Проект многоцелевого самолёта УВВП Grumman 698 (США. 1976 - 1979 год).

1) Разработка боевых самолетов в соответствии с высокими технологическими стандартами – процесс достаточно долгий, и от начала работ до поступления самолетов на вооружение нередко проходит от 10 до 15 лет. Данное обстоятельство становится причиной высокой стоимости разработок и может привести к тому, что перспективные проекты могут устареть еще до принятия на вооружение. Сократить время разработки и предварительных исследований должны программы самолетов-демонстраторов. Иными словами, программы самолетов-демонстраторов представляют know-how, которые могли использоваться в передовых технологиях при разработке будущих проектов самолетов. Фундаментальные исследования станут базой для создания демонстраторов технологий (technology demonstrators), а эти технологии, в свою очередь, будут служить ориентиром для прототипов самолетов будущих поколений. В данный момент в авиастроительной компании Grumman Aerospace ведутся работы по двум значимым программам самолетов-демонстраторов: программа боевого самолета с обратной стреловидностью крыла (Forward Swept Wing) и проект самолета с вертикальным/короткими взлетом и посадкой (СВВП/СКВП) Grumman 698 ...

По мнению экспертов проект Grumman 698 может внести революционные изменения в тактические концепции военно-морского флота США. Что нового имеется в этом самолете, который способен вертикально взлетать и садиться? В первую очередь это концепция размещения силовой установки, а во вторую очередь – его планируемое использование в составе ВМФ США. Мы начнем рассказ с возможной концепции использования Grumman 698. Среди морских носителей вооружения авианосец является самым значимым. Его мобильность связана с высокой боевой мощью, что и подчеркивает его стратегическое значение. В данный момент ВМФ США располагают четырнадцатью авианосцами, на каждом из которых как правило базируется одно авиакрыло (Air Wing). В зависимости от величины авианосца и его предназначения количество самолетов в составе авиакрыла составляет от 70 до 85 единиц. В основном авиакрыло состоит из самолетов с обычным взлетом и посадкой, требующими сравнительно больших поверхностей для взлета и посадки и большого по объему технического обслуживания. Поэтому обычные авианосцы имеют очень большие размеры и их экипаж состоит из нескольких тысяч человек. Из-за высокой стоимости эксплуатации авианосцы могут использоваться в небольшом количестве. Количество потенциальных конфликтов и острых кризисных ситуаций, которые могут привести к войнам, в последние годы заметно возросло. По мнению американских экспертов постоянное военное присутствие ВМФ США в этих опасных регионах с имеющимися в его составе авианосцами является недостаточным.

В датированном ноябрем 1979 года заключительном докладе специальной группы научного комитета министерства обороны (Defense Science Board Task Force), который компания Grumman взяла за основу своей разработки, говорилось, что гораздо более эффективными будут авианосцы меньших размеров. Авианосцы данного типа можно будет строить в больших количествах, и они могут присутствовать везде, где в них возникнет необходимость. Но в то же время эти меньшие по размерам боевые единицы могли бы только тогда стать реальностью, когда были бы выполнены требования, необходимые для базирования соединений авиации :

• самолеты должны иметь возможность действовать с экстремально ограниченных по размерам взлетно-посадочных полос (ВПП), и при этом сами самолеты должны иметь малые размеры;
• если обслуживающий технический и логистический персонал будут при этом меньшим, то машины должны быть надежными, не требовать большого объема технического обслуживания и при этом еще и быть независимыми от оборудования корабля-носителя;
• авиационная система должна повысить эффективность средств нападения авианосца и его защиту.

В компании Grumman решили следующим образом добиться выполнения данных требований в проекте 698 V/STOL :

• установка системы раннего предупреждения (AEW – Airborne Early Warning);
• установка системы обнаружения и уничтожения подводных лодок (ASW – Anti Submarine Warfare).
• установка системы запуска управляемых ракет (Missileer roles).

Взлетный вес Grumman 698 должен быть значительно ниже, чем у сопоставимых с ним самолетов. В итоге легкий боевой самолет должен иметь те же возможности, что и более тяжелые машины. Эта философия базировалась не в последнюю очередь на знании, что расходы на разработку концепции и на опытно-конструкторские работы современного образца вооружения приблизи­тельно пропорциональны его взлетному весу.

Техническое обоснование

Компания Grumman работала над проектом 698 с 1976 года. На исследования в аэродинамической трубе было потрачено в общей сложности более 5000 часов. Испытания велись и на симуляторах, что в итоге позволило по завершении работ определить параметры самолета, создаваемого в рамках проекта 698. Модели с дистанционным управлением могли зависать в воздухе, летать как обычные самолеты и были опробованы в критических фазах полета. Следующими этапами программы стали разработка самого проекта и постройка пилотируемого опытного самолета.

Особенностью проекта является силовая установка с двумя поворотными двигателями. Гондолы двигателей будут входить в несущую конструкцию самолета, могут отклоняться от горизонтального положения на 90° и устанавливать моторы вертикально соплами вниз.

У сопел двигателей силовой установки располагаются подвижные поверхности. Эти подвижные поверхности позволят пилоту во время зависания самолета осуществлять управление им, так как обычные элементы системы управления не смогут работать из-за того, что самолет в этой фазе полета практически не перемещается относительно горизонтальной поверхности.

Силовая установка проекта Grumman 698 будет устанавливаться вертикально, и благодаря этому данный самолет сможет взлетать с небольших платформ. На высоте около 30 метров моторные гондолы будут поворачиваться относительно оси и самолет, набирая скорость, начнет перемещаться в горизонтальной плоскости. На поворот гондол из вертикального положения в горизонтальное потребуется 20 секунд.

Спустя две минуты после перевода гондол в горизонтальное положение самолет уже будет развивать скорость более 900 км/час. Создаваемый по данной программе проект Grumman 698 будет способен объединить в себе качества, совокупность которых ранее не имел ни один самолет ВМФ США:

• вертикальный взлет с авианосца и посадку на него;
• взлет с ВПП длиной менее 60 метров;
• дальность полета более 2000 км и практический потолок более 15 000 метров.

На самолет планируется установить два двигателя General Electric TF 34-100, которые на штурмовике Fairchild A-10 в течение нескольких лет зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. Эти двигатели являются очень экономичными и обладают высокой степенью двухконтурности. Полномасштабная модель самолета Grumman 698 прошла успешные испытания в аэродинамической трубе в исследовательском центре NASA.

Проблемой самолетов с вертикальным взлетом являлся эффект, вызванный близостью поверхности земли. Силовая установка должна не только развивать достаточно тяги, чтобы перевести самолет в горизонтальное положение, но и иметь запас тяги, необходимый для управления самолетом. Этот эффект снижения потока воздуха, получивший название «термомеханический эффект» («fountain effect»), был связан с тем, что в двигатели попадали горячие выхлопные газы и это снижало тягу силовой установки. В проекте компании Grumman данную проблему было решено избежать следующим образом:

двигатели силовой установки будут очень мощными и будут иметь низкий расход топлива;
температура выхлопных газов силовой установки будет относительно низкой;
регулировка работы двигателей силовой установки будет осуществляться при помощи компьютера, что позволит очень точно регулировать тягу.

Кроме того, Grumman 698 для управления не нуждается ни в каких струйных рулях. У обычных СВВП струйные рули системы управления служат для управления самолетом при переходе из одного режима полета в другой. При этом воздух, необходимый для работы этих рулей, поступает из потока воздуха, который подается компрессором для силовой установки, вследствие чего тяга снижается. У проекта Grumman 698 подобных потерь тяги силовой установки не будет, поскольку для управления и стабилизации самолета будут использоваться специальные рулевые поверхности, о которых уже упоминалось выше. Эффективность данных рулевых поверхностей была уже подтверждена. Во время обычного полета Grumman 698 будет управляться при помощи рулей высоты и направления, элеронов, а также при помощи интерцепторов. Отличительной чертой проекта Grumman 698 является его простота. Так, при постройке демонстратора технологий может быть использована конструкция Mitsubishi MU-2M. До сих пор программа финансировалась ВМФ США, NASA и компанией Grumman. Модель, использовавшаяся для испытаний в аэродинамической трубе, стоит около 6 миллионов долларов, а постройка первой машины для проведения летных испытаний будет стоить уже порядка 100 миллионов долларов. Это сравнительно мало, если учесть инфляцию в США в это время. Один полностью оснащенный самолет должен стоить порядка 10 миллионов долларов. Пока решается вопрос с финансированием следующего этапа испытаний, компания Grumman может в начале 1985 года подготовить для испытаний первый самолет, созданный по проекту 698. В компании Grumman думали не только об использовании работ по проекту 698 в интересах военных. Проект 698 объединяет в себе преимущества обычного самолета с вертолетом, что позволит использовать подобные самолеты для снабжения нефтяных вышек, которые располагаются на побережье или далеко от баз, с которых осуществляется их снабжение. Такой самолет, рассчитанный на перевозку девяти пассажиров, будет стоить около 9 млн. долларов. Боб Кресс (Bob Kress), директор Grumman по передовым разработкам (advanced concepts), считает очень важными преимущества проекта 698 в скорости и вертикальных взлете и посадке на простом примере: Grumman 698 сможет без промежуточных посадок из сердца Манхеттена (Manhattans) долететь до Чикаго за менее чем два часа и сократить время доставки пассажиров из центра одного города к центру другого города примерно вдвое.

 

Расчётные ТТХ : размах крыла – 12,35 м, размах крыла о сложенными консолями - 4,88 м. длина 11,18 м, максимальная скорость – около 920 км/ч, время набора высоты 9000 м – около 2,5 мин, дальность полета –2600 км, рабочий потолок – 15000 м.

 

https://alternathistory.ru/ (Иван Бякин).

2) Этот самолёт являлся концептуальной моделью, которая должна была преобразить ВМС США. Этого мнения придерживаются авиационные эксперты относительно разработки Grumman, СВВП (V/STOL) проекта 698. Для того, чтобы выяснить, так ли это, Бен Кочивар снова посетил Боба Кресса, руководителя отдела перспективного проектирования. На первый взгляд, ярко-белая радиоуправляемая модель, длинной в два метра, имеющая «крыло чайки», мало отличается от обычного флотского разведчика. Вообще, конечно, турбовентиляторные двигатели, пристроившиеся под изломом «крыла чайки» кажутся несколько крупноватыми для такого самолёта, но что же в нём такого революционного? Ответ в том, что двигатели этого самолёта могут вращаться в вертикальной плоскости, давая возможность как совершать обычный горизонтальный полёт со скоростью реактивного самолёта, так и взлетать и садиться вертикально, при двигателях переведённых в вертикальное положение. Более того, по словам Боба Кресса, решения, использующиеся в проекте 698 решают проблемы, которые преследуют другие самолёты вертикального или укороченного взлёта и посадки, включая и те, что используют поворотные двигатели другого типа. В результате, говорит Боб Кресс, этот самолёт объединит в себе возможности, которых в сумме не имеет ни один самолёт ВВС или флота.

Приблизительный список возможностей самолёта проекта 698:

Этот самолёт сможет совершать вертикальные взлёт и посадку не только с авианосца, но и с военных кораблей меньшего водоизмещения, например эсминцев, или транспортных кораблей.

Совершать укороченный взлёт длинной всего в 60 метров, при увеличенной нагрузке, наподобие груза чрезвычайной важности, или тяжёлых ракет большого радиуса действия.

Иметь радиус действия в 1600 километров и потолок в 15 000 метров.

Выполнять функции более полудюжины специализированных самолётов, включая проведение загоризонтной радиолокации с помощью новой бортовой РЛС «конформного» типа, которая называется так потому что она вписывается в обводы корпуса самолёта. Предполагается, что самолёт будет также использовать множество других датчиков, которые будут отслеживать вражеские самолёты, ракеты, корабли, подводные лодки, и даже движущиеся наземные цели.

История всех предыдущих попыток создания самолёта с вертикальными или укороченными взлётом и посадкой и повествование о том, как инженеры Grumman пытаются преодолеть недостатки проекта 698 являются типичным для авиационной промышленности всего мира методом проб и ошибок.

До сих пор все СВВП (V/STOL) страдают от множества проблем связанных с их специализацией — это недостаток мощности, проблема высокоточного управления тягой подъёмных двигателей, особенно в режиме висения, большой расход топлива, а следовательно небольшой радиус действия, тоже является проблемой, характерной для СВВП (V/STOL). Например британский СВВП Harrier всего за 10 минут висения сжигает большую часть топлива имеющегося в его баках.

В 1950-х годах в испытательном центре Эдвардс, в Калифорнии, проходили испытание СВВП (V/STOL), созданные в рамках исследования концепции вертикально взлёта при котором самолёт находится даже на стоянке в вертикальном положении, в таком же положении выполнял взлёт и посадку, а пилот всё это время лежал на своей спине. На испытаниях были представлены самолёты компаний Lockheed, Convair, и Ryan. Обзор, ориентация в пространстве, а также управляемость в неспокойной атмосфере были довольно сложны и вызывали сильную утомляемость, особенно при такой деликатной операции как посадка. Двигатели для СВВП (V/STOL) должны отвечать определённому ряду требований. Их мощности должно быть достаточно не только для того, чтобы осуществить вертикальный взлёт самолёта с полезной нагрузкой, их мощность должны быть избыточной для управления летательным аппаратом. При этом негативную роль начинает играть влияние земли. Горячий выхлоп двигателей устремляется вниз, сталкивается с землёй, отражается от земли обратно вверх и взаимодействует с реактивной струёй от подъёмных двигателей, направленной вниз. Всё это приводит к тому, что захватываются и направляются вниз большие массы воздуха, это приводит к падению тяги и именно в тот момент, когда она больше всего нужна — при взлёте и посадке. В Grumman решили устранить эти проблемы за счёт использования новаторских турбовентиляторных двигателей, имеющих множество преимуществ по сравнению с обычными. Эти двигатели развивают большую мощность, чем обычные, но при этом потребляют меньше топлива. Реактивная струя турбовентиляторных двигателей намного холоднее, чем у обычных турбореактивных, это достигается за счёт того, что горячая составляющая выхлопа смешивается с потоком, создаваемым вентилятором. В результате выхлоп имеет относительно низкую температуру. В системах управления будут использовать микрокомпьютеры, которые обеспечат требуемую чувствительность и точность управления, достаточные для того, чтобы совершать посадку на качающуюся палубу корабля. Боб Кресс называет проект 698 «Сыном Щелкунчика». Он говорит, что нынешний проект является значительно улучшенной версией самолёта со складывающимся фюзеляжем, над которым они работали в прошлом. «Щелкунчик» использовал для изменения направления реактивной струи не поворот двигателей, как это сделано в проекте 698, а поворот целой секции фюзеляжа, на которой были смонтированы двигатели. Nutcracker не получил развития потому что требовал установки на корабли базирования сложной, автоматизированной, а значит и дорогой техники. Устройство для приёма Nutcracker-а на борт должно было иметь вид роботизированной руки, удерживающей самолёт за штангу на носу и помогающей совершить посадку. Преимуществом проекта 698 является то, что он не требует таких существенных переделок корабля. Концепция этого СВВП является достаточно простой, однако когда в Grumman попытались воплотить её в жизнь они столкнулись с рядом неожиданностей. Одна из них возникла на самоё ранней стадии работ, ещё когда Боб Кресс создал дома на кухне первую модель самолёта этого проекта, изготовленную из бальзы и пенопласта. По аналогии с множеством передовых конструкций 90х годов Кресс решил использовать аэродинамическую схему «утка», переднее горизонтальное оперение должно было обеспечивать правильную аэродинамическую балансировку, из-за того что центр тяжести самолёта находился несколько впереди крыла. Однако после исследований и испытаний оказалось, что в переднем горизонтальном оперении нужды нет, так как круглые гондолы двигателей обеспечивали в горизонтальном полёте достаточную подъёмную силу. Проект 698, помимо крыла чайки и поворотных турбовентиляторных двигателей, имеет традиционное хвостовое оперение, включающее рули направления и высоты. Позади двигателей, прямо в выхлопной струе, находится набор рулевых поверхностей, которые позволяют управлять самолётом когда он находится в режиме висения, или когда он ещё не набрал скорость на которой становятся эффективными обычные рули.

С двигателями установленными в строго вертикальное положение пилот сможет поднять свой самолёт даже с вертолётной площадки небольшой площади, которые имеются например на эсминцах, или буровых платформах. На высоте 15 метров над палубой самолёт начинает скользить вперёд и набирать скорость. Управляемые компьютером двигатели начинают переходить в горизонтальное положение самолёт задирает нос и «крыло чайки» начинает создавать подъёмную силу. Через 20 секунд самолёт уже удерживается в воздухе подъёмной силой создаваемой крыльями, а через две минуты он развивает скорость в 800 км/ч. После выполнения задания пилот может совершить посадку на ВПП с пробегом, как на обычном самолёте. Также он может совершить вертикальную посадку, например на корабль имеющий посадочную площадку, при этом высота волн может достигать четырёх с половиной метров. Вертикальная посадка на ограниченные площадки выглядит следующим образом. Пилот уменьшает обороты двигателей практически до холостого хода, на высоте 200 метров снижает скорость самолёта до 200 км/ч. После этого задирает нос самолёта и доводит угол атаки приблизительно до 12 градусов, этого достаточно, чтобы создать на малой скорости необходимую подъёмную силу. После этого пилот нажимает кнопку, которая переводит двигатели в вертикальное положение и увеличивает их тягу. Вместе с увеличением тяги двигателей самолёт замедляется и через 20 секунд двигатели переходят в полностью вертикальное положение. Теперь пилот изменяет траекторию полёта и скорость снижения с помощью изменения тяги двигателей. На высоте 30 метров самолёт уже переходит в режим висения и удерживается в воздухе только с помощью тяги двигателей. В режиме висения, управляя самолётом с помощью рулевых поверхностей, находящихся в реактивной струе, пилот может перемещать летательный аппарат из стороны в сторону со скоростью до 50 км/ч. На всём протяжении захода на посадку инерциальная система помогает управлять самолётом, компенсируя даже сильные порывы ветра. Преодоление последних метров, оставшихся до палубы, требует чрезвычайно точного управления тягой двигателей. Для этого воздухозаборники двигателей оснащены специальными жалюзи, которые позволяют регулировать воздушный поток, попадающий в двигатели и изменять тягу двигателей в считанные доли секунд, в ответ на команды инерциальных датчиков.

Проект 698 это больше чем просто концептуальная модель. Помимо небольших радиоуправляемых моделей и продувок в скоростных аэродинамических трубах был создан полномасштабный макет самолёта, оснащённый парой турбовентиляторных двигателей TF-34-GE-100. Этот макет был испытан в огромной аэродинамической трубе сечением 12 на 24 метра, принадлежащей исследовательскому центру NASA. Эта тестовая модель, стоимостью в 6 миллионов долларов (затраты разделили между собой Grumman, NASA и ВМС), примерно в два раза тяжелее чем самолёт, который должен будет пойти в производство. Образец для лётных испытаний обойдётся примерно в 100 миллионов долларов, цена самолётов оснащённых радаром должна составить приблизительно 10 миллионов долларов. Боб Кресс говорит: Если мы подойдём к делу с должным умом и энергией, а также при наличии надлежащего финансирования, мы сможем предоставить летающую модель в течении трёх лет. Судьба этой концепции самолёта будущего, предназначенного для ВМС, зависит теперь от финансирования. Одним из возможных ответов на наращивание Советским Союзом (не забываем, статья 1981 года) своих военно-морских сил могла бы быть разработка нового ракетного корабля, способного нести до 10 самолётов проекта 698. Основой для такого корабля могла бы стать конструкция уже существующего эсминца. Цена такого корабля составила бы приблизительно 500 миллионов долларов, при том что авианосец обходится в 2,5 миллиарда долларов, и это без учёта стоимости самолётов и прочего необходимого оборудования. Но не стоит ограничиваться только военным применением — гражданские перспективы проекта 698 тоже выглядят многообещающими, например этот самолёт мог бы использоваться для снабжения морских нефтяных вышек, или в другом бизнесе. Кресс говорит, что пассажирская модель, способная перевозить 9 человек, должна стоить приблизительно 9 миллионов долларов. Такой самолёт мог бы взлететь в нижней части Манхэттена и за два часа совершать беспосадочный перелёт до Чикаго, сокращая время пути по сравнению с обычными коммерческими реактивными самолётами в два раза. Подобная экономия времени, без необходимости строительства новой инфраструктуры, определённо пойдёт на пользу авиатранспортной отрасли.

 

http://hayate.ru/