Начиная с 30-х годов авиаконструкторов всех развитых стран волновала возможность построить аппарат вертикального взлета и посадки (ВВП) —геликоптер или автожир— увеличив их основные показатели — скорость, грузоподъемность и дальность полета, по которым они всегда уступали в своей весовой категории самолетам. Даже когда появились самолеты ВВП «Харриер» и Як-38,—их продолжительность полета и полезная нагрузка оставались очень скромными. Для коротких эффективных действий такие «попрыгунчики» были вполне приемлемы, что и подтвердила практика, но для транспортного, поисково-спасательного или десантного летательного аппарата ВВП нужно было идти другим путем, отстаивая показатели дальности и грузоподъемности.
Наиболее подходящими для достижения этих целей являются конвертопланы. Эти летательные аппараты имеют поворотные в продольной плоскости винты, расположенные на концах крыла. При этом винты из несущих на вертикальных режимах (вертикальный взлет, разгон, торможение, вертикальная посадка) после их поворота становятся тянущими на режимах полета по-самолетному. Таким образом винты, конвертоплана должны работать на двух различных режимах—на вертолетном и самолетном.
На вертолетном режиме необходим винт большого диаметра с небольшой круткой лопастей и незначительной нагрузкой на ометаемую поверхность, а на самолетном— винт меньшего диаметра с большими круткой и нагрузкой. Так как получить винт, хорошо работающий на обоих режимах, не представляется возможным, выбираются компромиссные параметры винта в соответствии с предлагаемыми условиями эксплуатации. Чтобы установить винты меньшего диаметра—назовем их самолетными — во избежание значительных потерь тяги при обдуве крыла потоком от винтов на режиме висения, крыло конвертоплана можно сделать поворотным вместе с винтами, закрепленными на валах двигателей. Такая схема—оптимальная для горизонтального полета — создает проблемы аэродинамики вертикальных и, особенно, переходных режимов, в частности, по путевой устойчивости на малых скоростях. Такие аппараты могут совершать взлет по-самолетному, но не могут совершать посадку в режиме авторотации.
В 1936 г. профессор МАИ Ф. Курочкин предложил проект аппарата «Сокол», на концах поворотного крыла которого планировалось установить двигатели М-100. После вертикального взлета летчик должен был включить механизм синхронного поворота, который развернул бы крыло на 90°, создавая аппарату самолетную конфигурацию и возможность разгона до скорости горизонтального полета. Но проект этот так и остался на бумаге...
Вторая неудачная попытка создать конвер-топлан была предпринята в годы второй мировой войны конструкторами немецкой фирмы Фокке Ахгелис, которая спроектировала и построила модель воздушного наблюдателя FW-262, предназначенного для базирования на подводных лодках. Но закончить работы не успели: наступил 1945 год.
В 1961 г. американская компания Хиллер изготовила опытный военно-транспортный самолет ХС-142Ас максимальным взлетным весом 21 т. На поворотном 20-метровом крыле разработчики установили четыре ТВД, с пятиметровыми самолетного типа винтами. Машина должна была оторваться от земли вертикально и плавно переходить в горизонтальный полет с отключением двух двигателей. Расчетная максимальная скорость должна была достигнуть 690 км/ч. Но крайняя сложность конструкции и эксплуатационные проблемы потребовали таких затрат, что заказчик (Пентагон) поспешил отказаться от проекта.
Неудачной оказалась также попытка компании Белл в 1965 году построить десятиместный конвертоплан Х-22А с двумя двухметровыми винтами в кольцевой насадке и французский аппарат «Норд-500» также с двумя двухметровыми пятилопастными винтами. Остался экспериментальным и конвертоплан VC-400 с четырьмя ТВД, с помощью которых конструкторы надеялись получить скорость горизонтального полета 760 км/ч. Не смог подняться в воздух и техасский конвертоплан Ж-68счетырьмя двигателями Пратт-Уитни. Еще один аппарат ВВП под маркой VZ-2 фирмы Вертол Эйркрафт взлетел 13 апреля 1957 г. Поворотными на нем были само крыло и роторы с двигателями. Но и эту машину не довели до запуска в серию.
Новое направление по созданию летательных аппаратов ВВП с легконагруженными винтами зародилось в США. Так как потеря тяги винтов от обдува крыла у легконагружен-ных винтов значительно меньше, чем у тяже-лонагруженных (вследствие меньшей относительной площади обдува), на этот тип кон-вертопланов устанавливаются неподвижные крылья. Этим аппаратам вследствие большого диаметра винтов присущ органический недостаток—они не могли взлетать чисто по-самолетному.
Фирма Белл Геликоптер уже имела опыт работы с наклонным ротором при создании модели «200». На Боинге же создавалась модель «76». В дальнейшем интересы фирм были объединены в плане постройки самолетов ВВП по программе VTOL. Но поначалу фирмы вели изыскания каждая—своим путем . Два аппарата с наклонными роторами на фирме Белл, обозначенные индексом XV-3, начали строить в 1951 г. по заказу армейской авиации. В августе 1955-го на них были совершены первые полеты с демонстрацией зависающего положения в стиле геликоптера. Но еще до этого на фирме Мак Доннел были построены геликоптеры XV-1, XV-2. Так что XV-3 фирмы Белл как бы продолжил эту категорию машин по классу конвертопланов, но в другой компоновке. На концах его девятиметрового крыла были установлены два малонагруженных трехлопастных винта диаметром 7,3 м с приводом от двигателя, расположенного в фюзеляже. Особенно много хлопот доставил конструкторам подбор диаметров винтов. Первый экземпляр ХУ-З разбился, второй налетал 170 часов. Но в серию аппарат не пошел: слишком сложными в эксплуатации оказалась передача от двигателя на поворотные винты и управление машиной на различных режимах.
Во время всех этих испытаний конвертопланов главным оставался вопрос перехода аппарата из «вертикального» в «самолетное» состояние и обратно. Все усилия конструкторов сконцентрировались на этой проблеме. К концу 1962 г. на XV-3 удалось достичь неплохих результатов: скорость 290 км/ч, потолок —3600 м. ИменноXV-3 стал родоначальником нового направления в постройке конвертопланов.
На XV-3 появились системы управления роторами в зависимости от режима полета: горизонтального, вертикального и переходного.
В1972 г. технические эксперты американской армии и NACA, проанализировав ситуацию с постройкой конвертопланов, окончательно остановились на схеме с поворотными роторами, оставив крыло «в покое». Фирмы Белл и Боинг Вертол начали активно проектировать модели под индексом «301». Два прототипа, обозначенные XV-15, были заказаны армией в июле 1979 г. Дальнейшим развитием этого аппарата стал конвертоплан XV-15S, который оказался более совершенным на переходных режимах. В 1981 году XV-15S демонстрировался на Парижской авиационной выставке.
К тому времени состоялся уже сотый испы -тательный полет конвертоплана. Разработчики внесли около 1800 изменений в конструкцию. XV-15S преодолевал «переходный коридор» за 12 секунд.
При полете в самолетном режиме максимальная скорость была 560 км/ч, а при пологом пикировании—до 640 км/ч. Скороподъемность—20 м/сек до высоты 4000 м. Пото-лок—7000м. Всего испытательных полетов было совершено 154, в том числе и с посадкой на палубу авианосца.
Армия США взяла на себя финансирование программы выпуска XV-15S. А с 1979 г. и военный флот заинтересовался конвертоп-ланами.
К концу 1981 г. конвертоплан XV-15S полностью удовлетворил заказчиков—армию и флот США, по поводу чего были собраны все необходимые документы. К тому времени конвертопланы наклонно-винтовой конструкции окончательно обрели квалификацию, а стало быть, и законное право на существование в летной программе. На этом конвертоп-лане был еще более усовершенствован поворотно-винтовой узел. В апреле 1982 г. фирмы Белл и Боинг окончательно объединили свои усилия в работе над аппаратом XV-15S. Энтузиазм разработчиков был подкреплен двухсотмиллионным контрактом для окончательного развития замысла, выразившегося, в конечном итоге, в новой, последней модификации аппарата V-22 «Оспри».
В новый аппарат внесены незначительные изменения по сравнению с XV-15S. У него несколько большие размеры, есть возможность исполнять потребности военного флота и выступать в роли военно-транспортной машины. Топливная система состоит из герметичных баков в крыле и фюзеляже, а также системы дозаправки в воздухе. Максимальный запас горючего обеспечивает перелет на сверхдальнее для конвертоплана расстояние —3900 км.
По составу оборудования и конструктивным элементам V-22 способен выполнять функции и самолета, и вертолета. Так у него имеется полный перечень механизации крыла — элероны, отклоняемый носок крыла и закрылки, а также полноценное хвостовое оперение. Но когда вектор тяги винтов направлен вверх, «Оспри»—это вертолет поперечной схемы (вспомним милевский Ми-12),
Наиболее ответственная часть оборудования «Оспри» — единая цифровая машина управления. Она обеспечивает надежную работу всех систем конвертоплана, начиная с запуска двигателей. При этом винты стоятв вертикальном положении, элероны и закрылки для уменьшения эффекта обдува крыла наклонены вниз. Перед взлетом вступает в действие система синхронизации тяг силовых установок (имеется еще и механический вал, соединяющий правый и левый винты). Все изменения в положении машины по курсу и по крену фиксируются в бортовом компьютере, который по заданной программе дает необходимые команды на рули и силовые установки. В оборудовании использованы уже отработанные надругих летательных аппаратах элементы систем «флай бай уайр» (то ест полет по проводу). Все каналы системы управления, как правило, дублированы, а некоторые имеют и тройное резервирование.
В конструкции V-22 использовано лишь 460 кг металла. Остальное — композиты и углепластики, на которые приходится до 70% веса планера.
Лопасти несуще-тянущих винтов выполнены из стекловолокна, обеспечивающего им высокую прочность, гибкость и значительную экономию в весе. Из композитных материа-
лов на V-22 изготовлены почти 6 тысяч деталей и узлов, причем некоторые особо важные упрочнены титановыми нитями. Применены и новые материалы, в частности, так называемый «черный алюминий».
У «Оспри» достаточно широкий и относительно короткий фюзеляж. Это связано с тем, что заказчики из Пентагона сразу же поставили ограничения по всем габаритам, потребовав, чтобы будущий аппарат мог свободно садиться на узкие палубы небольших боевых кораблей и размещаться в стандартных корабельных ангарах наряду с вертолетами. На морских вариантах MV-22 перед их установкой в ангар крылья разворачивают на 90° и убирают на спину фюзеляжа. Складываются также две из трех лопастей винта по направлению к носу. При этом общая длина возрастает с 17,48 до 19,08 м, а ширина с 25,55 м, включая роторы, уменьшается до 13,61 м.
На V-22 авиационное оборудование для пилотов имеет двойное дублирование, двойные данные, повторяемые«голосом безопасности», сообщающим по радиосигналу о неисправностях в системах и коммуникациях, либо о малом остатке горючего. Речевой синтезатор также комментирует изображение карты на дисплее. Электронная система контролирует данные высотомера, радиопредупреждающей системы, расход сигнальных ракет, данные всех вспомогательных систем.
На «Оспри» установлены двигатели с повышенным ресурсом «Алиссон» T-406-AD-400S с новым типом турбин. Выбранный среди конкурирующих фирм Пратт-Уитни и Дженерал Электрик в исследовательском центре новых технологий двигателей армии США, Т-40Б имеет надежную систему электронного контроля, новые системы питания горючим и смазкой, улучшенные для длительной работы двигателя в вертикальном положении и, главное —надежное и эффективное устройство поворота двигателя в вертикальной плоскости.
Как распределена работа по фирмам? Белл Геликоптер взялась разработать и построить крыло, трансмиссии, роторы, произвести сборку крепления двигателей. Фирма Боинг ответственна за изготовление фюзеляжа и авионики, монтаж проводки всех контрольныхсистем. Кроме того, в изготовлении уникального аппарата задействованы более 1500 компаний в нескольких иностранных государствах.
Трехстоечное, убираемое в полете шасси с двумя колесами на каждой стойке обеспечивает безопасную посадку аппарата до максимальной скорости снижения 4,5 м/сек.
В отличие от обычных тяжелых самолетов на «Оспри» командир находится на правом сиденье, что определяется спецификой полетов в морском варианте, где при маневре приближения к кораблю «Оспри» движется слева направо исидящему справа командиру легче ориентироваться при приближении к посадочной площадке.
Кабина окрашена в спокойные серо-охровые тона. V-22 имеет современную авионику, обеспечивающую все заданные режимы полета, включая маневрирование. В ней учтен весь опыт, полученный при выполнении сотен испытательных полетов и нескольких лет опытной эксплуатации. Главный полетный дисплей обеспечивает пилотам контроль за воздушным пространством(панельуправления полетом). У каждого пилота имеется по два цветных дисплея контроля параметров работы всех систем конвертоплана с необходимой текущей информацией.
Имеется также специальный дисплей кон -троля работы двигателя, система подсказки действий экипажу, система аварийного предупреждения (на основе информации системы управления полетом). Нашлемный дисплей используется для передачи пилотам информации в удобной полетной символике. Радиопереговорное устройство и СПУ, естественно, дублированы, а системы опознавания две—командная и аварийная.
В качестве небольшого отступления следует ответить на главный вопрос: в чем же состоят решающие особенности и проблемы конвертопланов? Во-первых, в высоком КПД большого по диаметру винта, который, обдувая крыло в горизонтальном полете, создает значительную дополнительную (10—12%), подъемную силу и обеспечивает высокую, (550 км/ч) крейсерскую скорость. Самое большое достоинство «Оспри» — возможность взлета и посадки без ВПП. Существующая чрезвычайно сложная задача перехода от вертикального взлета в горизонтальное движение полностью решена. Этот диапазон по времени у «Оспри», как и у XV-15 S занимает 12 секунд.
Большая проблема взаимозависимости вертикального и горизонтального перемещений при отсутствии электронной системы коррекции не позволили выйти в серию нашему камовскому винтокрылу К-22, обладавшему скоростью 375 км/ч и грузоподъемностью 17 т. На этом аппарате удалось даже побить 8 мировых рекордов. Но чрезвычайная сложность управления машиной привела в конечном итоге ктому, что из трех построенных в 1960 году машин, две потерпели катастрофу... Не дает пока практических результатов и наш «мини-Оспри»—ап-парат Ми-30 — конструктивно очень похожий на V-22, но значительно меньших размеров.
Первый полет по полному профилю «Оспри» совершил в марте 1989 г. Первоначально он разрабатывался по заказу ВВС флота для выполнения специальных операций. С тех пор V-22 прошел полный цикл испытаний, в том числе и климатических.
Предполагаемью области применения конвертоплана включают работу на местных авиалиниях, транспортные перевозки, работу в чрезвычайных ситуациях(патрулирование, десант), оперативные коммерческие перевозки, спецдесантные военные операции. Кроме того, «Оспри» может использоваться в качестве амфибий и для ударно-десантных операций с большим радиусом действия. Это самолет вторжения, который должен не только достичь берега, но и пробиться в менее защищенные зоны за береговой чертой.
Как сказал менеджер морской программы полковник Роберт Гарнер, мы должны перестать думать об «Оспри» как о вертолете, который летает быстро, и начать думать о нем как о турбовинтовом самолете, который может взлетать и садиться вертикально.
Когда более 50 лет назад начали строить вертолеты, никто еще не мог даже представить тот объем работ, который они могут выполнять. Летательный аппарате поворотным ротором имеет еще больше возможностей. Особенно в связи с введением на нем системы компьютерного управления.
К декабрю 1991 г. по заказу ВМС было собрано и оснащено 12 экземпляров V-22. Уже в 1990 г. фирмы Белл и Боинг рассчитали, что через пять лет, при нормальном стечении обстоятельств можно будет выпустить 132 конвертоплана, собирая по 11 аппаратов ежемесячно. Но для этого военное ведомство должно поддержать дело своим заказом на 230 конвертопланов. Армия оправдала надежды производителей: для служебных нужд предполагалось закупить 650 V-22.
Исходя из предварительных заказов, фирмы разработали ряд типовых вариантов конвертоплана. Так MV-22A предназначается для морской пехоты.Этот вариант«Оспри» указывает на его возможности выполнить самые различные задачи, связанные с атаками, огневой поддержкой, спасательными операциями. MV-22A может перевезти 24 солдата в полном боевом снаряжении для выполнения оперативного задания на расстояние до 370 км с высадкой на берег или на палубу корабля. Морские рейды MV-22A могут производиться также с грузом до 3,8 т в фюзеляже, либо 6 т на внешней подвеске. Грузовая кабина сообщается с кабиной пилотов.
CV-22A с отрядом из 12 человек на борту без посадки преодолевает расстояние до 1000 км. По назначению каждый из серийных аппаратов имеет свои нюансы. Так для поисково-спасательных полетов материально-технического обеспечения будет использоваться тип HV-22S. С пятью человеками на борту его спецэкипаж способен продолжительное время вести розыскно-спасательные операции.
В доведении до «ума» «Оспри» особенно заинтересованы военные. Так, например, ВМФ доплачивает фирмам на доводку своего варианта SV-22A, приспосабливаемого для борьбы с подводными лодками. Но особо следует сказать о гражданском применении конвертоплана. Есть несколько его перспективных модификаций. Так фирма Боинг предлагает серьезную доработку «Оспри» для перевозки
75 пассажиров. Белл предполагает делать конвертопланы на 45 пассажиров и продавать по 20 млн. долларов за самолет, а в варианте для 10 пассажиров стоимость аппарата уменьшается до 8 — 10 млн.
Первое применение конвертопланы нашли в круглосуточных экспрессных перевозках почты на небольшие расстояния. Гражданская эксплуатация таких летательных аппаратов выгодна для густонаселенных стран и на коротких линиях типа Лос-Анджелес—Сан-Франциско, Даллас—Хьюстон, районы Чикаго. Причем,переделка из военного варианта в гражданский дает экономию веса примерно на 1000 кг.
Специалисты фирмы Белл и Боинг утверждают, что стоимость самолета сТВД такого же класса как «Оспри», больше примерно на 20%, если учесть при этом, что двигатели нового поколения дадут экономию топлива около 25 %. К тому же КПД роторов V-22 больше чем винтов самолетов с ТВД. А главное—такие машины могут взлетать с вертолетных площадок, расположенных в центре города(как, например, вертолетный аэродром в Далласе).
Ситуация складывается весьма любопытная: в настоящее время готовы к заключению деловых контрактов по выпуску «Оспри» авиакомпании США, Бритиш Аэроспейс и Дорнье. Так что имеется перспектива с привлечением еще и Германии в качестве компаньона. Впрочем, ажиотаж настолько велик, что «Оспри» заинтересовались авиафирмы Австралии, Италии, Японии и Южной Кореи. Не менее значим и другой факт: в Нью-Йорке готовят проект постройки в центре города специального аэропорта для этого диковинного аппарата. Весомым аргументом в пользу «Оспри» является и то обстоятельство, что в авиационном кодексе США пришлось разрабатывать целый раздел об условии полетов и эксплуатации этого «инопланетянина».
В декабре 1994 г. фирмы Белл и Боинг Геликоптер совместно с командованием авиационных структур ВМС завершили работу по критическому анализу состояния разработки и перспективы V-22, что заняло целых десять месяцев. Заключительным отчетом утверждено: первые серийные «Оспри» поступят на вооружение морской пехоты США в 2001 году. Особое внимание при окончательной доработке аппаратов требовалось уделить весовым параметрам и снижению себестоимости. В июне 1995 г. началась сборка первого предсерийного V-22. Его первый полет запланирован на декабрь 1996-го.
А министерство обороны США уже корректирует заявку на новый самолет ВВП. Для корпуса морской пехоты планируется 425 экз.. (обозначение MV-22), ВМС-48 экз. (HV-22) и ВВС 50 экз. (CV-22). Некоторое количество «Оспри» типа HV-22 изготовят для поисково-спасательных команд и CV-22A—для выполнения спецзаданий. 250 экз. будет выпущено для замены военно-транспортного и десантного вертолета СН-46Е, находящегося на вооружении в варианте амфибии. Он уже в солидном возрасте — после первого полета прошло почти 40 лет, и морские летчики сделали все возможное, чтобы продлить его жизнь в строю.
Есть еще тяжелые десантные вертолеты — CH-53ES и RH-53S. И хотя они сегодня не очень удовлетворяют требованиям ВМФ, по-прежнему находятся в эксплуатации на пределе выработки ресурса. Таким образом, к 2000 г. специальные десантные силы остаются без средств перевозки. Многочисленные исследования и расчеты показали, что лучшей заменой CH-46 будет морская модификация MV-22.
Сейчас специальные десантные военно-морские силы вынуждены применять CH-46E. В качестве эскорта используются самолеты ВВП AV-8 «Харриер», но, к сожалению, взаимодействовать с ним трудно: слишком большая разница в скоростях. А вот с MV-22 все «о'кей». И это — дополнительный довод к скорейшему вводу в строй этого замечательного аппарата. Благодаря своим высоким летным данным V-22 могут и самостоятельно действовать в наступательных операциях, особенно в прибрежной зоне. Используя приборы инфракрасного видения третьего поколения, летчики могут летать и воевать на нем ночью. Для дозаправки в воздухе у V-22 имеется штатное оборудование, адаптированное под стандартный заправщик С-135.
А вот и самые последние данные о ныне действующих V-22. Из четырех годных к полетам конвертопланов в настоящее время летают лишь два под номерами 2 и 3. №2 прошел сертификацию для начала серийного производства. Самолет №3 будет продолжать полеты до конца 1997 г. в испытательном центре ВМС в Патолсент Ривер. Масса аппарата уменьшена на 162 кг по отношению к предельно допустимой по проекту. В настоящее время предполагаемая цена серийного конвертоплана V-22 назначена в пределах 30 млн. долларов. Что ж, цена не малая, но как видно, аппарат этого стоит. Хотя бы потому, что подобного в современной авиации еще не было.
В заключение скажем, что два MV-22 (в варианте амфибии) должны были прилететь на Парижский авиасалон из-за океана своим ходом. Естественно, с дозаправкой в воздухе и подстраховывая друг друга на случай вынужденной посадки. Однако в последний момент из-за технических неполадок на одном из аппаратов эффектный перелет так и не состоялся, и конвертоплан был доставлен к берегам Франции в трюме корабля.
«Оспри», перекрашенный в два оттенка серого цвета, летал в Ле Бурже, скажем прямо, лихо, демонстрируя свои возможности летать вперед-назад, вверх-вниз, медленно и быстро. Эти, на общем фоне малошумные воздушные корабли (кроме «Оспри» там был еще и V-15) вызвали всеобщий интерес и завоевали симпатии у специалистов и публики.
ХАРАКТЕРИСТИКИ V-22 «ОСПРИ»
Размах крыла, м14,2
Хорда крыла, м2,3
Длина фюзеляжа, м17,5
Высота (положение винтов по-вертолетному), м6,6
Диаметр винтов, м11,7
Максимальный запас топлива, л9660
Ширина аппарата (с винтами), м25,55
Размах стабилизатора, м5,6
Внутренние размеры фюзеляжа:
Длина, м7,4
Высота, м1,8
Ширина, м1,85
Вес пустого аппарата, т15,03
Макс, взлетный вес при вертикальном взлете, т21,550
Макс, взлетный вес при взлете с разбегом, т27,44
Полезная нагрузка в грузовой кабине фюзеляжа, т4,5
Максимальная нагрузка на внешней подвеске, т6,8
Максимальная дальность полета без полезной нагрузки, км3900
Боевая дальность (вариант амфибии — десант с оружием), км1200
Потолок, м7900
Скороподъемность, м/сек20
Скорость крейсерская, км/ч509
Скорость макс., км/ч583
Экипаж — 2 летчика, 24 десантника
Лев Берне, Евгений Подольный
Крылья Родины, №№ 4-5"1996