VTOL - VTOL

O verticală decolare și aterizare ( VTOL ) aeronavă este una care poate pluti în aer, decolare și terenuri pe verticală. Această clasificare poate include o varietate de tipuri de aeronave, inclusiv aeronave cu aripi fixe , precum și elicoptere și alte aeronave cu rotoare electrice, cum ar fi ciclogiro / ciclocoptori și tiltrotori . Unele aeronave VTOL pot funcționa și în alte moduri, cum ar fi CTOL (decolare și aterizare convenționale), STOL (decolare și aterizare scurte ) sau STOVL (decolare scurtă și aterizare verticală). Altele, cum ar fi unele elicoptere, pot funcționa doar cu VTOL, din cauza lipsei trenului de aterizare care poate face față mișcării orizontale. VTOL este un subset de V / STOL (decolare și aterizare verticale sau scurte). Unele avioane mai ușoare decât aerul se califică, de asemenea, ca avioane VTOL, deoarece pot planua, decola și ateriza cu profiluri de apropiere / plecare verticale.

Avioanele de decolare și aterizare verticale electrice și hibrid-electrice , sau eVTOL , sunt dezvoltate în căutarea vehiculelor aeriene personale (PAV) complet autonome .

Pe lângă elicopterul omniprezent, există în prezent două tipuri de aeronave VTOL în serviciul militar: ambarcațiuni care utilizează un tiltrotor , cum ar fi Bell Boeing V-22 Osprey și o alta care utilizează propulsie cu jet direcționat, cum ar fi familia Harrier și noul F-35B Lightning II Joint strike Fighter (JSF). În sectorul civil, în prezent, numai elicopterele sunt utilizate în general (au fost propuse și alte tipuri de aeronave comerciale VTOL și sunt în curs de dezvoltare începând cu 2017). În general vorbind, aeronavele VTOL capabile de STOVL îl folosesc ori de câte ori este posibil, deoarece de obicei crește semnificativ greutatea, autonomia sau sarcina utilă la decolare în comparație cu VTOL pur.

Istorie

Accesorii, proprotori și rotorcraft avansat

Ideea zborului vertical a existat de mii de ani, iar schițele pentru un VTOL (elicopter) apar în cartea de schițe a lui Leonardo da Vinci . Avioanele VTOL echipate, sub formă de elicoptere primitive, au zburat pentru prima dată în 1907, dar ar urma să se perfecționeze până după cel de-al doilea război mondial.

În plus față de dezvoltarea elicopterelor , s-au încercat numeroase abordări pentru a dezvolta avioane practice cu capacități de decolare și aterizare verticale, inclusiv avioane cu aripă fixă ​​experimentale cu rotor orizontal din 1922-1925 ale lui Henry Berliner și brevetul lui Nikola Tesla din 1928 și brevetul lui George Lehberger din 1930 pentru avioane cu aripi fixe VTOL relativ impracticabile cu motoare basculante. La sfârșitul anilor 1930, designerul de avioane britanic Leslie Everett Baynes a primit un brevet pentru Heliplanul Baynes , un alt avion cu rotor înclinabil . În 1941, designerul german Heinrich Focke a început să lucreze la Focke-Achgelis Fa 269 , care avea doi rotori înclinați în jos pentru decolare verticală, dar bombardamentele din timpul războiului au oprit dezvoltarea.

Convair XFY-1 Pogo în zbor

În mai 1951, atât Lockheed , cât și Convair au primit contracte în încercarea de a proiecta, construi și testa doi luptători experimentali VTOL. Lockheed a produs XFV , iar Convair a produs Convair XFY Pogo . Ambele programe experimentale au trecut la starea zborului și au finalizat zborurile de testare 1954–1955, când contractele au fost anulate. În mod similar, X-13 a zburat o serie de zboruri de test între 1955 și 1957, dar a suferit și aceeași soartă.

Utilizarea ventilatoarelor verticale acționate de motoare a fost investigată în anii 1950. SUA au construit o aeronavă în care evacuarea cu jet a condus ventilatoarele , în timp ce proiectele britanice care nu au fost construite includeau ventilatoare acționate de acționări mecanice de la motoarele cu reacție.

Clopot XV-15

NASA a zburat cu alte nave VTOL, cum ar fi ambarcațiunile de cercetare Bell XV-15 (1977), la fel ca și Marina sovietică și Luftwaffe . Sikorsky a testat un avion numit X-Wing , care a decolat în maniera unui elicopter. Rotoarele ar deveni staționare la mijlocul zborului și ar funcționa ca aripi, oferind ridicare în plus față de aripile statice. Boeing X-50 este un prototip Canard Rotor / Wing care utilizează un concept similar.

Fairey Jet Gyrodyne

Un alt proiect britanic VTOL a fost girodinul , unde un rotor este alimentat în timpul decolării și aterizării, dar care apoi roți libere în timpul zborului, cu motoare de propulsie separate care asigură împingere înainte. Începând cu Fairey Gyrodyne , acest tip de aeronavă a evoluat mai târziu în mult mai mare Fairey Rotodyne cu două motoare , care folosea tipjetets pentru a alimenta rotorul la decolare și aterizare, dar care folosea apoi două turbopropulsoare Napier Eland care conduc elice convenționale montate pe aripi substanțiale. pentru a oferi propulsie, aripile servind la descărcarea rotorului în timpul zborului orizontal. Rotodyne a fost dezvoltat pentru a combina eficiența unei aeronave cu aripi fixe la croazieră cu capacitatea VTOL a unui elicopter de a oferi servicii de transport aerian de scurtă durată de la centrele orașului la aeroporturi.

US Marines sari de la un V-22 Osprey , prima producție tiltrotor aeronavei

CL-84-1 ( CX8402 ) expus la Muzeul Aviației și Spațiului din Canada din Ottawa, Ontario

CL-84 a fost un canadian V / STOL monoplan turbină tilt-aripa proiectat și fabricat de Canadair între 1964 și 1972. Guvernul canadian a ordonat trei actualizate CL-84s pentru evaluare militară în 1968, desemnat CL-84-1. Din 1972 până în 1974, această versiune a fost demonstrată și evaluată în Statele Unite la bordul portavioanelor USS Guam și USS Guadalcanal , precum și în diferite alte centre. Aceste procese au implicat piloți militari din Statele Unite, Marea Britanie și Canada. În timpul testării, două dintre CL-84 s-au prăbușit din cauza defecțiunilor mecanice, dar nu au avut loc pierderi de vieți umane ca urmare a acestor accidente. Nu au rezultat contracte de producție.

Deși tiltrotorii, cum ar fi Focke-Achgelis Fa 269 de la mijlocul anilor 1940 și Centro Técnico Aeroespacial „Convertiplano” din anii 1950, au atins etapele de testare sau machetă, V-22 Osprey este considerat primul avion de producție din lume . Are un proprotor cu trei palete , un motor turbopropulsor și o nacelă de transmisie montate pe fiecare vârf de aripă. Osprey este un avion cu mai multe misiuni, atât cu decolare și aterizare verticale (VTOL), cât și cu capacitate scurtă de decolare și aterizare ( STOL ). Este proiectat pentru a îndeplini misiuni precum un elicopter convențional cu performanța de croazieră pe distanțe lungi și de mare viteză a unui avion cu turbopropulsor . FAA clasifică Osprey ca un model de aeronavă cu motor.

În anii 1960 s-au încercat dezvoltarea unui avion comercial de pasageri cu capacitate VTOL. Propunerea Hawker Siddeley Inter-City Vertical-Lift avea două rânduri de ventilatoare de ridicare pe ambele părți. Cu toate acestea, niciunul dintre aceste avioane nu a ajuns la producție după ce au fost respinse ca fiind prea grele și costisitoare pentru a fi operate.

În 2018, Opener Aero a demonstrat o aeronavă VTOL cu aripi fixe cu propulsie electrică, Blackfly , despre care producătorul susține că este prima aeronavă de decolare și aterizare verticală cu aripi fixe ultralight din lume, complet electrică, verticală.

Jet lift

Ryan X-13

Cozi

În 1947, Ryan X-13 Vertijet , un design de tailsitter , a fost comandat de Marina SUA, care a lansat apoi o propunere în 1948 pentru o aeronavă capabilă să decoleze și să aterizeze pe verticală (VTOL) la bordul platformelor montate pe posturile de navă convenționale. Atât Convair, cât și Lockheed au concurat pentru contract, dar în 1950, cerința a fost revizuită, cu o cerere pentru o aeronavă de cercetare capabilă să evolueze în cele din urmă într-un luptător de escortă convoi VTOL.

Design convențional

"Flying Bedstead" - Dispozitiv de măsurare a presiunii Rolls-Royce

O altă contribuție funcțională timpurie mai influentă la VTOL a fost Rolls-Royce 's Thrust Measuring Rig ("patul zburător") din 1953. Acest lucru a condus la primele motoare VTOL utilizate în primul avion britanic VTOL, Short SC.1 (1957) , Short Brothers și Harland, Belfast, care foloseau patru motoare verticale de ridicare cu unul orizontal pentru împingerea înainte.

Avionul scurt SC.1 a VTOL delta

Scurt sc.1 a fost prima aripă fixă avioane britanice VTOL. SC.1 a fost conceput pentru a studia problemele cu zborul VTOL și tranziția la și de la zborul înainte. SC.1 a fost conceput pentru a satisface o cerere de licitație a Ministerului Aprovizionării (MoS) (ER.143T) pentru o aeronavă de cercetare la decolare verticală emisă în septembrie 1953. Proiectul a fost acceptat de minister și a fost încheiat un contract pentru două persoane. aeronave (XG900 și XG905) pentru a îndeplini specificațiile ER.143D din 15 octombrie 1954. SC.1 a fost, de asemenea, echipat cu primul sistem de control „fly-by-wire” pentru o aeronavă VTOL. Acest lucru a permis trei moduri de control al suprafețelor aerodinamice sau al comenzilor duzei.

Republica Aviației AP-100 a fost un prototip VTOL 6x General Electric J85 Turbojet motor capabil concept de grevă luptător nuclear proiectat de Alexander Kartveli care a avut 3x fanii duct în centrul fuselajului și coada ca un posibil pretendent la Programul TFX . Un alt design a fost A400 AVS care folosea aripi cu geometrie variabilă, dar a fost găsit prea complicat, însă a dus la dezvoltarea AFVG, care la rândul său a ajutat la dezvoltarea Panavia Tornado .

Uniunea Sovietică e aeronava VTOL, The Yakovlev Yak-38

Yakovlev Yak-38 a fost un sovietic Marinei de aeronave VTOL destinate utilizării la bordul portavioane ușoare, cargoships, și navele lor de capital. A fost dezvoltat din aeronavele experimentale Yakovlev Yak-36 în anii 1970. Înainte de destrămarea Uniunii Sovietice, un avion VTOL supersonic a fost dezvoltat ca succesor al Yak-38, Yak-141 , care nu a intrat niciodată în producție.

Un V / STOL VJ101 german expus la Deutsches Museum , München, Germania

Faceți 31 E3 expus la Deutsches Museum , Germania

În anii 1960 și începutul anilor 1970, Germania a planificat trei avioane VTOL diferite. Unul a folosit Lockheed F-104 Starfighter ca bază pentru cercetarea unui avion V / STOL . Deși au fost construite două modele (X1 și X2), proiectul a fost anulat din cauza costurilor ridicate și a problemelor politice, precum și a nevoilor schimbate în Forțele Aeriene Germane și NATO. EWR VJ 101 C a efectuat gratuit VTOL decolări și aterizări, precum și zborurile de testare dincolo de Mach 1 în anii '60 și mijlocul anilor târzii. Unul dintre avioanele de testare este păstrat în Deutsches Museum din München, Germania. Celelalte au fost avioanele de luptă ușoară și de recunoaștere VFW-Fokker VAK 191B și transportul Dornier Do 31 E-3 (trupă).

LLRV a fost o navă spațială simulator landurilor Apollo lunar. Acesta a fost conceput pentru a imita caracteristicile de zbor ale modulului lunar (LEM), care trebuia să se bazeze pe un motor de reacție pentru a ateriza pe Lună.

Ideea utilizării aceluiași motor pentru zborul vertical și orizontal prin modificarea traiectoriei forței a fost concepută de Michel Wibault . A condus la motorul Bristol Siddeley Pegasus , care a folosit patru duze rotative pentru a direcționa împingerea pe o gamă de unghiuri. Acest lucru a fost dezvoltat cot la cot cu un avion, Hawker P.1127 , care a devenit ulterior Kestrel și apoi a intrat în producție ca Hawker Siddeley Harrier , deși supersonicul Hawker Siddeley P.1154 a fost anulat în 1965. Francezii în concurență cu P.1154 a dezvoltat o versiune a Dassault Mirage III capabilă să atingă Mach 1. Dassault Mirage IIIV a realizat tranziția de la zbor vertical la orizontal în martie 1966, ajungând la Mach 1.3 în zbor de nivel la scurt timp mai târziu.

V / STOL

Harrier este de obicei zburat în modul STOVL , ceea ce îi permite să transporte o încărcătură mai mare de combustibil sau armă pe o anumită distanță. În V / STOL, avionul VTOL se deplasează orizontal de-a lungul pistei înainte de a decola folosind forța verticală. Acest lucru oferă o ridicare aerodinamică, precum și o ridicare a tracțiunii și permite decolarea cu sarcini mai mari și este mai eficient. La aterizare aeronava este mult mai ușoară datorită pierderii greutății combustibilului și este posibilă o aterizare verticală controlată. Un aspect important al operațiunilor Harrier STOL la bordul transportatorilor navali este „puntea de schi” ridicată pe puntea înainte, care conferă ambarcațiunii un impuls vertical suplimentar la decolare.

Coperta din Popular Science din martie 1981 a arătat trei ilustrații pentru povestea de pe prima pagină „Tilt-engine V / STOL - viteze ca un avion, aterizează ca un copter”; o poveste de urmărire a făcut parte din numărul din aprilie 2006 care menționa „problemele legate de consumul de combustibil și stabilitate care au afectat avionul / copterul anterior”.

Retrasă din Marina Regală Britanică în 2006, Marina Indiană a continuat să opereze Sea Harriers până în 2016, în principal din portavionul INS  Viraat . Cea mai recentă versiune a lui Harrier, BAE Harrier II , a fost retrasă în decembrie 2010 după ce a fost operată de Royal Royal Air Force și Royal Navy. Statele Unite ale Americii Marine Corps și marinele italiană și spaniolă continuă să utilizeze AV-8B Harrier II , o versiune echivalentă american proiectat. Înlocuirea Harrier II / AV-8B în brațele aeriene din SUA și Marea Britanie este varianta STOVL a Lockheed Martin F-35 Lightning II , F-35B.

Dronele moderne

Un Schiebel Camcopter S-100 , un vehicul aerian modern fără pilot VTOL

În secolul 21, dronele fără pilot devin din ce în ce mai banale. Multe dintre acestea au capacitatea VTOL, în special tipul quadcopter .

Rachete

SpaceX a dezvoltat mai multe prototipuri Falcon 9 pentru a valida diferite aspecte de inginerie la altitudine mică și viteză redusă ale programului său de dezvoltare a sistemului de lansare reutilizabil . Primul prototip, Grasshopper, a realizat opt ​​zboruri de testare de succes în 2012-2013. A făcut cel de-al optulea și ultimul zbor de test pe 7 octombrie 2013, zburând la o altitudine de 744 metri (2.441 ft), înainte de a efectua cel de-al optulea aterizare de succes VTVL. Acesta a fost ultimul test programat pentru platforma Grasshopper; în continuare vor fi testate la altitudini reduse ale vehiculului de dezvoltare Falcon 9 Reusable (F9R) din Texas, urmate de teste la altitudine mare în New Mexico. }} </ref>

La 23 noiembrie 2015, racheta de rapel New Shepard de la Blue Origin a realizat prima aterizare verticală de succes în urma unui zbor de testare suborbitală fără echipaj care a ajuns în spațiu. Pe 21 decembrie 2015, prima etapă SpaceX Falcon 9 a aterizat cu succes după ce a impulsionat 11 sateliți comerciali pe orbita pământului joasă pe Falcon 9 Flight 20 . Aceste demonstrații au deschis calea reducerilor substanțiale ale costurilor zborurilor spațiale.

Rotorcraft

Elicopter

Forma elicopterului de VTOL îi permite să decoleze și să aterizeze vertical, să plutească și să zboare înainte, înapoi și lateral. Aceste atribute permit elicopterelor să fie utilizate în zone aglomerate sau izolate în care aeronavele cu aripi fixe nu ar putea de obicei să decoleze sau să aterizeze. Capacitatea de a plasa eficient pentru perioade lungi de timp se datorează palelor rotorului relativ lungi și, prin urmare, eficiente ale elicopterului și permite unui elicopter să îndeplinească sarcini pe care avioanele cu aripi fixe și alte forme de decolare și aterizare verticale ale avioanelor nu ar putea să le îndeplinească cel puțin la fel și până în 2011 .

Pe de altă parte, palele lungi ale rotorului restricționează viteza maximă la aproximativ 400 de mile pe oră (400 km / h) a elicopterelor cel puțin convenționale, întrucât retragerea paletei lamei provoacă instabilitate laterală.

Autogir

Autogirosii sunt, de asemenea, cunoscuți ca giroplanuri sau girocoptere. Rotorul nu este alimentat și se rotește liber în fluxul de aer pe măsură ce ambarcațiunea călătorește înainte, astfel încât ambarcațiunea are nevoie de o centrală electrică convențională pentru a asigura împingerea. Un autogir nu este în mod intrinsec capabil de VTOL: pentru VTO rotorul trebuie rotit până la viteză printr-o acționare auxiliară, iar aterizarea verticală necesită un control precis al impulsului și pasului rotorului.

Girodin

Girodinele sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de elicoptere compuse sau giroplanuri compuse. Un girodin are rotorul electric al unui elicopter cu un sistem separat de împingere a unui autogir. În afară de decolare și aterizare, rotorul poate fi neacționat și autorotat. Proiectele pot include, de asemenea, aripi de butuc pentru o ridicare suplimentară.

Ciclogir

Un ciclogir sau ciclocopter are o aripă rotativă a cărei axă și suprafețe rămân laterale de-a lungul fluxului de aer, ca și în cazul unei aripi convenționale.

Ascensor electric

Convertiplan

Un convertiplan decolează sub ridicarea rotorului ca un elicopter, apoi trece la ridicarea cu aripi fixe în zbor înainte.

Tiltrotor

Un tiltrotor sau proprotor își înclină elicele sau rotoarele pe verticală pentru VTOL și apoi le înclină înainte pentru zborul orizontal purtat de aripă, în timp ce aripa principală rămâne fixată în poziție.

Ventilator cu canal înclinabil

Similar cu conceptul de tiltrotor, dar cu ventilatoare cu conductă. După cum se poate vedea în Bell X-22 .

Tiltwing

O aripă înclinată are elicele sau rotoarele fixate pe o aripă convențională și înclină întregul ansamblu pentru a face tranziția între zborul vertical și cel orizontal.

Coadă

Un coș-sitter se așează vertical pe coadă pentru decolare și aterizare, apoi înclină întregul avion înainte pentru zbor orizontal.

Împingere vectorială

Vectorizarea tracțiunii este o tehnică utilizată pentru motoarele cu rachete și rachete, unde direcția evacuării motorului este variată. În VTOL, evacuarea poate fi variată între tracțiunea verticală și orizontală.

Tiltjet

Similar cu conceptul de tiltrotor, dar cu motoare cu turboreactor sau turboventilatoare în locul celor cu elice.

Ridicați jeturile

Un jet de ridicare este un motor cu jet auxiliar utilizat pentru a asigura ridicarea pentru funcționarea VTOL, dar poate fi oprit pentru zborul normal pe aripă.

Ridicați ventilatoarele

Ventilatorul de ridicare este o configurație a aeronavei în care ventilatoarele de ridicare sunt situate în găuri mari într-o aripă fixă ​​sau fuzelaj altfel convențională. Este folosit pentru operarea V / STOL.

Aeronava decolează folosind ventilatoarele pentru a oferi lift, apoi trece la liftul cu aripi fixe în zbor înainte. Au fost pilotate mai multe ambarcațiuni experimentale, dar doar F-35 Lightning II a intrat în producție.

Ridică prin efect Coandă

Avioanele în care VTOL se realizează prin exploatarea efectului Coandă sunt capabile să redirecționeze aerul la fel ca vectorul de împingere , dar mai degrabă decât să dirijeze fluxul de aer printr-o conductă, fluxul de aer este pur și simplu direcționat de-a lungul unei suprafețe existente, care este de obicei corpul navei, permițând mai puțin material și greutate.

Avro Canada VZ-9 Avrocar , sau pur și simplu VZ-9, a fost un avion canadian VTOL dezvoltat de Avro Aircraft Ltd. , care utilizează acest fenomen prin suflare de aer într - o zonă centrală, atunci este îndreptată în jos pe suprafața superioară, care este parabolică și seamănă cu o farfurie zburătoare înclinată . Datorită efectului Coandă, fluxul de aer este atras către cea mai apropiată suprafață și continuă să se deplaseze de-a lungul acelei suprafețe, în ciuda schimbării direcției suprafeței departe de fluxul de aer. Nava este proiectată pentru a direcționa fluxul de aer în jos pentru a asigura ridicarea.

Jetoptera a anunțat o linie propusă de aeronave bazată pe ceea ce a numit propulsie fluidică care utilizează efectul Coandă. Compania susține un număr de eficiență Oswald de 1,45 pentru designul său boxwing. Alte afirmații includ eficiență sporită, funcționare mai silențioasă și scalabilitate.

Galerie

• Redați conținut media

  Zbor F-35, tranziție la configurația STOVL, decolare verticală, realimentare în zbor, plimbare verticală și aterizare

• Redați conținut media

  Aterizare verticală F-35

Vezi si

Referințe

Note

Bibliografie

linkuri externe

• Roata nenorocirii V / STOL - Cronologia avioanelor V / STOL , pagina 5
• „Tiltplane VTOL Aircraft” . ww7.tiltplane.com . Adus 29.04.2021 .