Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Bell V-22 Osprey

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 роторы расположены под углом, поэтому плоскость вращения является горизонтальной, создавая подъемную силу, как и у обычного винта 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 поворотом 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 [ править ]

Колокол X-22
Bell XV-15 готовится к земле

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 пришла примерно в 1938 году с концепцией 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 , он наклонялся к земле, но никогда не летал. [2] [3] [4] Платт и Лепажзапатентовал PL-16, первый американский конвертоплан. Однако в августе 1946 года компания закрылась из-за нехватки капитала. [5]

Два прототипа, которые совершили полет, были одноместным Transcendental Model 1-G и двухместным Transcendental Model 2, каждый из которых приводился в действие 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.

Эффективность подъема загрузки диска VTOL

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 роторами, 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 сообщает, 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 [ править ]

Элементы управления [ править ]

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 рычага общего управления вертолетом (как в Bell / Agusta BA609 ), либо уникального элемента управления, аналогичного управлению двигателем с неподвижным крылом, который называется рычагом управления тягой (TCL) (как в Bell -Boeing V-22 Osprey ). [27]

Проблемы со скоростью и полезной нагрузкой [ править ]

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-винты перпендикулярны движению на высокоскоростных участках режима полета (и, следовательно, не подвержены 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 использования в военных целях. 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 [ править ]

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 винты установлены на законцовках крыла , тем, что соосный винт установлен на фюзеляже самолета . 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 [ править ]

Экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки Curtiss-Wright X-19 в полете
BA609 (теперь AW609) в режиме самолета на авиасалоне 2007
Основная статья: 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

См. Также [ править ]

  • Понижение высоты тона
  • Тилтджет
  • Наклонное крыло
  • Tailsitter
  • СВВП
  • Управление вектором тяги

Ссылки [ править ]

  1. ^ Le premier vol d'un helicoptère à moteur à взрыв, produit des frères Dufaux (1905) [ ненадежный источник? ]
  2. ^ Спрингманн, Энно; Готфрид Хильшер (1997). Фокке: Flugzeuge und Hubschrauber von Heinrich Focke 1912-1961 . Aviatic-Verlag GmbH. ISBN 3-925505-36-9.
  3. ^ Новарра, Хайнц (1985–1988). Die Deutsche Luftrüstung 1933-1945 . Бернар и Грефе. ISBN 3-7637-5464-4.
  4. ^ Майзель, доктор медицинских наук (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.
  5. ^ "Конвертопланы" . helis.com . Проверено 1 апреля 2018 года .
  6. ^ Уорик, Грэм. «Наклон в сторону цели», стр. 44 Flight International , номер 4304, том 141, 5–11 февраля 1992 г. Проверено: 4 января 2014 г.
  7. ^ "Двадцать шестое шоу SBAC" Flight International , 19 сентября 1968 г., стр. 446
  8. ^ a b «История конвертопланов», Исследовательский центр Эймса НАСА. Архивировано 5 июля 2008 г. в Wayback Machine.
  9. ^ a b 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.
  10. ^ 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.
  11. ^ Wynbrandt, Джеймс (11 февраля 2012). «AW609, наконец, готов к крупному плану» . AINonline.com . Проверено 14 февраля 2012 года .
  12. ^ "МАКС: Вертолеты России запускают концепт беспилотного конвертоплана" . flightglobal.com . 27 августа 2015 . Проверено 1 апреля 2018 года .
  13. ^ «QTR Bell-Boeing, выбранный для исследования Heavy Lift». Архивировано 30 августа 2006 г. в Wayback Machine . Боинг, 22 сентября 2005 г.
  14. ^ Браннен, Кейт. «Пентагон проливает свет на усилия JFTL» . Defense News , 15 июля 2010 г.
  15. ^ «Стандарты сертификации по шуму для конвертопланов» . Федеральное управление гражданской авиации . 8 января 2013 . Проверено 13 января 2013 года .
  16. ^ "FAA публикует измененные правила шума для конвертопланов" . Аэро-новости. 11 января 2013 . Проверено 13 января 2013 года .
  17. ^ Paur, Джейсон (6 марта 2013). «Встречайте Project Zero, первый в мире электрический самолет с поворотным ротором» . Проводной . Проверено 6 марта 2013 года .
  18. ^ «AgustaWestland представляет революционный проект, демонстрирующий технологию ротора с нулевым наклоном» . ASDNews . Проверено 6 марта 2013 года .
  19. ^ " Project Zero " AgustaWestland
  20. ^ "Bell продвигает технологии конвертопланов без Boeing - Rotor & Wing International" . Aviationtoday.com . 5 марта 2013 . Проверено 1 апреля 2018 года .
  21. ^ " Гражданский конвертоплан нового поколения " AgustaWestland
  22. Перейти ↑ Hirschberg, Mike (сентябрь 2014 г.). «Форма грядущего, часть 2» (PDF) . Вертикальный журнал . Архивировано 14 апреля 2015 года из оригинального (PDF) . Проверено 13 апреля 2015 года .
  23. ^ Пьеробон, Марио. « AW стремится стать лидером в области гражданских конвертопланов » Page 2 Page 3 ProPilotMag .
  24. ^ «AgustaWestland планирует запустить конвертоплан нового поколения в 2021 году» . Авиационные международные новости .
  25. ^ Хубер, Марк. « AgustaWestland продвигает вперед с большим конвертопланом » AINonline , 5 октября 2014 г. Дата обращения : 7 октября 2014 г. Архивировано 7 октября 2014 г.
  26. ^ " Гражданский конвертоплан AgustaWestland " AgustaWestland
  27. ^ а б Нортон, Билл. Bell Boeing V-22 Osprey, Tiltrotor Tactical Transport . Midland Publishing, 2004. ISBN 1-85780-165-2 . 
  28. ^ "Front Matter - Военно-морская экспедиционная логистика: обеспечение оперативного маневра с моря - The National Academies Press" . nap.edu . DOI : 10.17226 / 6410 . Проверено 1 апреля 2018 года .
  29. ^ 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.
  30. ^ 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.
  31. ^ «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 встреча специалистов AHS, Чандлер, Аризона, 23–25 января 2007 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • «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 наклона ротора . YouTube.
  • Ричард Уорд (6 апреля 2018 г.). «Долгая дорога к конвертоплану» . AIN .