Экспериментальный конвертоплан Doak VZ-4 (США)

Изучая тематику летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, специалисты ведущих стран предлагали самые разные способы решения основных задач, связанных с изменением вектора тяги. В пятидесятых годах прошлого века был предложен, проработан и доведен до проверки на практике вариант конвертоплана с размещением несущих винтов в поворотных кольцевых каналах. Первой машиной такой архитектуры, вышедшей на испытания, стал конвертоплан Doak VZ-4.Компания Doak Aircraft была основана в 1940 году бывшим вице-президентом фирмы Douglas Aircraft Эдмундом Р. Доаком. Во время Второй мировой войны компания на правах субподрядчика участвовала в строительстве разнообразной авиационной техники. Она производила силовые наборы и целые фюзеляжи, двери, люки, орудийные установки и т.д. Кроме того, специалисты компании «Доак» параллельно вели исследования, целью которых было создание новых схем летательных аппаратов. Одна из исследовательских программ затрагивала летательные аппараты вертикального взлета. На теоретическом уровне проверялись некоторые оригинальные предложения, касавшиеся архитектуры летательных аппаратов.

Опытный Doak VZ-4 на испытаниях. Фото Diseno-art.com В начале пятидесятых годов были завершены теоретические работы по новой схеме вертикально взлетающей машины. Для получения требуемых характеристик предлагалось использовать несущие винты, заключенные в кольцевые каналы. Управлять вектором тяги при этом предлагалось путем поворота каналов с винтами вокруг горизонтальной оси. Такой вариант конвертоплана вскоре получил собственное название Tiltduct. Оригинальная схема летательного аппарата была предложена военному ведомству. Специалисты армии заинтересовались таким предложением, в результате чего появился контракт на дальнейшие работы.В силу некоторых причин подписание контракта затянулось на несколько лет. Договор, в соответствии с которым компания Doak Aircraft должна была завершить разработку проекта и построить опытный конвертоплан, был заключен только 10 апреля 1956 года. Следует отметить, что компания-разработчик не теряла времени и занималась проектированием. Благодаря этому после подписания контракта с Пентагоном требовалось только завершить уже начатые работы, что положительным образом сказывалось на сроках реализации проекта в целом.

Машина на аэродроме. Фото журнал LIFE / Getty Images Проект перспективного конвертоплана-тилтдакта получил рабочее обозначение Model 16. После подписания контракта с военным ведомством машине присвоили официальное название VZ-4. Как показывает официальное обозначение, новый образец от Doak Aircraft должен был стать частью обширной программы по изучению проблематики вертикального взлета, подразумевающей строительство и испытания большого количества техники с различной архитектурой.Проект Model 16 / VZ-4 носил экспериментальный характер, что соответствующим образом сказалось на подходах к его разработке. Было предложено создать с нуля ряд крупных и важных агрегатов, тогда как другие элементы конструкции могли заимствоваться у существующей техники. Интересно, что новые агрегаты конвертоплана, такие как фюзеляж, планировалось собирать с применением как «традиционных», так и некоторых новых материалов. Предлагалось использование турбовального двигателя, связанного с двумя воздушными винтами при помощи соответствующей трансмиссии. Также в проекте требовалось предусмотреть специальные средства управления, способные осуществлять контроль за полетом на всех режимах.

Правый кольцевой канал и воздушный винт, вид сзади. Фото журнал LIFE / Getty Images Конструкторами Doak Aircraft был создан фюзеляж сравнительно простой конструкции. Его основой был силовой набор, собранный из труб различного диаметра. Носовая часть фюзеляжа, включая обтекатель и кабину пилотов, имела обшивку из стеклоткани, что было связано со сложной формой их внешней поверхности. Хвостовая балка с упрощенными внешними обводами покрывалась алюминиевыми листами. Носовой отсек фюзеляжа, расположенный непосредственно под обтекателем, отдавался под некоторую бортовую аппаратуру. За ним находилась двухместная пилотская кабина тандемной компоновки. Центральный отсек фюзеляжа вмещал единственный двигатель. Внутри хвостовой балки расположили трубу, выдающую реактивные разы двигателя на рулевую систему.Летательный аппарат получил прямое крыло малого удлинения цельнометаллической конструкции. Оно крепилось непосредственно за кабиной, рядом с главным редуктором силовой установки. На задней кромке крыла находились закрылки и элероны большой площади. Крыло получило два поворотных кольцевых канала, необходимых для установки воздушных винтов.

Хвостовое рулевое устройство. Фото журнал LIFE / Getty Images Каждый канал представлял собой трубчатое устройство со стенками сложного профиля. Эти агрегаты предлагалось изготавливать из стеклопластика и монтировать на центральной гондоле редуктора при помощи нескольких стоек. В передней части канала имелось 14 регулируемых лопаток, предназначенных для управления тягой. За этими лопатками помещались лопасти винта, позади которых устанавливались девять лопаток статора. Внешний диаметр канала составлял 1,52 м, внутренний – 1,21 м. Каналы могли вращаться вокруг горизонтальной оси, для чего использовался электрический привод. С целью упрощения разработки в качестве исполнительного механизма использовался доработанный серийный электропривод закрылков от самолета Lockheed T-33 Shooting Star. Канал мог качаться в пределах сектора шириной 92°: от горизонтального положения до незначительного завала назад.Конвертоплан Doak VZ-4 получил простое хвостовое оперение, традиционное для самолетов традиционной конструкции. На хвостовой балке фюзеляжа поместили трапециевидный киль со стреловидной передней кромкой. У его основания крепился стабилизатор, отличавшийся увеличенным углом поперечного V. Вертикальная и горизонтальная плоскости оперения оснащались рулями направления и высоты соответственно.

Вертикальный взлет. Фото журнал LIFE / Getty Images Экспериментальный летательный аппарат должен был оснащаться сравнительно сложной силовой установкой, основой которой стал турбовальный двигатель Avco Lycoming YT53 мощностью 840 л.с. Двигатель поместили в центральной части фюзеляжа, позади кабины пилотов. Подача воздуха к мотору обеспечивалась полукруглым воздухозаборником, находящимся за фонарем. С соплом двигателя сопрягалась труба требуемой длины, проходившая через всю хвостовую балку. На ней предусматривалась установка специального устройства с несколькими газовыми рулями. Такие системы управления отличались весьма простой конструкцией. На срезе-сопле трубы располагалась рама, на которой размещались подвижные вертикальная и горизонтальная пластины-рули. Управление потоком осуществлялось путем отклонения рулей в нужных направлениях.Рядом с двигателем располагался главный редуктор, при помощи которого крутящий момент передавался на валы крыла. С их помощью двигатель соединялся с редукторами внутри кольцевых каналов, непосредственно взаимодействующими с воздушными винтами. Несущие винты имели по восемь прямоугольных лопастей. Средства изменения шага винта не предусматривались. Управлять тягой винтов предлагалось при помощи 14 отклоняемых лопаток, помещенных перед винтом.

Взлет с укороченным пробегом: кольцевые каналы наклонены вперед. Фото журнал LIFE / Getty Images Конвертоплан оснащался неубираемым шасси, заимствованным у легкого самолета Cessna 182. В носовой части фюзеляжа предлагалось крепить стойку с колесом меньшего диаметра. Основные стойки помещались на фюзеляже ниже крыла и оснащались более крупными колесами.В носовой части фюзеляжа находилась двухместная кабина пилотов. Летчики располагались друг за другом под общим фонарем, имеющим отдельные люки. Некоторые элементы внутреннего оснащения кабины заимствовались у серийной техники. В частности, были применены кресла пилотов, ранее использовавшиеся на истребителе North American P-51 Mustang.Кабина летчиков получила органы управления, свойственные самолетам. Управлять машиной на всех режимах предлагалось при помощи центральной ручки управления, рукоятки контроля двигателя и педалей. Кроме того, присутствовал рычаг управления наклоном кольцевых каналов. Конструкторами компании «Доак» была разработана оригинальная система управления, позволявшая контролировать работу всех исполнительных механизмов на любых режимах полета. При вертикальном взлете пилот мог управлять положением лопаток на входе кольцевого канала, изменяя тягу винтов. Дифференцированное изменение тяги использовалось при управлении по крену. Контроль по тангажу и рысканью осуществляться при помощи хвостовых газовых рулей.

Конвертоплан в полете. Фото журнал LIFE / Getty Images При повороте каналов и переходе к горизонтальному полету в работу включались рули хвостового оперения. После перевода каналов в горизонтальное положение передние лопатки устанавливались параллельно потоку, а газовые рули блокировались. Управление в горизонтальном полете выполнялось при помощи аэродинамических рулей и изменения параметров тянущих винтов.Интересной особенностью примененной системы управления было отсутствие каких-либо автоматических средств стабилизации. Одной из целей проекта Model 16 / VZ-4 было создание конвертоплана-тилтдакта, не нуждающегося в подобных средствах. Э.Р. Доак желал получить летательный аппарат, показывающий высокие характеристики без особых технических новшеств. Решение такой задачи, однако, было связано с необходимостью проведения нескольких важных исследований.

Испытания продолжаются. Фото журнал LIFE / Getty Images Экспериментальный характер проекта позволил максимально сократить размеры и массу будущего демонстратора технологий. Конвертоплан Doak VZ-4 должен был иметь длину 9,75 м и размах крыла (с учетом кольцевых каналов) – 7,77 м. Крыло имело площадь 8,92 кв.м. Высота машины – 3,05 м. Пустой летательный аппарат весил 1043 кг, максимальная взлетная масса задавалась на уровне 1451 кг. По расчетам, впоследствии подтвержденным практикой, машина могла развивать скорость до 370 км/ч, подниматься на высоту 1830 м и пролетать до 370 км.Разработка нового проекта закончилась в последних месяцах 1957 года, после чего стартовала сборка опытного образца. В феврале следующего года прототип конвертоплана VZ-4 вывели на аэродром Torrance Municipal Airport. В течение нескольких первых недель специалистами компании-разработчика проводились наземные испытания. В течение 32 часов машину тестировали на специальном стенде, после чего допустили к подлетам на привязи. Изучение работы техники на режиме висения при использовании страховочных тросов заняло еще 18 часов. Только после этого было принято решение о начале полноценных проверок со свободным полетом.

Очередной тестовый полет. Фото US Navy 25 февраля 1958 года опытный Model 16 / VZ-4 впервые отправился в свободный полет. Изначально прототип проверялся в вертикальных полетах. Позже были осуществлены первые попытки перехода между режимами. По мере проведения наземных и летных испытаний вскрывались определенные недостатки конструкции, часть которых была ликвидирована в ходе доводки проекта. К середине года компания-разработчик посчитала заводские испытания завершенными и передала машину заказчику.В октябре 1958 года единственный опытный образец Doak VZ-4 доставили на авиабазу Эдвардс, где его должны были изучить специалисты и пилоты военно-воздушных сил. Этот этап испытаний продолжался чуть менее года. Силами исследователей от ВВС было выполнено несколько полетов на разных режимах общей продолжительностью 50 часов. В сентябре 1959-го прототип был передан Армии США, тоже проявлявшей интерес к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. На этом этапе проект получил обновленное обозначение VZ-4DA.

Конвертоплан после получения нового обозначения VZ-4DA. Фото US Army В 1960 году произошли события, оказавшие самое заметное влияние на дальнейшие работы по конвертоплану-тилтдакту. Из-за негативных процессов, развивавшихся в американской авиационной промышленности, компания Doak Aircraft была вынуждена пойти на сокращение рабочих мест: пришлось уволить почти 90% сотрудников. После этого фирма не могла продолжать сопровождение проекта. Конструкторская документация и несколько патентов по проекту Model 16 / VZ-4 были выкуплены компанией Douglas Aircraft. Кроме того, она приняла на работу четырех конструкторов «Доак», игравших важную роль в проекте. Вскоре после этого, не имея возможности продолжать работу, компания Э.Р. Доака закрылась.В ходе испытаний было установлено, что предложенный летательный аппарат имеет как преимущества, так и недостатки. Основные преимущества были связаны с возможностью вертикального взлета с последующим переходом к горизонтальному полету со сравнительно высокой скоростью. В будущем, по мере развития основных идей проекта, это позволяло дать вооруженным силам современную технику с рядом важных особенностей.

Diak VZ-4 участвует в выставке авиационной техники. Фото Rritter78 / Picssr.com На практике выяснилось, что машина не может подтвердить расчетные параметры укороченного взлета: ей требовался более длинный разбег, чем считалось ранее. В первую очередь, это было связано с недостаточной подъемной силой небольшого крыла. Серьезной проблемой посчитали подъем носа при переводе кольцевых каналов из вертикального положения в горизонтальное. Компенсация кабрирования не представляла сложности, однако все же требовала внимания летчика и в определенной мере затрудняла пилотирование.Компания Douglas Aircraft, приняв оригинальный проект, предприняла попытку его улучшения. Изучив имеющиеся проблемы, специалисты этой организации предложили ряд доработок конструкции. В частности, некоторые недостатки можно было исправить путем применения более мощного двигателя. Кроме того, предлагались иные, менее крупные изменения тех или иных элементов конструкции.

Прототип на стоянке после завершения испытаний. Фото Airliners.net В 1961 году новый разработчик выступил с инициативой о доработке существующего проекта VZ-4DA. Специалисты Армии изучили это предложение, но не одобрили его. Они посчитали необходимым продолжение испытаний конвертоплана в существующем виде. Даже при наличии известных недостатков этот образец позволял собирать требуемую информацию и проводить различные исследования.Испытания опытной машины в интересах армейской авиации продолжались до 1963 года, после чего были остановлены. К этому времени Пентагон успел изучить некоторое количество перспективных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, и определился со своими нуждами. Лучше всех в ходе испытаний и практической эксплуатации показали себя вертолеты. Машины альтернативных схем, имея некоторые преимущества перед вертолетами, отличались длинными списками недостатков. В итоге все работы по дальнейшему развитию подобной техники были остановлены.Более не нужный Армии США опытный образец VZ-4DA передали аэрокосмическому агентству NASA. Уникальная машина уже потеряла все шансы получить развитие и поступить на службу, однако все еще представляла большой интерес для ученых. Новый этап испытаний, проводившийся исключительно в научных целях, продолжался несколько лет. Последние полеты опытной машины состоялись только в начале семидесятых годов. К этому времени конвертоплан успел выработать свой ресурс, что и привело к прекращению исследований.

Опытный конвертоплан в музее U.S. Army Transportation Museum. Фото Wikimedia Commons После завершения исследовательской программы NASA единственный построенный конвертоплан-тилтдакт Doak Model 16 / VZ-4 был передан музею U.S. Army Transportation Museum (база Форт-Юстис). Уникальная машина выставлена в одном из павильонов музея, посвященных военно-транспортной авиации.Проект Model 16 / VZ-4 компании Doak Aircraft был первой попыткой американской авиационной промышленности построить летательный аппарат вертикального взлета с поворотными кольцевыми каналами винтов. Результатом этого проекта стало строительство опытного образца, использовавшегося в многочисленных испытаниях и позволившего собрать массу важнейшей информации. В существующем виде прототип, фактически являвшийся демонстратором технологий, не мог найти практического применения. Тем не менее, с его помощью удалось установить жизнеспособность новых идей, впоследствии использованных в новых проектах. По материалам сайтовhttp://aviastar.org/https://vertipedia.vtol.org/http://airwar.ru/http://diseno-art.com/
Автор: Рябов Кирилл

Также по теме: