Наклонный ротор
Конвертоплан , — это летательный аппарат который создает подъемную силу и тягу с помощью одного или нескольких роторов с приводом (иногда называемых пропеллерами ), установленных на вращающихся валах или гондолах, обычно на концах неподвижного крыла . Почти все конвертопланы имеют поперечную конструкцию несущего винта, за некоторыми исключениями, в которых используются другие многороторные схемы.
Конструкция конвертоплана сочетает в себе вертикального взлета и возможности посадки вертолета со скоростью и дальностью обычного полета самолета . При вертикальном полете винты расположены под углом, так что плоскость вращения горизонтальна, создавая подъемную силу, как это делает обычный винт вертолета . По мере того, как самолет набирает скорость, несущие винты постепенно наклоняются вперед, при этом плоскость вращения в конечном итоге становится вертикальной. В этом режиме несущие винты создают тягу как пропеллер , а аэродинамическая часть неподвижных крыльев берет на себя подъемную силу за счет движения вперед всего самолета. Поскольку несущие винты могут быть сконфигурированы так, чтобы быть более эффективными для движения (например, с закручиванием кончиков корней), 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 конвертоплана тем, что вращается только несущий винт, а не все крыло. Этот метод обеспечивает компромисс между эффективностью вертикального полета и эффективностью операций STOL / STOVL .
История
[ редактировать ]
Первые работы в направлении конвертоплана (франц. «Кабриолет»), по-видимому, возникли ок. 1902 г. французско-швейцарскими братьями Анри и Арманом Дюфо, на что они получили патент в феврале 1904 г. и обнародовали свою работу в апреле 1905 г. [1] [ ненадежный источник? ]
Конкретные идеи создания самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП) с использованием вертолетоподобных несущих винтов получили дальнейшее развитие в 1930-х годах. Первая конструкция, напоминающая современные конвертопланы, была запатентована Джорджем Лебергером в мае 1930 года, но дальнейшего развития концепции он не дал. Во время Второй мировой войны компания Weserflug в Германии примерно в 1938 году разработала концепцию своего P.1003/1, который наклонял вверх часть крыльев, но не все крылья, поэтому он мог быть промежуточным между поворотным винтом и поворотным винтом. наклон-плоскости. Вскоре после того, как в 1942 году был разработан немецкий прототип Focke -Achgelis Fa 269 , который наклонялся к земле, но так и 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]
В полет поднялись два прототипа: одноместная Transcendental Model 1-G и двухместная Transcendental Model 2, каждый из которых был оснащен одним поршневым двигателем. Разработка модели 1-G началась в 1947 году, но она не летала до 1954 года. Модель 1-G летала около года, пока не разбилась в Чесапикском заливе 20 июля 1955 года, уничтожив прототип самолета, но не причинив серьезных повреждений. пилот. Модель 2 была разработана и вскоре после этого полетела в воздух, но ВВС США отказались от финансирования в пользу Bell XV-3, и дальше испытаний на висении она не летала. Transcendental 1-G - первый конвертоплан, совершивший полет и осуществивший 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, доказав фундаментальную обоснованность концепции конвертоплана и собрав данные о технических усовершенствованиях, необходимых для будущих проектов.
Сопутствующей технологической разработкой является наклонное 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 более высокую эффективность зависания, чем конвертопланы, но меньшую, чем вертолеты. [6]
В 1968 году компания Westland Aircraft продемонстрировала собственные разработки — небольшой экспериментальный самолет (We 01C) и 68-местный транспортный We 028 — на авиасалоне SBAC в Фарнборо . [7]
В 1972 году при финансовой поддержке НАСА и армии США Bell Helicopter Textron начала разработку XV-15 , двухмоторного исследовательского конвертоплана. Два самолета были построены для проверки конструкции конвертоплана и изучения возможностей полетов для военного и гражданского применения. [8] [9]
В 1981 году, используя опыт, полученный при эксплуатации XV-3 и XV-15, компании Bell и Boeing Helicopters приступили к разработке V-22 Osprey — двухтурбовального военного конвертоплана для ВВС США и Корпуса морской пехоты США . [8]
пришла Agusta Bell объединилась с Boeing для разработки коммерческого конвертоплана, но в 1998 году Boeing прекратила разработку, и на смену Bell/Agusta BA609 . [9] [10] Этот самолет был переименован в AW609 после передачи полного права собственности компании AgustaWestland в 2011 году. [11] Компания Bell также разработала беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с конвертопланом TR918 Eagle Eye .
У России было несколько проектов конвертопланов, в основном беспилотных, таких как Ми-30 , и в 2015 году она начала еще один. [12]
Около 2005 г. [13] –2010, [14] Bell и Boeing снова объединились, чтобы провести концептуальное исследование более крупного Quad TiltRotor (QTR) для программы Joint Heavy Lift (JHL) армии США. QTR представляет собой более крупную четырехвинтовую версию V-22 с двумя тандемными наборами фиксированных крыльев и четырьмя наклоняемыми несущими винтами.
В январе 2013 года ФАУ определило правила США по шуму конвертопланов, которые соответствуют правилам ИКАО . Сертификация по шуму будет стоить 588 000 долларов, как и для большого вертолета. [15] [16]
AgustaWestland сообщает, что в 2013 году они запустили в свободный полет пилотируемый электрический конвертоплан под названием Project Zero с несущими винтами внутри размаха крыльев. [17] [18] [19]
армии США В 2013 году генеральный директор Bell Helicopter Джон Гаррисон ответил на то, что Boeing выбрал другого партнера по планеру для будущих потребностей в подъемной силе , указав, что Bell сама возьмет на себя ведущую роль в разработке Bell V-280 Valor . [20] с Локхид Мартин.
В 2014 году программа Clean Sky 2 ( Европейский Союз и промышленность) выделила AgustaWestland и ее партнерам 328 миллионов долларов на разработку «гражданского конвертоплана нового поколения». [21] [22] [23] проект для морского рынка, критический анализ конструкции состоится ближе к концу 2016 года. Целями являются наклонные секции крыла, 11 метрических тонн. Максимальная взлетная масса , 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 полета 500 морских миль. [10] [25] [26]
Технические соображения
[ редактировать ]Элементы управления
[ редактировать ]В вертикальном полете конвертоплан использует органы управления, очень похожие на органы управления вертолета с двумя или тандемными винтами . Рыскание контролируется путем наклона несущих винтов 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 несущего винта и либо обычного рычага управления вертолетом (как в Bell/Agusta BA609 ), либо уникального органа 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
[ редактировать ]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 назад сторона несущего винта, так что эта сторона несущего винта видит нулевую или отрицательную воздушную скорость и начинает срываться . Это ограничивает современные вертолеты крейсерской скоростью около 150 узлов /277 км/ч. Однако с конвертопланом этой проблемы можно избежать, поскольку пропеллеры перпендикулярны движению на высокоскоростных участках режима полета (и, следовательно, не подвержены этому условию обратного потока), поэтому конвертоплан имеет относительно высокую максимальную скорость - более На двух типах конвертопланов, летавших до сих пор, была продемонстрирована скорость 300 узлов/560 км/ч, а также достигнута крейсерская скорость 250 узлов/460 км/ч. [27]
Такая скорость достигается в некоторой степени за счет полезной нагрузки . В результате такого уменьшения полезной нагрузки некоторые [ ВОЗ? ] подсчитали, что конвертоплан не превышает транспортную эффективность (скорость, умноженную на полезную нагрузку) вертолета, [28] в то время как другие приходят к противоположному выводу. [10] Кроме того, двигательная установка конвертоплана более сложна, чем у обычного вертолета, из-за больших шарнирно-сочлененных гондол и дополнительного крыла; однако улучшенная крейсерская эффективность и скорость по сравнению с вертолетами в некоторых случаях являются значительными. Скорость и, что более важно, сокращение общего времени реагирования — это главное достоинство, к которому стремятся вооруженные силы, использующие конвертоплан. Конвертопланы по своей природе менее шумны при полете вперед (режим самолета), чем вертолеты. [ нужна ссылка ] Ожидается, что это, в сочетании с их увеличенной скоростью, повысит их полезность в населенных пунктах для коммерческого использования и уменьшит угрозу обнаружения для военных целей. Однако конвертопланы обычно издают такой же шум, как и вертолеты такого же размера при зависании. Моделирование шума для конвертоплана на 90 пассажиров показывает меньший 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 и более, тогда как вертолеты обычно не превышают высоту 3 000 м / 10 000 футов. Эта функция будет означать, что некоторые виды использования, которые обычно рассматривались только для самолетов, теперь могут быть реализованы с помощью конвертопланов без необходимости использования взлетно-посадочной полосы. Однако недостатком является то, что конвертоплан имеет значительно меньшую полезную нагрузку при взлете с большой высоты.
Моно наклонный ротор
[ редактировать ]Самолет с моноконвертопланом использует наклоняемый вращающийся пропеллер или соосный пропеллер для подъемной силы и движения . При вертикальном полете пропеллер наклонен так, чтобы направить тягу вниз, обеспечивая подъемную силу. В этом режиме работы корабль по сути идентичен вертолету. По мере того, как корабль набирает скорость, соосный пропеллер 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 корабль по сути представляет собой турбовинтовой самолет.
Самолет с моноконвертером отличается от обычного конвертоплана, в котором пропеллеры крепятся к законцовкам крыла , тем, что соосный пропеллер самолета крепится к фюзеляжу . В результате такой конструктивной эффективности моно конвертоплан превосходит транспортную эффективность (скорость, умноженную на полезную нагрузку) как вертолета, так и обычного конвертоплана. В одном из исследований был сделан вывод, что, если бы моно конвертоплан можно было технически реализовать, он был бы вдвое меньше, на одну треть легче и почти в два раза быстрее вертолета. [30]
В вертикальном полете моноконвертоплан использует органы управления, очень похожие на соосные вертолеты, например Камов Ка-50 . Рыскание контролируется, например, путем увеличения подъемной силы верхнего винта и уменьшения подъемной силы нижнего винта. Крен и шаг обеспечиваются циклическим ротором. Вертикальное движение контролируется обычным шагом лопастей несущего винта . [31]
Список конвертопланов
[ редактировать ]
- Агуста Вестланд AW609
- AgustaWestland Project Zero
- Американская динамика AD-150
- Белл XV-3
- Белл XV-15
- Белл Орлиный Глаз
- Bell V-280 Valor
- Bell Boeing V-22 Osprey
- Кертисс-Райт X-19
- Фокке-Ахгелис Фа 269
- ИАИ Пантера
- Трансцендентальная модель 1-G
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Первый полет вертолета с двигателем внутреннего сгорания производства братьев Дюфо (1905 г.)
- ^ Спрингманн, Энно; Готфрид Хильшер (1997). Фокке: Самолеты и вертолеты Генриха Фокке 1912-1961 гг . Авиатик Паблишинг ГмбХ. ISBN 3-925505-36-9 .
- ^ Новарра, Хайнц (1985–1988). Авиационное вооружение Германии 1933-1945 гг . Бернард и Грефе. ISBN 3-7637-5464-4 .
- ^ Мейзел, доктор медицины (2000). История исследовательского самолета с поворотным винтом XV-15: от концепции к полету (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление политики и планов, Отдел истории НАСА.
- ^ «Конвертопланы» . helis.com . Проверено 1 апреля 2018 г.
- ^ Уорик, Грэм. «Наклон мишени», стр. 44 Flight International , номер 4304, том 141, 5–11 февраля 1992 г. Доступ: 4 января 2014 г.
- ^ "Двадцать шестая выставка SBAC" Flight International , 19 сентября 1968 г., стр. 446.
- ^ Jump up to: а б «История технологии конвертопланов», Исследовательский центр Эймса НАСА. Архивировано 5 июля 2008 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б Мейзел, Мартин Д.; Джулианетти, Демо Дж.; Дуган, Дэниел К. (2000). История исследовательского самолета с поворотным винтом XV-15 (PDF) . Монографии по истории аэрокосмической отрасли № 17. НАСА. ISBN 0-16-050276-4 . НАСА СП-2000-4517.
- ^ Jump up to: а б с « 8.6 Проект гражданского конвертоплана нового поколения (NextGenCTR) – WP1 », страницы 254–301. Размер: 747 страниц, 23 МБ. Clean Sky 2 , 27 июня 2014 г. Доступ: 7 октября 2014 г.
- ^ Винбрандт, Джеймс (11 февраля 2012 г.). «AW609 наконец-то готов к съемке крупным планом» . AINonline.com . Проверено 14 февраля 2012 г.
- ^ «МАКС: «Вертолеты России» представили концепцию беспилотного конвертоплана» . Flightglobal.com . 27 августа 2015 года . Проверено 1 апреля 2018 г.
- ^ «QTR Bell-Boeing выбран для исследования тяжелой техники». Архивировано 30 августа 2006 г. в Wayback Machine . Боинг, 22 сентября 2005 г.
- ^ Браннен, Кейт. «Пентагон проливает свет на усилия JFTL» . Новости обороны , 15 июля 2010 г.
- ^ «Стандарты сертификации по шуму конвертопланов» . Федеральное управление гражданской авиации . 8 января 2013 года . Проверено 13 января 2013 г.
- ^ «ФАУ публикует измененные правила по шуму для конвертопланов» . Аэро-Новости. 11 января 2013 года . Проверено 13 января 2013 г.
- ^ Паур, Джейсон (6 марта 2013 г.). «Знакомьтесь: Project Zero, первый в мире электрический самолет с поворотным винтом» . Проводной . Проверено 6 марта 2013 г.
- ^ «AgustaWestland представляет революционный проект демонстратора технологии ротора с нулевым наклоном» . АСДНьюс. Архивировано из оригинала 5 июля 2013 года . Проверено 6 марта 2013 г.
- ^ " Проект Ноль " AgustaWestland
- ^ «Bell будет развивать технологию конвертопланов без Boeing - Rotor & Wing International» . Aviationtoday.com . 5 марта 2013 года . Проверено 1 апреля 2018 г.
- ^ " Гражданский конвертоплан следующего поколения " AgustaWestland
- ^ Хиршберг, Майк (сентябрь 2014 г.). «Образ будущего, часть 2» (PDF) . Журнал «Вертикаль» . Архивировано из оригинала (PDF) 14 апреля 2015 года . Проверено 13 апреля 2015 г.
- ^ Пьеробон, Марио. « AW стремится стать лидером среди гражданских конвертопланов » Page 2 Page 3 ProPilotMag .
- ^ «AgustaWestland планирует запустить конвертоплан следующего поколения в 2021 году» . Международные авиационные новости .
- ^ Хубер, Марк. « AgustaWestland продвигается вперед с большим конвертопланом » AINonline , 5 октября 2014 г. Доступ: 7 октября 2014 г. Архивировано 7 октября 2014 г.
- ^ " Гражданский конвертоплан AgustaWestland " AgustaWestland
- ^ Jump up to: а б Нортон, Билл. Bell Boeing V-22 Osprey, тактический транспортный конвертоплан . Мидленд Паблишинг, 2004. ISBN 1-85780-165-2 .
- ^ Главное - Военно-морская экспедиционная логистика: обеспечение оперативного маневра с моря - Издательство национальных академий . 1999. дои : 10.17226/6410 . ISBN 978-0-309-06429-3 . Проверено 1 апреля 2018 г.
{{cite book}}:|website=игнорируется ( помогите ) - ^ Гросвельд, Фердинанд В. и др. « Прогнозирование внутреннего шума при предварительном проектировании большого гражданского конвертоплана (LCTR2) » 20130013992 НАСА , 21 мая 2013 г. Доступ: 9 июня 2014 г.
- ^ Название статьи Лейшман, Дж. Г., Преатор, Р., Болдуин, Г. Д., Концептуальные исследования архитектуры моноконвертора (MTR), Номер контракта ВМС США: N00014-03-C-0531, 2004.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 7 октября 2008 г. Проверено 5 июня 2009 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в названии ( ссылка ) Болдуин, доктор медицинских наук, «Предварительные исследования конструкции моноконвертора (MTR) с демонстрацией аэродинамического развертывания крыла», Международное собрание специалистов AHS, Чандлер, Аризона, 23–25 января 2007 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Беспилотный поворотно-роторный гибрид TRH-14» . Артамоновские технологии. [ повышение? ]
- Жан-Клод Кайье (1 июня 2006 г.). «Изобретение первого в истории конвертоплана братьями Анри и Арманом Дюфо (1907-09)» . Пионеры воздухоплавания в Женеве (на французском языке).
- Архивировано в Ghostarchive и Wayback Machine : AeroSpaceNews (25 декабря 2012 г.). История поворотного ротора . Ютуб.
- Ричард Уорд (6 апреля 2018 г.). «Долгая дорога к конвертоплану» . АЙН .