Малоизвестные и нереализованные проекты самолётов и другой летающей техники

Экспериментальный самолет Ryan Model 92 / VZ-3 Vertiplane. США

byakin 06.01.2022 0

SaveSavedRemoved 8

Экспериментальный самолет Ryan Model 92 / VZ-3 Vertiplane. США

Статья Кирилла Рябова с сайта TOPWAR.

На протяжении долгих лет ученые и конструкторы из разных стран работали над созданием самолетов с минимально возможными разбегом и пробегом. Такая техника была менее требовательна к взлетно-посадочным площадкам, что увеличивало ее эксплуатационный потенциал. Тем не менее, получение подобных преимуществ было связано с рядом серьезных трудностей, из-за чего авиастроителям пришлось искать нестандартные технические решения. Одним из первых самолетов с укороченным взлетом и посадкой, успешно дошедших до испытаний, стал летательный аппарат Ryan VZ-3 Vertiplane.

Американская компания Ryan Aeronautical начала работы по созданию перспективной авиационной техники с улучшенными взлетно-посадочными характеристиками в пятидесятых годах прошлого века. При помощи некоторых оригинальных технических решений, как уже известных, так и совершенно новых, планировалось создать экспериментальный летательный аппарат с требуемыми параметрами. В дальнейшем технологии, лежащие в основе пробного проекта, могли найти применение при создании самолетов, пригодных для практической эксплуатации. Прежде всего, такая техника могла заинтересовать армию.

Первый вариант самолета Ryan VZ-3. Фото Airwar.ru

Для сокращения взлетной дистанции или обеспечения вертикального подъема в воздух могут использоваться разные методики и конструкции летательного аппарата. В своем новом проекте конструкторы компании «Райан» решили применить технологию отклонения воздушного потока. Крыло самолета новой модели должно было оснащаться развитыми закрылками большого размера, способными оказывать значительное влияние на движение воздуха, изменяя его направление и создавая дополнительную тягу.

Проверять оригинальное предложение на практике планировалось при помощи специализированного экспериментального самолета. Новый проект получил рабочее фирменное обозначение Ryan Model 92. Впоследствии, когда свой интерес к разработке проявила армия США, появилось новое обозначение VZ-3, а также собственное имя Vertiplane. Также с определенного времени армейское название проекта было дополнено новыми литерами: VZ-3RY. Именно под армейским обозначением проект получил широкую известность.

Целью проекта «Вётиплейн» было строительство экспериментального самолета с возможностью вертикального или укороченного взлета и посадки. Он предназначался для практической проверки некоторых оригинальных идей, что позволяло в значительной мере упростить конструкцию. Экспериментальный самолет не должен был перевозить полезную нагрузку или нести оружие. Как следствие, ему не требовалась высокая грузоподъемность и различное специальное оборудование. Сравнительной сложностью должны были отличаться только некоторые элементы планера и силовой установки, прямо связанные с основными целями проекта.

Прототип на испытаниях. Закрылки выпущены, видна площадь ометаемых дисков винтов. Фото Airwar.ru

Самолет VZ-3 предлагалось сделать высокопланом с двумя воздушными винтами на подкрыльевых гондолах и неубираемым шасси. Он получил фюзеляж большого удлинения каплеобразной формы. При этом носовая и центральная части фюзеляжа, отличавшиеся увеличенным сечением, имели вертикальные борта и горизонтальное днище, плавно сопрягавшиеся с другими участками поверхности. Хвостовая балка имела сужающуюся форму усеченного конуса. В центральной части фюзеляжа, на одном уровне с его верхней поверхностью, крепилось крыло оригинальной конструкции. На хвосте предусматривалась установка Т-образного оперения с небольшой стреловидностью киля и прямоугольным стабилизатором.

Носовая часть фюзеляжа вмещала кабину для единственного пилота. В первой версии проекта летчик должен был попадать на свое место через крупный проем между крышей и бортами фюзеляжа. Во время полета он прикрывался лобовым стеклом, установленным на металлической раме сложной формы. Еще на ранних стадиях проекта было установлено, что такая конструкция остекления кабины не даст требуемый обзор на взлете и посадке. Из-за этого фюзеляж получил дополнительное окно с остеклением в нижней части носового обтекателя. С его помощью пилот мог следить за взлетной полосой.

Основным нововведением проекта Ryan VZ-3 было необычное крыло с развитой механизацией, прямо влияющей на основные характеристики самолета. В центральной части фюзеляжа предлагалось устанавливать высокорасположенное крыло прямоугольной в плане формы. Крыло отличалось малым удлинением, однако остальные особенности его конструкции позволяли полностью компенсировать этот «недостаток». Также характерной чертой несущей плоскости была большая толщина профиля. Под крылом помещались две малогабаритные гондолы с редукторами и валами воздушных винтов. Использовались крупные законцовки-гребни трапециевидной формы, при помощи которых предлагалось исключать перетекание воздушного потока и его выход за пределы требуемой зоны.

Испытания «Вётиплейна» в аэродинамической трубе. Фото Popular Mechanics

Крыло экспериментального самолета получило крупные выдвижные закрылки, площадь которых была сравнима с габаритами несущей плоскости. Для улучшения взлетно-посадочных характеристик закрылки могли выводиться из крыла и наклоняться назад, занимая близкое к вертикальному положение. При этом крыло, закрылки и законцовки-гребни образовывали коробчатую систему, призванную оказывать значительное влияние на аэродинамику машины и правильным образом перераспределять воздушные потоки. Именно за счет перераспределения потока и направления воздуха вниз предполагалось получить укороченный или даже вертикальный взлет.

Экспериментальный летательный аппарат получил необычную силовую установку, оснащенную двумя воздушными винтами. В хвостовой части фюзеляжа был помещен турбовальный вертолетный двигатель Avco Lycoming T53-L-1 мощностью 1000 л.с. Подвод воздуха осуществлялся при помощи заборного устройства на днище фюзеляжа и внутреннего канала небольшой длины, топливо подавалось из встроенных баков. Перед двигателем располагался вал, передававший мощность на центральный редуктор. Это устройство распределяло крутящий момент на два вала, проходивших параллельно лонжеронам крыла. Далее через несколько передач мощность поступала на воздушные винты.

Трехлопастные воздушные винты закреплялись на валах, выходящих из подкрыльевых гондол. Благодаря использованию необычного привода, гондолы имели минимально возможный размер. Более того, по своей ширине они не отличались от пилонов, на которых устанавливались. Таким образом, выступающие подкрыльевые агрегаты перекрывали минимально возможную часть площади плоскости. Каждый воздушный винт имел диаметр 2,79 м, из-за чего его ометаемый диск закрывал почти всю площадь передней проекции крыла, положительным образом влияя на летные данные.

Прототип, перестроенный по обновленному проекту. Фото Wikimedia Commons

Экспериментальный самолет новой модели должен был иметь приемлемую управляемость на всех режимах полета, для чего получил как традиционные рули, так и нестандартные средства аналогичного назначения. Управление по тангажу и рысканью в режиме скоростного полета планировалось осуществлять при помощи руля высоты и руля направления, помещенных на стабилизаторе и киле соответственно. На малых скоростях такие устройства резко теряли эффективность, из-за чего в дополнение к ним была разработана система газовых рулей, соединенная с двигателем. Самолет не мог комплектоваться элеронами, по этой причине управление по крену предлагалось осуществлять путем изменения параметров работы двух воздушных винтов. Увеличение тяги одного из винтов заставляло соответствующую плоскость подниматься вверх под действием выросшей подъемной силы и тем самым приводило к изменению крена.

Первый вариант проекта Ryan VZ-3 Vertiplane подразумевал использование трехточечного шасси с хвостовым колесом. Основные стойки такого шасси состояли из трех труб разной длины, их колеса располагались под центральной частью фюзеляжа. Костыль находился в хвосте. Возможность уборки шасси не предусматривалась, поскольку летательный аппарат должен был иметь минимально возможный взлетный вес.

Длина самолета первой версии составляла 8,3 м, размах крыла – 7,14 м, высота – 3,25 м. Нормальная взлетная масса определялась в 1180 кг. Управлять машиной должен был единственный пилот, находящийся в носовой кабине. Малый взлетный вес ограничивал запас топлива, однако высокие скорость и дальность полета не являлись целью проекта. Самолет должен был показать хорошие взлетно-посадочные характеристики.

Вид на другой борт. Фото Wikimedia Commons

Разработка экспериментального проекта завершилась в 1957 году. В начале следующего года на испытания был представлен первый опытный образец. 7 февраля его вывели на аэродром, где начали наземные испытания. Перед первым полетом самолета VZ-3 испытатели выполнили обширную программу наземных проверок. Кроме того, полноценный опытный образец испытывался в аэродинамической трубе. На все эти работы ушло чуть менее года. Был собран значительный объем информации о поведении машины на разных режимах, а также определен круг необходимых доработок. По результатам наземных испытаний опытный самолет допустили к полетам.

Первый полет опытного «Вётиплейна» состоялся 21 января 1959 года. Использование крупных закрылков, вместе с крылом образующих коробчатую конструкцию, дало определенные результаты. На практике была подтверждена возможность резкого сокращения разбега и пробега. В то же время, не обошлось без проблем. Прежде всего, выяснилось, что 1000-сильный двигатель не обеспечивает требуемую тягу, из-за чего для правильного взлета с минимальным разбегом самолету был нужен встречный ветер. Кроме того, в некоторых ситуациях могли иметь место проблемы с управляемостью.

Подавляющее число испытательных полетов предназначалось для установления реальных характеристик на взлетно-посадочных режимах. Изучение поведения машины в режиме горизонтального полета являлось второстепенной задачей работ. В рамках испытаний было установлено, что самолет в существующем виде все же не может осуществлять вертикальный взлет. Тем не менее, он имел хороший потенциал с точки зрения сокращения разбега и пробега, хотя и мог нуждаться в «помощи» со стороны встречного ветра.

Обновленная машина в полете. Фото Airwar.ru

В первые месяцы 1959 года специалисты компании Ryan Aeronautical и армии США успели провести только два десятка относительно удачных испытательных полета. Во время 21-го экспериментальный VZ-3 упал и получил повреждения. Машину решили восстановить и продолжить испытания. По ряду причин, вскоре после аварии и начала ремонта вооруженные силы Соединенных Штатов потеряли интерес к необычному проекту и отказались от дальнейшего участия в нем. Тем не менее, самолет все еще был нужен науке, из-за чего после ремонта прототип был передан NASA. Дальнейшие работы осуществлялись специалистами аэрокосмического агентства.

Испытания были возобновлены в феврале 1960 года, однако вскоре опять остановились. Во время очередного подъема в воздух возникли неполадки, вынудившие пилота покинуть машину. К счастью, летательный аппарат вновь не получил серьезных повреждений и мог быть восстановлен. При этом поломки и последовавший за ними ремонт стали прекрасным поводом для внедрения ряда новых решений. Опытный образец планировалось не только отремонтировать, но и перестроить по обновленному проекту. Предложенные доработки были сформированы по результатам наземных и аэродинамических испытаний, а также с учетом опыта первых пробных полетов.

Прежде всего, серьезной переработке подверглось шасси. Была изменена конструкция основных стоек, а хвостовой костыль заменили носовой неубираемой стойкой. Это привело к изменению положения самолета на стоянке и на разбеге: теперь он должен был стоять ровно, немного опустив нос. Переработка шасси позволила улучшить обзор на взлете и посадки, из-за чего в дальнейшем с носового обтекателя убрали остекление. Кабина лишилась существующего остекления и крыши. Теперь защищать пилота должен был только небольшой козырек, прочие элементы фонаря отсутствовали. Часть металлической обшивки фюзеляжа в носовой части заменили полотняной.

Выпуск закрылков приводил к образованию характерной коробчатой системы. Фото Wikimedia Commons

Были приняты меры, направленные на изменение аэродинамики самолета. На месте костыля под фюзеляжем появился дополнительный гребень, улучшающий устойчивость по курсу. Для повышения характеристик крыла на плоскости появились отклоняемые предкрылки. Также изменились размеры закрылков. Использовались и иные доработки, целью которых было упрощение или совершенствование тех или иных элементов самолета, а также улучшение аэродинамических параметров.

К концу 1960 года специалисты NASA вновь вывели опытный Ryan Vertiplane на взлетную полосу. Проверки машины продолжались до 1961 года, их основной целью было изучение взлетно-посадочных характеристик при различных конфигурациях крыла, управляемости на разных режимах и т.д. Несколько раз проверялись характеристики самолета в горизонтальном полете. В ходе нескольких этапов испытаний, разделявшихся ремонтами, был собран большой объем разнообразной информации.

Опытный самолет VZ-3 испытывался на скоростях от 6 узлов (11,1 км/ч) до 80 узлов (148,1 км/ч) и во всем этом диапазоне показывал приемлемые характеристики. Оптимальные параметры взлета и посадки достигались в диапазоне 20-25 узлов (37-46 км/ч). Так, на скоростях около 35 км/ч летательный аппарат требовал для разбега всего 9-10 м – чуть больше собственной длины. При такой скорости самолет, сохраняя подъемную силу, мог подняться на высоту 1,1 км.

Самолет VZ-3 с выпущенными закрылками мог подниматься на достаточно большую высоту. Фото Wikimedia Commons

Уже на ранних этапах испытаний летчикам пришлось столкнуться с т.н. граунд-эффектом. На высотах менее 5 м воздушные потоки, отражающиеся от земли, начинали негативным образом влиять на работу винтов и крыла, снижая их эффективность. Кроме того, ухудшалась устойчивость самолета, что могло приводить к самопроизвольному переходу в пикирование и падению. Неправильное использование газовых рулей при этом приводило к повышенным рискам. Негативное влияние подстилающей поверхности особенно сильно мешало выполнению посадки. Тем не менее, вскоре были сформированы рекомендации по оптимальным режимам снижения и касания земли.

Во избежание потери управления и падения пилот на посадке, опустившись ниже 15 футов (5 м) должен был выдерживать скорость около 20 узлов. Угол снижения следовало удерживать на уровне нескольких градусов. В ходе экспериментов удалось увеличить посадочную скорость до 40 узлов (74 км/ч) и угол снижения до 16°, однако такие режимы посадки были связаны с серьезными рисками.

Еще на стадии продувок в аэродинамической трубе было установлено, что самолет Ryan VZ-3 Vertiplane, несмотря на свое название, не сможет взлетать и садиться вертикально. Полноценные летные испытания подтвердили этот вывод. Тем не менее, авторам проекта удалось получить значительное сокращение длины разбега и пробега, что тоже было неплохим результатом и соответствовало изначальным целям работ.

Единственный построенный прототип Ryan Vertiplane в окраске NASA. Фото Wikimedia Commons

Испытания опытного образца, перестроенного по обновленному проекту, продолжались до 1961 года. В течение некоторого времени после их завершения американские специалисты занимались анализом собранных данных и выпускали различные отчеты. Полное изучение и осмысление собранных данных заняло несколько лет и стало темой множества докладов, научных работ и т.д. Сам опытный образец к этому времени уже был отправлен на хранение и почти не имел шансов на возобновление полетов.

Действительно, после 1961 года опытный VZ-3 ни разу не поднимался в воздух. После завершения всех требовавшихся исследовательских и научных работ машина была списана за ненадобностью. В отличие от некоторых других уникальных образцов авиационной техники, единственный «Вётиплейн» не был разобран на металл. Самолет передали музею армейской авиации United States Army Aviation Museum (Форт-Ракер, шт. Алабама), где он и остается по сей день.

Следует отметить, что опытный самолет Ryan Model 92 / VZ-3 Vertiplane не был единственной платформой для проверки и отработки оригинальных идей, направленных на повышение взлетно-посадочных характеристик самолетов. В течение пятидесятых годов машины аналогичного назначения разрабатывались и испытывались несколькими другими американскими авиастроительными компаниями. Как и VZ-3, они стоят отдельного рассмотрения.