Tiltrotor представляет собой воздушное судно , которое генерирует подъемную силу и движение вперед посредством одного или более активных роторов (иногда называемых proprotors ) , установленных на вращающихся валов или гондолы , как правило , на концах фиксированного крыла . Почти во всех конвертопланах используется конструкция с поперечным ротором , за некоторыми исключениями, которые используют другие компоновки мультикоптеров .
Конструкция конвертоплана сочетает в себе возможности вертикального взлета и посадки вертолета со скоростью и дальностью полета обычного самолета с неподвижным крылом . Для вертикального полета винты расположены под углом, поэтому плоскость вращения является горизонтальной, создавая подъемную силу, как это делает обычный винт вертолета . По мере того, как самолет набирает скорость, роторы постепенно наклоняются вперед, а плоскость вращения в конечном итоге становится вертикальной. В этом режиме несущие винты обеспечивают тягу как пропеллер , а аэродинамический профильнеподвижных крыльев берет на себя обеспечение подъемной силы за счет поступательного движения всего самолета. Поскольку роторы могут быть сконфигурированы так, чтобы быть более эффективными для движения (например, с закруткой кончика корня) и это позволяет избежать проблем вертолета, связанных с срывом лопастей , конвертоплан может достигать более высоких крейсерских скоростей и взлетной массы, чем вертолеты.
Конвертоплан отличается от вертолета тем, что вращается только несущий винт, а не все крыло. Этот метод торгует прочь эффективность в вертикальном полете для эффективности в STOL / STOVL операций.
История
Первые работы в направлении поворотного ротора (франц. «Кабриолет»), кажется, возникли ок. 1902 г. франко-швейцарскими братьями Анри и Арманом Дюфо, на который они получили патент в феврале 1904 г. и обнародовали свою работу в апреле 1905 г. [1]
Конкретные идеи создания самолетов с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) с использованием винтокрылых вертолетов получили дальнейшее развитие в 1930-х годах. Первая конструкция, напоминающая современные конвертоплы, была запатентована Джорджем Лебергером в мае 1930 года, но он не стал развивать эту концепцию. Во время Второй мировой войны компания Weserflug в Германии примерно в 1938 году представила концепцию своего P.1003 / 1, который наклонялся к вершине вместе с частью крыльев, но не с целыми крыльями, поэтому он мог находиться между поворотным ротором и наклоном. -самолеты. Вскоре после того, как в 1942 году был разработан немецкий прототип , Focke-Achgelis Fa 269 , который наклонялся к земле, но никогда не летал. [2] [3] [4] Платт и Лепейдж запатентовали PL-16, первый американский конвертоплан. Однако в августе 1946 года компания закрылась из-за нехватки капитала. [5]
Два прототипа, которые совершили полет, были одноместной Transcendental Model 1-G и двухместной Transcendental Model 2, каждый из которых был оснащен одним поршневым двигателем. Разработка модели 1-G началась в 1947 году, хотя она не летала до 1954 года. Модель 1-G летала около года до крушения в Чесапикском заливе 20 июля 1955 года, в результате чего прототип самолета был разрушен, но серьезно не пострадал. пилот. Модель 2 была разработана и взлетела вскоре после этого, но ВВС США отозвали финансирование в пользу Bell XV-3, и он не стал много летать, кроме испытаний в режиме висения. Transcendental 1-G - первый конвертоплан, который совершил большую часть перехода от вертолета к самолету в полете (с точностью до 10 градусов от истинного горизонтального полета самолета).
Построенный в 1953 году, экспериментальный Bell XV-3 летал до 1966 года, доказывая фундаментальную надежность концепции конвертоплана и собирая данные о технических улучшениях, необходимых для будущих проектов.
Связанная с этим разработка технологии - поворотное крыло . Хотя два проекта, Canadair CL-84 Dynavert и LTV XC-142 , имели технический успех, ни один из них не был запущен в производство из-за других проблем. Конвертопланы обычно имеют лучшую эффективность зависания, чем поворотно-поворотные устройства, но меньше, чем вертолеты. [6]
В 1968 году Westland Aircraft представила свои собственные разработки - небольшой экспериментальный самолет (We 01C) и 68-местный транспортный самолет We 028 - на авиашоу SBAC в Фарнборо . [7]
В 1972 году при финансовой поддержке НАСА и армии США компания Bell Helicopter Textron начала разработку XV-15 , двухмоторного исследовательского самолета с конвертопланом. Два самолета были построены, чтобы подтвердить конструкцию конвертоплана и изучить рабочий диапазон полета для военного и гражданского применения. [8] [9]
В 1981 году, используя опыт, накопленный на XV-3 и XV-15, Bell и Boeing Helicopters приступили к разработке V-22 Osprey , военного конвертоплана с двумя турбовальными двигателями для ВВС США и Корпуса морской пехоты США . [8]
Bell объединилась с Boeing в разработке коммерческого конвертоплана, но Boeing ушел в 1998 году, а Agusta пришла на Bell / Agusta BA609 . [9] [10] Этот самолет был переименован в AW609 после передачи полного владения AgustaWestland в 2011 году. [11] Bell также разработала конвертоплан и беспилотный летательный аппарат (БПЛА) TR918 Eagle Eye .
В России было несколько проектов конвертопланов, в основном беспилотных, таких как Ми-30 , и началось еще одно в 2015 году [12].
Примерно в 2005 [13] –2010 годах [14] Bell и Boeing снова объединились, чтобы выполнить концептуальное исследование более крупного Quad TiltRotor (QTR) для программы Joint Heavy Lift (JHL) армии США. QTR - это более крупная версия V-22 с четырьмя винтами, с двумя тандемными крыльями, фиксированными крыльями и четырьмя поворотными роторами.
В январе 2013 года FAA определило правила шума конвертоплана США в соответствии с правилами ИКАО . Сертификация по шуму будет стоить 588 000 долларов, как и для большого вертолета. [15] [16]
AgustaWestland заявляет, что в 2013 году они совершили свободный полет на пилотируемом электрическом конвертоплане под названием Project Zero с роторами внутри размаха крыльев. [17] [18] [19]
В 2013 годе Bell Helicopter генеральный директор Джон Гаррисон ответил на Боинг с другим партнером планера для армии США требований будущего подъема , указав , что Белл бы сам себя ведущую роль в разработке Bell V-280 Valor , [20] с Lockheed Martin.
В 2014 году программа Clean Sky 2 ( Европейским союзом и отраслью) предоставила AgustaWestland и его партнерам 328 миллионов долларов на разработку «гражданского конвертоплана нового поколения» [21] [22] [23] для морского рынка с Critical Обзор проекта ближе к концу 2016 года. Целями являются наклонные секции крыла, максимальный взлетный вес 11 тонн , вместимость от 19 до 22 пассажиров, первый полет в 2021 году, крейсерская скорость 300 узлов [24], максимальная скорость 330 узлов, потолок 25 000 футов и дальность действия 500 морских миль. [10] [25] [26]
Технические соображения
Органы управления
В вертикальном полете конвертоплан использует элементы управления, очень похожие на вертолет с двумя или тандемными винтами . Рыскание регулируется путем наклона роторов в противоположных направлениях. Крен обеспечивается за счет дифференциальной мощности или тяги. Шаг обеспечивается за счет циклического наклона лопастей несущего винта или гондолы . Вертикальное движение контролируется с помощью обычного шага лопастей ротора и либо обычного рычага коллективного управления вертолетом (как в Bell / Agusta BA609 ), либо уникального элемента управления, аналогичного управлению двигателем с неподвижным крылом, называемого рычагом управления тягой (TCL) (как в Bell-Boeing V-22 Osprey ). [27]
Проблемы со скоростью и полезной нагрузкой
Преимущество конвертоплана - значительно большая скорость, чем у вертолета. В вертолете максимальная скорость движения определяется скоростью поворота несущего винта ; в какой-то момент вертолет будет двигаться вперед с той же скоростью, что и вращающаяся сторона ротора, движущаяся назад, так что эта сторона ротора видит нулевую или отрицательную воздушную скорость и начинает глохнуть . Это ограничивает современные вертолеты крейсерской скоростью около 150 узлов / 277 км / ч. Однако с конвертопланом этой проблемы можно избежать, поскольку винт-винт перпендикулярен движению на высокоскоростных участках режима полета (и, следовательно, не подвержен этому условию обратного потока), поэтому конвертоплан имеет относительно высокую максимальную скорость - более 300 узлов / 560 км / ч было продемонстрировано на двух типах конвертопланов, использованных до сих пор, и достигнута крейсерская скорость 250 узлов / 460 км / ч. [27]
Эта скорость достигается в некоторой степени за счет полезной нагрузки . В результате этого снижения полезной нагрузки некоторые [ кто? ] оценивают, что конвертоплан не превышает транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) вертолета, [28] в то время как другие делают противоположный вывод. [10] Кроме того, силовая установка конвертоплана более сложна, чем у обычного вертолета, из-за больших шарнирно-сочлененных гондол и дополнительного крыла; тем не менее, улучшенная крейсерская эффективность и улучшение скорости по сравнению с вертолетами являются значительными для некоторых применений. Скорость и, что более важно, общее время отклика - это главное достоинство, к которому стремятся вооруженные силы, использующие конвертоплан. Конвертопланы по своей природе менее шумны в прямом полете (в режиме полета), чем вертолеты. [ необходима цитата ] Ожидается, что это, в сочетании с их повышенной скоростью, улучшит их полезность в густонаселенных районах для коммерческого использования и снизит угрозу обнаружения для военных целей. Конвертоплан, однако, обычно такой же громкий, как вертолеты такого же размера в парящем полете. Моделирование шума конвертоплана на 90 пассажиров показывает более низкий крейсерский шум внутри салона, чем у самолета Bombardier Dash 8 , хотя низкочастотные вибрации могут быть выше. [29]
Конвертопланы также обеспечивают значительно большую крейсерскую высоту, чем вертолеты. Конвертопланы могут легко достигать высоты 6000 м / 20 000 футов или более, тогда как вертолеты обычно не превышают высоту 3000 м / 10 000 футов. Эта особенность будет означать, что некоторые варианты использования, которые обычно рассматривались только для самолетов с неподвижным крылом, теперь могут быть поддержаны конвертопланом без необходимости использования взлетно-посадочной полосы. Однако недостатком является то, что конвертоплан значительно снижает полезную нагрузку при взлете с большой высоты.
Моно конвертоплан
В самолетах с моно конвертопланом для подъема и движения используется наклоняемый вращающийся пропеллер или соосный пропеллер . Для вертикального полета винт наклонен, чтобы направить его тягу вниз, обеспечивая подъемную силу. В этом режиме работы аппарат практически идентичен вертолету. По мере того, как аппарат набирает скорость, коаксиальный винт медленно наклоняется вперед, и лопасти в конечном итоге становятся перпендикулярными земле. В этом режиме крыло обеспечивает подъемную силу, а большая эффективность крыла помогает конвертоплану достигать высокой скорости. В этом режиме летательный аппарат представляет собой турбовинтовой самолет.
Самолет с моно конвертопланом отличается от обычного конвертоплана, в котором пропроторы установлены на законцовках крыла , тем, что коаксиальный конвертоплан установлен на фюзеляже летательного аппарата . В результате такой конструктивной эффективности моно конвертоплан превосходит транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) как вертолета, так и обычного конвертоплана. В одном исследовании был сделан вывод о том, что если моно конвертоплан можно реализовать технически, он будет вдвое меньше, на одну треть меньше веса и почти вдвое быстрее вертолета. [30]
В вертикальном полете моно конвертоплан использует органы управления, очень похожие на соосный вертолет, такой как Камов Ка-50 . Рыскание регулируется, например, путем увеличения подъемной силы верхнего винта и уменьшения подъемной силы нижнего винта. Крен и тангаж обеспечиваются циклическим ротором. Вертикальное движение контролируется обычным шагом лопастей ротора . [31]
Список конвертопланов
- AgustaWestland AW609
- AgustaWestland Project Zero
- Американская динамика AD-150
- Колокол XV-3
- Колокол XV-15
- Белл Орлиный Глаз
- Bell V-280 Доблесть
- Bell-Boeing V-22 Osprey
- Кертисс-Райт X-19
- Focke-Achgelis Fa 269
- IAI Пантера
- Трансцендентальная модель 1-G
Смотрите также
- Понижение высоты тона
- Тилтджет
- Наклонное крыло
- Tailsitter
- СВВП
- Вектор тяги
Рекомендации
- ^ Le premier vol d'un helicoptère à moteur à взрыв, produit des frères Dufaux (1905) [ ненадежный источник? ]
- ^ Спрингманн, Энно; Готфрид Хильшер (1997). Фокке: Flugzeuge und Hubschrauber von Heinrich Focke 1912-1961 . Aviatic-Verlag GmbH. ISBN 3-925505-36-9.
- ^ Новарра, Хайнц (1985–1988). Die Deutsche Luftrüstung 1933-1945 . Бернар и Грефе. ISBN 3-7637-5464-4.
- ^ Майзел, доктор медицины (2000). История исследовательского самолета с поворотным ротором XV-15: от концепции до полета (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление политики и планов, Отдел истории НАСА.
- ^ «Конвертопланы» . helis.com . Проверено 1 апреля 2018 года .
- ^ Уорик, Грэм. «Наклон в сторону цели», стр. 44 Flight International , номер 4304, том 141, 5–11 февраля 1992 г. Проверено: 4 января 2014 г.
- ↑ "Двадцать шестое шоу SBAC" Flight International , 19 сентября 1968 г., стр. 446.
- ^ a b «История конвертопланов», Исследовательский центр Эймса НАСА. Архивировано 5 июля 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ а б Maisel, Martin D .; Giulianetti, Demo J .; Дуган, Дэниел С. (2000). История исследовательского самолета с поворотным ротором XV-15 (PDF) . Монографии по истории авиации и космонавтики №17. НАСА. ISBN 0-16-050276-4. НАСА SP-2000-4517.
- ^ a b c « Проект гражданского конвертоплана нового поколения 8.6 (NextGenCTR) - WP1 », стр. 254-301. Размер: 747 страниц, 23 МБ. Clean Sky 2 , 27 июня 2014 г. Дата обращения: 7 октября 2014 г.
- ^ Винбрандт, Джеймс (11 февраля 2012 г.). «AW609, наконец, готов к крупному плану» . AINonline.com . Проверено 14 февраля 2012 года .
- ^ «МАКС: Вертолеты России запускают концепт беспилотного конвертоплана» . flightglobal.com . 27 августа 2015 года . Проверено 1 апреля 2018 года .
- ^ «QTR Bell-Boeing, выбранный для исследования Heavy Lift». Архивировано 30 августа 2006 г. в Wayback Machine . Боинг, 22 сентября 2005 г.
- ^ Браннен, Кейт. «Пентагон проливает свет на усилия JFTL» . Defense News , 15 июля 2010 г.
- ^ «Стандарты сертификации по шуму для конвертопланов» . Федеральное управление гражданской авиации . 8 января 2013 . Проверено 13 января 2013 года .
- ^ «FAA публикует измененные правила шума для конвертопланов» . Аэро-новости. 11 января 2013 . Проверено 13 января 2013 года .
- ^ Паур, Джейсон (6 марта 2013 г.). «Встречайте Project Zero, первый в мире электрический самолет с поворотным ротором» . Проводной доступ . Проверено 6 марта 2013 года .
- ^ «AgustaWestland представляет революционный проект, демонстрирующий технологию ротора с нулевым наклоном» . ASDNews . Проверено 6 марта 2013 года .
- ^ " Project Zero " AgustaWestland
- ^ «Bell продвигает технологии конвертопланов без Boeing - Rotor & Wing International» . Aviationtoday.com . 5 марта 2013 . Проверено 1 апреля 2018 года .
- ^ " Гражданский конвертоплан нового поколения " AgustaWestland
- ^ Хиршберг, Майк (сентябрь 2014 г.). «Форма грядущего, часть 2» (PDF) . Вертикальный журнал . Архивировано 14 апреля 2015 года из оригинального (PDF) . Проверено 13 апреля 2015 года .
- ^ Пьеробон, Марио. « AW стремится стать лидером в области гражданских конвертопланов » Page 2 Page 3 ProPilotMag .
- ^ «AgustaWestland планирует запустить конвертоплан нового поколения в 2021 году» . Авиационные международные новости .
- ^ Хубер, Марк. « AgustaWestland продвигает вперед с большим конвертопланом » AINonline , 5 октября 2014 г. Дата обращения : 7 октября 2014 г. Архивировано 7 октября 2014 г.
- ^ " Гражданский конвертоплан AgustaWestland " AgustaWestland
- ^ а б Нортон, Билл. Bell Boeing V-22 Osprey, Tiltrotor Tactical Transport . Мидленд Паблишинг, 2004. ISBN 1-85780-165-2 .
- ^ "Front Matter - Военно-морское экспедиционное обеспечение: обеспечение оперативного маневра с моря - The National Academies Press" . nap.edu . DOI : 10.17226 / 6410 . Проверено 1 апреля 2018 года .
- ^ Гросвельд, Фердинанд В. и др. « Прогнозы внутреннего шума в предварительном проекте большого гражданского конвертоплана (LCTR2) » 20130013992 НАСА , 21 мая 2013 г. Проверено: 9 июня 2014 г.
- ^ http://handle.dtic.mil/100.2/ADA428702 Leishman, JG, Preator, R., Baldwin, GD, Концептуальное проектирование архитектуры моно конвертоплана (MTR), Номер контракта ВМС США: N00014-03-C- 0531, 2004.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 07.10.2008 . Проверено 5 июня 2009 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) Болдуин, Г.Д., «Предварительные проектные исследования моно конвертоплана (MTR) с демонстрацией аэродинамического развертывания крыла», Международная конференция специалистов AHS, Чандлер, Аризона, 23–25 января 2007 г.
Внешние ссылки
- «Беспилотный гибридный TiltRotor TRH-14» . Артамоновские технологии.[ продвижение? ]
- Жан-Клод Кайе (1 июня 2006 г.). "Изобретение первого конвертоплана истории бывших Анри и Армана Дюфо (1907-09)" . Les pionniers de l'aéronautique à Genève (на французском языке).
- AeroSpaceNews (25 декабря 2012 г.). История поворотного ротора . YouTube.
- Ричард Уорд (6 апреля 2018 г.). «Долгая дорога к конвертоплану» . AIN .