안에 현대 세계어떤 특성과 힘을 지닌 항공기가 점점 더 많아지고 있습니다. 전 세계의 엔지니어들은 이러한 유형의 운송과 관련된 주요 문제를 해결하려고 노력하고 있습니다. 즉, 연료 소비를 줄이고, 범위를 늘리고, 이착륙을 단순화하면서도 공간과 내부 면적을 희생하지 않고 해결하려고 노력하고 있습니다.
아마도 모든 사람은 비행기가 활주로를 따라 가속하는 것을 보는 데 익숙했을 것입니다. 이것은 어려운 작업이며 조종사 자체는 비행 전체의 성공이 주로 이착륙에 달려 있다고 말합니다. 하지만 비행기가 단순히 수직으로 올라가면 이 절차가 어떻게 단순화될지 상상하는 것이 더 논리적이지 않습니까? 그러나 더 넓은 논의에서 그러한 옵션은 어디에서도 특별히 눈에 띄지 않습니다. 수직 이륙 항공기는 신화일까요, 현실일까요, 아니면 항공의 미래를 뒷받침하는 광범위한 계획일까요? 더 자세히 살펴볼 가치가 있습니다.
STOVL F-35B 단거리 이륙 및 수직 착륙 전투기
우선 수직이착륙기가 실제로 존재한다는 사실을 알아야 한다. 첫 번째 모델은 제트 항공기의 개발과 동시에 등장하기 시작했으며 그 이후로 전 세계 엔지니어를 괴롭혀 왔습니다. 시간적으로 볼 때 이는 지난 세기 후반과 일치합니다. 그들은 매우 눈에 띄는 이름을 가지고 있었습니다 – “ 터보비행" 당시 군사 기술 개발 붐이 일었기 때문에 엔지니어들은 최소한의 노력으로, 심지어 수직 위치에서도 공기를 들어올릴 수 있는 장치를 개발해야 했습니다. 이러한 항공기에는 활주로가 필요하지 않습니다. 즉, 선박의 돛대를 비롯해 어디에서나 어떤 조건에서도 이륙할 수 있습니다.
이 모든 프로젝트는 우주 탐사와 관련된 그다지 중요하지 않은 다른 프로젝트와 일치했습니다. 전반적인 공생을 통해 우리는 노력을 두 배로 늘리고 공간 디자인에서 아이디어를 얻을 수 있었습니다. 그 결과 1955년에 최초의 수직형 장치가 출시되었습니다. 기술 역사상 가장 이상한 건물 중 하나라고 말할 수 있습니다. 비행기에는 날개나 꼬리가 없었고 엔진(터보제트), 전구 모양의 객실 및 연료통만 있었습니다. 엔진은 바닥에 만들어졌습니다. 첫 번째 터보비행의 다음 기능을 강조할 수 있습니다.
- 엔진의 제트기류로 인해 들어올려지는 현상.
- 가스 방향타를 통한 제어.
- 첫 번째 장치의 무게는 2000kg이 조금 넘습니다.
- 견인력 – 2800kg.
그러한 항공기는 안정적이거나 제어 가능하다고 할 수 없기 때문에 첫 번째 테스트에서는 생명에 큰 위험이 따릅니다. 그럼에도 불구하고 이 장치의 시연은 Tushino에서 이루어졌으며 성공적이었습니다. 비록 항공기 자체는 이상적이지는 않았지만 이 모든 것이 이 분야에 대한 추가 연구의 기초를 제공했습니다. 그러나 그 정보는 새로운 프로젝트를 만드는 데 도움이 되었습니다. Yak-38이라고 불리는 러시아 최초의 수직 이륙 항공기였습니다.
러시아 및 기타 국가의 수직 항공기 제작 역사
많은 엔지니어와 설계자는 1950년대에 활발히 사용 및 개선되기 시작한 터보제트 엔진이 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 많은 발견을 가능하게 했다고 여전히 주장합니다. 그 중 하나가 활성 테스트입니다. 수직 장치. 이 지역의 발전은 특별한 공헌을 했습니다. 반응 장치, 당시 선진국으로 간주되었던 국가에서. 제트기는 착륙과 이륙 시 엄청난 속도를 발휘했기 때문에 매우 길고 크고 고품질의 활주로가 사용되었습니다. 이는 추가 비용, 새로운 비행장 장비, 불편 함을 의미합니다. 전쟁 시간. 수직 항공기는 이러한 모든 문제를 해결할 수 있습니다.
다양한 샘플이 탄생한 것은 50년대였습니다. 하지만 아직 완전히 만들 수 없었기 때문에 한두 가지 버전으로 디자인되었습니다. 적합한 옵션. 결국 그들은 공중으로 떠오르면서 추락했습니다. 실패에도 불구하고 60년대 NATO 위원회는 이 방향을 매우 유망한 것으로 우선순위에 두었습니다. 대회를 만들려는 시도가 있었지만 각 국가는 자체 개발에 집중했습니다. 따라서 전 세계의 다음 장치가 빛을 보았습니다.
- "신기루" III V;
- 독일 VJ-101C;
- XFV-12A.
소련에서는 Yak-36이 그런 터보 비행이되었고 그 다음에는 38이되었습니다. 같은 해에 개발이 시작되었고 테스트를 위해 특별한 파빌리온이 만들어졌습니다. 6년 후 첫 비행이 이루어졌습니다. 즉, 비행기가 수직으로 이륙하여 수평 위치를 취한 다음 수직으로 착륙했습니다. 테스트가 성공적이었기 때문에 38번째 모델이 만들어졌고, 러시아는 90년대에 Yak-141과 201 수직 이륙 항공기를 도입했습니다.
"미라지" III V
비행기 독일 VJ-101C
XFV-12A 항공기
디자인 특징
이러한 장치의 동체는 수직 또는 수평으로 위치할 수 있습니다. 그러나 두 경우 모두 제트 모델과 프로펠러가 있습니다. 주 엔진의 추력을 사용하는 수직 동체를 갖춘 매우 강력한 항공기입니다. 또 다른 옵션은 상승 및 비행 중에 좋은 결과를 제공하는 링 날개입니다.
수평 동체에 대해 더 자세히 이야기하면 회전 날개를 만드는 경우가 많습니다. 또 다른 변형은 프로펠러가 날개 끝에 위치하는 경우입니다. 회전형 모터도 있을 수 있습니다. 영국에서도 유사한 장치를 적극적으로 개발하고 있었습니다. 그들은 1800kg의 추력을 가진 두 개의 엔진을 사용하여 구현되는 혁신적인 프로젝트를 적극적으로 개발하고 있었습니다. 결국, 이것조차도 비행기를 사고로부터 구하지 못했습니다.
이제 전 세계적으로 군대가 아닌 민간 수직 항공기를 개발하는 작업이 진행 중입니다. 이론적으로 이것은 훌륭한 전망입니다. 왜냐하면 크고 값비싼 항공기가 없는 작은 도시에서도 비행기가 쉽게 비행할 수 있고 이착륙이 훨씬 쉬울 것이기 때문입니다. 하지만 현실적으로 이 기술과 아이디어에는 단점이 많다.
수직 항공기가 아직 널리 사용되지 않는 이유는 무엇입니까?
불행히도 모든 개발은 좋은 결과가 있더라도 신뢰성을 자랑할 수 없습니다. 수직 이륙을 돕는 프로펠러 블레이드는 그 크기가 놀랍습니다. 강력한 엔진과 함께 상상할 수 없는 소음을 만들어냅니다. 또한 설계 관점에서 볼 때 경로에 장애물이 없도록 하고 다양한 물체의 침입을 방지하는 것이 필요합니다.
아무리 봐도 속도 제한을 없애는 것은 불가능하다. 물리학 법칙에 따르면 그러한 항공기는 현대 항공기만큼 빠르게 움직일 수 없습니다. 그리고 군용 차량이 시속 1000km라는 환상적인 속도에 도달할 수 있다면 민간 항공의 질량과 크기가 증가하면 그 수치는 시속 700km 이하로 떨어집니다.
접촉 중
레이아웃 다이어그램에 따르면
이륙 및 착륙 중 동체 위치에 따라.
- 수직 위치(소위 테일시터):
- 프로펠러 포함(예: Convair XFY Pogo, Lockheed XFV);
- 반응성;
- 주포의 추력을 직접 이용하여 제트 엔진(예 - X-13 Vertijet);
- 고리 모양의 날개 (딱정벌레);
- 수직적 지위:
- 나사로;
- 회전하는 날개와 프로펠러(XC-142);
- 회전하는 윙팁 프로펠러/팬 포함(V-22 Osprey, Bell X-22);
- 프로펠러의 제트 편향;
- 반응성;
- 회전 모터 포함(Bell D-188);
- 유지 제트 엔진(Hawker Siddeley Harrier)의 가스 제트 편향;
- 리프팅 엔진 포함(Dassault Mirage IIIV);
- 나사로;
VTOL 항공기 제작 및 개발의 역사
GDP 항공기의 개발은 터보제트 및 터보프롭 엔진 제작의 적절한 기술 수준이 달성된 1950년대에 처음 시작되었으며, 이는 잠재적인 군사 사용자와 설계국 모두에서 이러한 유형의 항공기에 대한 광범위한 관심을 불러일으켰습니다. VTOL 항공기 개발의 중요한 원동력은 공군에서의 광범위한 사용이었습니다. 다양한 나라높은 이착륙 속도를 지닌 고속 제트 전투기. 이러한 전투기에는 단단한 표면을 가진 긴 활주로가 필요했습니다. 대규모 군사 작전이 수행되는 경우 이러한 비행장의 상당 부분, 특히 최전선 비행장이 적에 의해 빠르게 무력화될 것이 분명했습니다. 따라서 군 고객은 비행장과 사실상 독립적인 작은 플랫폼에서 수직으로 이착륙할 수 있는 항공기에 관심이 있었습니다. 주요 세계 강대국의 육군 및 해군 대표자들의 관심 덕분에 수십 대의 실험용 항공기가 만들어졌습니다. 다양한 시스템. 대부분의 구조는 1-2개 사본으로 제작되었으며, 일반적으로 첫 번째 테스트에서 이미 사고가 발생했으며 이에 대한 추가 연구는 수행되지 않았습니다. 1961년 6월 수직 이착륙 전투기에 대한 요구 사항을 발표한 NATO 기술 위원회는 서방 국가의 초음속 항공기 개발에 박차를 가했습니다. 1960~70년대에 NATO 국가에는 약 5,000대의 항공기가 필요할 것으로 추정되었으며, 그 중 첫 번째 항공기는 1967년에 운용될 예정이었습니다. 이러한 많은 수의 제품에 대한 예측으로 인해 6개의 GDP 항공기 프로젝트가 출현했습니다.
- P.1150영국 회사 "Hawker-Siddley"와 서독 "Focke-Wulf";
- VJ-101서독 남부 협회 “EWR-Süd”(“Belkow”, “Heinkel”, “Messerschmitt”);
- D-24네덜란드 회사인 Fokker와 American Republic;
- G-95 이탈리아 회사"명령";
- 미라지 III V프랑스 회사 "Dassault";
- F-104G영국 회사 Short 및 Rolls-Royce와 함께 미국 회사 Lockheed의 GDP 버전에서.
모든 프로젝트가 승인된 후, 제안된 모든 프로젝트 중에서 경쟁을 선택해야 했습니다. 최고의 프로젝트그러나 대량 생산을 시작하기 위해 프로젝트가 경쟁에 제출되기 전에도 일어나지 않을 것이라는 것이 분명해졌습니다. 각 주마다 다른 주와는 다른 미래 항공기에 대한 자체 개념이 있으며 한 회사 또는 회사 그룹의 독점에 동의하지 않을 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 영국군은 그들의 회사를 지원하지 않았지만 프랑스 프로젝트, 독일은 록히드 프로젝트 등을 지원했습니다. 그러나 마지막 밀짚은 프랑스였으며 경쟁 결과에 관계없이 Mirage III V 항공기 프로젝트에 참여하겠다고 선언했습니다.
정치적, 기술적, 전술적 문제는 새로운 요구 사항을 개발한 NATO 위원회의 개념 변화에 영향을 미쳤습니다. 다목적 항공기 제작이 시작되었습니다. 이러한 상황에서 제시된 프로젝트 중 단 두 개만이 최종 목표에 도달했습니다. 예비 디자인: 프랑스 정부의 자금 지원을 받은 Mirage III V 항공기와 서독 산업의 자금 지원을 받은 VJ-101C 항공기. 이 항공기는 각각 3대와 2대가 제작되었으며 1966년과 1971년까지 테스트를 거쳤습니다(그 중 4대는 사고로 사망했습니다). 1971년 미 해군 항공 사령부의 명령에 따라 서방 국가의 세 번째 초음속 항공기인 미국 XFV-12A에 대한 작업이 시작되었습니다.
그 결과, 제작 및 생산된 Sea-Harrier VTOL 항공기만이 활발하고 성공적으로 사용되었습니다. 포클랜드 전쟁 당시. VTOL 항공기의 현대적 개발은 5세대 전투기인 미국의 F-35이다. F-35를 VTOL 항공기로 개발하는 과정에서 Lockhead Martin은 Yak-141에 구현된 다양한 기술 솔루션을 적용했습니다.
소련과 러시아의 VTOL 프로그램
그러나 VTOL 항공기의 단점도 심각한 것으로 나타났습니다. 이러한 유형의 항공기를 조종하는 것은 조종사에게 매우 어렵고 조종 기술에 있어서 가장 높은 자격을 요구합니다. 이는 특히 호버링에서 수평 비행으로 전환한 후 다시 돌아오는 순간에 호버링 및 전환 모드의 비행에 영향을 미칩니다. 실제로 VTOL 제트기의 조종사는 양력을 전달해야 하며 그에 따라 기계의 무게도 날개에서 추력의 수직 가스 제트로 또는 그 반대로 전달되어야 합니다.
조종 기술의 이러한 특징은 복잡한 작업 VTOL 조종사 앞. 또한 호버링 및 전환 모드에서 VTOL 항공기는 일반적으로 불안정하고 측면 미끄러짐이 발생하기 쉽습니다. 이 순간 가장 큰 위험은 리프팅 엔진의 고장 가능성입니다. 이러한 실패로 인해 직렬 및 실험용 VTOL 항공기에서 사고가 자주 발생했습니다. 단점으로는 기존 항공기에 비해 VTOL 항공기의 탑재량과 비행 범위가 현저히 낮고, 수직 비행 모드에서 높은 연료 소비, VTOL 항공기 설계의 전반적인 복잡성과 높은 비용, 고온 가스 엔진 배기로 인한 활주로 표면 파괴 등이 있습니다.
이러한 요인들과 20세기 70년대 세계 시장의 유가(및 이에 따른 항공 연료)의 급격한 상승으로 인해 여객기 및 수송용 제트 VTOL 항공기 분야의 개발이 실질적으로 중단되었습니다.
제안된 많은 VTOL 제트 수송 프로젝트 중 하나만 실제로 완료되고 테스트되었습니다. ] Dornier Do 31 항공기는 그러나 이 항공기는 양산되지 않았습니다. 위의 모든 사항을 바탕으로 제트 VTOL 항공기의 광범위한 개발 및 대량 사용 전망은 매우 의심스럽습니다. 동시에, 전통적인 디자인에서 벗어나 현대적인 디자인 경향이 있습니다. 반응 회로프로펠러 구동 그룹(일반적으로 틸트로터)이 있는 VTOL 항공기를 선호합니다. 특히 이러한 기계에는 현재 대량 생산되는 Bell V-22 Osprey가 포함되며 이를 기반으로 개발되고 있습니다.
현대 군용 항공의 "아킬레스건"은 비행장입니다. 활주로만큼 많지도 않습니다. 최신 세대의 가장 정교한 전투기도 적군이 파괴하면 쓸모없게 될 것입니다. 모든 현대 군대에는 그러한 작전을 수행할 수 있는 12가지 수단이 있습니다. 위의 내용은 특히 최전선 항공과 관련이 있습니다.
하지만 이 문제에 대한 아주 간단한 해결책이 있습니다. 비행기에 활주로가 전혀 필요하지 않은지 확인하는 것입니다. 그것은 관하여문자 그대로 작은 지점에서 하늘로 날아갈 수 있는 수직 이착륙(VTOL) 항공기에 대해 설명합니다.
설계자들은 오랫동안 그러한 항공기를 만드는 것에 대해 생각해 왔으며 VTOL 항공기 프로젝트의 개발은 항공 시대가 시작된 직후에 시작되었습니다. 하지만 기술적 능력엔지니어가 꿈을 실현하는 것을 허용하지 않았습니다.
소련 최초의 수직 이착륙 항공기는 1966년에 이륙한 Yak-36이었습니다. 이 프로젝트의 연속은 Yak-38 시리즈였습니다.
VTOL 개발은 영국에서 더 성공적이었습니다. 이미 1960년에 Hawker 회사는 수직 이륙이 가능한 프로토타입 항공기를 만들었습니다. 이 프로젝트 성공의 주요 구성 요소 중 하나는 Rolls-Royce가 3600kg의 추력을 4개의 회전 노즐로 개발할 수 있는 독특한 엔진을 만들어 자동차의 이륙을 보장했다는 것입니다. 1969년에 Hawker Siddeley Harrier GR.1 VTOL 항공기가 영국 공군에 채택되었습니다. 오늘날 Harrier는 이미 전투 작전에 참여하고 고성능 특성을 지닌 여러 국가(영국 및 미국 포함)에서 운용되고 있는 여러 세대의 전투기입니다.
소련에서 수직 이착륙 항공기의 운명은 미사일과 항공 무기를 모두 갖춘 선박인 항공기 운반 순양함 건설을 위한 프로그램(프로젝트 1143) 개발과 밀접한 관련이 있습니다.
70년대 중반, 적의 공습으로부터 함선을 보호할 수 있는 함재기 기반 VTOL 전투기의 개발이 시작되었습니다. 소련에서 "수직 시스템"을 만든 경험은 야코블레프 설계국에만 있었고 이 경험은 너무 긍정적이라고 할 수 없습니다.
소련 해군이 채택한 Yak-38은 추력 대 중량 비율이 매우 낮았으며 동시에 3개의 엔진을 장착했습니다. 디자이너들은 차량을 최대한 가볍게 만들어야 했고 심지어 온보드 레이더도 제거했습니다. 엔진은 동기식으로 작동하기를 원하지 않았으며 남위도에서는 단순히 시작되지 않았습니다. 항공기는 소구경 폭탄과 무유도 미사일만 탑재할 수 있어 전투 가치가 거의 0으로 떨어졌습니다. 이 비행기에서는 재난이 끊임없이 발생했습니다.
또한 이륙 중량을 줄이기 위해 Yak-38은 제한된 연료 공급을 받아야 했고 이로 인해 범위가 크게 감소했습니다.
함대의 요구에 맞는 새로운 VTOL 항공기 Yak-141을 제작하는 프로젝트는 1975년에 시작되었습니다. 국가 시험은 1982년으로 예정되어 있었습니다. 새로운 항공기는 초음속 전투기로 구상되었으며, 처음에는 단일 엔진을 장착할 계획이었지만 나중에는 복합 발전소를 갖춘 항공기가 선호되었습니다.
Yak-141 항공기는 항공기 운반 순양함(TAKR) Baku, Ulyanovsk, Riga 및 Tbilisi와 함께 운용될 예정이었습니다. 또한 이들 군함의 현대화 이후 민스크와 키예프 항공모함에 새로운 전투기를 장착할 계획도 있었습니다. Yak-141은 구식이고 성공하지 못한 Yak-38을 대체할 예정이었습니다.
발전소는 세 개의 엔진으로 구성되었습니다. 두 개의 리프팅 RD-41과 하나의 리프팅 및 유지 R-79. 발전소의 작동은 전자적으로 제어되었으며 Yak-141이 선박 갑판에서 수직 또는 짧은 이륙을 제공할 수 있었습니다.
1980년에 군대는 미래 항공기에 대한 요구 사항을 약간 변경했습니다. 이 항공기는 공중 표적을 파괴할 수 있을 뿐만 아니라 적 군함과 지상 표적을 공격할 수 있는 다목적이어야 합니다. 즉, 공격기의 기능을 수행하는 것입니다.
엔진 문제로 인해 Yak-141의 테스트는 지속적으로 연기되었습니다. 1987년에야 시작되어 1990년까지 4대의 전투기 프로토타입이 제작되었습니다. 선박 갑판에서의 이착륙에 대한 전체 테스트는 1991년 9월에 이루어졌습니다. 테스트 기간 동안 속도와 하중 용량 부문에서 12개의 세계 기록이 수립되었습니다. 테스트 중에 항공기 중 하나가 추락했습니다. 조종사는 탈출했지만 항공기는 복구되지 않았습니다. 사고 원인은 조종사의 실수였다.
이 항공기는 국내 항공기 산업 발전의 중요한 단계일 뿐만 아니라 세계 항공 역사상 획기적인 기계가 되었으며, 음속 장벽을 무너뜨린 최초의 수직 이착륙 항공기였습니다. Yak-141은 최대 전투 부하로 수직으로 이륙할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
이 비행기는 매우 운이 좋지 않았는데, 거대한 나라가 이미 마지막 달을 살아가고 경제가 나락으로 떨어지는 순간에 나타났습니다. Yak-38의 운용에 대한 쓰라린 경험을 가진 군은 수직 항공기에 대해 매우 불신했습니다. 이 유망한 프로젝트의 불명예스러운 끝에서 최소한의 역할은 테스트 중 Yak-141 사고로 인해 수행되었습니다. 1992년에는 이 매우 유망한 항공기에 대한 작업을 계속할 자금이 없었습니다.
Yakovlev 설계국은 Yak-43과 Yak-201이라는 두 대의 VTOL 항공기에 대한 프로젝트를 더 만들었지만 서류상으로는 남아 있었습니다. 개발자는 제공하려고 새차해외 바이어가 있었지만 주문이 없었습니다. 미국인(록히드 마틴)과 짧은 협력도 있었지만 역시 허사로 끝났다.
2003년 Yak-141 전투기 프로젝트는 공식적으로 종료되었습니다.
설명
Yak-141은 고익 항공기로 일반적인 공기 역학적 설계에 따라 제작되었으며 복합 발전소를 갖추고 있습니다. 항공기 동체의 26%가 금속으로 만들어짐 복합 재료, 일부 요소는 내열성 티타늄 기반 합금으로 만들어졌습니다. 본체는 무게가 더 가벼운 알루미늄-리튬 합금을 적극적으로 사용합니다.
항공기 동체는 세미모노코크형으로 직사각형 단면. 리프팅 및 추진 엔진은 후방 부분에 위치하며, 두 개의 리프팅 엔진이 조종석 바로 뒤의 뱃머리에 위치합니다. 동체의 앞쪽 부분은 뾰족한 모양입니다.
날개는 사다리꼴 모양이며 직선형 스위프와 뿌리 처짐으로 높은 위치에 있습니다. 날개는 항공기가 초음속에 도달하고, 기동성 있는 공중전을 수행하며, 장거리 순항 비행을 수행할 수 있도록 설계되었습니다.
꼬리 장치는 이중 지느러미가 있으며 방향타와 모든 움직이는 안정 장치로 구성됩니다. 두 개의 원격 빔에 부착되며 그 사이에는 리프팅 추진 엔진의 노즐이 있습니다.
공기 흡입구는 직사각형 모양이며 조종석 바로 뒤에 있습니다. 공기 흐름은 수평 웨지를 사용하여 제어됩니다.
랜딩기어는 다리가 3개로 되어 있어 5미터 높이에서 떨어지는 비행기를 견딜 수 있습니다.
Yak-141 발전소에는 두 개가 포함됩니다. 리프팅 모터(PD) RD-41 및 1개의 서스테인 리프트(PMD) R-79. 또한 수직 이륙 조종 중에는 리프트 추진 엔진으로 구동되는 제트 방향타가 사용됩니다. 설계상 Yak-141은 복합 발전소를 갖춘 현대 미국 VTOL 항공기 F-35B와 가깝습니다.
RD-41 리프트 엔진은 항공기 앞쪽, 조종석 바로 뒤의 특수 구획에 위치해 있습니다. 수평 비행 중이나 주차 시 엔진은 상단과 하단의 특수 플랩으로 닫힙니다. 이륙 또는 착륙 중에는 열려 엔진에 공기를 공급하고 노즐이 열립니다. 엔진은 수직에 대해 10° 각도로 설치되며, 노즐은 엔진 축에서 수직으로 ±12.5° 벗어날 수 있습니다. RD-41은 단일 회로, 단일 샤프트 터보제트 엔진으로 550km/h를 초과하지 않는 속도에서 작동할 수 있습니다.
R79V-300 리프트 추진 엔진은 애프터버너와 가변 추력 벡터링 기능을 갖춘 바이패스 터보제트 엔진입니다. 항공기 본체 후면에 위치합니다. 이 엔진의 로터는 회전합니다. 다른 측면, 압축기는 향상된 가스 역학 안정성을 특징으로 하며 연소실에는 독특한 와류 버너가 포함되어 있습니다. 엔진 노즐은 회전 가능하고 단면적을 조정할 수 있으며 추력 벡터를 95°까지 편향시킬 수 있습니다. 애프터버너에서 R79V-300의 최대 추력은 15,500kgf입니다.
Yak-141은 3번의 이륙이 가능합니다. 다른 방법들: 수직, 짧은 상승 및 미끄러짐(초단거리 이륙). 수직 이륙 중에는 주 엔진의 노즐이 최대 각도로 편향되며, 짧은 이륙 및 미끄러짐이 있는 이륙 중에는 65°입니다. 슬립으로 이륙할 때 이륙 길이는 6미터입니다.
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실험적인 수직 이착륙 제트 항공기 X-13 "Vertijet"은 1950년대 중반 Ryan Aeronautical이 미 공군을 위해 제작했습니다. 두 대의 항공기가 제작되었습니다.
최초의 수직 이착륙(VTOL) 항공기인 X-13 "Vertijet"은 1955년에 제작되어 미 공군 기지에서 지상 테스트를 시작했습니다. 이착륙. 지상 테스트에는 수직 위치에서 15시간, 수평 위치에서 10시간의 벤치 테스트가 포함되었습니다.
VTOL X-13 "Vertijet"의 첫 번째 호버링 비행은 1956년 초에 이루어졌으며, 1956년 11월 수직 이륙에서 수평 비행으로 전환한 후 수직 착륙으로 전환하는 첫 비행이 이루어졌습니다.
1956년에 라이언은 두 번째 실험용 수직 이륙 항공기인 X-13을 제작했는데, 이 항공기는 달리기 시작으로 이륙하고 호버 비행에 들어간 후 롤링 착륙을 하는 기존의 3륜 랜딩 기어를 장착했습니다. X-13 Vertijet 항공기를 테스트하는 과정에서 Ryan은 여러 가지 새로운 문제에 직면했습니다. 그 중 하나는 엔진 회전 질량의 자이로스코프 효과와 방향 및 세로 제어에 영향을 미치는 자이로스코프 세차 운동을 극복해야 한다는 것이었습니다. X-13 자동 안정화 시스템 개발. 또 다른 문제는 일시적인 조건에서 30° 이상의 받음각에서 델타 날개의 흐름 정체로 인해 항공기 움직임이 불안정해지는 것이었습니다.
X-13 "Vertijet" 항공기는 꼬리가 없고 델타익과 터보제트 엔진이 장착되어 있으며 기존 랜딩 기어가 없습니다.
동체는 약간 길어지고 조종석은 코에 위치합니다. 수직 이륙에서 수평 비행 및 후진으로 전환할 때 조종석은 앞으로 70° 기울일 수 있습니다. 특히 수직 이착륙 시 가시성을 높이기 위해 캐노피에는 넓은 영역유약을 바르고 자동차처럼 객실에 백미러가 설치되었습니다.
날개는 삼각형이고 높이 장착되어 있으며 종횡비가 낮고 폭이 6.4m이며 앞쪽 가장자리를 따라 약 60°의 스윕이 있습니다. 날개 면적 - 17m2, 날개 하중 215kg/m2. 날개에는 에일러론이 있고 날개 끝에는 작은 수직 와셔가 설치되어 있습니다.
X-13 "Vertijet" 항공기의 설계 특징은 랜딩 기어가 없다는 것입니다. 항공기를 이착륙하려면 경사로가 설치된 트롤리가 사용되며 후자는 유압 실린더로 들어 올려 수직 위치를 취할 수 있습니다. 항공기 이륙을 준비할 때 경사로를 낮추고 항공기를 그 위에 올려 놓은 다음 상승시킵니다. 항공기의 동체 앞 부분에는 경사로의 견인 케이블에 연결되는 고리가 있습니다. 또한 실험용 항공기에는 보조 트러스 스트럿이 동체 중앙 부분에 설치되어 경사로에 놓입니다. 경사로가 수직 위치로 올라가면 비행기는 "박쥐처럼" 갈고리에 매달려 있습니다.
비행기가 후크에 매달린 경사로에서 수직 이륙하는 동안 조종사는 엔진 추력을 증가시키고 비행기는 위쪽으로 이동하며 후크가 케이블에서 분리되고 비행기가 수직으로 상승한 다음 점차적으로 수평 비행에 들어갑니다.
착륙하기 전에 조종사는 항공기를 수평 위치에서 엔진 추력에 의해 지지되는 수직 위치로 이동시킵니다. 추력이 감소하면 비행기가 하강하고 엔진 추력과 가스 및 제트 방향타를 제어하여 조종사는 후크가 케이블에 걸릴 때까지 비행기를 경사로로 가져옵니다. 그 후 경사로는 항공기와 함께 수평 위치로 내려갑니다.
조종사가 경사로에 접근할 때 경사로까지의 거리를 정확하게 결정할 수 있도록 구분이 표시된 측정 막대를 경사로에 수평 위치로 설치했습니다. 또한 경사로 상단에는 조종사에게 수신호를 보내는 운영자가 있는 플랫폼이 있습니다.
Ryan에 따르면 이러한 수직 이착륙 항공기의 이착륙 방법은 항공기 설계를 크게 단순화하고 기존 착륙 장치가 필요 없으며 항공기 무게를 줄이는 등 여러 가지 장점을 제공합니다. 구조. 램프 카트는 항공기를 전투 지역으로 이동하거나 유지 관리하는 데에도 사용할 수 있습니다.
X-13 "Vertijet" 항공기의 발전소는 동체 후방에 설치된 Rolls-Royce Avon R.A.28 터보제트 엔진 1개로 구성되며, 공기는 측면 공기 흡입구를 통해 엔진으로 들어갑니다. 엔진 추력은 4540kgf이며 항공기 이륙 중량은 3630kg이며 추력 대 중량 비율은 1.25입니다.
수평 비행에서는 에일러론과 방향타를 사용하여 항공기를 제어합니다. 수직 모드에서 항공기는 가스 방향타와 제트 제어 시스템을 사용하여 제어됩니다. 제트 노즐은 날개 끝에 있으며, 압축 공기, 터보제트 엔진의 압축기에서 가져온 것입니다.
두 VTOL 항공기 모두 비행 테스트를 성공적으로 통과했으며, 1958년에 X-13 "Vertijet" VTOL 항공기의 개발이 수평 동체 위치의 VTOL 항공기를 선호했던 공군에 의해 중단되었을 때 비행 사고 없이 완료되었습니다. 두 개의 실험용 VTOL X-13의 개발, 건설 및 테스트에 드는 총 비용은 700만 달러를 초과했습니다. 그럼에도 불구하고 미 공군과 해군은 수직 동체를 갖춘 VTOL 설계로 반복적으로 복귀하여 항공모함 기반 경전투기에 사용할 것을 제안했습니다. 회전 경사로에서 이륙하는 항공모함.
VTOL X-13 "Vertijet"의 비행 특성
승무원, 사람: 1;
길이, m: 7.14;
날개 폭, m: 6.40;
높이, m: 4.62;
자체 중량, kg: 2424;
최대 이륙 중량, kg: 3272;
동력장치: Rolls-Royce Avon 터보제트 엔진 1개(이륙 추력 4540kgf)
최대 속도, km/h: 560;
범위, km: 307;
실제 천장, m: 6100;
"수직 이착륙 항공기: 과거, 현재, 미래"
크라모프 막심 아나톨리에비치
업무 계획.
소개.
수직 이착륙 항공기란 무엇입니까?
VTOL 항공기의 과거.
실제 VTOL
VTOL 항공기의 예상되는 미래.
결론.
소개.
우리는 비행기가 활주로를 따라 가속하면서 이륙해야 한다고 생각하는 데 익숙합니다. 그러나 역사는 수직 이착륙 항공기의 많은 설계를 알고 있습니다(간단히 VTOL 항공기라고 함). 그러나 영국 해리어와 그 개조만이 실제로 널리 퍼졌습니다. 나는 목표를 설정했습니다. 이 작업에서는 과거 VTOL 항공기 개발에 대해 이야기하고 향후 30~40년(6세대)에 걸쳐 VTOL 항공기 개발 가능성이 있는 경로를 결정하는 것입니다.
수직 이착륙 항공기란 무엇입니까?우선 수직 이착륙 항공기가 무엇인지 명확히하고 싶습니다. 이 용어는 동체에 엔진이 있고 추력 벡터 제어 시스템이 장착된 항공기를 의미합니다. 이를 통해 수직으로 이착륙할 수 있지만 활주로에서 일반 항공기처럼 이륙할 수 있는 능력은 박탈되지 않습니다. . 정확히 이 유형의 기계는 50년대에만 나타났습니다. 이전에는 항공기 수직 이륙 프로젝트가 있었지만 설계의 복잡성으로 인해 구현되지 않았습니다. 전통적인 VTOL 항공기에는 널리 사용되는 Harrier, Yak-38 및 널리 사용되지는 않는 Yak-141 및 F-35B가 포함됩니다. 이 기계에는 단점과 장점이 있었습니다.
그가 나타난 이유는 무엇입니까?
내가 정의한 유형의 VTOL 항공기에 대한 필요성은 50-60년대에 나타났습니다.소련이 유럽에서 적대 행위를 준비하고 있었을 때. 미국 전략가들은 전쟁이 발발하면 비행장이 신속하게 작동하지 않거나 더 나쁘게는 점령당할 것이라고 논리적으로 가정했습니다. 방공스스로를 떠맡았다소련 항공에 대응하는 임무의 일부,헬리콥터는 또한 퇴각하는 동안 군대를 지원하는 임무의 일부를 맡았습니다. (Bundeswehr는 우월한 군대를 견딜 수 없습니다 소련군), 그러나 그들은 이것을 하기에는 너무 불완전했고, 너무 느리고, 너무 취약하고, 무장이 너무 약했습니다. 따라서 전장에서 군대를 지원하는 동시에 항공기에 대응하기 위해 항공기가 필요했습니다. 문제는 활주로의 길이와 품질에 대한 당시 전투기의 요구로 인해 더욱 촉발되었습니다. 그러한 항공기를 사용하는 또 다른 방법은 전쟁 중에 건조된 항공모함에 설치하는 것입니다.왜냐하면 항공모함은 크기가 작기 때문에 현대의 항공모함 기반 전투기를 수용할 수 없습니다. 임무가 설정되고 작업이 시작되었습니다.
과거 수직 이착륙 항공기
최초의 수직 이착륙 항공기이자 실제로 적대 행위(포클랜드 전쟁)에 참여한 유일한 항공기는 해리어(Harrier)였습니다. 하나가 아닌 4개의 노즐이 서로 다른 측면에 대칭적으로 배치된 독특한 롤스로이스 페가수스 엔진 덕분에 등장했습니다. 이는 수직 이착륙 시스템의 "사하중"을 최소화했지만 노즐과 그에 따른 엔진은 객실과 매우 가까운 질량 중심에 설치되어야 했습니다. 엔진 덕분에 비행기는 공중전에서 헬리콥터 기술을 사용할 수 있어 한 번 이상 비용을 절약했지만 조종사에게 압력을 가했습니다. 추가 요구 사항. 이론적으로 엔진의 적절한 개발과 공기역학의 개선을 통해 초음속의 속도를 달성하는 것은 충분히 가능합니다.
국내 VTOL 항공기는 처음에는 명확한 목표 없이 단순히 서구 항공기에 대한 대응으로 설계되었지만 결과적으로 적용을 찾았습니다. VTOL 항공기는 항공모함 기반 항공기로 사용되도록 고안되었습니다. 국내 VTOL 항공기 Yak-38 및 Yak-141은 Harrier와 수직 획득 시스템이 다르며 2개의 리프팅 엔진과 1개의 리프팅 추진 엔진 등 3개의 엔진이 설치되어 있으며 출력만 다릅니다. 근본적인 차이점이 없음에도 불구하고 항공기는 특성과 측면 모두에서 매우 다른 것으로 나타났습니다. 모습. Yak-141의 속도, 항속거리, 탑재량은 Yak-38에 비해 몇 배 더 컸는데, Yak-38은 사거리가 짧아 '최첨단 방어기'라는 별명까지 얻었습니다. 이는 Yak-38의 낮은 추력 대 중량 비율과 항공기의 전반적인 저개발로 인해 발생했습니다. 항공기는 실제로 실험 기계였으며 인프라 및 조종 기술을 테스트하기 위한 과도기 단계로 만들어졌습니다. 대부분의 사고는 조종 경험 부족으로 인해 발생합니다. 그러나 Yak-141은 국내 VTOL 항공기 발전의 정점이 아니었고 Yak-43 프로젝트는 이를 기반으로 개발되었습니다. 이 항공기에 대한 정보는 거의 없지만 추력 25,000kgf의 NK-25 폭격기 엔진 또는 추력 17,000kgf의 P134-300을 설치할 계획인 것으로 알려져 있습니다. 그러나 한 가지 확실한 점은 레이더 신호를 줄이는 기술을 사용하는 항공기라는 것입니다. 이 항공기는 가장 발전된 VTOL 항공기로 간주되었습니다.
본 수직 이착륙 항공기
그러나 페레스트로이카와 그에 따른 붕괴 소련이 분야의 발전의 기치를 미국에 넘겼고, 당시 새로운 국방 프로그램 JSF(Joint Strike Fighter)가 등장했습니다. 육군, 해군 및 해병대를 위한 단일 전투기 제작을 제공하는 이 프로그램에 따라 록히드 마틴의 X-35와 보잉의 X-32라는 두 가지 프로토타입이 발표되었습니다. 보잉의 프로토타입은 해리어에 포함된 아이디어를 발전시킨 것이었고 내 생각에는 좀 더 진보적이었다. 그러나 약한 엔진으로 인해 F-35라는 명칭을 받은 Lockhod Martin의 프로토타입에 패했습니다. 일반적으로 F-35는 Yak-141, F-22 Raptor 및 이전 F-24 프로젝트 개발 사이의 교차점입니다. Yak-141에서 그는 추진 시스템, 수직면에서 회전하는 노즐이 있는 엔진 및 추가 모터에 대한 아이디어를 얻었습니다. 이와는 별도로, 서로 다른 방향으로 회전하는 로터에 대해 말씀드리고 싶습니다. Yak에서는 자이로스코프 모멘트를 보상하기 위해 이러한 작업이 수행되었습니다. 그는 F-22 랩터의 꼬리 유닛을 가져왔습니다. F-24의 기수 부분에는 공기 흡입구와 조종석이 있습니다. 새로운 것은 사다리꼴 날개였습니다. AV-8B Harrier II를 대체하기 위한 해병대용 F-35B, F-16 및 F-35C를 대체하기 위한 공군용 F-35A, 그리고 F를 대체하기 위한 해군용의 세 가지 버전이 있었습니다. /A-18. F-35B는 다른 비행기와 달랐습니다 가장 작은 크기무게, 리프팅 임펠러의 존재. Yak-141처럼 리프팅 모터를 사용하는 대신 전투기 중 가장 강력한 Pratt & Whitney F-135 엔진으로 구동되는 임펠러를 갖추고 있습니다.
내 주관적인 의견으로는 VTOL 항공기의 미래는 매우 모호하며 전혀 쓸모가 없습니다. 5세대 VTOL 항공기는 이제 군대의 요구를 충족시키기 위해 개발되었습니다. 그러나 최신의 가장 발전된 VTOL 항공기인 F-35B의 개발로 미 국방부는 560억 달러 이상의 비용을 지출했고, 또한 미국 군사 예산의 5,000억 달러 삭감으로 인해 6세대 VTOL 항공기의 개발이 시작되었습니다. 미국은 여전히 큰 물음표로 남아있습니다. 러시아는 또 다른 문제입니다. 우리는 VTOL 항공기 개발에 대한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다. 또한 우리는 군사 예산을 늘리고 있으며, 앞으로 러시아가 6세대 VTOL 항공기 개발을 시작할 것으로 기대하고 있습니다.
우선, 나는저는 미래가 쌍발엔진 VTOL 항공기에 있다고 생각합니다. F-35, Harrier, Yak-141과 같은 대부분의 클래식 VTOL 항공기에는 엔진이 하나 있습니다. 엔진 하나는 무게도 두 개도 안 되고 연료 소모도 적기 때문에 좋지만, 이 역시 문제를 더합니다. 필요한 추력 대 중량 비율을 제공하려면 항공기가 가벼워야 합니다. 아니면 엔진이 매우 강력해야합니다 . 그리고 항공기는 시간이 지남에 따라 점점 더 무거워지기 때문에 VTOL 항공기에는 두 개의 엔진을 장착해야 합니다. 또한 엔진이 두 개라는 것은 엔진이 고장나거나 로켓, 발사체 또는 새에 의해 손상될 경우 비행기가 결국 비행장으로 돌아올 수 있는 확률이 두 배라는 것을 의미합니다.둘째, 문제가 발생합니다. 어떤 종류의 엔진이 될까요? Harrier의 Rolls-Royce Pegasus와 Boeing X-32의 Pratt & Whitney F119-PW-100과 같은 단일 리프트 추진 엔진은 VTOL 장비의 무게를 최소화하지만 리프트 노즐을 위치시켜야 하기 때문에 무게 중심에서 엔진은 동체 외부에 위치한 추진 노즐을 사용하여 이를 수행해야 하며, 이는 공기 역학, EPR, 노즐의 가스 유량 등에 부정적인 영향을 미치거나 엔진을 길게 만들거나 비행기를 만듭니다. 제트 기류를 꼬리에 있는 노즐로 보내기 위해 짧게 설정합니다.
F119-PW-100(SE614) 롤스로이스 페가수스
실제로 Lockheed Martin F-35 Lightning II의 Pratt & Whitney F135-400과 Yak-141의 P79B-300+2xRD-41과 같이 서로 다른 두 개의 엔진으로 분할된 추진 시스템은 다음과 같은 일부 엔진을 제거합니다. 항공기 길이 제한. 이에 대한 대가는 비행기가 비행 내내 거의 쓸모없는 리프팅 추진 시스템을 탑재해야 한다는 것입니다. F-35의 경우 비행기가 더 넓어져야 하고 Yak-141의 경우에는 힘이 필요합니다. 추가로 연료를 공급하기 위한 것입니다.
Yak-141 항공기의 리프팅 및 추진 엔진 F-35B 항공기의 원격 제어 다이어그램
엔진의 선택은 항공기의 목적에 따라 달라집니다. 공격기의 경우 생존 가능성, 소박함, 신뢰성이 중요합니다.
전투기의 경우 연료 소모가 적습니다. 따라서 VTOL 항공기의 목적에 따라 엔진이 다를 수 있습니다.
공격 항공기에는 높은 기동성을 제공하고 많은 양을 차지하지 않는 롤스로이스 페가수스와 유사한 엔진이 필요합니다.전투기의 경우 분할 추진 시스템을 선택해야 합니다. ESR이 낮고 추력 대 중량 비율이 높기 때문입니다.
공격기의 주요 임무 수직 이륙상륙 공격에 대한 지원이 있을 것입니다. 그것은 범용 상륙함을 기반으로 할 것입니다. 수직 이륙 전투기는 경항공모함을 기반으로 하며 슈퍼캐리어의 표준 항공모함 기반 전투기와 동일한 기능을 모두 수행합니다.
결론.
작업 과정에서 나는 VTOL 항공기의 역사와 전망을 검토했으며 21세기에 비행할 것이라고 믿었습니다. 왜냐하면 VTOL 항공기는 활주로에 부착되어 비행기나 헬리콥터가 수행할 수 없는 작업을 수행할 수 있기 때문입니다. 그들의 제한된 속도. 불행히도 VTOL 항공기 개발에는 여전히 극복할 수 없는 장애물이 있습니다. 기술적 포인트관점은 이륙 모드 중 엄청난 연료 소비입니다. 그러나 기술이 발전함에 따라 이러한 단점은 극복될 수 있다. 그리고 아마도 VTOL 항공기가 너무 느린 헬리콥터를 대체하고 복잡한 인프라가 필요한 항공기를 대체하여 단일 클래스를 형성하는 순간이 올 것입니다. 항공기미래.
정보 출처
E.I. Ruzicki 유럽 수직 이륙 항공기입니다. - 모스크바. 아스텔 AST. 2000년 20-44페이지; 105-108; 144-150.
어린이를 위한 백과사전. 기술. 출판사 "Avanta" 2005. p.566; 574; 585-586; 593
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