Конвертоплан - Tiltrotor

Tiltrotor представляет собой воздушное судно , которое генерирует подъемную силу и движение вперед посредством одного или более активных роторов (иногда называемых proprotors ) , установленных на вращающихся валов или гондолы , как правило , на концах фиксированного крыла . Почти во всех конвертопланах используется конструкция с поперечным ротором , за некоторыми исключениями, которые используют другие компоновки мультикоптеров .

Конструкция конвертоплана сочетает в себе возможности вертикального взлета и посадки вертолета со скоростью и дальностью полета обычного самолета с неподвижным крылом . Для вертикального полета роторы расположены под углом, поэтому плоскость вращения является горизонтальной, создавая подъемную силу, как и у обычного винта вертолета . По мере того, как самолет набирает скорость, роторы постепенно наклоняются вперед, а плоскость вращения в конечном итоге становится вертикальной. В этом режиме несущие винты обеспечивают тягу в качестве пропеллера , а аэродинамический профиль неподвижных крыльев обеспечивает подъемную силу за счет поступательного движения всего самолета. Поскольку роторы могут быть сконфигурированы так, чтобы быть более эффективными для движения (например, с закруткой кончика корня) и это позволяет избежать проблем вертолета, связанных с срывом лопастей , конвертоплан может достигать более высоких крейсерских скоростей и взлетной массы, чем вертолеты.

Конвертоплан отличается от вертолета тем, что вращается только несущий винт, а не все крыло. Этот метод торгует прочь эффективность в вертикальном полете для эффективности в STOL / STOVL операций.

История

Bell XV-15 готовится к земле

Первые работы в направлении поворотного ротора (франц. «Кабриолет»), кажется, возникли ок. 1902 года франко-швейцарскими братьями Анри и Арманом Дюфо, на который они получили патент в феврале 1904 года и обнародовали свою работу в апреле 1905 года.

Конкретные идеи создания самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) с использованием винтокрылых вертолетов получили дальнейшее развитие в 1930-х годах. Первый дизайн, напоминающий современные конвертоплы, был запатентован Джорджем Лебергером в мае 1930 года, но он не стал развивать эту концепцию. Во время Второй мировой войны компания Weserflug в Германии примерно в 1938 году представила концепцию своего P.1003 / 1, который наклонялся к вершине вместе с частью крыльев, но не с целыми крыльями, поэтому он мог находиться между поворотным ротором и наклоном. -самолеты. Вскоре после того, как в 1942 году был разработан немецкий прототип , Focke-Achgelis Fa 269 , который наклонялся к земле, но никогда не летал. Platt и LePage запатентовали PL-16, первый американский конвертоплан. Однако в августе 1946 года компания закрылась из-за нехватки капитала.

Два прототипа, которые совершили полет, были одноместной Transcendental Model 1-G и двухместной Transcendental Model 2, каждый из которых приводился в действие одним поршневым двигателем. Разработка модели 1-G началась в 1947 году, хотя она не летала до 1954 года. Модель 1-G летала около года, пока не разбилась в Чесапикском заливе 20 июля 1955 года, в результате чего прототип самолета был разрушен, но серьезно не пострадал. пилот. Модель 2 была разработана и взлетела вскоре после этого, но ВВС США отозвали финансирование в пользу Bell XV-3, и он не стал много летать, кроме испытаний в режиме висения. Transcendental 1-G - первый конвертоплан, который совершил большую часть перехода от вертолета к самолету в полете (с точностью до 10 градусов от истинного горизонтального полета самолета).

Построенный в 1953 году экспериментальный Bell XV-3 летал до 1966 года, доказывая фундаментальную надежность концепции конвертоплана и собирая данные о технических улучшениях, необходимых для будущих проектов.

Эффективность подъемника с дисковой загрузкой вертикального взлета и посадки

Связанная с этим разработка технологии - поворотное крыло . Хотя два проекта, Canadair CL-84 Dynavert и LTV XC-142 , имели технический успех, ни один из них не был запущен в производство из-за других проблем. Конвертопланы обычно имеют лучшую эффективность зависания, чем поворотно-поворотные устройства, но меньше, чем вертолеты.

В 1968 году Westland Aircraft представила свои собственные разработки - небольшой экспериментальный самолет (We 01C) и 68-местный транспортный самолет We 028 - на авиашоу SBAC в Фарнборо .

В 1972 году при финансовой поддержке НАСА и армии США компания Bell Helicopter Textron начала разработку XV-15 , двухмоторного исследовательского самолета с конвертопланом. Два самолета были построены, чтобы подтвердить конструкцию конвертоплана и изучить рабочий диапазон полета для военного и гражданского применения.

В 1981 году, используя опыт, накопленный на XV-3 и XV-15, Bell и Boeing Helicopters приступили к разработке V-22 Osprey , военного конвертоплана с двумя турбовальными двигателями для ВВС США и Корпуса морской пехоты США .

Bell объединилась с Boeing в разработке коммерческого конвертоплана, но Boeing ушел в 1998 году, а Agusta пришла на Bell / Agusta BA609 . Этот самолет был переименован в AW609 после передачи полного владения AgustaWestland в 2011 году. Bell также разработала конвертоплан и беспилотный летательный аппарат (БПЛА) TR918 Eagle Eye .

В России было несколько проектов конвертопланов, в основном беспилотных, таких как Ми-30 , и в 2015 году был начат еще один.

Примерно в 2005–2010 годах Bell и Boeing снова объединились для проведения концептуального исследования более крупного Quad TiltRotor (QTR) для программы Joint Heavy Lift (JHL) армии США. QTR - это более крупная версия V-22 с четырьмя винтами, с двумя тандемными крыльями, фиксированными крыльями и четырьмя поворотными роторами.

В январе 2013 года FAA определило правила шума конвертоплана США в соответствии с правилами ИКАО . Сертификация по шуму будет стоить 588 000 долларов, как и для большого вертолета.

AgustaWestland заявляет, что в 2013 году они совершили свободный полет на пилотируемом электрическом конвертоплане под названием Project Zero с роторами внутри размаха крыльев.

В 2013 году генеральный директор Bell Helicopter Джон Гаррисон отреагировал на то, что Boeing выбрал другого партнера по конструкции планера для удовлетворения будущих требований армии США к грузоподъемности , указав, что Bell вместе с Lockheed Martin возьмет на себя ведущую роль в разработке Bell V-280 Valor .

В 2014 году программа Clean Sky 2 ( Европейским союзом и отраслью) предоставила AgustaWestland и его партнерам 328 миллионов долларов на разработку конструкции «гражданского конвертоплана следующего поколения» для морского рынка, с критическим обзором дизайна ближе к концу 2016 года. целями являются наклонные секции крыла, максимальный взлетный вес 11 тонн , посадочные места от 19 до 22 пассажиров, первый полет в 2021 году, крейсерская скорость 300 узлов, максимальная скорость 330 узлов, потолок 25000 футов и дальность полета 500 морских миль.

Технические соображения

Органы управления

В вертикальном полете конвертоплан использует элементы управления, очень похожие на вертолет с двумя или тандемными винтами . Рыскание регулируется путем наклона роторов в противоположных направлениях. Крен обеспечивается за счет дифференциальной мощности или тяги. Шаг обеспечивается за счет циклического наклона лопастей несущего винта или гондолы . Вертикальное движение контролируется с помощью обычного шага лопастей ротора и либо обычного рычага коллективного управления вертолетом (как в Bell / Agusta BA609 ), либо уникального элемента управления, аналогичного управлению двигателем с неподвижным крылом, называемого рычагом управления тягой (TCL) (как в Bell-Boeing V-22 Osprey ).

Проблемы со скоростью и полезной нагрузкой

Преимущество конвертоплана - значительно большая скорость, чем у вертолета. В вертолете максимальная скорость движения определяется скоростью поворота несущего винта ; в какой-то момент вертолет будет двигаться вперед с той же скоростью, что и вращающаяся сторона ротора, движущаяся назад, так что эта сторона ротора видит нулевую или отрицательную воздушную скорость и начинает глохнуть . Это ограничивает современные вертолеты крейсерской скоростью около 150 узлов / 277 км / ч. Однако с конвертопланом этой проблемы можно избежать, поскольку винт-винт перпендикулярен движению на высокоскоростных участках режима полета (и, следовательно, не подвержен этому условию обратного потока), поэтому конвертоплан имеет относительно высокую максимальную скорость - более 300 узлов / 560 км / ч было продемонстрировано на двух типах конвертопланов, использованных до сих пор, и достигнута крейсерская скорость 250 узлов / 460 км / ч.

Эта скорость достигается в некоторой степени за счет полезной нагрузки . В результате такой уменьшенной полезной нагрузки, по некоторым оценкам, конвертоплан не превышает транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) вертолета, в то время как другие приходят к противоположному выводу. Кроме того, силовая установка конвертоплана более сложна, чем у обычного вертолета, из-за больших шарнирно-сочлененных гондол и дополнительного крыла; тем не менее, улучшенная крейсерская эффективность и улучшение скорости по сравнению с вертолетами являются значительными для некоторых применений. Скорость и, что более важно, общее время отклика - это главное достоинство, к которому стремятся вооруженные силы, использующие конвертоплан. Конвертопланы по своей природе менее шумны в прямом полете (в режиме полета), чем вертолеты. Ожидается, что это, в сочетании с их повышенной скоростью, улучшит их полезность в населенных районах для коммерческого использования и снизит угрозу обнаружения для использования в военных целях. Конвертопланы, однако, обычно столь же громкие, как вертолеты такого же размера в парящем полете. Моделирование шума конвертоплана на 90 пассажиров показывает более низкий крейсерский шум внутри салона, чем у самолета Bombardier Dash 8 , хотя низкочастотные вибрации могут быть выше.

Конвертопланы также обеспечивают значительно большую крейсерскую высоту, чем вертолеты. Конвертопланы могут легко достигать высоты 6000 м / 20 000 футов или более, тогда как вертолеты обычно не превышают высоту 3000 м / 10 000 футов. Эта функция будет означать, что некоторые варианты использования, которые обычно рассматривались только для самолетов с неподвижным крылом, теперь могут быть поддержаны конвертопланом без необходимости использования взлетно-посадочной полосы. Однако недостатком является то, что конвертоплан значительно снижает полезную нагрузку при взлете с большой высоты.

Моно конвертоплан

В самолетах с моно конвертопланом для подъема и движения используется наклоняемый вращающийся пропеллер или соосный пропеллер . Для вертикального полета винт наклонен, чтобы направить его тягу вниз, обеспечивая подъемную силу. В этом режиме работы аппарат практически идентичен вертолету. По мере того, как аппарат набирает скорость, коаксиальный винт медленно наклоняется вперед, и лопасти в конечном итоге становятся перпендикулярными земле. В этом режиме крыло обеспечивает подъемную силу, а большая эффективность крыла помогает конвертоплану достигать высокой скорости. В этом режиме летательный аппарат представляет собой турбовинтовой самолет.

Самолет с моно конвертопланом отличается от обычного конвертоплана, в котором винты установлены на законцовках крыла , тем, что соосный винт установлен на фюзеляже самолета . В результате такой конструктивной эффективности моно конвертоплан превосходит транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) как вертолета, так и обычного конвертоплана. В одном исследовании был сделан вывод о том, что если моно конвертоплан можно реализовать технически, он будет вдвое меньше, на одну треть меньше веса и почти вдвое быстрее вертолета.

В вертикальном полете моно конвертоплан использует органы управления, очень похожие на соосный вертолет, такой как Камов Ка-50 . Рыскание регулируется, например, путем увеличения подъемной силы верхнего винта и уменьшения подъемной силы нижнего винта. Крен и тангаж обеспечиваются циклическим ротором. Вертикальное движение контролируется обычным шагом лопастей ротора .

Список конвертопланов

Экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки Curtiss-Wright X-19 в полете
BA609 (теперь AW609) в режиме самолета на авиасалоне 2007

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки