Конвертоплан

Московский  авиационный институт 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа по АРКТ

Тема: Конвертоплан 
 
 

Выполнил: студент 1 курса

1 факультета

Казенин Илья

Проверил: Брусов В.С.

Оценка:_________

Подпись:_____________ 
 
 
 

МАИ 2011

Содержание

1. Введение
2. Первые модели
3. Конвертоплан с поворотными винтами
4. Конвертоплан с поворотным крылом
5. Конвертоплан с винтами в кольцевых каналах
6. СВВП с вертикальным положением
7. Советские проекты
8. Литература
9. Приложение

 

1.Введение

Конвертоплан —  летательный аппарат с поворотными  винтами, которые на взлёте и при посадке работают как подъёмные, а в горизонтальном полёте — как тянущие (при этом подъёмная сила обеспечивается крылом самолётного типа). Конструкция по сути очень близка к самолёту вертикального взлёта и посадки (СВВП), но обычно их относят к винтокрылым летательным аппаратам из-за конструктивных особенностей винтов и их большого диаметра, сравнимого с размахом крыла. 

В настоящее время  в США эксплуатируется действующий  образец конвертоплана V-22 Osprey с полётной массой 27,4 т и скоростью полёта в самолётном режиме 555 км/ч, а в вертолётном режиме 185 км/ч.

 

2.Первые модели 

В предвоенные  годы в СССР в Военно-воздушной  инженерной академии и Московского  Авиационного Института под руководством Б. Н. Юрьева (автора знаменитого вертолётного автомата-перекоса Юрьева) было выдвинуто множество концептуальных проектов «геликоптеров-аэропланов», включая как проекты различных конвертопланов, так и проекты разнообразных летающих тарелок (что любопытно, свой первый проект летающей тарелки Юрьев выдвинул ещё в 1921 году). Правда, среди всех этих проектов «геликоптеров-аэропланов» в основном преобладали, модные в то время, проекты самолётов с вертикальным взлётным положением (то есть перед взлётом самолёт повёрнут на 90 градусов вертикально, затем, он взлетев по-вертолётному разворачивается на 90 градусов и летит по-самолётному). Что касается конвертопаланов, то в качестве примера проектов Юрьева, можно привести, концепт биплана схемы тандем между крыльями которого должна была находиться пара поворотных винтов. Имелся также и проект винтокрыла в буквальном смысле этого слова, который должен был иметь несущие винты расположенные внутри крыла (аналогично несущие винты располагались у реактивного Райан-Дженерал Электрик XV-5). Наиболее близким к классическим конвертопланам был проект 1934 года — истребитель «Сокол» с поворотным крылом и парой винтов в гондолах, иными словами имеющий классический вид как и для тилвинга, так и для истребителей той эпохи (за исключением гондол на концах крыла и отсутствия винта на носу, внешне похожий на Ла-5). Что любопытно, несмотря на классическую внешность, гондолы по проекту не несли двигателей, а двигатель (несмотря на внешность истребителя той эпохи) должен был располагаться за спиной у лётчика. Ни один из проектов «геликоптеров-аэропланов» Юрьева, так и не был воплощён, и в лучшем случае проекты доходили лишь до обдувки макетов в аэродинамической трубе. В послевоенные годы Б. Н. Юрьев и его студенты, продолжили свои работы по созданию концептов, но, как и в предвоенные годы, ни один проект так и не был воплощён. 

Самым первым детально разработанным проектом конвертоплана  являлся P.1003 фирмы Вессерфлюг, разработанный  в Германии в 1938 году, конструкторами Рорбахом и Симоном. Согласно проекту  предполагалось создать двукрылый  конвертоплан с поворотным крылом (точнее должны были поворачиваться только концы крыла, при неподвижной середине). Однако в связи с начавшейся на следующий год войной, проект так и не был осуществлён. Второй детально разработанный проект конвертоплана в той же Германии, не был осуществлён уже по причине окончания войны. Так как фирмы Фокке и Ахгелис, намеревались построить свой Fa-269 в качестве вундер-ваффе. Согласно этому проекту конвертоплан должен был иметь «толкающие (а не тянущие, как в классических проектах конвертоплана) трёхлопастные винты, которые благодаря очень высокому шасси могли бы поворачиваться вниз при взлёте. Что любопытно, предполагалось наличие только одного (но очень мощного) двигателя, который должен был располагаться в фюзеляже, а внутри каждого крыла должна была проходить трансмиссия, ведущая к поворотному винту». 

Другие нереализованные  проекты вундерваффе с вертолётным  взлётом от Хейнкель — Wespe и Lerche не имели  ни поворотных винтов, ни поворотных крыльев, а должны были взлетать и садиться по-вертолётному благодаря вертикальному положению фюзеляжа при взлёте. Оба проекта отличались лишь массой и габаритами, и имели аналогичную конструкцию из разрезанного пополам корпуса в середине которого должна была находится пара винтов, заключённых во внутрь одного кольцевого крыла. С вертикальным фюзеляжем должен был взлетать и садиться, также и крайне оригинальный нереализованный проект вундерваффе — Tribfluegel от Фокке-Вульфа, имеющий вращающееся крыло Y-образной формы, одновременно являющееся и трёхлопастным воздушным винтом, вращающимся не от поршневого, а от реактивного двигателя, подобно бенгальскому колесу. Что любопытно, у Хейнкеля, имелся аналогичный проект вундерваффе — Ypsilon, отличавшийся от Фокке-Вульф Tribfluegel лишь тем, что его крыло не вращалось (то есть в отличие от Фокке-Вульфа — это должен был быть не винтокрыл, в буквальном смысле этого слова, а просто реактивный самолёт с вертикальным взлётом).

 

3. Конвертоплан с поворотными винтами

Конвертоплан с  поворотными винтами (тилтротор) — летательный аппарат, совмещающий вертикальный взлёт/посадку по вертолётному принципу с перемещением со скоростью турбовинтового самолёта. 

Обычно поворотными  являются не сами винты, а гондолы с винтами и двигателями (как у Bell V-22 Osprey), но встречаются также и конструкции, у которых поворачиваются только винты, а двигатели (например, расположенные в фюзеляже) остаются неподвижными. Примером винтокрыла, у которого поворачиваются только винты, является Bell XV-3. 

Нужно отметить, что  термин тилтротор не является эквивалентом конвертоплану, поскольку является конкретной схемой реализации конвертоплана.

 

4.Конвертоплан  с поворотным крылом

Существует вариант  конвертоплана, называемый конвертоплан с поворотным крылом, когда поворачивается всё крыло, а не только законцовки, как у тилтротора. 

Недостатком поворотного  крыла является большая сложность, достоинством же то, что при вертикальном взлёте крылья не затеняют воздушный  поток от винтов (увеличивая тем самым эффективность работы винтов).

 

5. Конвертоплан с винтами в кольцевых каналах

Самолёты с вертикальной (или укороченной) взлёт-посадкой с  винтами в кольцевых каналах  могут относиться как к имеющим  поворотные винты, так и к имеющим поворотное крыло. 

Особенностью же их является то что винты расположены  внутри особого кольца, которое иногда называется «кольцевым» крылом, в  авиа моделировании же такой винт в кольцевом канале, часто называется термином «вентиляторным» движителем (в авиа моделировании такой винт обычно прячут внутри макета реактивного двигателя). Данный тип движителя обладает очень высокой скоростью отбрасываемого винтом воздушного потока, что позволяет обойтись очень маленькими крылышками, обеспечивая высокую компактность конвертоплана. Это же достоинство оборачивается серьёзным недостатком при выполнении функций вертолёта, вследствие чего финансирование разработок подобных конвертопланов прекращалось, как только речь заходила об их способности полностью заменить вертолёт. 

Примерами подобных конвертопланов являются Bell X-22A, Доук VZ-4DA и Nord 500.

 

6. СВВП с вертикальным положением

Самолёт вертикального  взлёта и посадки с вертикальным положением корпуса — вариант компоновки СВВП. Такой самолёт осуществляет взлёт и посадку на свой хвост подобно взлёту и посадке вертолёта, а затем переходит в горизонтальный «самолётный» полёт. Несмотря на невозможность посадки «по самолётному», конвертопланом не является, так как при переходе в горизонтальный режим полёта не происходит поворота винтов относительно крыла и фюзеляжа летательного аппарата. Сложность схемы состоит в организации управления на режимах вертикального и горизонтального полетов, а также переходных — летчику сложно сориентироваться, потому как одни и те же органы управления выполняют разные функции на разных режимах, кроме того затруднен обзор при вертикальных режимах. Тем не менее отсутствие больших поворотных частей, а также единая силовая установка для режимов вертикального и горизонтального полёта позволяли упростить конструкцию аппарата и эта схема долгое время была популярна у конструкторов. Данную схему использовали как реактивные, так и винтовые СВВП. Немногие построенные по этой схеме СВВП так и остались экспериментальными прототипами.

 

7. Советские проекты 

В 1972 году при КБ имени Миля возник проект винтоплана Ми-30, имеющим классическую схему  с парой поворотных винтов (гондолами  с винтами и двигателями). В  рамках этого проекта, проводились  аналитическо-конструкторские исследования, состоявшие как из теоретические работ, так из испытаний моделей поворотного винта на аэродинамическом стенде. По результатам этих работ в проект винтоплана вносились соответствующие исследования, так например, взлётная масса увеличилась с 10,6 до 30 т, с одновременным увеличением как мощности двигателей, так и полезной нагрузки. Постройка первых летающих образцов была запланирована на 1986—1995, однако в связи с наступившей перестройкой, винтоплан не был построен.

 

8.Литература

1. Евгений Иванович Рукжницкий «Европейские самолёты вертикального взлёта» Издательство «Астрель»
2. Е. И. Рукжницкий. Европейские самолёты вертикального взлёта. — М.: «Астрель»

 

9.Приложение 

1 V-22 «Оспри»

2 Scaled Composites/Bell Eagle Eye — беспилотный тилтротор

3 Bell XV-3 (Bell 200) — первый тилтротор, отработка технологии

4 Bell/Agusta BA609 — гражданский тилтротор (сертификация запланирована на 2010 год)

5 Тилтвинг X-18 поворачивает крыло

6 Boeing Vertol VZ-2 (модель 76) — экспериментальный тилтвинг

7 Четырёхмоторный экспериментальный тилтвинг XC-142A

8 Конвертоплан Doak VZ-4

9 Экспериментальный тэйлситтер Convair XYF-1 Pogo