Despegar del hocico
La experiencia de la Segunda Guerra Mundial mostró que uno de los lados más vulnerables de la línea del frente aviación Son aeródromos. Incluso si los aviones listos para el combate se conservan en refugios, su uso desde una pista destruida se vuelve imposible. La forma de resolver el problema era obvia, pero el nivel insuficiente de tecnología no permitía la creación de un avión que no necesitara una pista larga: los primeros motores a reacción, debido a su baja relación de empuje (la relación entre el empuje del motor y la masa del avión), tenían una aceleración de más de un kilómetro. Pero la tecnología no se detuvo.
La posibilidad de crear aviones con despegue y aterrizaje vertical (VTOL, el término inglés - VTOL, Despegue y aterrizaje verticales) comenzó a discutirse en 1950-s, cuando la industria mundial de la construcción de motores experimentó un rápido crecimiento. Para un despegue vertical, el empuje del motor debería haber excedido el peso de la aeronave, pero tales máquinas podrían disparar una alarma directamente desde los hangares o desde cualquier sitio no preparado. Tal esquema prometía ventajas excepcionales para la aviación naval. Los proyectos que recientemente parecían imposibles fueron financiados activamente.
En 1957, el estadounidense X-13 Vertijet de Ryan realizó su primer vuelo. Este coche inusual voló verticalmente en todos los sentidos. Dado que la dirección del empuje del motor tuvo que cambiarse después de despegar del suelo para comenzar la aceleración en el plano horizontal, y en 1950-s no se habló de crear una boquilla rotativa, los diseñadores decidieron comenzar desde la posición vertical. El diminuto avión estaba colgando, atrapando un gancho nasal en la proyección en un mástil especial, y cuando el dispositivo comenzó a elevarse, el sistema se desacoplaba.Desde el principio, quedó claro que la forma habitual de controlar el avión utilizando superficies aerodinámicas (alerones, ascensores y direcciones) es completamente ineficaz a bajas velocidades. La posición de la máquina "colgada en el motor" solo puede hacerse con timones de avión (micromotores de chorro adicionales desviados), y los diseñadores, al haber tocado unos cuarenta diseños, lograron desarrollar dicho sistema. Vertijet voló con éxito, y durante el vuelo de demostración incluso aterrizó cerca del Pentágono, sin embargo, la dificultad de control hizo que el avión fuera inaccesible para los pilotos de habilidad promedio, y el programa se cerró. Numerosos proyectos de otras empresas estadounidenses, como Lockheed y ConVair, tampoco alcanzaron la producción en masa.
De la “mesa” a la “luna”
Tratamos este tema en el otro lado del océano, en la URSS y Gran Bretaña. Para probar y depurar nuevas soluciones técnicas, se construyeron varios stands experimentales, como el TMR británico y su homólogo soviético, Turbolet. En estos vehículos, el motor del turborreactor se montó verticalmente, y los timones de los aviones de reacción se espaciaron en cuatro soportes de armadura. Debido a su apariencia, "Turbolet" fue llamada la "mesa voladora". En el aparato de prueba se justifica plenamente el nuevo concepto, mostrando un excelente manejo. Pero si el stand no requería características tácticas y técnicas especiales, entonces el avión de combate debería tener cualidades aceptables y un vuelo horizontal normal. Para esto, fue necesario desarrollar un nuevo motor de "marcha de elevación" (PMD), cuyo cambio en el vector de empuje se logró mediante el uso de una boquilla giratoria que desvió el chorro en la dirección correcta. El primer motor de este tipo fue el inglés Rolls-Royce Pegasus turbofan.
El diseño por Rolls-Royce del nuevo motor procedió simultáneamente con el desarrollo de un nuevo avión, que Hawker emprendió. El mismo Sir Sydney Camme participó en la creación del auto, uno de los famosos ingenieros británicos, el diseñador del famoso avión Hurricane, que formó la base del avión de combate de la Royal Air Force durante la "Batalla de Gran Bretaña". La OTAN estaba muy interesada en el nuevo proyecto y acordó financiar el desarrollo, de modo que en el otoño de 1960, la primera máquina experimental se sacó del taller de la planta Hawker. Primero, el R.1127 Kestrel (como pronto se llamó al avión) realizó un ciclo de despegues de prueba "con una correa" (se conectó al suelo con cables de acero). Era necesario determinar con precisión las características de la central eléctrica y estudiar las características de la aerodinámica de la aeronave. Finalmente, después de un cuidadoso procesamiento de la información recibida y de hacer los cambios necesarios, el piloto de pruebas Bill Bradford elevó el auto al aire de verdad. El lanzamiento y las pruebas de Kestrel fueron muy rápidos, y un año después, Bradford realizó con éxito el primer aterrizaje en el portaaviones Arc Royal. Mientras tanto, los diseñadores de Rolls-Royce mejoraron significativamente el rendimiento de su motor, y el P.1127 rediseñado casi por completo entró en una serie llamada Harrier Gr.1 (harrier significa "swamp harrier"). El primer escuadrón de vehículos 12 se completó en el año 1969. Su tarea principal era desarrollar tácticas para el uso de un avión inusual.
VeridzhetLa precisión de la aproximación al mástil de arranque necesaria para un aterrizaje X-13 exitoso fue del orden de 20 cm, que no todos los pilotos podían hacer. Al aterrizar, el piloto tuvo que navegar por marcas especiales en el mástil de arranque y confiar en los comandos desde el suelo.
Anatomía de la "luna"
Las características principales del diseño de Harrier se encuentran en su planta de energía y en el sistema de control de aeronaves. El motor de Pegasus (Pegasus) tiene cuatro boquillas de chorro dispuestas en pares en los lados de la aeronave y capaces de girar simultáneamente a 89,5 ° utilizando una transmisión de cadena especial. Por lo tanto, con un despegue vertical, la fuerza de elevación se aplica en cuatro puntos, lo que le da estabilidad adicional a la aeronave. Las dos boquillas delanteras están conectadas a un turbocompresor de baja presión, y las traseras están conectadas a la cámara de combustión del motor. Debido al hecho de que el motor en el avión es solo uno, la distribución del empuje a las cuatro boquillas se facilita enormemente, ya que no hay necesidad de una coordinación precisa del trabajo de varios motores. Al cambiar la posición de las boquillas a lo largo de su eje, la aeronave puede producir despegue y aterrizaje vertical, vuelo horizontal e incluso volar "cola hacia adelante".
La tracción PMD es tan grande que cuando se bajan las boquillas de Pegasus, el piloto casi no puede controlar la posición estable del avión. En tales modos peligrosos, se activa un sistema de control reactivo automático. Se compone de micromotores instalados en las partes de la nariz y la cola, así como en las consolas de ala. No hay cámaras de combustión en estos motores, pero funcionan al expulsar aire comprimido, que se les suministra a través de tuberías especiales desde el compresor principal del motor. El sistema de control reactivo permite que el Harrier gire en su lugar en un modo flotante en cualquier dirección y sea controlado por el balanceo. Debido a la disposición de la aeronave, se utiliza el esquema de chasis de "bicicleta". Consta de dos pilares principales, ubicados a lo largo del eje de la aeronave, y dos de apoyo, montados en los extremos del ala.
La capacidad total de los tanques de combustible internos de la aeronave es 2861 l, también es posible suspender dos tanques adicionales descargados para 455 l. Se necesita una gran cantidad de combustible debido al gran consumo durante el despegue y el aterrizaje verticales, por lo tanto, para mejorar la eficiencia, se utiliza un modo de despegue "acortado", durante el cual, durante una corta carrera, la parte de la fuerza de elevación es creada por el ala y parte por el motor. Esta decisión ha aumentado significativamente el alcance de la aeronave, y debido a su estilo de vuelo muy característico, Harrier recibió el apodo de Jump Jet, "jet skip". En caso de un accidente, el avión está equipado con uno de los asientos de expulsión más confiables: Martin-Baker Mk.9. El despegue ocurre de la siguiente manera: girando las boquillas a una posición horizontal y poniendo el avión en el freno, el piloto lleva el motor a la velocidad máxima, al mover la manija especial baja las boquillas hacia abajo, y la corriente de chorro quita a Harrier del suelo.
Durante la lucha por las Islas Falkland, el avión Harrier demostró una alta eficiencia y demostró ser un oponente peligroso incluso para oponentes tan serios como los combatientes franceses Mirage III en servicio con Argentina. Pero lo más fuerte acerca de las cualidades de Harrier es el hecho de que con el advenimiento de esta máquina extraordinaria, los Estados Unidos y otros países de la OTAN abandonaron durante mucho tiempo el desarrollo de sus propios VTOLS.
"Harrier" en el despegue. Preste atención a la protuberancia en la toma de aire izquierda: es el carenado del brazo del sistema de repostaje en el aire que se encuentra actualmente en la posición retraídaExperiencia soviética
En la Unión Soviética, muchos OKB trataron el tema del despegue vertical. La mayoría de los experimentos se limitaron a la instalación de motores de elevación en máquinas en serie. Pero solo Yakovlev Design Bureau podría diseñar un VTOL en serie. En el curso del trabajo sobre “líneas verticales”, muchos proyectos fueron considerados. Una sugerencia inusual fue utilizar un motor turbofan (en el principio de funcionamiento idéntico al Pegasus), cuyos ventiladores de elevación debían montarse en el ala, y su rotación se llevó a cabo mediante un chorro de gas, en lugar de un accionamiento mecánico. Sin embargo, Yakovlev comprendió que la creación de un nuevo motor con una alta gravedad específica se asocia con enormes dificultades, y propuso la creación de un avión experimentado con un sistema de propulsión combinado: una combinación de ascensores y motores de elevación adicionales. Los experimentos comenzaron con la instalación de motores de elevación en el interceptor en serie Yak-28, y ya en 1963, el primer VTOL soviético Yak-36, controlado por Yuri Garnaev, despegó.
Una máquina inusual trajo muchos problemas tanto para los diseñadores como para los pilotos: a la nueva Yak se le enseñó a volar a un gran costo. Los diseñadores dirigidos por Stanislav Mordovin tuvieron que superar muchos problemas hasta ahora desconocidos asociados con el flujo de una corriente de chorro alrededor del avión y la superficie cercana de la tierra. Incluso tuve que inventar protección para cubrir una pista de concreto que no podía soportar los efectos de los gases calientes. Un problema aparte fue la característica de la aerodinámica del despegue vertical: la aparición de un espacio enrarecido debajo del ala, que literalmente no permitía que el automóvil se levantara del suelo. Una gran cantidad de problemas y el funcionamiento del sistema de timones de propulsión a chorro, en el principio de funcionamiento es idéntico al que se encontraba en el "Harrier". Sin embargo, los problemas se resolvieron, y pronto el Yak-36, administrado por Valentin Mukhin, demostró sus capacidades en un festival de aviación en Domodedovo. Sin embargo, el avión tenía un alcance demasiado modesto y una pequeña carga útil, por lo que no se discutió la producción en serie del vehículo de combate.
El diseño del caza JSF F-35 VTOLEl intento no es tortura
Sin embargo, la experiencia adquirida pronto permitió la creación del Yak-38, que entró en servicio con la aviación naval. Debido a la falta de un PMD adecuado en la URSS, el Yak-38 estaba equipado con tres motores a la vez, dos de los cuales se instalaron verticalmente detrás de la cabina del piloto y se encendieron solo durante el despegue y el aterrizaje, y el tercero, equipado con boquillas giratorias, fue levantado y sostenido. Por un lado, tal esquema eliminó la necesidad de crear un nuevo PMD, pero por otro lado, los dos motores de elevación apagados durante el modo de crucero se convirtieron en un lastre inútil y catastróficamente "comieron" las características de la aeronave.
El uso de tres motores separados a la vez requirió la creación de un sistema especial diseñado para coordinar su trabajo y ajustar el empuje. El problema se resolvió sin el uso de dispositivos electrónicos: el dispositivo era completamente mecánico, lo que incrementaba aún más la confiabilidad. Debido a los grandes problemas con el "sobrepeso", el diseño Yak-38 se aligera al máximo, en algunos lugares incluso en detrimento del margen de seguridad. Esto hizo imposible crear una modificación destinada a un inicio de expulsión. Hubo problemas con la unidad de potencia Yak-38: en los trópicos durante las campañas en el sur de aeronaves que transportaban cruceros que levantaban motores simplemente se negaron a arrancar. Era necesario instalar cilindros de oxígeno adicionales para impulsar los motores, lo que les permitió desarrollar una tracción aceptable.
Las capacidades de combate del Yak-38 eran extremadamente limitadas: en primer lugar, para ahorrar peso, había que abandonar el radar y, en segundo lugar, los primeros Yaks no podían levantar nada en el aire, excepto los cohetes no guiados y las bombas de pequeño calibre, lo que los hacía casi inútiles en defensa. - Tanto contra marinas como contra objetivos aéreos. En caso de cualquier cosa, el crucero que transportaba el avión tendría que depender completamente de su propio sistema de defensa aérea y del potente sistema de misiles antiaéreo Granit.
Modos de vuelo F-35"Pepino"
A pesar de los datos de vuelo muy mediocres y el apodo ofensivo "plano de defensa del mástil", obtenido de un rango muy modesto, el Yak-38 permitió a los ingenieros y al ejército acumular desarrollos verdaderamente invaluables en la operación y el uso de VTOL. La modificación del Yak-38M ya estaba armada con misiles guiados y se enseñó a despegar con un corto recorrido (mientras se ahorra combustible), y se desarrolló un programa especial para el entrenamiento de pilotos de mar, que hizo posible entrenarlos de manera efectiva en aeronaves difíciles de controlar. Su bautismo de fuego "pepino", como lo llamaron los pilotos, tuvo lugar en Afganistán, como parte de un grupo aéreo especialmente creado para esto.
Durante la construcción del Yak-38, se desarrolló un sistema único en términos de confiabilidad de expulsión forzada automática SK-3М. El hecho es que en muchos casos, cuando fallan varios sistemas, durante un despegue, el piloto simplemente no tiene suficiente tiempo de reacción para reaccionar ante el peligro. Por ejemplo, en el caso de una falla del timón de avión durante el modo de vuelo, el avión gira "en su parte posterior" en 1,5 segundos. CK-3M analiza una variedad de parámetros, lo que le permite detectar el peligro ante una persona y emite una señal para la expulsión automática del piloto al asiento K-36В. Como resultado, aunque la tasa de accidentes del Yak-38 para la URSS fue simplemente un récord, ni un solo piloto murió durante todo el período de operación de estas aeronaves con SC-3M encendido. Hubo un caso en el crucero que transportaba aeronaves "Minsk" cuando la tripulación fue catapultada fuera del agua: los motores fallaron en la Yak-38U (versión de entrenamiento), y el avión que cayó al lado de la nave comenzó a hundirse rápidamente. La catapulta se disparó a tiempo y arrojó a ambos pilotos de la cabina de un avión ya sumergido: los pilotos aterrizaron en paracaídas directamente sobre la cubierta del crucero. Después del colapso de la URSS, todos los Yak-38 fueron dados de baja, porque el país ya no necesitaba estas máquinas. El último vuelo de este avión tuvo lugar durante la preparación del programa de demostración en el espectáculo aéreo MAKS-95 y terminó en un accidente. Ambos pilotos seguían vivos.
Creado al final de 1980-ies, el Yak-41 se convirtió en un desarrollo directo del concepto Yak-38, pero con la posibilidad de un vuelo supersónico. El proyecto fue dirigido por el hijo de Alexander Yakovlev - Sergey Yakovlev. Inicialmente, se planeó instalar un solo motor de propulsión de elevación en el avión, pero debido a la muerte de Dmitry Ustinov, quien patrocinó todo el programa, el trabajo en la nueva planta de energía se retrasó y pronto se detuvo por completo, y los diseñadores no tuvieron más remedio que decidir el uso de un circuito con una combinación los motores A pesar de la crueldad de tal decisión que ya se había hecho evidente en la experiencia del Yak-38, la construcción de la aeronave era necesaria para el desarrollo de todos los sistemas y ensamblajes con la posterior modificación de la máquina para un motor turbofan nuevo, potente y económico. La versión mejorada del Yak-41M comenzó con 9 March 1987, y con el paso de cada fase de prueba se hizo cada vez más obvio que el avión tuvo bastante éxito. El hecho de que el piloto Andrey Sinitsin haya establecido los récords mundiales de 12 para ascenso y altitud de vuelo para el avión VTOL habla de su singularidad. Con el colapso de la Unión Soviética, el progreso del trabajo en el automóvil, que recibió el nuevo nombre - Yak-141, se desaceleró, y el accidente ocurrido en 1991 en el año fue solo una razón para restringir el proyecto.
Europa Francia, que comenzó a desarrollar sus propias máquinas a principios de 1960-s, logró cierto éxito en el diseño del VTOL. El primero de ellos fue el caza Mirage-Balzac, equipado además del motor principal Orpheus 803F, ¡ya con ocho levantamientos! Las pruebas de aeronaves en el año 1964 terminaron en desastre. El siguiente avión, Mirage V, repitiendo el diseño del predecesor, se convirtió en el primer VTOL supersónico del mundo. Sin embargo, sufrió un accidente y el trabajo se detuvo en favor de los aviones tradicionales con el despegue y el aterrizaje habituales.
Al final de 1960-s, se desarrollaron varios diseños de VTOL en Alemania: el primero fue el avión de transporte táctico Dornier Do.31. A pesar de las pruebas exitosas, el trabajo en Do.31 se suspendió ... debido a la competencia con helicópteros de transporte, que finalmente resultó ser más conveniente de usar. Otro desarrollo inusual de los ingenieros alemanes es el caza interceptor supersónico EWR-Sud VJ-101, cuyos motores de propulsión principales estaban ubicados en dos góndolas rotativas en las puntas de las alas (y motores de elevación adicionales en el fuselaje). Según los cálculos, el sistema de rotación de todo el motor debería haber dado una cierta ganancia de peso en comparación con un cambio en el vector de empuje debido a la boquilla giratoria. El control de chorro de esta aeronave funcionó controlando el empuje de la central eléctrica en sí. Así, en el modo de vuelo estacionario, el avión estaba equilibrado en tres motores. A pesar de la belleza del diseño y el buen rendimiento obtenido durante el vuelo, el VJ-101 nunca se lanzó en la serie. El trabajo de la empresa alemana VFW-Fokker en el caza VAK-191 con el motor Pegasus tampoco tuvo éxito: las características del Harrier entregado a la corriente resultaron ser más altas, y simplemente fue inapropiado "traer" el nuevo auto.
Nuevas perspectivas
A pesar del uso generalizado de aviones Harrier de la Armada de los Estados Unidos, el desarrollo de aviones VTOL en este país no se detuvo. Según algunos informes, a mediados de la década de 1990 entre el OKB im. COMO. Yakovlev y Lockheed Martin firmaron un acuerdo de trabajo conjunto en el marco del programa JAST para crear un caza prometedor para la Fuerza Aérea de EE. UU. (Más tarde rebautizado como JSF). De acuerdo con este acuerdo, el OKB im. COMO. Yakovleva presentó al lado estadounidense información y resultados de investigación sobre aviones VTOL, así como diseños preliminares del futuro caza Yak-201. Estos datos se utilizaron para crear el JSF F-35 Lightning II, el desarrollo más moderno en esta dirección. Hoy este avión está en pruebas de vuelo. El nuevo caza multifuncional tendrá que reemplazar varios aviones de combate, incluido el Harrier moralmente obsoleto, a pesar de la modernización continua y efectiva. La planta de energía del F-35 utiliza el motor turbofan F-119-PW100, que fue desarrollado por Pratt & Whitney específicamente para el F-35. Una característica distintiva del nuevo avión VTOL es el uso de un ventilador externo instalado verticalmente en el fuselaje. El par se transmite a los impulsores contrarrotantes desde la turbina a través del eje.
Muchos analistas militares modernos son bastante escépticos sobre el F-35 en la variante VTOL, creyendo en parte que usar un ventilador externo (que está deshabilitado en vuelo) no es la mejor solución en términos de ahorro de peso y que Lockheed Martin repitió en muchos aspectos los errores de la oficina de diseño de Yakovlev. Sin embargo, el desarrollo de aeronaves con un despegue corto (o vertical) y un aterrizaje vertical es hoy en día una de las áreas más prometedoras y relevantes. Después de todo, gracias al uso de satélites de reconocimiento y alta precisión. armas Tal estructura, como un campo de aviación militar, se está convirtiendo gradualmente en una cosa del pasado, dando paso a VTOLT móvil, capaz de despegar en una misión desde cualquier parche.
información