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. Большие винты конвертоплана помогают ему при вертикальном взлете, однако в горизонтальном полете они становятся менее эффективными по сравнению с винтами меньшего диаметра традиционного самолета.

В настоящее время в США эксплуатируется действующий образец конвертоплана V-22 Osprey с полётной массой 27,4 т и скоростью полёта в самолётном режиме 463 км/ч, а в вертолётном режиме 185 км/ч.

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 вундерваффе. 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 … 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).

Конвертоплан с поворотными винтами

Конвертоплан с поворотными винтами (тилтротор, (tiltrotor) — 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.

Конвертоплан с поворотным крылом

Существует вариант конвертоплана, называемый конвертоплан с поворотным крылом (тилтвинг; Tiltwing, от tilt — поворачивать и wing — крыло), 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).

[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.

Вертолёты.

Особенности

Как и вертолёты, автожиры обладают несущим винтом для создания подъёмной силы, однако винт автожира вращается под действием аэродинамических сил в режиме авторотации. Винт автожира упрощённой схемы без автомата перекоса, в полёте наклонён назад, против потока — подобно крылу с положительным углом атаки (вертолёты наоборот, наклоняют винт в сторону движения). Кроме того, автожир обычно обладает ещё и тянущим или толкающим винтом (пропеллером), как и у обычного самолёта времён поршневой авиации. Этот маршевый винт и сообщает автожиру горизонтальную скорость.

Автожиры также отличаются от винтокрылов, которые имеют постоянный привод несущего винта от двигателя, позволяющий им использовать как режим авторотации, так и режим вертолётного полёта. На больших скоростях их роторная система действует сходным с автожиром образом (в режиме авторотации шага), обеспечивая только подъёмную силу, но не тягу. Можно сказать, что винтокрылы занимают промежуточное положение, сочетая в себе качества автожиров и вертолётов.

Первые автожиры управлялись с помощью аэродинамических рулей, поэтому вертикальная посадка получалась неуправляемой и обычно считалась чрезвычайным режимом. Современные системы управления наклоном плоскости несущего винта (втулка обладает двумя степенями свободы) позволяют производить посадку без пробега, так как управляемость аппарата не зависит от его воздушной скорости. Для реализации вертикального старта (подскоком) возможна предварительная раскрутка несущего винта с нулевым шагом на земле (от двигателя), с последующим отключением его привода и установкой рабочего шага винта.

Свойства

Большинство автожиров не могут взлетать вертикально, но им требуется гораздо более короткий разбег для взлёта (10—50 м, с системой предраскрутки ротора), чем самолётам. Почти все автожиры способны к посадке без пробега или с пробегом всего несколько метров, к тому же эти аппараты способны висеть при сильном встречном ветре. Таким образом, по маневренности они находятся между самолётами и вертолётами, несколько уступая вертолётам и абсолютно превосходя самолёты.

Автожиры, в некотором отношении, превосходят самолёты и вертолёты по безопасности полёта. Самолёту опасна потеря скорости, поскольку он сваливается при этом в штопор. Автожир при потере скорости начинает снижаться. При отказе мотора автожир не падает, вместо этого он снижается (планирует), используя эффект авторотации (несущий винт вертолёта при отказе двигателя также переводится в режим авторотации, но на это теряется несколько секунд, важных при вынужденной посадке). Пилот может в полной степени управлять направлением снижения, используя все системы управления автожиром. При посадке автожиру не требуется посадочная полоса, что тоже важно для безопасности полёта, особенно при вынужденной посадке в незнакомом месте.

Скорость автожира сравнима со скоростью лёгкого вертолёта и несколько уступает лёгкому самолёту. По расходу топлива они уступают и самолётам, и вертолётам, но техническая себестоимость лётного часа автожира в несколько раз меньше, чем у вертолёта, благодаря отсутствию сложной трансмиссии. Типичные автожиры летают со скоростью до 180 км/ч (рекорд 207,7 км/ч), а расход топлива составляет 15 л на 100 км при скорости 120 км/ч. Таким образом, по скорости и экономичности автожир напоминает автомобиль, с той разницей, что не застревает в пробках.

Ещё одним их преимуществом является широкий обзор и гораздо меньшая, чем в вертолётах, вибрация, что делает их очень удобными для аэрофотосъёмок, видеосъёмок и наблюдения.

Автожир также имеет существенное преимущество перед другими типами лёгких летательных аппаратов: на нём можно летать даже в сильный (до 20 м/с) ветер.

Большинство автожиров одно- и двухместные. Существуют и трёхместные модели — российский автожир «Охотник-3», выпускающийся научно-производственным центром Аэро-Астра-Автожир, и автожир А002, серийно выпускающийся ИАПО «Иркут». При скорости ветра более 8 м/с взлетает с места, в штиль нужен разбег до 15 м.

Самыми массовыми в последние годы стали автожиры немецкой компании Autogyro. Начиная с 2003 года выпуск этих аппаратов быстро увеличивался и сейчас составляет более 300 машин в год.

Самолёт вертикального взлёта и посадки, общепринятое сокращение — СВВП или англ. VTOL — Vertical Take-Off and Landing — самолёт, способный взлетать и садиться при нулевой горизонтальной скорости, используя тягу двигателя направленную вертикально.

Принципиальным отличием СВВП от различных винтокрылых машин является то, что в режиме горизонтального полета на крейсерской скорости, как и у самолёта традиционной схемы, подъёмную силу создает неподвижное крыло.

FAA определяет СВВП как «летательный аппарат тяжелее воздуха, способный к вертикальному взлету и посадке, полету на малых скоростях, который на указанных режимах использует устройства для создания подъёмной силы, приводимые двигателем или непосредственно тягу двигателя: а в режиме горизонтального полета для создания подъёмной силы использует неподвижное крыло или крылья». Существуют, однако, различные подходы к классификации СВВП и отнесения различных летательных аппаратов к этой группе.

Условно (исходя из принципа создания подъёмной силы на вертикальных режимах) существующие СВВП можно разделить на аппараты, использующие энергию газовой струи реактивного двигателя — реактивные (например McDonnell Douglas AV-8 Harrier II, Як-38) — и другие схемы СВВП, создающих вертикальную тягу посредством воздушных винтов различной конструкции и схемы их расположения — винтовые СВВП, конвертопланы.

Преимущества и недостатки СВВП

История развития самолётов ВВП показывает, что до настоящего времени они создавались почти исключительно для военной авиации. Преимущества СВВП для военного применения очевидны. Самолёт ВВП может базироваться на площадках, размеры которых ненамного превышают его габариты. Кроме способности вертикального взлёта и посадки, самолёты ВВП обладают дополнительными преимуществами, а именно возможностью зависания, разворота в этом положении и полёта в боковом направлении в зависимости от используемых двигательной установки и системы управления. По отношению к другим вертикально взлетающим летательным аппаратам- например вертолётам — СВВП обладают несравненно большими, вплоть до сверхзвуковых (Як-141) — скоростями и в целом преимуществами, свойственными летательным аппаратам с неподвижным крылом. Всё это привело к увлечению идеей вертикально взлетающего самолёта, своего рода «буму СВВП» в инженерно-конструкторской и в целом авиационной областях в 1960-е—1970-е годы.

Прогнозировалось широкое распространение этого типа машин, предлагалось множество проектов военных и гражданских, боевых, транспортных и пассажирских СВВП различных конструкций (типичный для 70- х годов пример проекта пассажирского лайнера СВВП — Hawker Siddeley HS-141).

Однако, недостатки СВВП также оказались значительными. Пилотирование этого типа машин весьма сложно для лётчика и требует от него высочайшей квалификации в технике пилотирования. Особенно это сказывается в полете на режимах висения и переходных — в моменты перехода из висения в горизонтальный полёт и обратно. Фактически, пилот реактивного СВВП должен перенести подъёмную силу, и, соответственно, вес машины — с крыла на вертикальные газовые струи тяги или наоборот.

Такая особенность техники пилотирования ставит сложные задачи перед пилотом СВВП. Кроме того, в режиме висения и переходных режимах СВВП в целом неустойчивы, подвержены боковому скольжению, большую опасность в эти моменты представляет возможный отказ подъёмных двигателей. Такой отказ нередко служил причиной аварий серийных и экспериментальных СВВП. Также к недостаткам можно отнести значительно меньшую в сравнении с самолётами обычной схемы грузоподъёмность и дальность полёта СВВП, большой расход топлива на вертикальных режимах полета, общую сложность и дороговизну конструкции СВВП, разрушение покрытий взлётно-посадочных площадок горячим газовым выхлопом двигателей.

Указанные факторы, а также резкое повышение на мировом рынке цен на нефть (и, соответственно, авиационное топливо) в 70-годах 20-го века привели к практическому прекращению разработок в области пассажирских и транспортных реактивных СВВП.

Из множества предложенных проектов реактивных транспортных СВВП практически был завершен и испытан лишь один[источник не указан 406 дней] самолёт Dornier Do 31, однако и эта машина серийно не строилась. Исходя из всего вышеизложенного, перспективы широких разработок и массового применения реактивных СВВП очень сомнительны. В то же время, существует современная конструкторская тенденция к отходу от традиционной реактивной схемы в пользу СВВП с винтомоторной группой (чаще — конвертопланов): в частности, к таким машинам относится производящийся серийно в настоящее время Bell V-22 Osprey и разрабатываемый на его основе Bell/Agusta BA609 .