[ezup]

В рамках проработки альтернативных схем летательных аппаратов в конце пятидесятых годов была предложена новая концепция Lift fan, предлагавшая осуществлять вертикальный взлет при помощи отдельных подъемных вентиляторов. Первые проекты экспериментальных летательных аппаратов этого класса показали принципиальную возможность использования подобной архитектуры, но при этом позволили выявить некоторые ее неоднозначные особенности. Несмотря на специфическое сочетание плюсов и минусов, работы в новом направлении были продолжены. Вскоре они привели к появлению экспериментальной машины Ryan XV-5 Vertifan.

С конца пятидесятых годов армия, военно-морские и военно-воздушные силы США реализовывали программу Tri-Service Assault Transport, целью которой было создание транспортного летательного аппарата, способного выполнять вертикальный взлет и посадку. В 1959 году в рамках этой программы появился новый контракт, подписанный военным ведомством, компанией Ryan Aeronautical и фирмой General Electric. В соответствии с этим документом две оборонные организации должны были проработать вопрос использования одной из нестандартных схем летательного аппарата.

Опытный XV-5A в полете. Фото Aviadejavu.ru

В рамках нового проекта компания «Райан» отвечала за формирование общего облика будущей машины, а также должна была разработать планер с рядом бортовых систем. От специалистов «Дженерал Электрик» требовалось спроектировать и изготовить силовую установку нового типа, в конструкции которой присутствовали бы как привычные, так и нестандартные решения. В дальнейшем две компании совместными усилиями могли бы построить опытные образцы нового летательного аппарата.

Сначала компания Ryan присвоила новому проекту рабочее обозначение Model 143. Чуть позже появился контракт на строительство опытных образцов, в соответствии с которым летательный аппарат переименовывался в Ryan VZ-11RY. Примерно через год после этого, в 1962-м, проект вновь сменил имя. Теперь он обозначался как Ryan XV-5. Кроме того, ему присвоили дополнительное название Vertifan, отражающее возможность вертикального взлета и наличие подъемных вентиляторов. В дальнейшем появились обозначения XV-5A и XV-5B, позволявшие различать два варианта проекта.

Схема машины первого типа. Рисунок Aviadejavu.ru

Главной целью нового проекта была проверка необычной схемы, известной под названием Lift fan (дословно «подъемный вентилятор»). Она предусматривала вертикальный взлет при помощи отдельных вентиляторов, размещенных внутри планера. Горизонтальный полет при этом мог осуществляться при помощи реактивного или винтового двигателя и крыла традиционной конструкции. В начале шестидесятых годов было представлено два проекта, основанных на таких идеях, однако ни один из них не дошел до полноценных летных испытаний с переходом на разные режимы. Новая разработка компаний Ryan и General Electric должна была пройти весь цикл испытаний и показать реальные возможности такой схемы.

Исследовательские и проектные работы по новой теме велись в течение двух лет. К концу 1961 года фирмы-подрядчики показали готовый проект заказчику, и получили новый заказ. В ноябре появился контракт стоимостью 10,5 млн долларов (почти 86 млн долларов в нынешних ценах), по которому следовало построить два опытных образца. Обязанности двух компаний после этого не изменились: Ryan Aeronautical отвечала за планер и основные системы, а General Electric должна была предоставить готовые силовые установки. Напомним, именно в конце 1961 года перспективный летательный аппарат впервые назвали VZ-11RY.

Новым проектом предлагалось строительство цельнометаллического моноплана со среднерасположенным крылом и Т-образным хвостовым оперением. Важной особенностью машины было наличие сразу трех подъемных вентиляторов с приводами оригинальной конструкции. В качестве основы для силовой установки использовалась пара серийных турбореактивных двигателей. Они оснащались особыми устройствами для подачи сжатого газа к другим агрегатам машины.

Компоновка машины. Рисунок Airwar.ru

Летательный аппарат получил фюзеляж полумонококового типа с достаточно плотной компоновкой внутренних агрегатов. По всей своей длине фюзеляж имел поперечное сечение, близкое к прямоугольному со скругленными углами, но его размеры постоянно изменялись. Использовался заостренный носовой обтекатель, образовывавший крупный объем для установки одного из элементов подъемной системы. За ним находилась закрытая кабина экипажа, имевшая полноценный фонарь. За счет последнего общее сечение фюзеляжа увеличивалось, образуя отсек для топливного бака и двигателя. За кабиной на верхней поверхности фюзеляжа находился воздухозаборник двигателей, имевший овальную форму и выполненный в виде выступающего над крышей устройства. Центральная и хвостовая часть фюзеляжа были выполнены сужающимися. На последней имелось хвостовое оперение.

Летательный аппарат Ryan VZ-11RY / XV-5 получил стреловидное крыло малого удлинения, имевшее трапециевидную в плане форму. Крыло строилось на основе пары изогнутых лонжеронов и имело измененный профиль NASA 0012-64А. Вблизи фюзеляжа между лонжеронами помещался кольцевой канал подъемного вентилятора. Вход и выход этого канала имели крышки и жалюзи, при помощи которых могли закрываться для горизонтального полета. Несмотря на наличие крупных проемов, крыло смогло получить развитую механизацию. Рядом с фюзеляжем располагались закрылки, по бокам от них – элероны.

Подготовка моделей к продувке в аэродинамической трубе. Фото Wikimedia Commons

Предлагалось использование стандартного Т-образного хвостового оперения с небольшой стреловидностью передних кромок. В задней части киля и стабилизатора находились рули. Стабилизатор выполнили подвижным. На переходных режимах он должен был менять свой установочный угол. За перемещения стабилизатора отвечал специальный автоматический прибор управления.

Компания General Electric разработала оригинальную силовую установку, позволявшую осуществлять вертикальный взлет или летать горизонтально. В качестве ее основы использовались серийные двигатели, но для полетов «по-вертолетному» пришлось разработать совершенно новые изделия. Вскоре все компоненты такой системы были успешно внедрены в конструкцию планера. Предполагалось, что силовая установка в составе двух двигателей и трех вентиляторов позволит решить все поставленные задачи.

В верхней части фюзеляжа, непосредственно за воздухозаборником, бок о бок помещались два турбореактивных двигателя General Electric J85-GE-5 с тягой по 2600 фунтов (1180 кгс). Двигатели закреплялись с небольшим наклоном назад. С соплами двигателей сопрягались изогнутые выхлопные трубы. Они проходили через хвостовую часть фюзеляжа и выводились через отверстие в его днище. На выходных срезах труб расположили специальные подвижные заслонки, позволявшие регулировать сброс горячих газов наружу. Позади турбины на двигателях располагались средства отбора реактивных газов. Через специальную трубу газы отводились вниз и по соответствующим трубопроводам разводились к подъемным вентиляторам.

Опытный образец "Вётифен". Фото Airwar.ru

Специально для экспериментального летательного аппарата конструкторами «Дженерал Электрик» был создан двигатель X353-5, предлагавшийся в качестве основы для подъемных вентиляторов. Главным его элементом была турбина, использовавшая горячие газы от основных двигателей. В крыле размещалось два таких двигателя, оснащавшихся воздушными винтами диаметром 5,2 фута (1,59 м). Они могли создавать тягу по 7500 фунтов (3400 кгс). Еще один такой двигатель с 3-футовым винтом (910 мм) расположили в носовой части фюзеляжа. От турбины реактивного двигателя подавались газы температурой не менее 530-540°C. Их энергии хватало для раскрутки винтов до скорости порядка 3600 оборотов в минуту. Отработанный газ имел температуру не более 90-95°C. Для получения максимальной мощности вентиляторов на взлетном режиме следовало перекрывать сопла основных двигателей.

Верхний вход кольцевого канала крыла получил пару подвижных крышек полукруглой формы, шарнирно закрепленных на продольной оси отверстия. При необходимости включения вентилятора обе створки поднимались вверх и занимали вертикальное положение вдоль оси машины. На нижней поверхности крыла предусматривалась установка узких подвижных створок жалюзи. Во время горизонтального полета они должны были выполнять функции обшивки крыла. На взлетно-посадочных и переходных режимах створки устанавливались вертикально или наклонно, что позволяло направлять тягу вниз или вниз-назад. При открытых створках подъемная сила крыла сокращалась на 25%.

Машина на испытаниях. Фото Wikimedia Commons

Чтобы не мешать обзору из кабины, носовой вентилятор получил верхние жалюзи со створками продольного расположения. Под воздушным винтом имелись три расходящихся канала, перенаправлявших воздух в разные стороны. Его выброс осуществлялся через отверстие в днище и пару окон в нижней части бортов, оснащенных подвижными створками. При использовании вентилятора эти створки откидывались вниз и могли использоваться для управления воздушным потоком. Центральная часть потока от вентилятора всегда уходила вниз. Такая система обеспечивала тягу до 136 кг, направленную вверх, или до 36 кг вниз.

Применение необычных средств вертикального взлета привело к необходимости использования соответствующих органов управления. Пилот должен был подавать команды при помощи ручки управления самолетного типа, ручки управления двигателем, педалей и ручки общего шага, аналогичной используемым на вертолетах. При вертикальном взлете или посадки тяга подъемных вентиляторов регулировалась ручкой общего шага. Контроль по крену осуществлялся при помощи дифференцированного изменения шага крыльевых винтов. Управление по тангажу использовало автомат перекоса носового винта, а отклонение створок под ним позволяло поворачивать машину вокруг вертикальной оси.

Вид сверху. Фото Airwar.ru

Для перехода в горизонтальный полет гидравлика, по команде пилота, должна была плавно изменять наклон створок жалюзи крыльевых вентиляторов, изменяя направление вектора тяги. После разгона до достаточной скорости все створки закрывались, что позволяло крылу создавать максимально возможную подъемную силу. Горизонтальный полет осуществлялся только за счет турбореактивных двигателей и с использованием «традиционных» аэродинамических рулей.

Летательный аппарат Ryan VZ-11RY получил двухместную кабину с размещением пилотов бок о бок. Кабина закрывалась крупным фонарем, обеспечивавшим хороший обзор. В ней находились два катапультных кресла и полный набор средств контроля и управления.

Несмотря на экспериментальный характер проекта «Вётифен», разработчики решили оснастить летательный аппарат убирающимся шасси. Носовая стойка с одним колесом малого диаметра помещалась под кабиной пилотов. Основные опоры оснащались более крупными колесами; их шарниры находились около задней части кольцевых каналов. Стойки убирались в крыло, тогда как колеса оказывались в соответствующих нишах фюзеляжа.

Вертикальный взлет. Фото Airwar.ru

Опытные образцы нового типа имели некоторые свободные объемы, пригодные для размещения того или иного специального оборудования. Во время испытаний они заполнялись записывающей аппаратурой, облегчавшей сбор данных. Впоследствии – по мере развития проекта и создания специализированной техники – эти отсеки можно было использовать для установки радиоэлектронной, разведывательной или иной аппаратуры. Также можно было найти место и для вооружения.

Экспериментальные машины получались не слишком компактными. При длине 13,56 м они имели крыло размахом 9,1 м. Стояночная высота – 4,5 м. Площадь крыла – 24,18 кв.м. Сухая масса аппарата составляла 3,4 т. Взлетать с разбегом можно было при массе до 6,17 т. При полете «по-вертолетному» взлетный вес ограничивался 5,56 т. По расчетам, машина должна была развивать скорость до 880 км/ч и показывать дальность не менее 1600 км. Потолок составлял 12 км, скороподъемность – свыше 40 м/с.

Машина в горизонтальном полете. Фото Airwar.ru

Два опытных образца летательного аппарата Ryan / General Electric VZ-11R / XV-5 были построены в 1963 году. Как и в случае с другими опытными машинами вертикального взлета, испытания начались с наземных проверок. Этот этап испытаний занял достаточно много времени, из-за чего первый прототип смог подняться в воздух только 25 мая 1964 года. Свой первый полет XV-5 совершил с разбегом и горизонтальным взлетом. После проверки на «самолетных» режимах прототипы были допущены к испытаниям на висении.

В июне того же года стартовали новые проверки, в ходе которых техника взлетала вертикально и выполняла несложные маневры на малой высоте. Несколько первых подобных взлетов было выполнено с использованием страховочных тросов. Было установлено, что все бортовые системы работают штатно и машина способна решать поставленные задачи. Все это позволяло перейти к новому этапу испытаний. 4 ноября опытный XV-5 впервые взлетел вертикально, затем разогнался и перешел в горизонтальный полет. Посадка была выполнена без использования подъемных вентиляторов, с пробегом.

Все эти наземные испытания и тестовые полеты осуществлялись в рамках первого этапа проверки. Примерно за год, до конца 1964 года, две опытные машины выполнили сотню полетов общей продолжительностью 42 часа. Были подтверждены основные возможности техники, а кроме того, показаны достаточно высокие характеристики. Так, в горизонтальном полете удалось получить скорость 725 км/ч.

Опытный XV-5B, модернизированный по заказу NASA. Фото Airwar.ru

В конце января 1965 года стартовал новый этап испытаний, проводившийся уже под надзором военного ведомства США. В течение трех месяцев испытания шли гладко, но 27 апреля очередной полет закончился катастрофой. Двигаясь на высоте 240 м, первый прототип XV-5 Vertifan плавно снижал скорость перед выполнением вертикальной посадки. На скорости около 260 км/ч произошло сваливание. Прототип перешел в пикирование. Не имея времени на исправление ситуации, летчик Лу Эверетт катапультировался. Машина упала на землю и полностью разрушилась. Парашют не раскрылся, и пилот погиб. К этому времени два прототипа успели провести в воздухе 63 часа, из них 16 часов на «вертолетных» режимах. В 165 полетах было осуществлено 100 переходов с одного режима на другой.

Дальнейшие испытания проводились с использованием оставшегося второго прототипа. До начала октября 1966 года количество полетов было доведено до 238 с общей продолжительностью 138 часов. В программе испытаний участвовало полтора десятка летчиков. Проверки продолжались без особых проблем, но вновь закончились трагедией.

XV-5B в конфигурации для вертикального взлета. Фото Aviadejavu.ru

5 октября 1966-го осуществлялся тестовый полет с отработкой выполнения спасательной операции. По некоторым данным, «Вётифен» должен был при помощи выпущенного троса подобрать с земли груз. Трос попал в один из подъемных вентиляторов и спровоцировал его разрушение. Летательный аппарат перешел в снижение и ударился о землю, получив некоторые повреждения. Оценив ситуацию, пилот Боб Титтл решил катапультироваться. Парашют вновь не раскрылся. Летчик получил тяжелые травмы и не выжил.

Опытный образец получил незначительные повреждения и мог быть восстановлен для дальнейших испытаний. Тем не менее, с этим решили повременить. Специалисты авиастроительной промышленности и военного ведомства занялись анализом собранных данных, по результатам которого могло быть принято решение о дальнейшей судьбе проекта, а также целого направления развития техники.

Второй опытный Ryan Vertifan в музее. Фото Wikimedia Commons

Следует отметить, что к этому времени компания «Райан» успела проработать несколько вариантов развития оригинальной схемы. Так, предлагались предварительные проекты сверхзвукового истребителя, фронтового бомбардировщика, многоцелевого транспортного самолета и т.д. Среди прочего, в этих проектах предусматривалась некоторая перекомпоновка, подразумевавшая перенос вентиляторов на новые места: вместо носового кольцевого канала с той же эффективностью мог использоваться хвостовой.

Анализ собранных данных показал, что экспериментальные образцы Ryan XV-5A Vertifan успешно решили поставленные задачи. Они без значительных затруднений взлетали и садились горизонтально или вертикально, а также могли осуществлять переход между разными режимами полета. В то же время, такая техника оказывалась достаточно сложной в производстве и эксплуатации. Кроме того, отдельным поводом для претензий стали подъемные вентиляторы, являвшиеся бесполезной нагрузкой во время горизонтального полета.

Определенные проблемы проекта «Вётифен», а также наличие иных подобных разработок, представлявших больший интерес для заказчика, привело к понятному итогу. Пентагон отказался от дальнейшего участия в проекте. Это должно было привести к его окончательному закрытию, но им уже заинтересовались ученые, что привело к продолжению работ.

После испытаний в NASA машину отправили в музей. Фото Wikimedia Commons

Агентство NASA заказало ремонт и модернизацию второго опытного XV-5A. Проект модернизации под обозначением XV-5B предусматривал переработку и совершенствование систем управления, а также повышение характеристик силовой установки. Кроме того, в нем отказались от убираемого шасси: теперь стойки жестко закреплялись на своих местах. Среди прочего, это позволило увеличить колею, но обойтись без значительной переработки планера. Также было решено перекрасить машину в белый при сохранении красного цвета некоторых элементов.

В июне 1968 года обновленный прототип вновь вышел на испытания, на этот раз в интересах NASA. Как и ранее, испытания начались с наземных проверок отдельных систем. Далее началась подготовка к подъему в воздух. Первый полет аппарата XV-5B Vertifan состоялся в середине июля. В дальнейшем проводились разнообразные проверки того или иного рода. Отрабатывалась работа систем на всех режимах полета, а также изучалась возможность решения особых задач. Из каждого полета, вне зависимости от его профиля, опытная машина возвращалась с большим количеством данных на лентах записывающей аппаратуры.

Вид на хвостовую часть. Фото Wikimedia Commons

Испытания машины в NASA продолжались до 1971 года. С их помощью ученые смогли собрать солидный объем данных и проработать ряд важнейших вопросов. Так, именно в результате новых проверок были скорректированы взгляды на оригинальную концепцию и в определенной мере переработан оптимальный облик летательного аппарата схемы Lift fan. В целом, опытный XV-5B внес большой вклад в изучение и отработку технологий вертикального взлета и посадки.

В начале семидесятых годов единственная остававшаяся в наличии опытная машина типа Vertifan выработала свой ресурс и была снята с испытаний. Позже ее передали музею United States Army Aviation Museum (Форт-Ракер, шт. Алабама), где она и остается по сей день. Новые прототипы по проекту компаний Ryan Aeronautical и General Electric уже не строились.

Целью проекта Ryan / General Electric VZ-11RY / XV-5 было изучение оригинальной схемы летательного аппарата вертикального взлета и посадки, оснащенного отдельными подъемными вентиляторами. Для решения поставленных задач были использованы несколько оригинальных идей, касавшихся конструкции планера, силовой установки и т.д. В ходе испытаний оба построенных прототипа показали принципиальную возможность работы как с взлетно-посадочных полос, так и с небольших площадок. Проект разрабатывался в экспериментальном порядке и был необходим для отработки новых идей. С этой задачей он справился, но все же не сумел убедить ответственных лиц в необходимости продолжения разработки подобной техники. Дальнейшее развитие концепции Lift fan остановилось на несколько десятилетий.


По материалам:
http://airwar.ru/
http://diseno-art.com/
http://aviadejavu.ru/
http://dogswar.ru/
http://flightglobal.com/
VZ-11 VTOL Lift From Fans In the Wings // Flight International. 1962, September 27.

Автор: Рябов Кирилл