КОНВЕРТОПЛАН КОРОТКОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
SHORT TAKE-OFF AND LANDING TILTROTOR

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам короткого и ультракороткого взлета и посадки, и предназначено для конвертопланов, снабженных одним несущим винтом, складывающимся и раскрывающимся в полете.
Известен проект транспортного винтокрыла McDonnell XHRH-1, который разрабатывался США в 1950-1954 и был доведен до стадии начала изготовления прототипа и было прервано из-за сокращения военного бюджета после окончания корейской войны (http://alternathistory.com/proekt-transportnogo-vintokryla-mcdonnell-xhrh-1-ssha/).
Несущий винт XHRH-1 не складывался, но для его вращения использовался реактивно-компрессорный привод. Сжатый воздух для системы подавался двумя вспомогательными компрессорами, приводимыми непосредственно от маршевых турбовинтовых двигателей Allison ХТ56-А-4.
Наиболее близким аналогом, изобретения является Британский проект транспортного винтокрыла Fairey Rotodyne (1954-1962), у которого также был реализован реактивно-компрессорный привод неубираемого несущего винта с подачей сжатого воздуха от двух вспомогательных компрессоров, приводимых во вращение от маршевых турбовинтовых двигателей (https://avi-ator.ru/raznoe-2/fairev-rotodvne-fairev-rotodvne-eto-chto-takoe-fairey-rotodyne.html)
К
Недостатком обоих проектов является то, что не использовано оптимальное соотношение между высокой крейсерской скоростью и параметрами реактивно-компрессорного привода, что позволяет применять вместо турбовинтовых двухконтурные турбореактивные двигатели с высокой степенью повышения давления в компрессоре второго контура π = 4-5. В тот период не было технической возможности реализовать это решение и устранить необходимость в вспомогательных компрессорах. Прямой отбора сжатого воздуха от маршевых двигателей, к тому же заметно повышает КПД системы.
Еще одна причина невозможности в тот период использовать оптимальное соотношение между высокой крейсерской скоростью и параметрами реактивно-компрессорного привода. Она состоит в том, что высокие крейсерские скорости требуют полной уборки несущего винта из воздушного потока, обтекающего летательный аппарат. Такая задача тогда в этих проектах даже не ставилась.
С позиций сегодняшнего дня стало понятным, что подобным летательным аппаратам совсем не обязательно иметь чисто вертикальный взлет и посадку. Достаточно воспользоваться возможностями ультра короткого взлета и посадки, которым необходима в 2-3 раза меньшая потребная мощность для вращения складного несущего винта. Это тем более актуально, если учесть, что система каналов реактивно-компрессорного привода имеет пределы по расходной характеристике из-за ограниченных площадей сечения каналов в лопастях.
Задачей изобретения является устройство одновинтового конвертоплана короткого взлета и посадки с системой реактивно-компрессорного привода складного несущего винта, имеющего оптимальные параметры, повышенную надежность и безопасность применения, в условиях складывания и раскрытия винта в полете.
Задача изобретения решается тем, что конвертоплан выполнен с возможностью достижения крейсерской скорости 820-900 км/ч, характерной для магистрального самолета и обеспечен реактивно-компрессорной системой привода складного несущего винта, снабженной патрубками отбора сжатого воздуха от компрессоров маршевых двухконтурных турбореактивных двигателей с возможностью передачи силового воздушного потока по трубопроводам в каналы лопастей к концевым соплам складного несущего винта и к хвостовому управляющему эжектору, а также с возможностью переключения каналов на работу в системе кондиционирования салона конвертоплана.
Полученный технический результат характеризуется существенным признаками:
- конвертоплан выполнен возможностью достижения крейсерской скорости 820-900 км/ч, характерной для магистрального самолета;
- конвертоплан обеспечен реактивно-компрессорной системой привода складного несущего винта, снабженной патрубками отбора сжатого воздуха от компрессоров маршевых двухконтурных турбореактивных двигателей;
- конвертоплан обеспечен возможностью передачи силового воздушного потока по трубопроводам в каналы лопастей к концевым соплам складного несущего винта и к хвостовому управляющему эжектору;
- конвертоплану обеспечена возможность переключения воздушных каналов реактивно-компрессорного привода на работу в системе кондиционирования салона.
На Фиг. 1 в плане показана схема конвертоплана с маршевыми двигателями и каналами системы реактивно-компрессорного привода несущего винта.
Устройство конвертоплана короткого взлета и посадки по Фиг. 1 включает: маршевые двухконтурные турбореактивные двигатели (1), участки каналов реактивно-компрессорного привода в пилонах маршевых двигателей (2) и в носке крыла (3), ресивер (4), канал в оси вращения несущего винта (5), каналы в лопастях (7), канал (6) к хвостовому эжектору (8) управления и бортовую ВСУ (9). Ресивер (2) размещен над центропланом крыла Воздушный канал (6) проложен за внутренней оболочкой гондолы (10), предназначенной для лопастей сложенного несущего винта.
Система каналов реактивно-компрессорной системы одновременно является каналами системы кондиционирования салона конвертоплана.
Устройство конвертоплана короткого взлета и посадки работает следующим образом (Фиг. 1):
Воздух в систему (Фиг. 1) привода складного несущего винта отбирается за компрессором низкого давления маршевых двигателей (1) и по участкам каналов (2), (3), (4), (5), (7) подается к концевым соплам лопастей, которые своей тягой создают вращающий момент на несущем винте, а по каналу (6) сжатый воздух подается к хвостовому эжектору (8), который поперечной тягой эжектируемого потока обеспечивает управление конвертопланом по курсу и тангажу на малых скоростях полета, когда недостаточна эффективность аэродинамических поверхностей управления. После уборки несущего винта в гондолу (10) воздушные каналы переключается на работу в системе кондиционирования салона конвертоплана с возможностью отбора воздуха от маршевых двигателей (1) или от ВСУ (9).
2
С такой системой конвертоплан теряет способность выполнять режим висения, т.к. отбираемой от маршевых двигателей мощности и расходной характеристики воздушных каналов привода несущего винта из-за пониженного рабочего давления отбираемого воздуха (2-3 кгс/см) не хватает для обеспечения нужной для вертикального взлета подъемной силы тяги. Однако, транспортному самолету режим висения не обязателен и его отсутствие не является недостатком. Гораздо важнее способность конвертоплана выполнять очень короткие взлет и посадку, которые точнее следует называть ультракороткими, т.к. дистанции разбега и пробега измеряются десятками метров. При этом потребная мощность для раскрутки и вращения несущего винта на полетных оборотах авторотации снижается в 2-3 раза.
За счет низкого аэродинамического качества конвертоплана (3,8-4,5) в сбалансированной посадочной конфигурации с авторотирующим винтом он способен заходить на посадку по крутой глиссаде со скоростью 120-130 км/ч и приземляться в точку с пробегом в несколько метров. Благодаря этому достигается высокий уровень безопасности на посадочном участке, который по статистике является самым аварийным у самолетов. Кроме того, крутая посадочная глиссада (13-15 градусов) снижает шум двигателей на местности, уменьшает воздушный участок посадочной дистанции, снижает уязвимость конвертоплана в условиях применения противником наземных средств поражения.
Перед моментом касания посадочной площадки пилот конвертоплана использует прием «подрыва» шага с увеличением угла атаки несущего винта. При этом горизонтальная и вертикальная скорости за счет кинетической энергии вращения несущего винта гасятся вплоть до 0.
Погодный минимум для посадки конвертоплана составляет по горизонтальной видимости 50 м, по вертикальной - 12 м. Причем, у конвертоплана отсутствует эффект воздушной просадки при резком переходе с посадочной глиссады на траекторию взлета. Большой момент инерции НВ и постоянный подвод к нему мощности подкрутки, позволяют прервать приземление даже с высоты 1 м от поверхности. Этому способствует и воздушная подушка, возникающая под несущим винтом, которая дополнительно увеличивает его обороты и момент инерции.
В свою очередь длина разбега конвертоплана в эксплуатации зависит от стартовых условий - наличия встречного ветра и попутной скорости перемещения посадочной площадки.
Мощности реактивно-компрессорной системы привода хватает, чтобы раскрутить несущий винт до 100-110% от полетных оборотов, что изменяет технику взлета. Отпадает необходимость перед началом разбега устанавливать несущий винт под положительным углом атаки. Напротив, его надо перевести на отрицательный (вертолетный) угол с тем, чтобы использовать пропульсивную составляющую тяги несущего винта вместе с тягой маршевых двигателей для увеличения ускорения в начале разбега. И лишь при приближении к скорости отрыва несущий винт переводится на положительный (взлетный) угол атаки для создания требуемой подъемной силы тяги и начала энергичного набора высоты.
Появляется возможность использования конвертоплана короткого взлета и посадки на авианосцах и универсальных десантных кораблях. Например, если десантный корабль имеет скорость хода 22 узла (11,3 м/с), то длина разбега конвертоплана будет находиться в интервале 40-75 метров, а при одновременном воздействии встречного ветра 7 м/с, который практически всегда присутствует над морской акваторией, длина разбега уменьшится 12-30 м.
При продолжении взлета конвертоплана с одним отказавшим маршевым двигателем возникающий разворачивающий момент и момент крена парируется наклоном тяги НВ в сторону работающего двигателя и вперед. При этом создается плечо, на котором горизонтальная составляющая подъемной силы тяги противодействует разворачивающему курсовому моменту и крену. Сюда добавляется противодействующий момент от хвостового эжекторного сопла и момент от киля, нарастающий по скорости.
Устройство конвертоплана короткого взлета и посадки позволило:
- Исключить из системы складного несущего винта сложный и тяжелый механический привод и существенно повысить ее общую надежность.
- Заметно снизить стоимость конвертоплана за счет отсутствия отдельного турбокомпрессора, который по существу является третьим двигателем.
- Снизить трудоемкость технического обслуживания в эксплуатации, что делает такую машину привлекательной для гражданской сферы применения.
- Упростить восстановление управляемости конвертоплана при критических отказах и в нештатных ситуациях.
- Обеспечить способность захода на посадку по крутой глиссаде со скоростью 120-130 км/ч и приземляться в точку с пробегом в несколько метров.
- Добиться более высоких показателей безопасности полета, чем у самолетов обычных схем и вертолетов по отдельности.
- Оптимизировать конструкцию реактивно-компрессорного привода.
- Обеспечить двойное использование воздушных каналов за счет обеспечения возможности их переключения на работу в системе кондиционирования салона.