Самолеты с вертикальным взлетом. Как они работают и зачем нужны

Скорее всего, вы видели в кино, документальной хронике или технических видео, как самолет начинает сильно гудеть, из-под него начинает разлетаться пыль и прочий мусор, после этого он немного приподнимается над землей. Он начинает подниматься все выше и выше, когда на высоте пары десятков метров он постепенно начинает ”трогаться”, набирает скорость и улетает уже как обычный самолет. Разберем, как такое происходит, в чем преимущества и в чем недостатки таких машин. Конечно, не забудем об их истории и самых интересных представителях.

В первую очередь, стоит разобраться с тем, что такое вообще самолет с вертикальным взлетом. На самом деле, такой термин является больше народным, чем техническим. Даже по логике, если самолет вертикально взлетел, значит он должен иметь возможность вертикально сесть. Отсюда и полное название — Самолет с Вертикальным Взлетом и Посадкой. Сокращенно это пишется как СВВП. В иностранных текстах встречается сокращение VTOL (в переводе с английского: Vertical Take-Off and Landing). При этом, вертикальный взлет-посадка не исключает возможности обычного пробега по полосе. Редкие исключения в истории были, но все они остались в проектах прошлого.

Можно спросить, почему вертолет не называют самолетом с вертикальным взлетом/посадкой? Принципиальным отличием является то, что у самолета подъемная сила во время основного движения создается за счет набегающего на крыло воздушного потока. В случае с вертолетом, подъемная сила достигается за счет работы вращающегося винта. Если он остановится, возможно, вертолет даже сможет совершить относительно мягкую посадку в режиме авторотации, но не сможет планировать. В случае с самолетами, есть даже отдельное направление самолетов без двигателей. Они называются планерами, поднимаются в воздух при помощи самолета-буксировщика и могут часами планировать над местностью как бумажный самолетик. В случает отказа двигателя на вертолете, единственная дорога будет вниз, а самолет сможет сколько-то пролететь и сесть. Такие случаи были уже не раз.

Как мы уже условились выше, СВВП являются, в первую очередь, самолетами. Значит, они тяжелее воздуха и, например, воздушный шар не относится к СВВП. Стало быть, этот тип летательных аппаратов должен создавать тягу сам для себя. По способу создания тяги они делятся на два основных типа.

К первому относятся такие самолеты, как, например, Як-38, McDonnell Douglas AV-8 Harrier II и Lockheed Martin F-35 Lightning II. Они оборудованы подъемно-маршевыми двигателями и разным количеством подъемных двигателей. Все двигатели используют для взлета вертикальную реактивную тягу. Если говорить совсем просто — струю воздуха из реактивного двигателя.

Другой тип СВВП называется ”конвертоплан” и создает тягу для взлета за счет воздушных винтов. Примером может служить Bell V-22 Osprey, хорошо известный нам по игре Half-Life и фильмам про спецназ. Внешне он больше похож на грузовой вертолет, но основной полет осуществляет именно как самолет. После взлета его двигатели отклоняются и создают уже горизонтальную тягу.

Основным преимуществом самолетов с вертикальным взлетом и посадкой является их повышенная маневренность. Обычный самолет не может зависать в воздухе. Благодаря возможности зависания этот тип летательных аппаратов открывает новые возможности для разведки.

Вторым, но, наверное, более важным, плюсом будет возможность взлетать и садиться на площадке, которая не сильно превышает габариты самого самолета. Взлетная полоса таким самолетам не нужна. Особенно актуально это при базировании на маленьких аэродромах и на авианосцах. Наверное, это все преимущества, которые можно назвать хоть чуть-чуть существенными. Переходим к недостаткам.

Главным недостатком СВВП будет то, что ими очень сложно управлять. Летчики, должны быть настоящими асами и должны обладать навыками управления именно этими машинами. Управление изменением тяги от вертикального до горизонтального направления требует очень большого уровня подготовки. Особенно, если речь идет о посадке на авианосец или маневрировании при сильном ветре.

Самые большие сложности бывают именно при посадке. При взлете надо поднять самолет и начать набор скорости, а при посадке надо рассчитать заход так, чтобы скорость упала при подлете к посадочной площадке.

Кроме этого, опасность при взлете представляют и двигатели. Если один из двигателей откажет в обычном полете, самолет может лететь на втором и даже просто планировать. При отказе двигателя вертикального взлета/посадки, катастрофа неизбежна. Они не раз случались как с серийными машинами, так и с прототипами.

Еще одним минусом будет большой расход топлива на вертикальный взлет/посадку. Двигатели работают в запредельном режиме, чтобы поднять самолет с полным вооружением. Как итог, мы получаем меньшую дистанцию полета.

Если взлет и посадка на площадки, едва превышающие габариты самолета, являются однозначным плюсом, то требования к этой площадке точно будут минусом. Струя газов очень сильная и горячая. Отрывая от земли пару десятков тонн, она способна буквально уничтожить асфальт под самолетом. Получается, что преимущество использования ”в поле” нивелируются требованием сделать нормальное покрытия площадки. Кстати, в реальном поле такие самолеты не смогут взлетать, пыль может вывести двигатели из строя.

В пятидесятые годы прошлого века промышленность смогла достичь такого уровня развития турбовинтовых и турбореактивных двигателей, что можно было задуматься и о самолетах с вертикальным взлетом/посадкой.

Особенно актуально это было на волне перехода от истребителей, которые могли взлетать и садиться на грунтовые полосы, к современным сверхзвуковым машинам, которым нужна была полоса с твердым покрытием. Такой полосы могло не быть рядом с местом конфликтов и военных действий. Конечно, можно было построить такие полосы, но противник мог легко вывести их из строя. В этом случае, все самолеты на базе становились бы бесполезными игрушками. Кстати, во многом именно из-за военных баз с ВПП влиятельные страны и заводят союзников в разных концах света. Всегда приятно, когда кто-то предоставит аэродром для базирования твоих самолетов.

Перечисленные трудности заставили военных поверить в перспективность проектов самолета нового типа. В первую очередь, эта заинтересованность была именно со стороны военных. Для гражданской авиации это было дорого и не очень нужно. Поэтому прототипы или не вышли в серию, или и вовсе остались только на бумаге. Самым известным из них можно назвать Hawker Siddeley HS-141.

Естественно, были созданы десятки прототипов, большую часть которых видели буквально несколько человек. Они терпели крушение уже во время первого полета, после чего в конструкции вносились изменения и самолет менялся до неузнаваемости.

В середине 1961 года техническая комиссия НАТО огласила требования к единому истребителю-бомбардировщику с вертикальным взлетом/посадкой. Это подтолкнуло отрасль к созданию сверхзвуковых СВВП. По прогнозам, в 60-70-х годах в войска стран, входящих в Альянс, должно было быть поставлено около 5000 новых самолетов.

Как не трудно догадаться, за такой лакомый кусочек военного пирога решили побороться буквально все. Среди компаний, которые занимались проектированием СВВП были такие монстры своего дела, как Мессершмитт, Локхид, Дассо, Ролс-Ройс и даже итальянский Фиат.

Главной проблемой производства единого самолета для всех стран НАТО было то, что компании проектировали самолеты принципиально разного типа. У каждой страны было свое видение того, каким должен быть СВВП — никто не хотели идти на уступки и соглашаться на монополию другого. Это очень сильно затормозило проект общего самолета, и компании продолжили проектировать собственные самолеты, которые иногда были очень причудливыми.

Инженеры даже пытались подойти к делу нестандартно и пробовали реализовать проект, получивший название Ryan X-13 Vertijet. Суть самолета заключалась в том, что его подвешивали вертикально перед запуском. После этого двигатели на максимальной тяге должны были приподнять самолет в воздух. Когда была набрана высота в пару метров, он отходил в сторону от троса и вертикально улетал вверх, как ракета. Для стабилизации на законцовках крыльев располагались газоструйные рули. Для основной тяги и управления, в том числе, при взлете, использовался двигатель с отклоняемым вектором тяги.

Со взлетом самолета все понятно, но посадка была настоящим произведением искусства. У самолета даже на запасной вариант не было шасси. Пилот должен был снова поставить самолет на хвост, после чего подвести его к тросу и, сбросив тягу, повесить самолет на него специальным крюком в носовой части. Так как обзор был очень плохим, в посадке помогал наземный оператор. Сомнительная схема… Таких самолетов было создано всего две штуки, и испытательные полеты продлились меньше года. Весь абсурд идеи осознали достаточно быстро. К счастью, оба самолета уцелели и находятся в музеях США. Были и винтовые аналоги Ryan X-13 Vertijet, но из них и вовсе ничего не получилось.

Самым удачным оказался проект многоцелевого самолета British Aerospace Sea Harrier. Вы могли его видеть в фильме ”Правдивая ложь”. На нем летал герой Арнольда Шварцнегера. Стоит ли говорить, что без подготовки он не смог бы на нем летать?

Первый полет этого самолета состоялся 20 августа 1978 года, а завершилась эксплуатация только в мае 2016 года. Всего было произведено 111 самолетов в трех модификациях. Это совсем не много. Для примера, можно сказать, что многоцелевой истребитель F-16 Fighting Falcon, первый полет которого состоялся в 1974 году, выпустили в количестве более 4600 единиц и продолжают выпускать.

Сейчас в версии с возможностью вертикального взлета/посадки выпускается истребитель пятого поколения F-35 Lightning II. Пока их произведено относительно немного, но на него делается большая ставка в ВВС США и других стран НАТО.

Была программа СВВП и в Советском Союзе. В основном ей занималось конструкторское бюро Яковлева. Разработки велись с 1960 года, а первой моделью стал Як-36. Выглядел он не очень симпатично, зато в целом справлялся со своими задачами. Задачи эти были исследовательскими, и для них было создано всего 4 самолета. Они даже не могли поднять мало-мальски серьезный вес вооружения — при демонстрационном полете над Домодедово в 1967 году использовались муляжи.

Действительно важным для страны самолетом стал Як-38, который на этапе разработки назывался Як-36М. Он был лишен большинства проблем предыдущего ”тестового” поколения и на 27 лет (1977-2004 гг.) стал основной советского и российского флота СВВП. На смену ему должен был прийти Як-141, но в 2004 году программу свернули.

Больше серьезных наработок и массовых моделей СВВП в нашей стране не было. Виной тому малая перспективность таких аппаратов и финансовые трудности, с которыми столкнулись конструкторские бюро в девяностые годы прошлого века.

В наше время самолеты с вертикальным взлетом не так актуальны, как раньше. Это стало возможно благодаря более развитым системам ПВО, которые могут защитить взлетно-посадочные полосы от разрушения противником. Кроме того, сейчас на первый план вышли многофункциональность и малая радиолокационная заметность самолетов.

Источник