Малоизвестные и нереализованные проекты самолётов и другой летающей техники

Экспериментальный конвертоплан Bell XV-3

byakin 18.11.2020 3

В избранноеВ избранномRemoved 8

Экспериментальный конвертоплан Bell XV-3

Bell XV-3 — это американский экспериментальный конвертоплан. Свой первый полет он совершил 23 августа 1955 года. Первый переход от вертикального полета к горизонтальному — 18 декабря 1958 года. Всего к 1966 году было совершено более 250 испытательных полетов, что доказало принципиальную возможность создания конвертоплана с поворотными винтами. Испытания данного летательного аппарата были признаны успешными, поэтому было принято решение создать на его базе аппарат уже с поворотными двигателями, что привело к созданию конвертоплану Bell XV-15.

Экспериментальный Bell XV-3 обладал большим фюзеляжем, рассчитанным на 4-х пассажиров, неподвижными крыльями размахом 9,54 метра и двигателем Pratt & Whitney R-985, который развивал максимальную мощность в 450 л.с. Ротор-пропеллер, который находился на консоли каждого крыла, переводился в необходимое положение при помощи электромоторов: вверх — для осуществления вертикального полета, вперед — для горизонтального.

С целью получения летательного аппарата, который смог совместить бы в себе особенности самолета и вертолета, предпринималось много попыток создания разнообразных винтокрылых машин, в том числе с поворотными винтами, которые на западе получили название конвертоплан, а у нас в стране — вертолет-самолет. Данные летательные аппараты были снабжены поворотными винтами большого диаметра с шарнирным креплением лопастей и небольшой нагрузкой на ометаемую площадь, как у вертолетов, что обеспечивало таким машинам возможность совершения вертикального взлета при сравнительно небольшой мощности установленного на них двигателя.

Винты конвертопланов приводились во вращение непосредственно от двигателей, которые могли быть установлены в гондолах, поворачивающихся вместе с винтами, или от двигателя/двигателей, которые были расположены в фюзеляже машины или в отдельных гондолах, при этом при переходе к другой модели полета поворачивались лишь винты. Во время горизонтального полета конвертоплан управлялся как самолет — при помощи обыкновенных самолетных органов управления, а при переходе к вертикальному полету — как вертолет, при помощи управления общим и циклическим шагом винтов. Предполагалось, что конвертопланы в случае неисправности силовой установки смогут совершить посадку по-самолетному с планированием и частичным наклоном винтов, или, как вертолет, на режиме авторотации.

В течение многих лет компанией «Bell» проводился большой объем научно-исследовательской и экспериментальной работы в области создания конвертопланов, работами в этом направлении руководили конструкторы Артур Янг и Бертран Келли, позднее к ним присоединился и Роберт Лихтен. На проведенном американской армией в 1950 году конкурсе на лучший проект самолета, предназначенного для фронтовой разведки и спасательной службы, компанией «Bell» был представлен проект конвертоплана с поворотными винтами. Всего комиссия рассмотрела 17 различных проектов, из которых были выбраны всего 3 проекта винтокрылых машин, в том числе и проект конструкторов фирмы «Bell». По итогам состоявшегося в 1951 году конкурса, ВВС США заключила с данной компанией контракт на строительство двух экспериментальных конвертопланов для проведения последующих летных испытаний аппаратов.

Строительство первого конвертоплана фирмы «Bell», который первоначально получил обозначение Bell XH-33, а позднее Bell XV-3, затянулось, работы удалось завершить лишь в начале 1955 года, а уже 10 февраля того же года состоялась первая официальная демонстрация новинки. 11 августа 1955 года был совершен первый вертикальный взлет и полеты на режиме висения, а затем и переходы к горизонтальному полету, когда наклон винтов доходил до 15 градусов (летчик-испытатель Флойд Карлсон). В последующих испытаниях конвертоплана, которые проходили 25 октября 1956 года в воздухе на высоте 60 метров при наклоне винтов на 20 градусов, аппарат потерял управляемость из-за механической неустойчивости и упал, при этом Bell XV-3 был разрушен, а летчик-испытатель Дик Стенсбери в результате падения получил серьезные травмы.

Из-за катастрофы дальнейшие летные испытания конвертоплана продолжились только в 1958 году на втором экземпляре Bell XV-3. Сначала на нем стояли двухлопастные винты, но вскоре их заменили на трехлопастные. Впервые полный переход от вертикального полета к горизонтальному с последующей вертикальной посадкой был осуществлен 18 декабря 1958 года, в этом полете конвертопланом управлял летчик-испытатель Билл Квинлен. В последующих полетах аппарат смог развить скорость 212 км/ч на высоте 1220 метров. В 1962 году данный аппарат был передан для проведения дальнейших испытаний в Научно-исследовательский центр имени Лэнгли NASA. В этом центре Bell XV-3 успешно летал на вертикальных режимах и выполнял неполные переходы к самолетному режиму с наклоном винтов на 30-40 градусов.

Также конвертоплан проходил испытания на специальном стенде, на котором выполнялся полный переход к режиму полета «по-самолетному». При переходе от вертолетного режима полета к самолетному винты наклонялись на 90 градусов при помощи червячной передачи от электромоторов. Процесс перехода обычно занимал всего 15-20 секунд. При этом конвертоплан Bell XV-3 был в состоянии продолжать полет при любом промежуточном положении винтов во время перехода. В общей сложности данный конвертоплан выполнил более 250 испытательных полетов и 110 полных переходов между режимами полета, налетав за это время порядка 450 часов. Во время этих полетов была достигнута максимальная скорость 290 км/ч, а также высота полета 3660 метров. Испытания конвертоплана продолжились в 1965 году, но уже в аэродинамической трубе. Данные испытания были остановлены из-за отрыва гондолы с винтом и полученных Bell XV-3 повреждений.

ВВС и Армия США возлагали очень большие надежды на развитие данного типа летательных аппаратов, полагая, что конвертопланы наилучшим образом подходят для ведения разведки, осуществления связи и проведения спасательных операций. Компанией «Bell» был создан целый ряд проектов как военных, так и гражданских моделей подобных винтокрылых летательных аппаратов. На ряд из них планировалось установить два ГТД, расположенных в гондолах под крылом, при этом максимальная скорость должна была составить около 400 км/ч.

Конвертоплан Bell XV-3 обладал такой же компоновкой, что и обыкновенные самолеты. Наиболее простой и подходящей была признана компоновка, при которой винты располагались на концах крыльев: при их повороте конвертоплан становился похож на вертолет двухвинтовой поперечной схемы. При осуществлении вертикального взлета поток от винтов затормаживался, обдувая крыло, что было причиной потери в тяге винтов, а максимальная скорость конвертоплана была сравнительно небольшой из-за малой энерговооруженности экспериментального летательного аппарата.

Внешне экспериментальный конвертоплан Bell XV-3 представляет собой моноплан с одним двигателем и двумя поворотными трехлопастными винтами, а также полозковым шасси очень простой конструкции, колея шасси составляла 2,8 метра. При этом фюзеляж летательного аппарата отличался хорошими аэродинамическими формами. В его носовой части располагалась кабина, обладавшая большой площадью остекления. В этой кабине находились летчик, второй пилот или наблюдатель, а также двое пассажиров, вместо них здесь можно было разместить раненого на носилках вместе с санитаром. Крыло конвертоплана было прямым и обладало относительно небольшой площадью, так как было рассчитано для создания подъемной силы лишь на крейсерской скорости полета. На концах крыла находились небольшие гондолы с поворотными винтами. Обшивка носка крыла могла быть снята представителями технических служб для доступа к элементам трансмиссии. На крыле также имелись выдвижные закрылки и элероны. Хвостовое оперение было таким же, как у обычных самолетов — с рулем направления, с большим по площади вертикальным оперением, на киле находился стабилизатор размахом 4 метра с рулями высоты.

Из-за своей конструкции конвертоплан Bell XV-3 обладал рядом уникальных особенностей в эксплуатации. К примеру, перекрестная трансмиссия, которая была характерна для многодвигательных летательных аппаратов, на нем отсутствовала. В случае отказа силовой установки винты Bell XV-3 автоматически приводились в вертикальное положение, вследствие чего конвертоплан мог снижаться на авторотации как обыкновенный вертолет или обычный автожир. При этом воздушные винты наклонялись вперед для создания тяги, однако при горизонтальном полете часть подъемной силы все-таки создавалась крылом аппарата.

Больше всего трудностей инженерам компании Bell доставил подбор винтов оптимального диаметра для конвертоплана Bell XV-3. Все дело было в том, что для вертикального взлета аппарата нужны были пропеллеры большого диаметра, тогда как в горизонтальном полете выгоднее было использовать винты небольшого размера. В конечном итоге компромиссным диаметром поворотных винтов был признан — 7,6 метра. Трехлопастные винты этого диаметра были расположены в гондолах на концах крыла. Втулки винтов имели пересекающиеся вертикальные и горизонтальные шарниры, расположенные на расстоянии 0,44 метра от оси вращения, а также компенсаторы взмаха. Втулки винтов были закрыты обтекателями. Цельнометаллические клееные лопасти в плане обладали прямоугольной формой и геометрической круткой 20 градусов.

В качестве силовой установки на экспериментальном конвертоплане Bell XV-3 использовался авиационный радиальный поршневой двигатель воздушного охлаждения компании Pratt & Whitney. Это была модель R-985-AN-1, двигатель развивал максимальную мощность 450 л.с. при 2300 об/мин на высоте 450 метров и при взлете. Двигатель устанавливался в центральной части фюзеляжа. Из-за недостаточной мощности силовой установки максимальная скорость ограничивалась 280 км/ч, хотя на испытаниях конвертоплан и показал большее значение. Достижение большей скорости возможно было при замене двигателя на более мощный. В частности, существовали планы по установке двухвального ГТД Лайкоминг Т-53, который развивал мощность 825 л.с.

После завершения испытаний Bell XV-3 от идеи конвертоплана в США не отказались. После него на свет появилась новая модель. Новый летательный аппарат был оснащен уже поворачивающимися двигателями. Он получил обозначение Bell XV-15, свой первый полет он совершил в мае 1977 года. А 19 марта 1989 года в небо поднялся конвертоплан Bell V-22 Osprey, который с 2005 года находится на вооружении. Он несет службу в Корпусе морской пехоты и Командовании сил специальных операций ВВС США. По данным на 2016 год, всего построено более 300 аппаратов данного типа, поставки данных конвертопланов вооруженным силам США по-прежнему продолжаются.

Летно-технические характеристики конвертоплана XV-3:

Габаритные размеры: длина — 9,2 м, высота — 4 м, размах крыла — 9,5 м, диаметр поворотных винтов — 7,6 м.
Масса пустого — 1907 кг.
Масса взлетная — 2218 кг.
Силовая установка — ТВД Pratt Whitney R-985-AN-1 мощностью 450 л.с.
Максимальная скорость — 290 км/ч.
Крейсерская скорость — 269 км/ч.
Практическая дальность — 411 км.
Практический потолок — 4600 м.
Скороподъемность — 6,3 м/с.
Экипаж — 1 человек.

Источники информации: