Экспериментальный самолет Fairchild VZ-5 Fledgling (США)

В конце пятидесятых годов прошлого века американские авиастроительные предприятия создали, построили и испытали несколько экспериментальных летательных аппаратов, предназначенных для изучения проблематики вертикального и укороченного взлета. Вся эта техника использовалась только в испытаниях, однако позволила собрать массу полезной информации, часть которой в дальнейшем нашла применение в новых проектах. Одной из разработок, изначально предназначавшихся для проверки оригинальных предложений, стал самолет Fairchild VZ-5. Программа исследований вертикального и укороченного взлета и посадки стартовала в середине пятидесятых годов по инициативе военного ведомства. Армейское командование, учтя опыт применения военно-транспортных самолетов и вертолетов, пожелало получить в будущем технику, имеющую положительные черты обоих классов авиационной техники. Работы в перспективном направлении было решено начать с проведения разнообразных исследований. Позже планировалось построить несколько опытных самолетов для проверки идей на практике. В итоге к концу десятилетия в воздух было поднято три машины, одну из которых создала компания Fairchild Aircraft. Общий вид самолета Fairchild VZ-5, задние секции крыла опущены. Фото Diseno-art.com Проект перспективного самолета с улучшенными взлетно-посадочными характеристиками получил фирменное название Model M-224. Кроме того, свое собственное обозначение разработке дали военные – VZ-5. Позже появилось неофициальное имя Fledgling («Птенец»). По ряду причин, название, присвоенное проекту заказчиком, более известно среди специалистов и любителей авиации. Для сокращения необходимой взлетной и посадочной дистанции можно было использовать разные технологии и методики. В проекте фирмы «Фэйрчайлд» было предложено применить т.н. отклонение воздушного потока. При помощи специальных устройств несущая плоскость самолета должна была менять свою конфигурацию, что позволяло ей изменить направление движения воздуха с заметными положительными последствиями для общих характеристик. Такая система позволяла значительно повысить подъемную силу крыла и, как следствие, снизить требования к площадке для посадки или взлета. С точки зрения общей компоновки перспективный самолет VZ-5 должен был представлять собой машину легкого класса с высокорасположенным прямоугольным в плане крылом, одним двигателем и четырьмя воздушными винтами, а также хвостовым оперением Т-образной конструкции. Одновременно с этим основные цели проекта заставили его авторов внедрить в конструкцию самолета ряд оригинальных узлов и агрегатов, необходимых как для повышения требуемых характеристик, так и для исключения ожидаемых недостатков. Ранний вариант облика машины. Рисунок Wikimedia Commons Одной из задач проекта Model M-224 было максимальное облегчение машины и упрощение ее конструкции. Из-за этого она получила достаточно простой фюзеляж, оснащенный минимально необходимым набором устройств. В то же время, присутствовала необходимость в использовании нестандартных компоновочных решений и некоторых нетрадиционных агрегатов. Так, именно фюзеляж должен был вмещать единственный двигатель самолета, с которым соединялась сравнительно сложная трансмиссия. В проекте VZ-5 использовался фюзеляж упрощенной конструкции, основывавшийся на металлическом каркасе. Почти вся носовая часть фюзеляжа отдавалась под кабину пилота, что придавало машине характерный внешний вид. Имелся скошенный изогнутый козырек фонаря, защищавший пилота от набегающего потока. Под козырьком имелся небольшой металлический обтекатель, сопряженный с вертикальными бортами небольшой высоты. Позади кабины высота бортов значительно увеличивалась, доходя до узла крепления крыла. Хвостовая часть фюзеляжа была выполнена в виде сужающейся конструкции с наклонным днищем. Отсутствие крупных агрегатов позволило сократить ширину хвостовой балки. На ней помещались киль и стабилизатор Т-образной конструкции, усиленные двумя подкосами. Испытания макета в аэродинамической трубе. Кадры из хроники Для нового самолета было разработано крыло необычной конструкции. К фюзеляжу предлагалось жестко крепить передний неподвижный агрегат крыла сравнительно малой ширины. На его нижней поверхности помещались четыре редуктора воздушных винтов, прикрытые малогабаритными обтекателями. Валы винтов располагались под небольшим углом к хорде крыла, из-за чего редукторы закреплялись на трапециевидных рамах-пилонах. Для охлаждения движущихся деталей на нижней части кожуха редуктора имелось окно-воздухозаборник. Неподвижная часть крыла оснащалась законцовками-гребнями, при помощи которых исключалось неправильное перетекание воздушного потока. Для большей жесткости конструкции неподвижная часть крыла имела подкосы. Сзади к неподвижной части крыла шарнирно крепилась вторая секция, имевшая возможность качаться на шарнире. На ее задней кромке располагались крепления для закрылков и элеронов, предлагавшихся для использования в целях управления самолетом в горизонтальном полете. Для полета «по-самолетному» аппарат VZ-5 Fledgling должен был размещать подвижные секции крыла горизонтально: при этом образовывалось крыло большой ширины и малого удлинения, оснащенное двумя закрылками и парой элеронов. Вертикальный или укороченный взлет должен был осуществляться при опущенных вниз подвижных секциях. На подвижные части крыла приходилось около двух третей хорды. Из-за этого, в частности, полностью повернутые секции доходили до уровня днища фюзеляжа. Самолет в позиции для укороченного/вертикального взлета. Фото Diseno-art.com В центральной части фюзеляжа помещался единственный двигатель самолета. Основой силовой установки являлся турбовальный вертолетный двигатель General Electric YT58-GE-2 мощностью 1032 л.с. Перед двигателем в фюзеляже находилось крупное окно воздухозаборника, выхлоп выводился через патрубок на левом борту. Рядом с двигателем располагался редуктор, необходимый для распределения крутящего момента на приводные валы воздушных винтов. Вращение винтов осуществлялось при помощи двух главных валов, проходящих вдоль крыла, и нескольких устройств, выводящих мощность на четыре крыльевых редуктора. Самолет получил четыре трехлопастных винта большого диаметра. Ометаемые диски винтов почти полностью перекрывали лобовую проекцию крыла. Одной из задач проекта Fairchild VZ-5 было сокращение взлетной и посадочной скорости, что, однако, потребовало использовать нестандартные системы управления. При горизонтальном полете управление по тангажу и рысканью предлагалось осуществлять при помощи стандартных рулей на хвостовом оперении. Для управления по крену использовались стандартные элероны, отличавшиеся большой площадью. Во время полета на малой скорости, снижавшей эффективность аэродинамических рулей, предлагалось использовать иные средства. На задней части киля, на одном уровне со стабилизатором, поместили дополнительный редуктор, механически связанный с главным. Это устройство комплектовалось двумя четырехлопастными винтами малого диаметра. Подключая к работе хвостовые винты, пилот мог влиять на тангаж машины. Управление по крену на малых скоростях могло осуществляться путем изменения тяги винтов. Увеличение тяги одной пары винтов приводило к повышенному обдуву крыла с ростом подъемной силы и следующим за этим уходом в вираж. Прототип выводят на взлетную полосу. Фото Diseno-art.com Самолет VZ-5 «Птенец» получил оригинальное «многофункциональное» шасси. К фюзеляжу и неподвижной части крыла крепились трубчатые элементы неубираемых основных стоек. Еще одна жестко закрепленная стойка имелась в носу. Малые размеры и вес самолета позволили оснастить все три стойки одинаковыми колесами малого диаметра. В хвостовой части фюзеляжа, под рулем направления, предлагалось установить небольшой костыль. Стоя на трех колесах, самолет имел возможность выполнения обычного или укороченного взлета. При опоре на основные стойки и хвостовой костыль увеличивался угол атаки крыла, что могло дать определенный прирост подъемной силы на взлете. Таким образом, пилот мог выбрать положение техники, соответствующее поставленной задаче. Как и требовалось с самого начала, экспериментальный самолет получился не слишком крупным и легким. Длина машины составляла 10,26 м, размах крыла – 9,98 м, высота (при использовании колесных стоек шасси) – 5,13 м. Общая площадь крыла достигала 17,74 кв.м. Пустой летательный аппарат весил чуть более 1,53 т. Взлетный вес в конфигурации для вертикального взлета и посадки определили в 1,8 т. По расчетам, максимальная скорость полета должна была достигать 184 миль в час (около 295 км/ч). Планируемая дальность полета неизвестна, но малый объем топливных баков не позволял получить высокие значения этого параметра. Разработка проекта Fairchild VZ-5 Fledgling завершилась в середине 1959 года. После этого специалисты компании «Фэйрчайлд» и сотрудники NASA приступили к строительству масштабного макета и его продувкам в аэродинамической трубе. Модель самолета проверили на всех требуемых режимах полета при разных скоростях набегающего потока и различных конфигурациях крыла. Также на макете проверялась эффективность работы хвостовых рулевых винтов. В ходе всех необходимых исследований ученые и конструкторы собрали требуемый объем информации, который позволил сделать окончательные выводы о перспективах проекта. Более того, финальный отчет об исследованиях оказал большое влияние на дальнейший ход работ. Крыло переведено в конфигурацию для горизонтального полета. Фото Diseno-art.com Исследования в Лэнгли привели к неутешительным выводам. Оказалось, что предложенная конструкция перспективного самолета не может использоваться на практике из-за наличия ряда серьезнейших проблем. Макет самолета вел себя неустойчиво во всем диапазоне скоростей, что было связано с неудачной компоновкой. Центр тяжести машины находился на 64% хорды передней неподвижной секции крыла, а это делало самолет неустойчивым по тангажу. Для исправления такой проблемы требовалось перенести центр тяжести на большое расстояние вперед. Без изменения существующей конструкции такой эффект можно было получить путем установки 700-фунтового (317,5 кг) груза около кабины пилота. При всех этих недостатках, предложенное крыло (в пересчете для полноразмерного самолета) должно было создавать подъемную силу на уровне 4 тыс. фунтов – чуть больше взлетной массы в расчетной конфигурации для вертикального взлета. Предложенное трехсекционное крыло с развитой механизацией большой площади отличалось высокой эффективностью. Тем не менее, высокие характеристики крыла в сочетании с неустойчивостью самолета могли приводить к самым неприятным последствиям. Таким образом, в существующем виде самолет Fairchild VZ-5 не представлял интереса с точки зрения практического применения. Секции крыла опущены. Фото Diseno-art.com Почти одновременно со сборкой масштабной модели для испытаний в аэродинамической трубе стартовало строительство полноценного опытного образца. Сборка прототипа завершилась осенью 1959 года. Первый полет планировалось провести только после окончания всесторонних испытаний макета. В качестве даты первого полета опытного VZ-5 было выбрано 18 ноября. Однако выводы ученых, проверивших предоставленную им модель летательного аппарата, заставили фирму-разработчика проекта пересмотреть свои планы. Теперь было предложено провести наземные и привязные летные испытания «Птенца», по результатам которых планировалось принять окончательное решение. В конце 1959 года специалисты компании Fairchild Aircraft провели необходимые испытания, в которых перемещения опытного образца ограничивались специальной системой тросов. Такое оснащение позволяло ограничить перемещения летательного аппарата и исключить возможные аварии. Как оказалось, тросы полностью себя оправдали. Во время испытаний «на привязи» опытный самолет VZ-5 Fledgling подтвердил выводы, сделанные в ходе испытаний в NASA. Он показал неприемлемо низкую устойчивость на взлетном режиме, которая не позволяла перейти к свободным полетам. Вид на крыло сзади. Фото Diseno-art.com Подтвердив выводы испытаний макета, авиастроители решили отказаться от дальнейшего развития экспериментального проекта. Согласно выводам ученых, проект нуждался в серьезных изменениях, которые посчитали нецелесообразными. Новая версия проекта VZ-5 не разрабатывалась, улучшенные прототипы техники не строились. Опытный образец, ни разу не поднявшийся в воздух без страховки, был списан. Компания Fairchild Aircraft была вынуждена отказаться от дальнейших работ в области самолетов вертикального или укороченного взлета и посадки, использующих принципы отклонения воздушного потока. В отличие от разработки компании Ryan Aeronautical, экспериментальный самолет от Fairchild так и не смог отправиться в свободный полет. Тем не менее, проверки его масштабной модели и полноценного опытного образца позволили собрать солидный объем данных о поведении подобной техники в воздухе. Анализ полученной информации позволил определить, какие черты самолета VZ-5 не следует использовать в новых проектах из-за риска получения негативных результатов. Все эти сведения в дальнейшем были использованы при разработке новых экспериментальных летательных аппаратов. По материалам сайтов: http://vertipedia.vtol.org/ http://aerofiles.com/ http://diseno-art.com/ http://modelflying.co.uk/ http://all-aero.com/