— Бывает два типа самолётов: здоровенные, храбрые самолеты и маленькие СВВП (самолёт вертикального взлёта и посадки).
— Я просто принес проект...
— Каждый СВВП всегда стоит и зорко озирается. Только мозгов у него нет. И как только почует возможность вертикально взлететь, так он сразу оживляется. И вот ты решил, что здесь пахнет старой доброй короткой полосой и приволок с собой свои лишние двигатели, чтобы повеселиться. Но ты немного перепутал: никакой эффективностью здесь даже не пахнет. Здесь только перерасход топлива, проблемы с надёжностью и лишние тонны массы. Щас ты пожалеешь о том, что не родился нормальным самолётом. Как и положено безмозглому СВВП, ты не разбираешься в ситуации. А теперь ты начинаешь отказывать и твои маленькие лишние двигатели отказывают вместе с тобой. Ловить здесь тебе нечего. Вместе с твоим вертикальным взлётом. А теперь — взлетел по-нормальному.
Если говорить чуть более серьёзно, то всё началось в 50-х. Рост скоростей самолётов потребовал увеличивать стреловидность крыла, стреловидное крыло (при равном удлинении и равной массе) хуже создавало подъемную силу, нежели прямое, скорости отрыва/посадки начали расти, потребовалось буквально везде удлинять взлётно-посадочные полосы, их стало легче разбомбить... И дабы избежать этой мороки, учёные мужи стали думать, как бы нам укоротить взлёт/посадку, а лучше и вовсе сделать их вертикальными?
Согласитесь, это очень удобно, когда твоему самолёту не нужна полоса и он может взлетать с любого поля, куда грузовик привезёт топливо и средства поражения. Так что от этой идеи возбудились и сапоги, и морячки. У последних на палубе места всегда меньше, чем на суше. Но чугунная реальность в очередной раз напомнила, что не просто так чугун почти не используют в авиастроении, а СВВП, за 3,5 исключениями, никому не нужен.
Итак, представим два сферических истребителя в вакууме, от которых заказчик требует +- одинаковые ЛТХ. Какие проблемы возникнут у СВВП? Ему, чтобы взлететь вертикально, нужно: 1. Выдавать очень много силы тяги (куда больше, чем масса летательного аппарата, иначе мы просто будем греть палубу); 2. Каким-то образом выдавать её не только в хвосте (где привычно располагаются реактивные сопла), но и ближе к носовой части, иначе взлетит только хвост, а морда вспашет землю, да и управляться потом тоже надо...
Пункт 1 "всего лишь" означает, что нужна тяговооруженность >1, а это или радикальное облегчение конструкции в ущерб прочности, или (а чаще и то, и то...) очень мощный двигатель с куда большим расходом топлива. А, значит, у нас уменьшение боевого радиуса или массы полезной нагрузки. Или увеличение габаритов/массы самолёта, чтобы впихнуть ещё топливный бак (что в 99% случаев даёт ещё и новые проблемы с центровкой, которая очень чувствительна у такого типа ЛА). Или подвеску ПТБ вместо бомбы. В таком случае, "обычный" самолёт оказывается лучше по ЛТХ в разы.
Пункт 2 имеет несколько решений:
1. Мы ставим двигатели на законцовки крыла и присобачиваем поворотный механизм (VJ-101C). Получаем: лишний механизм, который даёт лишнюю массу и влечёт за собой риски, связанные с вероятностью отказа; гарантированную катастрофу в случае отказа одного двигателя.
2. Мы ставим подъемные двигатели. Допустим, мы решили миллиард проблем с "куда и как впихнуть, чтоб результирующий вектор тяги был там же, где центр масс". Можем переложить взлет только на них (Dornier Do. 31), можем добавить механизм поворота реактивного сопла на маршевый двигатель (Як-38/141, фото 4). В чем тут проблема? В том, что топливо жрёт два (и больше) рта вместо одного, и что весь полёт, кроме взлёта и посадки, подъемный двигатель висит мёртвым грузом. То место, которое он занимает, у обычного самолёта уходит под ещё один топливный бак — итого и масса пустого самолета меньше, и боевой радиус выше, и обслуживать меньше агрегатов.
2.1. Вариант с F-35B - вместо подъемных двигателей ставим подъемный вентилятор (Rolls-Royce Lift system), связанный с ТРДД механической трансмиссией (ещё и через специальный механизм сцепления, фото 5). Расход топлива (чуть чуть) меньше, но всё ещё занимает место и массу. При этом требует вести трансмиссию через добрую половину самолёта.
3. Мы оставляем один двигатель, но разбиваем его тягу на несколько поворотных (Харриер, фото 6) или нет (частично VAK 191, фото 7) реактивных сопел. Сжатый воздух высокого давления отбирается из двигателя и по трубопроводам он поступает к передним реактивным соплам, задние получают тягу благодаря газу из турбины. Ну что ж, это всяко лучше, чем возить лишние двигатели, но двигателист проклянет вас, пока сделает двигатель с такими системами, да и любой технолог однозначно предпочтёт самолет без механизмов поворота реактивных сопел и сложной системы трубопроводов. Харриер не просто так считается самым успешным СВВП... В общем, при любом раскладе относительная масса силовой установки у СВВП выше, чем у нормального самолета, а, значит, нам надо откуда-то эту массу отнять (никто не даст утяжелять самолет в целом на пару тонн).
Осталось придумать, как этим управлять. Тому что устойчивость в момент висения/перехода в горизонт так и не изобрели, влияние бокового ветра там очень велико, а очень долгая и сложная подготовка лётчиков всё ещё требуется. Лишь в современности благодаря развитой электронной базе (наличие ЭДСУ и развитых БЦВМ) момент с переходным режимом удалось оптимизировать. Главное, чтоб ничего не отказало на взлете/посадке, запаса энергии ведь нет.
Итак, если с чистым СВВП все как-то не очень, то вот идея сократить разбег по полосе поворотом сопла под углом куда более рабочая. Особенно у палубников, там меньшая скорость отрыва на вес керосина. Можно даже большую полезную нагрузку взять прям на старте... При условии дозаправки в воздухе после взлёта. Иными словами, все эти (полу)вертикальные взлеты и повороты сопла, по большому счету, нужны только странам с развитой палубной авиацией. Или тем, кто не хочет терять компетенции в авиационной науке. Ну и раз в десяток войн сверхманевренность может пригодится, чего уж тут...
Автор: Трифон Дубогрызов.