[ezup]

В середине прошлого десятилетия конструкторы ведущих стран мира занимались поиском новых схем летательных аппаратов, позволяющих получить высокие характеристики на разных режимах полета. В частности, предлагались различные варианты повышения взлетно-посадочных характеристик и соответствующего расширения круга решаемых задач. Одна из новых идей была предложена и относительно успешно реализована американской компанией Vanguard в рамках проекта Omniplane.

Новый вариант перспективного летательного аппарата вертикального / укороченного взлета был разработан компанией Vanguard Air and Marine Corporation, основанной двумя инженерами-авиастроителями. Президентом и вице-президентом небольшой, но амбициозной корпорации были Эдвард Дж. Вандерлип и Джон Л. Шнайдер соответственно. В начале сороковых годов Э.Дж. Вандерлип участвовал в разработке систем управления для ракетного вооружения. Позже он перешел в компанию Piasecki Helicopter, где внес заметный вклад в создание первого вертолетного автопилота. Дж.Л. Шнайдер тоже успел сменить несколько мест работы и принять участие в создании целого ряда авиационной техники, как самолетов, так и вертолетов.

Опытный Vanguard Omniplane 2C

В конце пятидесятых годов Э.Дж. Вандерлип и Дж.Л. Шнайдер работали в компании Piasecki Helicopter, но вскоре уволились, чтобы организовать собственное предприятие. Несмотря на малую численность сотрудников и отсутствие развитых производственных мощностей, новая компания Vanguard Air and Marine Corporation без особых проблем справилась с проектированием и строительством экспериментального летательного аппарата. Разработка нового проекта стартовала в феврале 1959 года и заняла всего несколько месяцев. Характерный подход к формированию облика техники упростил строительство прототипа, на которое тоже ушло не слишком много времени.

К этому времени несколькими авиастроительными компаниями Соединенных Штатов и зарубежных стран был предложен целый ряд методов повышения основных летных характеристик. В частности, уже были проверены на практике т.н. винтокрылы – машины, имеющие отдельные несущие винты и винтовые либо реактивные двигатели для поступательного движения. Вероятно, основатели компании «Вэнгард» изучили подобные разработки других организаций, и решили создать на их основе новый вариант летательного аппарата.

Авторы проекта планировали создать летательный аппарат с возможностями самолетов и вертолетов. Именно этим можно объяснить название проекта – Vanguard Omniplane. Имя программы было составлено из слов «omni» – «всенаправленный» и «plane» – «самолет». Что именно имели в виду конструкторы, используя термин «omni-» – не совсем понятно. Вероятно, речь шла об одновременном создании тяги, направленной в двух направлениях. Первый опытный образец перспективного летательного аппарата получил собственное обозначение 2C. В дальнейшем оно позволило отличать его от переработанной версии под названием 2D.

Основная идея проекта Vanguard Omniplane заключалась в создании подъемной силы за счет попеременного использования крыла и пары несущих винтов. Для оптимизации компоновки летательного аппарата винты, необходимые для подъема, предложили устанавливать в вертикальных кольцевых каналах крыла. За поступательное движение должен был отвечать толкающий хвостовой винт, оснащенный набором аэродинамических рулей. Одновременно с этим проектом предусматривалась эксплуатация летательного аппарата исключительно «по-самолетному», для чего крыло должно было оснащаться крышками или закрывающимися створками.

Вид сверху

Впоследствии подобные идеи были использованы в нескольких новых проектах, что позволило говорить о появлении целого класса техники. В зарубежных материалах летательные аппараты такой конфигурации обычно именуются как Lift fan («Подъемный вентилятор»). Полноценный и общепринятый русскоязычный термин, в силу определенных обстоятельств, отсутствует. В публикациях на русском языке Omniplane и другую технику с аналогичными возможностями нередко относят к более обширному классу аппаратов с вертикальным / укороченным взлетом.

С целью упрощения и ускорения разработки и последующего строительства инженеры компании «Вэнгард» решили использовать максимальное число существующих узлов и агрегатов. К примеру, фюзеляж для экспериментальной машины заимствовался у одного из серийных самолетов. Схожим образом обстояло дело и с некоторыми другими агрегатами, хотя значительную часть изделий пришлось изготавливать самостоятельно и специально для нового прототипа.

Большинство основных узлов и агрегатов летательного аппарата Omniplane 2C должно было помещаться в фюзеляже самолетного типа. Было предложено использовать конструкцию сравнительно большого удлинения, собранную на основе металлического каркаса. Носовая часть фюзеляжа получила скругленный обтекатель, позади которого находился козырек фонаря. На этом участке высота фюзеляжа резко увеличивалась, образуя отсеки для размещения экипажа и силовой установки. Хвостовая балка была выполнена сужающейся и поднимающейся вверх. В центральной и хвостовой частях фюзеляжа предусматривались узлы для монтажа крыла и оперения.

Проект «Омниплейн» предлагал одновременное использование доработанной версии традиционного крыла и двух несущих винтов. Размещение винта в кольцевом канале внутри крыла привело к формированию характерной конструкции последнего. Плоскости должны были отличаться большими размерами, толстым профилем типа NACA 4421 и необычными очертаниями кромок. Крыло предлагалось устанавливать с небольшим поперечным V и с определенным углом атаки.

Первый прототип не имел полного комплекта средств управления потоком

Носок крыла имел требуемый изогнутый профиль, но при этом был выполнен полукруглым в плане. Возле корневой части изогнутого носка имелся небольшой прямой участок центроплана, обеспечивавший соединение с фюзеляжем. Внешняя законцовка, плавно сопряженная с выгнутым носком, располагалась параллельно продольной оси машины. Задняя кромка состояла из длинного внешнего участка, имевшего проем для установки элерона, а также скошенного внутреннего, соединенного с фюзеляжем. В связи с установкой подъемных винтов крыло отличалось большой относительной толщиной и соответствующими пропорциями.

Проектом предусматривалось использование сдвижных крышек или жалюзи, перекрывающих кольцевые каналы во время горизонтального полета. Изначально первый прототип не имел подобного оснащения, но впоследствии на него установили жалюзи. Подвижные створки располагались на нижней поверхности крыла и, в зависимости от режима полета, могли устанавливаться горизонтально, закрывая проем кольцевого канала, или вертикально. В последнем случае воздушный поток от подъемных винтов мог проходить через канал и удерживать машину в воздухе. Также рассматривалась возможность использования верхних крышек, однако такие изделия не вышли из стадии отработки на макетах.

В передней части крыла со сдвигом к фюзеляжу в крыле имелся крупный кольцевой проем, необходимый для монтажа подъемного вентилятора. В нем находились четыре радиальные балки несимметричного расположения, служившие опорой для редуктора винта. Для сокращения негативного влияния на поток балки получили обтекатели соответствующего профиля. Верхняя грань этих силовых элементов находилась на уровне поверхности крыла. Обтекатель балки занимал около трети высоты кольцевого канала, благодаря чему винт помещался в средней части последнего.

Машина Vanguard Omniplane 2C получила необычное хвостовое оперение, конструкция которого была обусловлена специфической архитектурой винтомоторной группы. На сужающейся хвостовой части фюзеляжа предлагалось монтировать стреловидный киль и подфюзеляжный гребень схожей конструкции. Гребень при этом отличался большей толщиной. В нижней части киля располагался стреловидный стабилизатор. Задние участки киля, гребня и стабилизатора имели прямоугольный вырез, в котором помещался кольцевой обтекатель третьего воздушного винта. Позади такого обтекателя-канала находились крупный высокий руль направления и два руля высоты. Последние, по понятным причинам, были выполнены в виде отдельных деталей, а их внутренние грани имели скошенную форму.

Моторный отсек фюзеляжа

В центральной части фюзеляжа, непосредственно за кабиной пилотов и рядом с центром тяжести, предлагалось устанавливать шестицилиндровый бензиновый авиационный двигатель Lycoming O-540-A1A мощностью 265 л.с. Летательный аппарат пришлось оснастить сравнительно сложной трансмиссией. Главный редуктор должен был распределять крутящий момент сразу на три вала. Два из них помещались перпендикулярно оси машины и были связаны с редукторами винтов, установленными в центре кольцевых каналов крыла. Третий вал уходил в хвост и предназначался для маршевого воздушного винта.

В качестве средства вертикального или укороченного взлета проектом Omniplane предлагалось использовать два подъемных винта диаметром 6,5 фута (1,98 м). Каждый такой винт имел по три прямоугольные лопасти шириной 3,75 дюйма (95 мм), построенные на основе профиля NACA 0009. Винты строились на основе компактных автоматов перекоса, при помощи которых пилот мог управлять их тягой.

Горизонтальный полет предлагалось выполнять при помощи хвостового воздушного винта диаметром 5 футов (1,54 м). Он располагался внутри кольцевого канала, позади которого находились рули направления и высоты. По-видимому, на взлетно-посадочном режиме маршевый винт, не дающий достаточную тягу для разгона, мог использоваться в качестве средства создания тяги для управления по тангажу и рысканью.

Будучи экспериментальным образцом, аппарат Omniplane 2C не нуждался в сложном шасси. Он получил трехопорное шасси с носовой стойкой. Передняя стойка с колесом малого диаметра помещалась под кабиной пилотов. На уровне задней части крыла находились основные опоры с подрессоренными колесами большего диаметра. Механизмы уборки не предусматривались.

Хвостовое оперение и толкающий винт

В носовой части фюзеляжа располагалась открытая двухместная кабина. Сбоку пилотов прикрывали борта фюзеляжа, спереди – прозрачный козырек большой площади. Боковые створки и крыша фонаря отсутствовали. Левое рабочее место в кабине предназначалось для пилота, полностью контролировавшего все процессы. Органы управления имели связь с двигателем, трансмиссией, автоматами перекоса, рулями и т.д. Кроме того, пилот располагал значительным числом стрелочных приборов для слежения за работой систем. На правом кресле мог располагаться пассажир или инженер, следящий за ходом испытаний.

По имеющимся данным, органы управления позволяли контролировать машину на всех режимах полета. Так, в горизонтальном полете ручка управления отвечала за элероны и рули высоты, а педали контролировали руль направления. При вертикальном взлете управление по крену осуществлялось за счет дифференцированного изменения угла атаки лопастей подъемных винтов, приводившего к определенной разнице в тяге. Контроль по рысканью и тангажу осуществлялся при помощи хвостовых рулей.

Экспериментальная машина первого типа получилась достаточно компактной. Ее длина не превышала 25 футов – около 7,6 м. Взлетная масса составляла 2600 фунтов – чуть менее 1200 кг. При этом Omniplane 2C являлся полноценным опытным образцом-демонстратором технологий, способным показать все преимущества и недостатки оригинальной схемы с «подъемными вентиляторами».

Предполагалось, что перспективная машина, в зависимости от поставленных задач, сможет взлетать с разбегом, с укороченной взлетной дистанцией или вертикально. В последнем случае подъемные винты отвечали за взлет, после чего в работу включался хвостовой вентилятор. Набрав определенную горизонтальную скорость, пилот должен был закрывать проемы каналов крыла и выключать подъемные винты. При необходимости висения или вертикальной посадки процедура перехода повторялась в обратном порядке.

Опытный Omniplane 2C в аэродинамической трубе

На определенном этапе компании Vanguard Air and Marine Corporation удалось заинтересовать армейские и научные структуры, что положительным образом сказалось на дальнейших работах. Так, строительство и испытания опытного образца осуществлялись при прямом содействии NASA и центра Wright Air Development Center военно-воздушных сил. В дальнейшем аэрокосмическое управление помогло провести испытания в аэродинамических трубах, что в значительной мере ускорило дальнейшие работы и совершенствование имеющихся идей.

Опытный образец летательного аппарата «Омниплейн» был построен летом 1959 года и вскоре отправился на наземные испытания. Готовую машину продули в аэродинамической трубе, после чего появилась возможность приступить к наземным испытаниям. По-видимому, на ранних этапах проверок прототип планировалось изучать только на взлетно-посадочных режимах, из-за чего он не сразу получил жалюзи кольцевых каналов. Тем не менее, и без этого оборудования он мог взлетать и садиться вертикально.

С августа 1959 года осуществлялись полеты на привязи, в ходе которых испытатели изучали поведение машины и особенности управления ею, а также искали различные недостатки. Известно, что такие испытания, в целом, были успешными. В то же время, были установлены определенные недочеты. Так, управление по тангажу и рысканью на взлетном режиме оказалось не слишком удобным, поскольку рули традиционной конструкции в таком случае имели недостаточную эффективность. Кроме того, имеющийся 265-сильный бензиновый двигатель оказался недостаточно мощным и требовал замены.

По результатам испытаний экспериментального аппарата Omniplane 2C конструкторы компании «Вэнгард» приступили к разработке нового проекта. Обновленный вариант «лифт-фэна» получил собственное обозначение 2D. Его предлагалось строить на основе существующей конструкции, но с применением ряда новых узлов и агрегатов, в том числе значительно меняющих технический облик машины.

Схема летательного аппарата типа "2D"

В новом проекте было предложено заменить носовой обтекатель фюзеляжа. Теперь следовало использовать новый агрегат, удлиненный на 5 футов (1,54 м). В нем следовало разместить третий кольцевой канал с дополнительным подъемным вентилятором. Для его привода в состав трансмиссии нужно было включить четвертый вал и еще один редуктор. Как и два других винта, носовой должен был иметь автомат перекоса для управления тягой.

Проблема недостаточной мощности двигателя была решена путем полной переработки силовой установки. Теперь в центральном отсеке фюзеляжа должен был располагаться турбовальный двигатель Lycoming YT53-L-1 мощностью 860 л.с. Более мощный двигатель соединялся с переработанным главным редуктором, теперь распределявшим крутящий момент на четыре воздушных винта. Позади кабины пилотов появились проемы воздухозаборников. Горячие газы двигателя должны были выводиться наружу через изогнутую выхлопную трубу с соплом на днище хвоста. Также фюзеляж предлагалось оснастить закрытым фонарем.

Некоторым доработкам в проекте Omniplane 2D подверглось крыло. Так, передняя кромка центроплана была вынесена вперед, из-за чего пропал скругленный участок в корневой части крыла. Предлагалось переработать механизацию задней кромки и установить верхние крышки кольцевых каналов. Также новым проектом предусматривалось определенное совершенствование систем управления.

Разработка нового проекта с последующей перестройкой имеющегося опытного образца продолжались около двух лет. «Омниплейн» вернулся в аэродинамическую трубу только в 1961 году. Проверки показали правильность предложенных идей. Доработанная машина лучше показывала себя на висении и переходных режимах. После проверок в испытательных комплексах опытный образец допустили к полетам на привязи.

Компоновка машины с тремя подъемными винтами

Полеты со страховочными тросами подтвердили ранее сделанные выводы. Наличие более мощного двигателя и третьего подъемного вентилятора упростили вертикальный взлет и посадку. Кроме того, носовой винт улучшил управление по тангажу, а также в определенной мере повлиял на управляемость в канале рысканья. По результатам испытаний на привязи могло быть принято решение о начале свободных полетов, однако оно так и не появилось.

В начале 1962 года, во время очередного испытательного полета со страховкой, произошел инцидент, в результате которого опытный летательный аппарат Omniplane 2D получил некоторые повреждения. После проведения небольшого ремонта машину можно было возвращать к проверкам. Тем не менее, восстановление прототипа посчитали нецелесообразным. К этому времени специалисты компании Vanguard, NASA и ВВС США успели собрать достаточно информации, позволявшей сделать выводы и определить перспективы оригинальной схемы. Таким образом, продолжение испытаний, в целом, не имело смысла.

В ходе испытаний в аэродинамической трубе и на аэродроме единственный прототип, как в исходной, так и в доработанной версии, показал весь свой потенциал. Он подтвердил возможность вертикального взлета и посадки, а также выполнения различных маневров. Кроме того, был определен потенциал машины с точки зрения переходных режимов и горизонтального полета. В целом, летательный аппарат выглядел неплохо и представлял интерес, как минимум, с научной и технической точки зрения.

Тем не менее, не обошлось без критики. Так, подъемные воздушные винты использовались только на взлетно-посадочных режимах или во время висения. При горизонтальном полете винты, их редукторы и соответствующая часть трансмиссии оказывались «мертвым грузом». Кроме того, они требовали использования крышек или жалюзи кольцевого канала, приводивших к усложнению и утяжелению конструкции летательного аппарата. Наконец, крупные винты с редукторами требовали использовать толстый профиль крыла, накладывавший заметные ограничения на летные характеристики.

Многоцелевая машина Vanguard Model 30

Экспериментальный проект полностью справился с возложенными на него задачами и показал реальные возможности оригинальной компоновки Lift fan. Как нередко бывает с оригинальными и смелыми предложениями, реальные перспективы оказались неоднозначными. При всех своих преимуществах, машина с «подъемными вентиляторами» оказывалась сложной в строительстве и эксплуатации, но при этом не показывала никаких заметных преимуществ перед техникой существующих классов. Как следствие, проект Vanguard Omniplane после завершения испытаний был закрыт.

Единственный построенный опытный образец, в 1959-61 годах доработанный по новому проекту, в течение некоторого времени оставался на хранении, после чего был отправлен на утилизацию. К сожалению любителей оригинальной исторической техники, теперь уникальный образец можно увидеть только на фотографиях.

Следует отметить, что параллельно с проверкой опытной машины 2D осуществлялась проработка облика перспективных пассажирских летательных аппаратов подобной схемы. Так, машину Model 18 длиной 63 фута (19,2 м) с 50-футовым крылом (15,2 м) планировалось оснастить двумя турбовальными двигателями Allison T-56. При взлетном весе 13,6 т она могла бы брать на борт до 40 пассажиров и развивать скорость до 275 миль в час (440 км/ч).

Также предлагался проект Model 30, в котором рассматривалась возможность оснащения крыла сразу четырьмя подъемными винтами и парой гондол с турбовинтовыми двигателями. Такая машина могла бы перевозить 40 пассажиров или эквивалентный груз, развивая скорость до 550 миль в час (885 км/ч). По понятным причинам, все новые проекты были закрыты на стадии предварительной проработки.

Несмотря на преждевременное закрытие и отказ от дальнейших работ в направлении Lift fan, проект «Омниплейн» можно считать ограниченно успешным. Исследования и испытания опытного образца продемонстрировали специфическое соотношение положительных и отрицательных качеств, что позволило оценить реальные перспективы оригинального предложения. Впрочем, наличие минусов у творения компании Vanguard Air and Marine Corporation не слишком смутило специалистов других организаций. Вскоре были созданы новые опытные образцы с похожими средствами для вертикального и горизонтального полета.

По материалам:
https://vertipedia.vtol.org/
http://xplanes.free.fr/
http://126840.activeboard.com/
Fan-Winged Plane Flies Straight Up and Down // Popular Science. 1959, №12.

Автор: Рябов Кирилл

Использованы фотографии: Vertipedia.vtol.org, Xplanes.free.fr