Экспериментальный конвертоплан Bell XV-3 (Model 200). США
Экспериментальный конвертоплан Bell XV-3 (Model 200). США
В 1943 году Ларри Белл быстро осознал, что компромисс между способностью вертолета совершать вертикальные взлет и посадку и скоростными и крейсерскими характеристиками самолета неизбежен. Он заявил:
«В области воздушных перевозок конвертоплан откроет новые возможности, о которых сейчас никто даже и не смеет мечтать».
Основываясь на этом соображении, Артур Янг (Arthur Young) и Барт Келли (Bart Kelley; будущий главный инженер техасского подразделения компании) начали исследовать различные типы конвертопланов и создавать их летающие модели.
В августе 1950 года был объявлен конкурс на разработку проекта практически реализуемого конвертоплана для армии США. А в 1951 году компания Bell Helicopter (Bell) стала одной из трех компаний, получивших совместный контракт армии и ВВС США. Контракт был разделен на две части: Этап I и Этап II. В рамках Этапа I (контракт был выдан в мае 1951 года) сотрудники компании Bell большую часть своих усилий направили на решение инженерных проблем и теоретическим вопросам. После завершения Этапа I был заключен контракт на Этап II, в рамках которого компания должна была создание проекта конвертоплана XH-33-BF (позднее получил обозначение XV-3-BF), который включал в себя разработку проекта, изготовление прототипа и проведение испытаний.
Следует сделать небольшое отступление и сказать, что компания McDonnell представила свой проект Model 82 (первоначально получил обозначение XL-25-MC, затем XH-35-MC и, наконец, XV-1-MC), оснащенный 400-сильным двигателем R-975-19; компания McDonnell должна была изготовить два прототипа (серийные номера 53-4016, 53-4017). Компания Sikorsky представила проект Model S-57, получивший обозначение XV-2-SI.
Макет Bell Model 200 – такое внутрифирменное обозначение получил проект конвертоплана – был построен и подготовлен к инспекции в июне 1952 года вместе с изготовленной в масштабе 1:4 моделью для испытаний в аэродинамической трубе, которые длились с июня по ноябрь 1952 года. Контракт на два экспериментальных летательных аппарата (серийные номера 54-147, 54-148) был заключен в октябре 1953 года.
схема экспериментального конвертоплана XV-3
С конструктивной точки зрения Model 200 представлял собой обычный фюзеляж с двумя трехлопастными несущими винтами, установленными недалеко от законцовок относительно небольшого крыла. Аэродинамический профиль лопастей роторов NACA 0015, а крутка лопастей составляла 18,4 градуса. Силовая установка конвертоплана Model 200 состояла из одного девятицилиндрового радиального двигателя воздушного охлаждения Pratt & Whitney R-985-AN-3, развивавшего мощность 450 л.с. и размещенного внутри фюзеляжа за четырехместной кабиной. На взлете и посадке оси несущих винтов находятся в вертикальном положении (режим вертолета), но после достижения основной скорости оси наклонялись вперед примерно на 90 градусов, чтобы действовать как пропеллеры (режим самолета). Во время переходного процесса, который длился 10-15 секунд, подъемная сила передавалась с несущих винтов на крыло. После переходного процесса для снижения частоты вращения несущих винтов передаточный механизм конвертоплана переключается аналогично переключению коробки передач автомобиля на повышающую передачу. В случае отказа двигателя во время полета в режиме самолета можно было перевести конвертоплан в режиме вертолета, чтобы летательный аппарат смог совершить посадку на авторотации.
Изготовление первого летательного аппарата (зав. номер 1; 54-147) было завершено к январю 1955 года, и затем были начаты испытания трехлопастного несущего винта (они продолжались 100 часов с января по ноябрь 1955 года), а также статические наземные испытания (март-август 1955 года). Второй летательный аппарат (зав. номер 2; 54-148) был изготовлен в апреле 1955 года.
первый прототип XV-3 (серийный номер 54-147) после выкатки из сборочного цеха. Недалеко от центра тяжести конвертоплана был установлен радиальный двигатель Pratt & Whitney R-985-AN-3. В районе соединения фюзеляжа и крыла видны решетки системы охлаждения двигателя (Bell)
Первый полет первого прототипа состоялся 23 августа 1955 года с вертолетной площадки Херст (Hurst) под управлением шеф-пилота Флойда Карлсона (Floyd Carlson). Этот полет прототипа конвертоплана XV-3 продолжался примерно пять минут на высоте 20 футов, во время которого Карлсон выполнял маневры во всех направлениях. Присутствовавшие в тот день наблюдатели армии и ВВС США заявили, что они весьма впечатлены. Испытания продолжались год, когда 23 августа 1956 года прототип был поврежден во время аварийной посадки.
второй прототип XV-3 (серийный номер 54-148) в режиме висения с несущими винтами в вертикальном положении. Первый полный переход к горизонтальному полету произошел 18 декабря 1958 года (Bell)
на земле пилоны с несущими винтами не могли быть переведены в горизонтальное положение (Bell)
После этого были разработаны новые двухлопастные роторы для установки на второй прототип. Они были протестированы в течение 100 часов (апрель-июль 1957 года) и после экспериментов в аэродинамической трубе (сентябрь-октябрь 1957 года) были установлены на втором прототипе XV-3, который свой первый полет совершил в январе 1958 года.
второй прототип XV-3 (серийный номер 54-148) с двухлопастными несущими винтами в положении создания вертикальной тяги. Для большей устойчивости под хвостовым оперением добавлен киль (Bell)
После полномасштабных испытаний в аэродинамической трубе, проведенных в октябре 1958 года, 18 декабря 1958 года летчик-испытатель компании Bell Билл Куинлан (Bill Quinlan) совершил первый полет в Форт-Уэрте (Fort Worth), Штат Техас. Он описал переходный процесс как
«плавный и удобный».
полный переход от режима вертолета в режим самолета был выполнен в четверг 18 декабря 1958 года под управлением летчика-испытателя Bell Билла Куинлана. Он описал маневр как «плавный и удобный» (Bell)
Трехмесячные предварительные испытания, проводившиеся военно-воздушными силами на авиабазе Эдвардс, штат Калифорния, начались в январе 1959 года. Во время испытаний пилоты сообщали, что XV-3 продемонстрировал значительную гибкость и комфортную управляемость в широком диапазоне скоростей и конфигураций. Однако самым сложным режимом полета было зависание XV-3 у земли с влиянием близости подстилающей поверхности. Из-за малой мощности силовой установки XV-3 подвергался воздействию вызывавшей бафтинг рециркуляции, и как следствие конвертоплан был менее устойчивым, чем большинство вертолетов. Помимо этого, XV-3 оказался статически и динамически неустойчивым на скоростях ниже 34,5 миль в час (55,5 км/ч).
Первый переходный процесс был выполнен 13 апреля 1959 года, а 24 апреля был возобновлен первый этап летных испытаний. Затем главный инженер экспериментальных проектов компании Bell Helicopter Corp Роберт Л. Лихтен (Robert L Lichten) был удостоен награды имени д.т.н. Александра Клемина (Dr Alexander Klemin award) за разработку XV-3. Затем был начат второй этап испытательных полетов. В общей сложности было совершено более 250 испытательных полетов, в том числе 110 переходных процессов от режима вертолета в режим самолета и обратно. Управляли прототипом XV-3 девять пилотов, шесть из которых выполнили переход от одного режима к другому во время первого полета. Полеты на более высоких скоростях показали ряд проблем в летных характеристиках конвертоплана, и в 1962 году во время аэродинамических испытаний была обнаружена неустойчивость системы несущий винт – пилон.
второй прототип XV-3 во время переходного режима. Наклон пилонов несущих винтов осуществлялся электромоторами, заключенными в обтекатели на законцовках крыла, и перемещение из горизонтального положения в вертикальное осуществлялось за 10-15 секунд (Bell)
Прототип XV-3 оставался в ангаре с 1962 по 1965 год, и инженеры компании работали над решением этой проблемы. В ходе этих работ в аэродинамической трубе Исследовательского центра Эймса (НАСА), аэропорт Моффет-Филд, штат Калифорния, имевшей поперечное сечение 40 на 80 футов (12,2 м × 24,4 м), были проведены 25 испытаний. К сожалению, в конце программы испытаний, во время исследований по определению максимальной скорости постепенное разрушение системы крепления левого пилона привело к потере этого пилона и серьезному повреждению конвертоплана. Тем не менее, хотя было обнаружено несколько технических проблем, общий вывод программы XV-3 заключался в том, что конфигурация с поворотными несущими винтами продемонстрировала принципиальную осуществимость.
второй прототип XV-3 во время испытаний в аэродинамической трубе Исследовательского центра Эймса (НАСА), аэропорт Моффет-Филд, штат Калифорния, имевшей поперечное сечение 40 на 80 футов (12,2 м × 24,4 м). Во время испытаний полозья были удалены (НАСА)
фюзеляж второго прототипа XV-3, брошенный в центре утилизации военной авиации Девис-Монтен (Davis Monthan), штат Аризона (Б. Ноулс [B. Knowles])
Второй прототип XV-3A (54-148) сохранился в авиамузее армии США, Форт-Ракер (Fort Rucker), штат Алабама.
второй прототип XV-3 (серийный номер 54-148) был отреставрирован и в настоящее время он экспонируется в Национальном музее ВВС США (2012)
ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Тип: Bell XV-3 (Model 200)
Назначение: конвертоплан
Статус: прототип
Экипаж: 4 человека
Силовая установка: один девятицилиндровый радиальный двигатель воздушного охлаждения Pratt & Whitney R-985-AN-3, развивавший мощность 450 л.с. и вращавший два поворотных несущих винта
Размеры:
диаметр несущих винтов 23 фута (7,01 м)
размах крыла 31,3 фута (9,54 м)
длина фюзеляжа 30,3 фута (9,23 м)
высота 13 футов 6 дюймов (4,1 м)
площадь крыла 120 кв. футов (11,15 м²)
площадь зон ометания несущих винтов 831 кв. фут (77,2 м²)
Масса:
пустого 3600 фунтов (1630 кг)
с полной загрузкой 4800 фунтов (2175 кг)
Летные характеристики:
максимальная скорость на высоте 12000 футов (3660 м) 180 миль в час (290 км/ч)
начальная скорость набора высоты 1400 футов в минуту (427 м/мин)
Количество изготовленных: 2 экземпляра
источник: A. J. Pelletier «Bell Aircraft since 1935», стр.105-107
