Конвертоплан - Tiltrotor

В Bell Boeing V-22 Osprey

А конвертоплан является самолет который порождает лифт и движение посредством одного или нескольких приводных роторов (иногда называемых защитники), установленный на вращающихся валах или гондолах, обычно на концах неподвижного крыла. Почти все конвертопланы используют поперечный ротор дизайн, за некоторыми исключениями, которые используют другие макеты.

Конструкция конвертоплана сочетает в себе возможности вертикального подъема вертолет со скоростью и ассортимент обычного самолет. Для вертикального полета винты расположены под углом так, чтобы плоскость вращения горизонтально, поднимая путь нормального винт вертолета делает. По мере того, как самолет набирает скорость, роторы постепенно наклоняются вперед, при этом плоскость вращения в конечном итоге становится вертикальной. В этом режиме роторы обеспечивают толчок как пропеллер, а неподвижные крылья обеспечивают подъемную силу, создаваемую поступательным движением всего самолета. Поскольку роторы могут быть сконфигурированы так, чтобы быть более эффективными для движения (например, с закруткой кончика корня), и это позволяет избежать проблем вертолета стойло отступающего лезвия конвертоплан может развивать более высокие скорости, чем вертолеты.

Конвертоплан отличается от наклонный в нем вращается только ротор, а не все крыло. В этом методе эффективность вертикального полета меняется на эффективность в полете. STOL /STOVL операции.

История

Колокол X-22
А Колокол XV-15 готовится к приземлению

Первые работы в направлении поворотного ротора (французское «кабриолет»), по-видимому, были начаты ок. 1902 года франко-швейцарскими братьями Анри и Арманом Дюфо, на который они получили патент в феврале 1904 года и обнародовали свою работу в апреле 1905 года.[1]

Конкретные идеи строительства вертикальный взлет и посадка (VTOL) самолеты, использующие винты, подобные вертолетам, получили дальнейшее развитие в 1930-х годах. Первый дизайн, напоминающий современные конвертоплан, был запатентован Джорджем Лебергером в мае 1930 года, но он не стал развивать эту концепцию. В Вторая Мировая Война Компания Weserfulg в Германии появилась примерно в 1938 году с концепцией своего P.1003 / 1, который наклонялся к вершине вместе с частью крыльев, но не целиком, поэтому он мог находиться между плоскостями наклона и наклона. Вскоре после Немецкий прототип, то Focke-Achgelis Fa 269, разрабатывался с 1942 года, наклонялся к земле, но никогда не летал.[2][3][4] Платт и Лепаж запатентовал PL-16, первый американский конвертоплан. Однако в августе 1946 года компания закрылась из-за нехватки капитала.[5]

Два прототипа, дожившие до полета, были одноместными. Трансцендентальная модель 1-G и двухместная Transcendental Model 2, каждое из которых приводится в действие одним поршневым двигателем. Разработка модели 1-G началась в 1947 году, хотя она не летала до 1954 года. Модель 1-G летала около года, пока не разбилась Chesapeake залив 20 июля 1955 г., уничтожив опытный самолет, но не повредив пилота серьезно. Модель 2 была разработана и летела вскоре после этого, но ВВС США отказался от финансирования в пользу Bell XV-3, и он не стал много летать после испытаний в режиме висения. Transcendental 1-G - это первый конвертоплан, который совершил большую часть перехода от вертолета к самолету в полете (с точностью до 10 градусов от истинного горизонтального полета самолета).

Построенный в 1953 году экспериментальный Колокол XV-3 летал до 1966 года, доказывая фундаментальную надежность концепции конвертоплана и собирая данные о технических улучшениях, необходимых для будущих проектов.

Эффективность подъема загрузки диска VTOL

Связанная разработка технологий - это наклонный. Хотя два дизайна, Canadair CL-84 Dynavert и LTV XC-142, были технически успешными, ни один не был запущен в производство по другим причинам. Конвертопланы обычно имеют лучшую эффективность зависания, чем поворотные устройства, но меньше, чем вертолеты.[6]

В 1968 году Westland Aircraft представила свои собственные разработки - небольшой экспериментальный корабль (We 01C) и 68-местный транспортный самолет We 028 - на выставке SBAC Авиашоу в Фарнборо.[7]

В 1972 г. при финансировании НАСА и армия Соединенных Штатов, Bell Helicopter Textron приступили к разработке XV-15, двухдвигательный конвертоплан, исследовательский самолет. Два самолета были построены, чтобы подтвердить конструкцию конвертоплана и изучить рабочий диапазон полета для военного и гражданского применения.[8][9]

В 1981 году, используя опыт, полученный с XV-3 и XV-15, Bell и Боинг Вертолеты начали разработку V-22 Osprey, двухтурбинный военный конвертоплан для ВВС США и Корпус морской пехоты США.[8]

Bell объединилась с Boeing в разработке коммерческого конвертоплана, но Boeing ушел в 1998 году, а Agusta заняла первое место. Колокол / Агуста BA609.[9][10] Этот самолет был переименован в AW609 после передачи полного владения AgustaWestland в 2011.[11] Bell также разработала конвертоплан. Беспилотный летательный аппарат (БПЛА), TR918 орлиный глаз.

В России было несколько проектов конвертопланов, в основном беспилотных, таких как Ми-30, и запустил еще один в 2015 году.[12]

Около 2005 г.[13]–2010,[14] Белл и Боинг снова объединились, чтобы провести концептуальное исследование более крупного Quad TiltRotor (QTR) для программы Joint Heavy Lift (JHL) армии США. QTR - это более крупная четырехроторная версия V-22 с двумя тандемные крылья комплекты неподвижных крыльев и четыре поворотных ротора.

В январе 2013 г. FAA определены американские правила шума конвертоплана в соответствии с ИКАО правила. Сертификация по шуму будет стоить 588 000 долларов, как и для большого вертолета.[15][16]

AgustaWestland заявляет, что в 2013 году они выпустили в свободный полет пилотируемый электрический конвертоплан под названием Project Zero, с роторами внутри размаха крыла.[17][18][19]

В 2013 году генеральный директор Bell Helicopter Джон Гаррисон отреагировал на то, что Boeing выбрал другого партнера по конструкции планера для армии США. будущие требования к лифту указав, что Белл возьмет на себя инициативу в разработке Bell V-280 Доблесть,[20] с Lockheed Martin.

В 2014 г. Чистое небо 2 программа (по программе Европейский Союз и промышленность) предоставила AgustaWestland и ее партнерам 328 миллионов долларов на разработку «гражданского конвертоплана нового поколения».[21][22][23] дизайн для оффшорного рынка, с Критический обзор дизайна ближе к концу 2016 года. Задача - наклонные секции крыла, 11 тонн Максимальный взлетный вес, вместимость от 19 до 22 пассажиров, первый рейс 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

Управление

В вертикальном полете конвертоплан использует элементы управления, очень похожие на спаренные или тандем-ротор вертолет. Рыскание управляется поворотом роторов в противоположных направлениях. Рулон обеспечивается за счет дифференциальной мощности или тяги. Подача обеспечивается через ротор циклического или гондола наклон. Вертикальное движение контролируется обычным ротором шаг лезвия и либо обычный рычаг коллективного управления вертолетом (как в Колокол / Агуста BA609 ) или уникальный элемент управления, аналогичный управлению двигателем с неподвижным крылом, который называется рычагом управления тягой (TCL) (как в Bell-Boeing V-22 Osprey ).[27]

Проблемы со скоростью и полезной нагрузкой

Преимущество конвертоплана - значительно большая скорость, чем у вертолета. В вертолете максимальная скорость движения определяется скоростью поворота ротор; в какой-то момент вертолет будет двигаться вперед с той же скоростью, что и вращающаяся сторона ротора, движущаяся назад, так что эта сторона ротора будет видеть ноль или отрицательный скорость полета, и начинает стойло. Это ограничивает современные вертолеты крейсерской скоростью около 150 узлы / 277 км / ч. Однако с конвертопланом этой проблемы можно избежать, поскольку винт-винты перпендикулярны движению на высокоскоростных участках режима полета (и, следовательно, не подвержены этому условию обратного потока), поэтому конвертоплан имеет относительно высокую максимальную скорость - более 300 узлов / 560 км / ч было продемонстрировано на двух типах конвертопланов, использованных до сих пор, и достигнута крейсерская скорость 250 узлов / 460 км / ч.[27]

Эта скорость достигается в некоторой степени за счет полезная нагрузка. В результате этой уменьшенной полезной нагрузки некоторые[кто? ] оценить, что конвертоплан не превышает транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) вертолета,[28] в то время как другие заключают обратное.[10] Кроме того, силовая установка конвертоплана более сложна, чем у обычного вертолета, из-за больших шарнирно-сочлененных гондол и дополнительного крыла; тем не менее, улучшенная крейсерская эффективность и скорость по сравнению с вертолетами значительны в некоторых случаях. Скорость и, что более важно, общее время отклика - это главное достоинство, к которому стремятся вооруженные силы, использующие конвертоплан. Конвертопланы по своей природе менее шумны в прямом полете (в режиме полета), чем вертолеты.[нужна цитата ] Ожидается, что это, в сочетании с их повышенной скоростью, улучшит их полезность в густонаселенных районах для коммерческого использования и снизит угрозу обнаружения для военных целей. Однако конвертопланы обычно так же громки, как вертолеты такого же размера в парящем полете. Моделирование шума конвертоплана на 90 пассажиров показывает более низкий крейсерский шум внутри салона, чем у конвертоплана. Bombardier Dash 8 самолет, хотя низкочастотные колебания могут быть выше.[29]

Конвертопланы также обеспечивают значительно большую крейсерскую высоту, чем вертолеты. Конвертопланы могут легко достигать высоты 6000 м / 20 000 футов или более, тогда как вертолеты обычно не превышают высоту 3000 м / 10 000 футов. Эта функция будет означать, что некоторые варианты использования, которые обычно рассматривались только для самолетов с неподвижным крылом, теперь могут быть поддержаны конвертопланом без необходимости использования взлетно-посадочной полосы. Однако недостатком является то, что конвертоплан значительно снижает полезную нагрузку при взлете с большой высоты.

Моно конвертоплан

В летательном аппарате с моно конвертопланом используется наклоняемый вращающийся пропеллер, или коаксиальный протектор, для лифт и движение. Для вертикального полета проптор наклонен для направления его тяги вниз, обеспечивая подъемную силу. В этом режиме работы аппарат практически идентичен вертолету. По мере того, как корабль набирает скорость, коаксиальный винт медленно наклоняется вперед, и лопасти в конечном итоге становятся перпендикуляр наземь. В этом режиме крыло обеспечивает подъемную силу, а большая эффективность крыла помогает конвертоплану достигать высокой скорости. В этом режиме летательный аппарат представляет собой турбовинтовой самолет.

Самолет с моно конвертопланом отличается от обычного конвертоплана, в котором винтокрылые двигатели устанавливаются на кончики крыльев, в этом коаксиальный протектор крепится к самолету фюзеляж. В результате такой конструктивной эффективности моно конвертоплан превосходит транспортную эффективность (скорость, умноженная на полезную нагрузку) как вертолета, так и обычного конвертоплана. Одно исследование дизайна пришел к выводу, что если моно конвертоплан можно реализовать технически, он будет вдвое меньше, на одну треть легче и почти вдвое быстрее вертолета.[30]

В вертикальном полете моно конвертоплан использует элементы управления, очень похожие на коаксиальный вертолет, такие как Камов Ка-50. Рыскание управляется, например, путем увеличения подъемной силы верхнего упора при уменьшении подъемной силы нижнего упора. Рулон и подача обеспечиваются через ротор циклично. Вертикальное движение контролируется обычной лопастью ротора шаг лезвия.[31]

Список конвертопланов

Экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки Curtiss-Wright X-19 в полете
А BA609 (теперь AW609) в авиарежиме на Парижское авиашоу 2007
Основная статья: Список конвертопланов

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Le premier vol d’un hélicoptère à moteur à взрыв, produit des frères Dufaux (1905)[ненадежный источник? ]
  2. ^ Спрингманн, Энно; Готфрид Хильшер (1997). Focke: Flugzeuge und Hubschrauber von Heinrich Focke 1912-1961. Aviatic-Verlag GmbH. ISBN  3-925505-36-9.
  3. ^ Новарра, Хайнц (1985–1988). Die Deutsche Luftrüstung 1933-1945 гг.. Бернар и Грефе. ISBN  3-7637-5464-4.
  4. ^ Майзель, доктор медицины (2000). История исследовательского самолета с поворотным ротором XV-15: от идеи до полета (PDF). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление политики и планов, Отдел истории НАСА.
  5. ^ «Конвертопланы». helis.com. Получено 1 апреля 2018.
  6. ^ Уорик, Грэм. «Опрокидывание цели» стр.44 Международный рейс, Number 4304, Volume 141, 5–11 февраля 1992 г. Проверено: 4 января 2014 г.
  7. ^ "Двадцать шестая выставка SBAC" Международный рейс, 19 сентября 1968 г. с. 446
  8. ^ а б «История конвертопланов», Исследовательский центр Эймса НАСА В архиве 2008-07-05 на Wayback Machine
  9. ^ а б Maisel, Martin D .; Giulianetti, Demo J .; Дуган, Дэниел С. (2000). История исследовательского самолета с поворотным ротором XV-15 (PDF). Монографии по истории авиации и космонавтики №17. НАСА. ISBN  0-16-050276-4. НАСА SP-2000-4517.
  10. ^ а б c "8.6 Проект гражданского конвертоплана нового поколения (NextGenCTR) - WP1 »стр. 254-301. Размер: 747 стр., 23 МБ. Чистое небо 2, 27 июня 2014 г. Дата обращения: 7 октября 2014 г.
  11. ^ Винбрандт, Джеймс (11 февраля 2012 г.). «AW609, наконец, готов к крупному плану». AINonline.com. Получено 14 февраля 2012.
  12. ^ «МАКС: Вертолеты России запускают концепт беспилотного конвертоплана». flightglobal.com. 27 августа 2015 г.. Получено 1 апреля 2018.
  13. ^ «QTR Bell-Boeing выбран для исследования Heavy Lift» В архиве 2006-08-30 на Wayback Machine. Боинг, 22 сентября 2005 г.
  14. ^ Браннен, Кейт. «Пентагон проливает свет на усилия JFTL». Новости обороны, 15 июля 2010 г.
  15. ^ «Стандарты сертификации по шуму для конвертопланов». Федеральная авиационная администрация. 8 января 2013 г.. Получено 13 января 2013.
  16. ^ «FAA публикует измененные правила шума для конвертопланов». Аэро-новости. 11 января 2013. Получено 13 января 2013.
  17. ^ Паур, Джейсон (6 марта 2013 г.). "Встречайте Project Zero, первый в мире электрический самолет с поворотным ротором". Проводной. Получено 6 марта 2013.
  18. ^ "AgustaWestland представляет революционный Project Zero Демонстратор технологии поворотного ротора ". ASDNews. Получено 6 марта 2013.
  19. ^ "Project Zero " AgustaWestland
  20. ^ «Bell продвигает технологии конвертопланов без Boeing - Rotor & Wing International». Aviationtoday.com. 5 марта 2013 г.. Получено 1 апреля 2018.
  21. ^ "Гражданский конвертоплан нового поколения " AgustaWestland
  22. ^ Хиршберг, Майк (сентябрь 2014 г.). «Форма грядущего, часть 2» (PDF). Вертикальный журнал. Архивировано из оригинал (PDF) 14 апреля 2015 г.. Получено 13 апреля 2015.
  23. ^ Пьеробон, Марио. "AW стремится стать лидером гражданских конвертопланов " Страница 2 Стр. 3 ProPilotMag.
  24. ^ «AgustaWestland планирует запустить конвертоплан нового поколения в 2021 году». Авиационные международные новости.
  25. ^ Хубер, Марк. "AgustaWestland продвигается вперед с большим конвертопланом " AINonline, 5 октября 2014 г. Дата обращения: 7 октября 2014 г. В архиве 7 октября 2014 г.
  26. ^ "Гражданский конвертоплан AgustaWestland " AgustaWestland
  27. ^ а б Нортон, Билл. Bell Boeing V-22 Osprey, Конвертоплан Tactical Transport. Мидленд Паблишинг, 2004. ISBN  1-85780-165-2.
  28. ^ "Front Matter - Военно-морское экспедиционное обеспечение: обеспечение возможности оперативного маневра с моря - The National Academies Press". nap.edu. Дои:10.17226/6410. Получено 1 апреля 2018.
  29. ^ Гросвельд, Фердинанд В. и др. "Прогнозирование внутреннего шума в предварительном проекте большого гражданского конвертоплана (LCTR2) " 20130013992 НАСА, 21 мая 2013 г. Дата обращения: 9 июня 2014 г.
  30. ^ http://handle.dtic.mil/100.2/ADA428702 Лейшман, Дж. Г., Претор, Р., Болдуин, Дж. Д., Исследования концептуального проектирования архитектуры моно конвертоплана (MTR), Номер контракта ВМС США: N00014-03-C-0531, 2004.
  31. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-10-07. Получено 2009-06-05.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт) Болдуин, Г. Д., «Предварительные проектные исследования моно конвертоплана (MTR) с демонстрацией аэродинамического развертывания крыла», Международная конференция специалистов AHS, Чандлер, Аризона, 23–25 января 2007 г.

внешние ссылки