Літаки з вертикальним злетом. Як вони працюють і навіщо потрібні

See Harrier демонструє, як він може висіти на одному місці

Швидше за все, ви бачили в кіно, документальній хроніці або технічних відео, як літак починає сильно гудіти, з-під нього починає розлітатися пил і інше сміття, після цього він трохи піднімається над . Він починає підніматися все вище і вище, коли на висоті кількох десятків метрів він поступово починає "рушати", набирає швидкість і відлітає вже як звичайний літак. Розберемо, як таке відбувається, в чому переваги та мінуси таких машин. Звичайно, не забудемо про їхню історію та найцікавіших представниках.

Що таке СВВП?

У першу чергу, варто розібратися з тим, що таке взагалі з вертикальним зльотом. Насправді, такий термін є більше народним, аніж технічним. Навіть за логікою, якщо літак вертикально злетів, значить він повинен мати можливість вертикально сісти. Звідси й повна назва — Літак з Вертикальним Зльотом і Посадкою. Скорочено це пишеться як СВВП. В іноземних текстах зустрічається скорочення VTOL (в перекладі з англійської: Vertical Take-Off and Landing). При цьому, вертикальний зліт-посадка не виключає можливості звичайного пробігу по смузі. Рідкісні винятки в історії були, але всі вони залишилися в проектах минулого.

Можна запитати, чому не називають літаком з вертикальним злетом/посадкою? Принциповою відмінністю є те, що у літака підйомна сила під час основного руху створюється за рахунок набігаючого на крило повітряного потоку. У випадку з вертольотом, підйомна сила досягається за рахунок роботи обертового гвинта. Якщо він зупиниться, можливо, навіть вертоліт зможе зробити відносно м'яку посадку в режимі авторотації, але не зможе планувати. У випадку з літаками, є навіть окремий напрямок літаків без двигунів. Вони називаються планерами, піднімаються в повітря за допомогою літака-буксирувальника і можуть годинами планувати над місцевістю як паперовий літачок. У разі відмови двигуна на вертольоті, єдина дорога вниз, а літак зможе скільки-то пролетіти і сісти. Такі випадки були вже не раз.

Наочна демонстрація принципу створення крилом підйомної сили

Типи літаків з вертикальним зльотом

Як ми вже домовилися вище, СВВП є, в першу чергу, літаками. Значить, вони важчі за повітря і, наприклад, повітряна куля не відноситься до СВВП. Стало бути, цей тип літальних апаратів повинен створювати тягу сам для себе. За способом створення тяги вони діляться на два основних типи.

До першого відносяться такі літаки, як, наприклад, Як-38, McDonnell Douglas AV-8 Harrier II і Lockheed Martin F-35 II. Вони обладнані підйомно-маршовими двигунами і різною кількістю піднімальних двигунів. Всі використовують для зльоту вертикальну реактивну тягу. Якщо говорити зовсім просто — струмінь повітря з реактивного двигуна.

Lockheed Martin F-35 Lightning II — винищувач п'ятого покоління з можливістю вертикального зльоту/посадки

Інший тип СВВП називається "конвертоплан" і створює тягу для зльоту за рахунок повітряних гвинтів. Прикладом може служити Bell V-22 Osprey, добре відомий нам по грі Half-Life і фільмів про спецназ. Зовні він більше схожий на вантажний вертоліт, але основний політ здійснює саме як літак. Після зльоту його двигуни відхиляються і створюють вже горизонтальну тягу.

Той самий конвертоплан Bell V-22 Osprey. У польоті він розгортав двигуни вперед і летів як турбо-гвинтовий літак.

Переваги літаків з вертикальним зльотом

Основною перевагою літаків з вертикальним зльотом і посадкою є їх підвищена маневреність. Звичайний літак не може зависати в повітрі. Завдяки можливості зависання цей тип відкриває нові можливості для розвідки.

Другим, але, напевно, більш важливим плюсом буде можливість злітати і сідати на майданчику, яка не сильно перевищує габарити самого літака. Злітна смуга таким літакам не потрібна. Особливо актуально це при базуванні на маленьких аеродромах і на авіаносцях. Напевно, це всі переваги, які можна назвати хоч трохи істотними. Переходимо до недоліків.

Недоліки літаків з вертикальним зльотом

Головним недоліком СВВП буде те, що ними дуже складно керувати. Льотчики, повинні бути справжніми асами і повинні володіти навичками управління цими машинами. Управління зміною тяги від вертикального до горизонтального напряму вимагає дуже великого рівня підготовки. Особливо, якщо мова йде про посадку на авіаносець або маневруванні при сильному вітрі.

Керувати таким літаком при посадці зможе тільки справжній ас!

Найбільші труднощі бувають саме при посадці. При зльоті треба підняти літак і почати набір швидкості, а при посадці треба розрахувати захід так, щоб впала при підльоті до посадочної майданчику.

Крім цього, небезпека при зльоті представляють і двигуни. Якщо один з двигунів відмовить у звичайному польоті, літак може летіти на другому і навіть просто планувати. При відмові двигуна вертикального зльоту/посадки, катастрофа неминуча. Вони не раз траплялися як з серійними машинами, так і з прототипами.

Ще одним мінусом будевелика витрата палива на вертикальний зліт/посадку. Двигуни працюють в позамежному режимі, щоб підняти літак з повним озброєнням. Як підсумок, ми отримуємо меншу дистанцію польоту.

Якщо зліт і посадка на майданчики, ледь перевищують габарити літака, є однозначним плюсом, то вимоги до цієї майданчику точно будуть мінусом. Струмінь газів дуже сильна і гаряча. Відриваючи від землі кілька десятків тонн, вона здатна буквально знищити асфальт під літаком. Виходить, що перевага використання "в полі" нівелюються вимогою зробити нормальне покриття майданчика. До речі, в реальному полі такі літаки не зможуть злітати, пил може вивести двигуни з ладу.

Історія створення СВВП

У п'ятдесяті роки минулого століття промисловість змогла досягти такого рівня розвитку турбогвинтових і турбореактивних двигунів, що можна було задуматися і про літаки з вертикальним злетом/посадкою.

Особливо актуально це було на хвилі переходу від винищувачів, які могли злітати і сідати на грунтові смуги, до сучасних надзвукових машин, яким потрібна була смуга з твердим покриттям. Такий смуги могло не бути поруч з місцем і військових дій. Звичайно, можна було побудувати такі смуги, але противник міг легко вивести їх з ладу. У цьому випадку, всі літаки на базі ставали б марними іграшками. До речі, багато в чому саме з-за військових баз з ВПП впливові країни і заводять союзників у різних кінцях світу. Завжди приємно, коли хтось надасть аеродром для базування твоїх літаків.

Перераховані труднощі змусили військових повірити в перспективність проектів літака нового типу. В першу чергу, ця зацікавленість була саме з боку військових. Для цивільної авіації це було дорого і не дуже потрібно. Тому прототипи або не вийшли в серію, або і зовсім залишилися тільки на папері. Найвідомішим з них можна назвати Hawker Siddeley HS-141.

Так міг би виглядет пасажирський СВВП Hawker Siddeley HS-141

Природно, були створені десятки прототипів, більшу частину яких бачили буквально кілька людей. Вони терпіли аварії вже під час першого польоту, після чого в конструкції вносилися зміни і літак змінювався до невпізнання.

У середині 1961 року технічна комісія НАТО, що оголосила вимоги до єдиного винищувача-бомбардувальника з вертикальним зльотом/посадкою. Це підштовхнуло галузь до створення надзвукових СВВП. За прогнозами, у 60-70-х роках у війська країн, що входять в Альянс, повинно було бути поставлено близько 5000 нових літаків.

Як не важко здогадатися, за такий ласий шматочок військового пирога вирішили поборотися буквально все. Серед компаній, які займалися проектуванням СВВП були такі монстри своєї справи, як Мессершмітт, Локхід, Дассо, Ролс-Ройс і навіть італійський Фіат.

Головною проблемою виробництва єдиного літака для всіх країн НАТО було те, що компанії проектували літаки принципово різного типу. У кожної країни було своє бачення того, яким повинен бути СВВП — ніхто не хотіли йти на поступки і погоджуватися на монополію іншого. Це дуже сильно загальмувало проект загального літака, і компанії продовжили проектувати власні літаки, які іноді були дуже химерними.

Прототип літака Ryan X-13 Vertijet. Платформа розумілася, після чого літак не без праці злітав.

Інженери навіть намагалися підійти до справи нестандартно і пробували реалізувати проект, що отримав назву Ryan X-13 Vertijet. Суть літака полягала в тому, що його підвішували вертикально перед . Після цього двигуни на максимальній тязі повинні були підняти літак у повітря. Коли була набрана висота в пару метрів, він відходив убік від троса і вертикально летів, як ракета. Для стабілізації на закінцівках крила розташовувалися газоструйные рулі. Для основної тяги і управління, в тому числі, при зльоті, використовувався двигун з отклоняемым вектором тяги.

Зі зльотом літака все зрозуміло, але посадка була справжнім витвором мистецтва. У літака навіть на запасний варіант не було шасі. Пілот повинен був знову поставити літак на хвіст, після чого підвести його до троса і, скинувши тягу, повісити літак на нього спеціальним гаком в носовій частині. Так як огляд був дуже поганим, в посадці допомагав наземний оператор. Сумнівна схема... Таких літаків було створено всього дві штуки, і випробувальні польоти тривали менше року. Весь абсурд ідеї усвідомили досить швидко. На щастя, обидва літаки вціліли і знаходяться в музеях США. Були і гвинтові аналоги Ryan X-13 Vertijet, але з них і зовсім нічого не вийшло.

найвдалішим виявився проект багатоцільового літака British Aerospace Sea Harrier. Ви могли бачити у фільмі "Правдива брехня". На ньому літав герой Арнольда Шварцнегера. Чи варто говорити, що без підготовки він не зміг би на ньому літати?

Кадр з фільму «Правдива брехня». Герой Арнольда Шварцнегера за штурвалом британського See Harrier

Перший політ цього літака відбувся 20 серпня 1978 року, а завершилася експлуатація тільки в травні 2016 року. Всього було вироблено 111 літаків в трьох модифікаціях. Це зовсім не багато. Для прикладу, можна сказати, що багатоцільовий винищувач F-16 Fighting Falcon, перший політ якого відбувся в 1974 році, випустили в кількості понад 4600 одиниць і продовжують випускати.

«Харриеров» було випущено всього 111 штук. Навіть Як-38 вийшов великим тиражем.

Зараз у версії з можливістю вертикального зльоту/посадки випускається винищувач п'ятого покоління F-35 Lightning II. Поки що їх вироблено відносно небагато, але на нього робиться велика ставка в і інших країн НАТО.

Російські і радянські літаки з вертикальним злетом

Була програма СВВП і в Радянському Союзі. В основному їй займалося конструкторське бюро Яковлєва. Розробки велися з 1960 року, а першою моделлю став Як-36. Виглядав він не дуже симпатично, зате в цілому справлявся зі своїми завданнями. Ці завдання були дослідними, і для них було створено всього 4 літаки. Вони навіть не могли підняти мало-мальськи серйозну вагу — при демонстраційному польоті над Домодєдово в 1967 році використовувалися муляжі.

Носова штанга Як-36 була аж ніяк не звичайною прикрасою. В ній було сопло стабілізаційного двигуна.

Справді важливим для країни літаком став Як-38, що на етапі розробки називався Як-36М. Він був позбавлений більшості проблем попереднього "тестового" покоління 27 років (1977-2004 рр.) став основною радянського і російського флоту СВВП. На зміну йому повинен був прийти Як-141, але в 2004 році програму згорнули.

Красень Як-141, який так і не пішов в серію

Більше серйозних напрацювань і масових моделей СВВП у нашій країні не було. Виною тому мала перспективність таких апаратів і фінансові труднощі, з якими зіткнулися конструкторські бюро в дев'яності роки минулого століття.

Як-38 виглядав набагато краще за свого попередника. Функціональність його теж була вище.

Перспективи СВВП

У наш час літаки з вертикальним злетом не так актуальні, як раніше. Це стало можливо завдяки більш розвиненим системам ППО, які можуть захистити злітно-посадкові смуги від руйнування противником. Крім того, зараз на перший план вийшли багатофункціональність і мала радіолокаційну помітність літаків.

СВВП не можуть забезпечити такі потреби, та ще й мають великий витрата палива, більшу вагу і малу ефективність розподілу озброєнь. Такі літаки, звичайно, не завадять і багато компаній не хочуть повністю відмовлятися від планів їх рахунок. Час таких літаків ще не настав, або майже пройшло. Скоро дізнаємося, що з цього треба підкреслити.