Криптороторы. история, прошлое и будущее

Статья Рольфа Бессера (Rolf Besser) «Kriptorotoren. Geschichte, Gegenwart und Zukunft» из издания «Luftfahrt International» 4/81 была переведена глубокоуважаемым сотрудником NF и мало доработана мной. Перевод был выполнен в апреле 2016 года.

Не обращая внимания на большие успехи в области разработки современных вертолётов, их скорость через чур мелка в сравнении с простыми самолётами. Громадные шум и расход топлива в полете дополняют перечень недочётов простых вертолетов.

Криптороторы, изменяющие на протяжении полёта собственное положение с вертикального на горизонтальное, являются альтернативой, которая разрешит летательным аппаратам лететь существенно стремительнее, расходовать меньше топлива и создавать меньше шума.

Конвертоплан Bell XV-15 достиг этих целей. Путь к нему был долгим и тернистым, и многие изобретатели более 100 лет шли по этому пути, пробуя создать подобные летательные аппараты.

В 1845 году Коссус (Cossus) первым представил идею аналогичного вертолёта с несущим воздушным винтом и двумя криптороторами.

проект Коссуса (1845 год) с двумя внешними роторами, талантливыми изменять собственное положение

В первой половине 60-ых годов XIX века американец Мортимер Нельсон (Mortimer Nelson) зарегистрировал патент летательного аппарата с двумя пилонами, проворачивавшимися довольно вертикальной оси. На каждом из пилонов должны были размешаться по четыре ротора.

проект вертолёта Нельсона (1861 год) с двумя поворотными пилонами

В первой половине 60-ых годов девятнадцатого века Лютер К. Кроуэлл (Luther C. Crowell) зарегистрировал в Соединенных Штатах патент на два ротора, каковые имели возможность наклоняться довольно вертикальной оси.

Во второй половине 90-ых годов XIX века врач Беенен (Beenen) из Дрездена зарегистрировал германский Имперский патент на конструкцию летательного аппарата, у которой главный и дополнительный хвостовой роторы имели возможность изменять собственное положение в вертикальной плоскости.

автором данного проекта вертолёта с ротором и основным ротором, расположенном в хвостовой части, был Беенен (1896 год). В его проекте были предусмотрены поворачивающиеся роторы

В первой половине 20-ых годов двадцатого века Отто Шмитт (Otto Schmidt) в Бергене (Bergen) в Фогтланде (Vogtland) представил проект винтокрылого летательного аппарата, что по собственной конструкции по большей части был схож с будущим XV-15.

базу концепции успешного XV-15 еще в первой половине 20-ых годов двадцатого века создал Отто Шмитт. Рисунок из патента DRP 406 723

Приблизительно таким же был созданный во второй половине 30-ых годов XX века Л. Э. Бейнсом (L. E. Baynes) в Англии вертолёт Heliplane, что предполагалось применять в качестве разведчика и бомбардировщика. Тогда эта разработка не стала известной общественности.

Heliplane Бейнса с двумя криптороторами, размешавшимися в гондолах, должен был иметь большую скорость полёта в 500 км/ч при дальности полёта более чем в 1000 километров.

созданный во второй половине 30-ых годов XX века проект Л. Э. Бейнса имел в собственной базе тот же принцип

Развивать скорость 600 км/час должен был и вертолёт-истребитель доктора наук Фокке (Focke), созданный им в 1941-43 годах. Созданный доктором наук Фокке проект вертолёта Fa 269 должен был иметь два ротора с тремя лопастями, каковые изменяли собственное положение и, отклоняясь назад на 80°, действовали в горизонтальном полете как толкающие винты.

Компоненты вертолёта Fa 269 были изготовлены, но на протяжении одной из бомбардировок союзников они были стёрты с лица земли. Иначе предприятия, которым были выданы заказы на изготовление элементов конструкции этого вертолёта, были загружены вторыми более серьёзными заказами. В итоге данный проект до конца Второй мировой не мог быть реализован.

Focke-Achgelis Fa 269 с толкающими винтами, талантливыми изменять положение. В 1943 работы по данному проекту продвинулась достаточно на большом растоянии

Похожая совокупность трансформации роторами собственного положения была применена в экспериментальном летательном аппарате, созданном во второй половине 50-ых годов двадцатого века компанией Dornier и получишем обозначение Do 29. Компания Dornier зарегистрировала соответствующий патент еще в первой половине 20-ых годов двадцатого века (см. выпуск 2/1980 издания «Luftfahrt International»).

Разработки в Соединенных Штатах

В Соединенных Штатах проектно-конструкторские работы начались в 1945 году в компании Transcendental Aircraft Corporation, целью которых было создание летательных аппаратов с криптороторами. Через девять лет в первый раз удалось осуществить переход от вертикального полёта к горизонтальному.

Экспериментальный летательный аппарат Transcendental Model 1-G (взлётный вес в 744 кг) взял двигатель Lycoming мощностью 160 л.с. Мощность от двигателя передавалась на два воздушных винта диаметром 5,2 метра, установленные на законцовках крыла. Перемещения винтов выполнялись при помощи электродвигателей, и угол их поворота составлял 84°.

15 июня 1954 года Model 1-G выполнил собственный первый полёт. В декабре 1954 года в первый раз на протяжении полёта на этом летательном аппарате удалось осуществить переход из одной фазы полёта в другую. До падения летательного аппарата в реку Делавэр в июле 1955 года было выполнено более 100 полётов.

При падении в реку летательный аппарат был уничтожен.

Следующим, созданным компанией Transcendental экспериментальным летательным аппаратом был двухместный Model 2, взявший 250-сильный двигатель компании Lycoming. Но к этому времени заказ на разработку экспериментального летательного аппарата, талантливого переходить от вертикального полета к горизонтальному, взяла компания Bell, создавшая собственный проект под обозначением XV-3. В итоге компании Transcendental было нужно остановить свои работы по данной тематике.

В компании Bell изучения по разработке экспериментального летательного аппарата типа Bell Modell 200 (сперва он взял обозначение XH-33, после этого наименование было заменено на XV-3), начались во второй половине 40-ых годов XX века под управлением Боба Лихтена (Bob Lichten). Первоначально в конструкции конвертоплана употреблялись два трехлопастных ротора диаметром по 7 метров. Первый полёт этого летательного аппарата состоялся 23 августа 1955 года.

При взлётном весе приблизительно 2 тонны мощность двигателя компании Pratt Whitney в 450 л.с. была весьма близкой к той, какую имели вертолёты с подобным взлётным весом, но на данном летательном аппарата силовая установка трудилась не в любых ситуациях удовлетворительно. При выхода из строя одного из винтов был вероятен перевод роторов в переход и вертикальное положение в режим авторотации.

В начале опробований оси вращения воздушных винтов перемещались лишь на 15°, и сами опробования осложнялись рядом неприятностей. В октябре 1956 года данный летательный аппарат был разбит при аварийной посадке.

Тогда было решено создать усовершенствованный конвертоплан Bell XV-3 с двумя двухлопастными роторами диаметром 10 метров. На этом прототипе 18 декабря 1958 года в первый раз был выполнен переход от одной фазы полёта к второй, и была достигнута горизонтальная скорость около 200 км/ч. В общем итоге до 1962 года Bell XV-3 налетал 450 часов.

На протяжении полётов была достигнута большая скорость горизонтального полета вперед 291 км/ч; при горизонтальном полете в стороны и хвостом вперёд большая скорость составляла 24 км/ч.

конвертоплан Bell XV-3 испытывали до 1962 года. Данным летательным аппаратом была достигнута скорость горизонтального полёта около 300 км/ч

Компания DOAK Aircraft Company из Торранса, штат Калифорния, во второй половине 50-ых годов XX века создала для армии США прототип DOAK Model 16. Этот прототип оснащался двумя поворачивающимися относительно вертикали роторами, заключенными в кожухи и расположенными на законцовках крыла. Начальный взлетный вес DOAK Model 16 составлял 1180 кг.

В феврале 1958 года на аэропорте города Торранс приступили к лётным опробованиям DOAK Model 16. Силовая установка данного летательного аппарата складывалась из одного турбовального двигателя Lycoming мощностью 840 л.с. Управление этим летательным аппаратом при вертикальных перемещениях и при зависании облегчалось отводом выхлопных газов двигателя вниз.

Первый переход от вертикального направления полёта к горизонтальному был осуществлён на базе ВВС Соеденненых Штатов Эдвардс. Экспериментальный летательный аппарат DOAK Model 16 при взлётном весе 1452 кг развивал скорость до 370 км/ч. Позднее Model 16 был передан в NASA с целью проведения предстоящих опробований.

По собственной инициативе компания Curtiss-Wright Corporation создала похожий по конструкции одноместный летательный аппарат Х-100, оснащенный турбовальным двигателем Lycoming мощностью 825 л.с.. Первый полёт Х-100 прошёл в марте 1960 года. На этом летательном аппарате имелись два ротора диаметром по 3,05 метра.

При вертикальном комплекте высоты роторы вращались со скоростью 1240 об/мин, а при горизонтальном полёте – со скоростью 1120 об/мин.

Кроме этого на личные средства в Curtiss-Wright Corporation был создан схожий летательный аппарат Model 200. В первой половине 60-ых годов двадцатого века эта корпорация взяла заказ от ВВС Соеденненых Штатов на постройку двух военных прототипов X-19A. Данный шестиместный летательный аппарат должен был иметь взлётный вес 6197 кг при исполнения вертикального взлёта и 6690 кг при взлёте под углом к горизонту. В качестве силовой установки на X-19A помогали два турбовальных двигателя Lycoming T-55 мощностью по 2200 л.с.

В соответствии с расчетам большая скорость горизонтального полёта этого летательного аппарата должна была быть равна 740 км/ч, экономическая крейсерская скорость 650 км/ч, дальность полёта более 1000 километров. Первый вертикальный взлёт Х-19А выполнил летом 1964 года. Во второй половине 60-ых годов двадцатого века работы над данным проектом были прекращены.

в первой половине 60-ых годов двадцатого века были выстроены и испытаны 2 прототипа конвертоплана Curtiss-Wright X-19

Путь к Bell XV-15

В первой половине 60-ых годов двадцатого века Bell Aerosystems Company взяла заказ от Минобороны США на разработку летательного аппарата с посадкой и вертикальным взлётом X-22A с воздушными винтами, расположенными тандемно и заключенными в защитные кожухи. По собственной компоновке данный летательный аппарат был схож с теми, что были созданы в Curtiss-Wright Corporation ранее.

Четыре турбовальных двигателя General Electric Т-58 мощностью по 1250 л.с. любой были попарно установлены перед хвостовым оперением и приводили во вращение четыре трехлопастных воздушных винта диаметром по 2,12 метра любой. Эти роторы размещались по обеим сторонам фюзеляжа на законцовках крыла и у хвостового оперения на стабилизаторе размахом 12 метров. Двигатели имели возможность изменять собственное положение, перемещаясь довольно вертикальной оси на 90°.

Большие обороты воздушных винтов 2590 об/мин. При наклоне сопел под углом в 65° выхлопные газы силовой установки снабжали дополнительную тягу. Взлётный вес летательного аппарата X-22A (Bell Modell D 2127) был равен приблизительно 6800 кг. В кабине экипажа пребывали места для двух пилотов (места были оснащены катапультируемыми креслами).

В расположенном позади отсеке перед передними винтами имелось место для шести человек либо для 544 кг нужного груза.

Первый полёт прототипа Х-22 прошёл в марте 1966 года. На протяжении опробований выполнялись вертикальные взлёты, зависания и переходы к горизонтальному полёту на скоростях до 160 км/ч. При переходе от одного режима полёта к второму воздушные винты, заключенные в защитные кожухи, в течение двадцати секунд изменяли собственное положение довольно вертикальной оси на 90°.

На протяжении опробований этот прототип был разбит на протяжении аварийной посадки. Расследование обстоятельств аварии продемонстрировало, что на протяжении исполнения взлета роторы были отклонены на 30° и что предупредительная сигнальная установка гидравлической совокупности сказала о неисправности. Пилот по окончании полного выхода из строя гидравлической совокупности постарался выполнить вертикальную посадку, но в этом случае выяснилось неосуществимым существенно снизить скорость, и при последовавшем ударе о поверхность летательный аппарат разломился на две части.

Первый полёт второго прототипа конвертоплана Bell X-22A (взлётный вес 8020 кг) состоялся 26 января 1967 года. Всего на данном прототипе налетали приблизительно 80 часов. На протяжении полётов достигалась горизонтальная скорость до 370 км/ч, зависание делали на высоте 2445 метров.

В первой половине 70-ых годов двадцатого века компания Bell Helicopter Company снова приступила к опробованиям летательного аппарата, оснащенного заключенными в аэродинамические каналы NASA трехлопастными роторами диаметром 7,62 метра любой, а в первой половине 70-ых годов XX века эта компания взяла заказ на постройку двух летательных аппаратов с криптороторами.

В октябре 1976 года первый прототип Bell 301 с изготовленным на компании Rockwell International фюзеляжем и с крылом, консоли которого имели маленькую отрицательную стреловидность, был собран и под присвоенным ВВС Соеденненых Штатов обозначением XV-15 был подготовлен для лётных опробований. При исполнении вертикальных посадок и взлётов (VTOL) безлюдный вес данного летательного аппарата был равен 5354 кг, при исполнении укороченных посадок и взлётов (STOL) – 6800 кг. Силовая установка, складывавшаяся из двух 1500-сильных двигателей Lycoming LTC-1, разрешала развивать большую скорость 675 км/ч, экономическую скорость 562 км/ч, достигать практического потолка 8840 метров и дальности полёта 825 километров.

3 мая 1977 года прототип в первый раз выполнил полет с зависанием. При исполнении лётных опробований, на протяжении которых XV-15 переходил от одной фазы полёта к второй, горизонтальная скорость при полёте вперёд составляла 75 км/ч, до сорока километров/ч при полёте боком и до 28 км/ч при полете хвостом вперед. После этого последовали опробования в аэродинамической трубе NASA, на протяжении которых ставилась задача изучения последовательности появившихся неприятностей.

В мае 1979 года второй прототип XV-15 выполнил первые зависания в воздухе, а в июле этого года в первый раз на протяжении полёта гондолы с воздушными винтами (как и на протяжении опробований первого прототипа) были развёрнуты на 90°. Скорость горизонтального полёта при исполнении поворота гондол была равна 75 км/ч. При трансформации положения роторов с вертикального на горизонтальное поступательная скорость полёта весьма заметно росла.

Обратное перемещение гондол роторов осуществлялось при горизонтальной скорости полёта 200 км/ч. Скорость поворота гондол роторов изменялась в диапазоне от 12 секунд (fast conversion) до 1 60 секунд (slow conversion). В любой фазе перемещений гондол роторов при необходимости имелась возможность прервать поворот гондол и возвратиться к начальной полетной конфигурации.

17 июня 1980 года конвертоплан Bell XV-15 установил рекорд скорости полёта в собственном классе, разогнавшись до 554 км/ч. В будущем ставилась задача достигнуть скорости 600 км/ч.

В будущем оба прототипа XV-15 проходили службу в NASA для изучений в интересах армии и гражданской авиации. Ранее использовавшиеся на этих летательных аппаратах железные лопасти воздушных винтов были заменены на новые лопасти типа GfK, с которыми планировалось расширить диапазон и дальность эксплуатационных режимов полёта.

Тем временем компания Bell Helicopter Textron занята разработкой летательного аппарата со взлётным весом в 16 тысячь киллограм и возможностью перевозки 30 пассажиров. Разработчики проекта рассчитывают, что при экономической скорости, вдвое превышающей экономическую скорость полёта простого вертолёта, расход горючего должен быть в два раза меньше того, что расходует вертолёт. Достижение этих условий есть самой тяжелой из задач, стоящих перед разработчиками Bell D-326.

Цена данного проекта оценивается в 500 млн. долларов.

Пришельцы. 3. Путешественник во времени

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: