляется в сопла струйной системы управления. Система управления состоит из аэродинамических рулей для управления в горизонтальном полете и газовых и струйных рулей для управления на вертикальных режимах полета. Эксплуатация SNECMA C.450 Coleoptere должна была обеспечиваться с помощью специальной тележки с наклоняющейся рампой. Для транспортировки SNECMA C.450 Coleoptere устанавливался на тележке в горизонтальном положении на опорах, для взлета рампа устанавливалась в вертикальном положении.

Фирменная особенность «C-450 Coleoptere» — вертикальное расположение самолета при выполнении взлета-посадки и использование крыла кольцевого типа. Экспериментальный самолет имел 4 опорных шасси, силовую установку – один ТРД. Конструкцию планера изготовила по заказу компания «Норд». Цельнометаллический фюзеляж изготовлен с небольшим удлинением и круглым сечением в месте сопряжения его с крылом. В передней части выполнена кабина для одного пилота, имеющая выступающий фонарь и боковое остекление, дающее улучшенный обзор. Внутри кабины находится кресло с катапультой «Sud SE.120B», которое имеет угол наклона до 45 градусов при катапультировании.

Также кресло можно использовать на вертикальных режимах влета-посадки. Крыло кольцевого типа каркасной конструкции создано из сплавов легких металлов с подкреплением внешней и внутренней обшивки. В конструкции крыла не использовали никаких механических деталей. Основное оперение выполнено в хвостовой части на внешней и внутренней поверхности крыла. Внешнее оперение – 4-е треугольные поверхности расположенные крестом. Они управляются аэродинамическими рулями, что обеспечивают самолету полет в горизонтальном направлении. Внутреннее оперение — сопряженного типа с внешним оперением, которое имеет стекловидные профилированные поверхности, соединенные с корпусом самолета.

Самолёт имеет 4-х опорное шасси неубирающегося типа. Стойки, изготовленные с применением масляно-воздушных амортизаторов, получили хороший ход и оканчиваются колесами свободного вращения. Колеса имеют шины из сплошной резины.

Силовая – один ТРД, установленный в фюзеляже. Управление воздушным потоком осуществляется с помощью боковых воздухозаборников нерегулируемого типа и сопла с газовыми рулями. Сжатый воздух проступаемый от компрессора двигателя проходит по каналам профповерхностей и достигает сопел системы струйного управления. Система имеет аэродинамические рули, которые управляют горизонтальным полетом и газоструйные рули, которые управляют вертикальным полетом самолета. Данную систему успешно испытали еще на первом стенде и установили на экспериментальный самолет «C-450 Coleoptere».

Для транспортировки самолета использовали спецтележку с наклоняющейся рампой. При перемещении самолета его устанавливали в горизонтальном положении, для осуществления взлета рампу фиксировали в вертикальном положении.

Основные характеристики;

- диаметр крыла внешний/внутренний – 3.2/2.8 метра;

- хорда крыла – 3 метра;

- относительная толщина профкрыла – 12 процентов;

- двигатель – ТРД 10IE «Atar»;

- статическая тяга – 3.7 тысячи кгс.

- длина 8 метров;

- скорость 800 км/ч;

- высотный потолок – 3 километра;

- вес топлива 700 килограмм;

25.06.1959 года при выполнении очередного испытательного полета пилот-испытатель А.Морель не смог справится с управлением «C-450 Coleoptere», в результате чего самолет с высоты в 75 метров вошел в штопор и разбился, а пилот еле успел совершить катапультирование на высоте примерно 20 метров, однако при приземлении получил серьезное повреждение (травма позвоночника). Проведенное расследование показало, что особенности данного СВВП, а именно конструкция крыла кольцевого типа и система управления воздушным потоком никакого отношения к произошедшей катастрофе не имели.