"Для вертикального взлета, способности висеть в воздухе, вертикальной посадки самолету необходимы прежде всего два основных условия: во-первых, тяга силовой установки должна превышать вес самолета, во-вторых, тяга должна при взлете, посадке или на режиме висения направляться вверх, а при обычном полете — горизонтально. Одно из решений при создании экспериментальных вертикально взлетающих самолетов было весьма простым по идее: вооружив самолет мощной силовой установкой, поставить его для взлета на хвост. Такой самолет был построен в США. Два его турбовинтовых двигателя общей мощностью 3866,1 кВт (5260 л. с.) имели общий редуктор и вращали два соосных винта диаметром 4,9 м. Винты развивали на взлете тягу до 90 кН при массе самолета 6800 кг. Это позволяло ему взлетать вертикально и набирать высоту со скоростью 30 м/с. Горизонтальная скорость самолета достигала 800 км/ч. Самолет имел необычное хвостовое оперение — два больших киля расположенных перпендикулярно, крест-накрест с треугольным крылом. На концах врыла и килей находились четыре ноги шасси с небольшими колесами и мощной амортизацией. Нормальное положение самолета на стоянке — вертикальное. Кресло летчика может наклоняться вперед на 45°. При горизонтальном полете оно находится в обычном положении, при стоянке, взлете, посадке самолета — отклоняется вперед. Для поворота кресла имеется специальный электродвигатель и механизм, управляемый летчиком. На описанном самолете были впервые произведены вертикальный взлет и посадка, а также переход к горизонтальному полету. Этот самолет, как и многие другие аппараты вертикальных взлета и посадки, испытывался вначале на привязи. Он был подвешен с помощью тросов, блоков и лебедок в огромном (высотой 60 м) эллинге для дирижаблей. После взлета самолет вертикально поднимался до высоты 60— 70 м. С помощью аэродинамических рулей ему придавался наклон вперед, и он перемещался подобно вертолету. С увеличением наклона увеличивалась скорость самолета, постепенно он принимал «нормальное самолетное» положение и летал горизонтально, как обычный самолет. Самолет управлялся аэродинамическими рулями. Эффективность их действия на переходных режимах, когда скорость самолета мала, обеспечивается благодаря тому, что они находятся в мощном и быстром потоке воздуха, отбрасываемом винтами. Также вертикально устанавливались при взлете и экспериментальные реактивные самолеты — американский «Райан» Х-13 и французский «Колеоптер». Оба они взлетают с вертикальной рампы, которая для удобства обслуживания самолета может устанавливаться и в горизонтальное положение. Очень необычен вид «Колеоптера», У этого самолета кольцевое крыло, представляющее собой пустотелый цилиндр, внутри которого укреплен фюзеляж. На вынесенной вперед носовой части фюзеляжа — кабина пилота с большим фонарем для улучшения обзора. Сиденье летчика поворачивается. Диаметр кольцевого крыла более 4 м. В фюзеляже установлен турбореактивный двигатель.
Самолеты с вертикальным положением фюзеляжа при взлете и посадке использовались лишь для исследовательских работ и не получили дальнейшего развития. Непригодность таких самолетов для пассажирских и транспортных перевозок очевидна. Их использование в военных целях также неприемлемо из-за сложности эксплуатации. Кроме того, переход от вертикального к горизонтальному полету и обратно труден. Усложняет конструкцию и необходимость применения поворотного кресла для летчика. Значительный объем исследований по разработке вертикально взлетающих аппаратов был выполнен с помощью специальных летающих стендов. В нашей стране такой стенд, названный «Турболетом», был создан под руководством конструкторов А. Н. Рафаэлянца и В. Н. Матвеева. Он многократно испытывался как на привязи, так и в свободном полете летчиком-испытателем Ю. А. Гарнаевым. Аппарат представляет собой металлическую ферму с установленным на ней турбореактивным двигателем. Рядом с двигателем расположены кабина летчика и бак с горючим. Четыре ноги шасси с небольшими колесами поддерживают аппарат в нормальном положении при стоянке. Одна из главных задач, которую решают конструкторы при экспериментах с летающими стендами и опытными вертикально взлетающими самолетами,— обеспечение управляемости самолета при вертикальных взлете и посадке и на переходных режимах к горизонтальному полету. Для управления на этих режимах могут служить рули, помещаемые в потоке газов, который выбрасывается реактивным двигателем. Такие рули называют газовыми. Два газовых руля-пластины были помещены в выходном сопле реактивного двигателя <Турболета». Кроме газовых рулей, «Турболет» имел еще и четыре струйных руля, которые представляют собой реактивные сопла на концах длинных металлических консолей. В сопла подается сжатый воздух от компрессора двигателя. Вырываясь из них, воздух создает реактивную тягу в противоположном направлении. Струйные рули устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить повороты машины вокруг вертикальной оси и ее наклоны в продольном и боковом направлениях. Испытание струйных и газовых рулей на «Турболете» было успешным. С их помощью летчик (рули управляются рукояткой и педалями из кабины) перемещал аппарат в воздухе в любом направлении. Исследования на летающих стендах и первых самолетах с вертикальными взлетом и посадкой позволили конструкторам разобраться во многих неясных вопросах и перейти к строительству многочисленных экспериментальных вертикально взлетающих самолетов различных конструкций, на которых отрабатываются наиболее удачные конструктивные решения, а затем и к созданию серийных самолетов вертикальных взлета и посадки. Однако прежде чем перейти к описанию этих интересных машин, нужно разобраться в простейших теоретических вопросах, выяснить, к чему должны стремиться инженеры, создавая самолеты нового типа, которым не нужны большие и дорогостоящие аэродромы.
Мы уже упоминали, что для вертикальных взлета и посадки необходимо приложить тягу, превышающую вес самолета и действующую в вертикальном направлении, и обеспечить надежную управляемость на необычных для самолета режимах вертикальных взлета, посадки и перехода к горизонтальному полету. Получить вертикальную составляющую тяги, которая превышала бы вес самолета, можно с помощью различных типов силовых установок. Иногда силовая установка — это только двигатель самолета (например, турбореактивный или ракетный), иногда она включает как двигатель (например, поршневой или газотурбинный), так и движитель — самолетный или вертолетный винт. Однако в любом случае силовая установка для этого должна отбрасывать вниз большую массу воздуха или газов — рабочего тела, как говорят инженеры. Тяга, развиваемая силовой установкой, равна произведению массы отбрасываемого рабочего тела на его скорость в единицу времени. Однако увеличивать скорость рабочего тела для увеличения вертикальной тяги невыгодно, так как чем больше скорость, тем хуже отношение полученной тяги к мощности двигателей. Мощность используется тем лучше, чем меньше скорость потока воздуха или газов. Значит, выгоднее и экономичнее отбрасывать большую массу рабочего тела с небольшой скоростью. Это нужно запомнить, чтобы понять, почему для вертикального взлета в некоторых конструкциях самолетов применяют эжекторы и другие устройства, позволяющие увеличить массу отбрасываемого рабочего тела за счет снижения его скорости. Вертикальные несущие винты большого диаметра отбрасывают огромное количество воздуха с относительно небольшой скоростью. Это наиболее экономичное средство вертикального взлета. Однако для скоростных вертикально взлетающих аппаратов использовать огромные несущие винты нельзя. Большой расход рабочего тела при низкой скорости истечения дают также силовые установки с самолетными винтами, хотя их эффективность для вертикального взлета несколько хуже, чем эффективность установок с несущими вертолетными винтами. Еще менее экономичны для вертикальных взлета и посадки турбореактивные двигатели, так как скорость истечения газов у них велика. Однако у них другое достоинство: именно эти двигатели позволяют получить высокое отношение тяги к массе силовой установки. А получить большую тягу при минимальной массе чрезвычайно важно для самолета вообще, а для вертикально взлетающего — в особенности, ибо чем больше масса двигателя, тем большая часть его тяги расходуется лишь на то, чтобы поднять самого себя. Стремясь разрешить эти противоречия, конструкторы разных стран создали немало опытных образцов самолетов с вертикальными взлетом и посадкой с самыми различными силовыми установками. Чтобы легче разобраться в этом многообразии, примем один из вариантов классификации самолетов вертикальных взлета и посадки, разделяемый многими учеными. По этой классификации такие самолеты прежде всего подразделяются на две большие группы. Первая группа — самолеты, у которых и для горизонтального полета, и для вертикальных взлета и посадки используются одни и те же двигатели (вертикальная и горизонтальная тяга создается одними и теми же двигателями). Вторая группа — самолеты, у которых горизонтальная тяга для обычного полета создается одними двигателями, а вертикальная тяга для взлета и посадки — другими.
Иногда выделяют и третью группу самолетов. У них одни и те же двигатели для горизонтального полета, взлета и посадки по вертикали, но при горизонтальном полете тяга создается двигателями непосредственно, а вертикальная тяга — агрегатами усиления тяги, приводимыми от этих двигателей. Наиболее многочисленна по количеству созданных образцов первая группа, которую можно разделить на три подгруппы. Первая подгруппа — самолеты, которые для получения вертикальной тяги силовой установки поворачиваются в вертикальное положение (о них мы уже рассказывали). Вторая подгруппа — самолеты, у которых для получения вертикальной тяги поворачивается на 90° не весь самолет, а отдельные его агрегаты: винты, турбовинтовые двигатели вместе с винтами, турбореактивные двигатели или крыло вместе с двигателями. Третья подгруппа — самолета или его агрегатов, а потока рабочего тела — газов турбореактивного двигателя или воздуха, отбрасываемого винтами. Существуют также самолеты, у которых основные двигатели поворачиваются при взлете и посадке и, кроме того, имеются специальные подъемные двигатели. Теперь, разобравшись в некоторых важных проблемах вертикальных взлета и посадки и получив представление о классификации вертикально взлетающих самолетов, посмотри», какие интересные, часто очень необычные машины этого класса летательных аппаратов созданы учеными и инженерами. Мы уже говорили о том, что конструкция самолета может меняться в полете. Первые попытки этого рода — отклонение закрылков, предкрылков и других элементов крыла. Ярко выражено изменение конструкции в полете у появившихся в 60-х годах самолетов с изменяемой стреловидностью крыла. И те и другие элементы «перестройки» самолета применяются для сокращения взлетной и посадочной дистанции самолетов. Для вертикальных взлета и посадки используется «перестройка» другого рода — поворот винтов, двигателей или крыла вместе с силовой установкой. Первые самолеты с поворотом винтов были построены еще в 30-х годах нашего века на базе поршневых двигателей. Одним из них является «Белл XV-3». По внешнему виду этот самолет мало отличается от обычного: обтекаемый фюзеляж с хорошо остекленной кабиной для 3 человек, обычное хвостовое оперение, прямое крыло (только очень небольшое — площадью около 11 м). Правда, два винта самолета, закрепленные в маленьких гондолах на концах крыла, необычно велики — нечто среднее между вертолетными и самолетными винтами. Они приводятся во вращение от поршневого двигателя, установленного в фюзеляже, через механическую трансмиссию и систему редукторов. Редукторы винтов, установленные на упругих опорах в гондолах крыла, имеют специальные механизмы для поворота. При взлете оси винтов расположены вертикально и винты работают по-вертолетному, над крылом. После взлета с помощью небольших электродвигателей и червячной передачи летчик постепенно поворачивает их на 90°. При взлете и посадке самолет управляется, как вертолет поперечной схемы, изменением шага винтов в различных комбинациях. После перехода к полету в самолетном режиме машина управляется аэродинамическими рулями, как обычный самолет. Для самолета с поворотными винтами особенно трудно подобрать винты. Для взлета и посадки нужны винты, близкие к вертолетным: большого диаметра, с малой нагрузкой на сметаемую площадь, с небольшой «круткой» (8—10°). Такой винт создает большую тягу при малой скорости потока. Для самолетного режима полета характеристики винта нужны прямо противоположные: малый диаметр, большая нагрузка, большая «крутка» (35—40°). Поворотные винты вертикально взлетающего самолета — всегда плод компромиссного решения. ------------------------------------------------------------
Литература: Андреев И., Захаров А. ""Боевые самолеты"" 1992г. Попова С. ""Аэрофлот от А до Я"" 1986г."