СУПЕРМОТОР КЛИМЕНКО

Новая концепция летательного аппарата
с вертикальным взлетом и посадкой

Этот аппарат изобретен пилотом-инженером А. Клименко. Алексей Геннадьевич окончил Бугурусланское летное училище и Киевский институт инженеров гражданской авиации. Богатый летный опыт обрел за штурвалом воздушного судна на трассах Дальнего Востока и Сибири. Именно в тех обширных краях, где так сложно и дорого строить аэродромы, и пришла в голову Клименко мысль о создании самолета, не нуждающегося в длинных бетонных ВПП. В этом изобретении он пошел своим оригинальным путем и преуспел, получив патент Российской Федерации на "Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой". В чем же его оригинальность и преимущества, рассказывает сам изобретатель.

Чтобы легче было понять конструктивную суть нового конвертоплана, требуется для начала сделать небольшой экскурс в аэродинамику.

У самолета длина крыла и площадь, а также его механизация предназначены для достижения одной цели - снизить взлетную и посадочную скорости. Но большое крыло в крейсерском режиме полета создает большое лобовое сопротивление. И авиаконструкторы все время стоят перед дилеммой: например, снизить вес - значит ослабить конструкцию; укрепить конструкцию - увеличится вес. Или: улучшить взлетно-посадочные характеристики - значит, снизить крейсерскую скорость, а улучшение крейсерских показателей приводит к ухудшению взлетно-посадочных характеристик. В результате каждый летательный аппарат представляет собой компромисс противоречивых решений.

Конструкторы вынуждены оснащать крылья механизацией или выдумывать складывающиеся крылья…

На скорости более 600 км/ч воздух приобретает упругость жидкости, и в результате наступает момент, когда аэродинамики даже одного только фюзеляжа становится достаточно для создания необходимой в полете подъемной силы. Этот тезис находит стопроцентное подтверждение в конструкциях современных ракет различного класса и дальности. Неслучайно они практически лишены крыльев, имеют лишь рули и стабилизаторы. В скоростном крейсерском режиме полета крылья становятся как бы лишними, более того, они несут вредную тормозящую функцию: чем больше скорость, тем больше возрастает лобовое сопротивление. Причем оно увеличивается в геометрической прогрессии к увеличению скорости.

А вот аппарат, взлетающий вертикально, в ходе подъема и разгона скорости не нуждается в крыльях. И на больших скоростях полета может обойтись минимальными плоскостями. Обратимся к природе. Известно, что птица тратит на движение в воздухе примерно в десять раз меньше энергии, чем современный самолет. Если сравнить птицу с ним, то становится очевидно, что ее машущее крыло по своим функциям ближе к пропеллеру, чем к крылу самолета. Птица взлетает так же, как конвертоплан: сначала крылья машут в горизонтальной плоскости, затем по мере разгона постепенно разворачиваются - и плоскость взмахов становится вертикальной. Но поскольку крыло птицы при взмахах имеет "мертвые точки", а винт их не имеет, значит полет машины с поворотными винтами может быть даже экономичнее, чем полет птицы.

Многие авиастроительные фирмы мира разрабатывают конвертопланы. Самый известный из них V=22 (Osprei), созданный фирмами "Белл" и "Боинг Геликоптер" (США). Аппарат этого типа имеет вид обыкновенного самолета с крыльями и оперением, но включает в себя также все элементы вертолета: винты большого диаметра, автоматы перекоса и мощные редукторы. В этих аппаратах совмещено несовместимое. Ведь вертолету не нужны крылья и оперение, а самолету не нужны большие винты и автоматы перекоса - очевидно, что их гибриду не нужно ни то, ни другое.

Вертолету большой винт нужен потому, что он расположен над фюзеляжем, на висении примерно тридцать процентов потока от винта гасится на фюзеляже. Если же поставить вертолету малый винт, то такой аппарат вообще не взлетит, так как весь поток отразится от фюзеляжа вверх. У конвертоплана эта проблема отсутствует, поскольку у него винты расположены в стороне от фюзеляжа - отсюда следует, что и большие винты ему тоже ни к чему. Эти выводы подтверждаются и формулами теоретической аэродинамики. Рассмотрим две из них.

N_п.в. = βρn³ сек D⁵ л/с
и P_в = αтρn² сек D⁴ (кг)

где N_п.в. - мощность, необходимая для вращения винта, а P_в - тяга, развиваемая винтом. Из формул видно, что сила сопротивления вращения винта зависит от диаметра винта (D) в пятой степени, а от оборотов (n) - в третьей степени. Тяга, развиваемая винтом, зависит от диаметра в четвертой степени, а от оборотов - во второй степени. Следовательно, уменьшение диаметра винта приведет к значительному уменьшению сопротивления и менее значительному уменьшению тяги. А если увеличить обороты, то возрастание сопротивления будет ненамного больше, чем увеличение тяги. Из всего этого можно сделать вывод: уменьшение диаметра винта можно компенсировать увеличением оборотов. Если учесть, что при этом отпадет необходимость в громоздких редукторах (на вертолетах редуктор по массе и размерам сопоставим с двигателем) и что ресурс лопастей вертолетов обычно составляет всего около тысячи часов (у самолетов - значительно больше), то из всего вышесказанного следует: стоимость производства, КПД и надежность самолетных винтов значительно выше, чем вертолетных.

Подтверждение этому можно найти и… в мире птиц. Действительно, птицы, совершающие дальние и скоростные перелеты, имеют относительно небольшие крылья. Яркий пример - утки, рекордсмены по скорости и дальности полетов. В то же время птицы с огромными крыльями предпочитают парящий полет: например, орлы и грифы по много часов висят на восходящих потоках, ни разу не взмахнув крылом. В этом случае крыло птицы имеет ту же функцию, что и крыло самолета. Но самый оригинальный стиль полета у обыкновенного воробья: сделав несколько взмахов и разогнавшись, он складывает крылья, приобретая тем самым аэродинамическую обтекаемость, и летит некоторое время по инерции, отдыхая при этом; далее - снова разгоняясь и снова отдыхая. Очевидно, что такой полет - наивыгоднейший для птицы. У воробья вообще нет планирующего полета, а машущее крыло выполняет ту же роль, что и пропеллер самолета. При этом скорость и маневренность воробья не может не вызывать восхищения.

На приведенных здесь рисунках изображена новая концепция создания летательного аппарата с вертикальным взлетом и посадкой. В этой машине устранены все те недостатки, о которых шла речь выше. Она представляет собой конвертоплан с поворотным крылом, на котором установлены двигатели, оснащенные самолетными винтами, что позволило исключить автоматы перекосы винта и заменить редуктор на более легкий. При этом крылья, рули и стабилизаторы уменьшены до минимальных размеров, при каких возможны полеты на крейсерских скоростях. В сущности, крылья преобразовались в пилоны для крепления двигателей и шасси.

В конструкции предложенного аппарата имеется еще одна оригинальная особенность, которая заключается в следующем: узлы основных стоек шасси располагаются в задней части мотогондол таким образом, что колеса разворачиваются и становятся по полету вместе с двигателями. Это позволяет исключить из конструкции обычно сложный и тяжелый механизм уборки шасси. Тележка шасси в горизонтальном полете прячется в колпак-обтекатель.

Мотогондолы с двигателями, шасси и крылья жестко связаны центропланом, который поворачивается вокруг поперечной оси самолета на угол 90-120 градусов, то есть мотогондола может отклонятся назад от вертикальной оси самолета на угол до 30 градусов. Это позволяет создать конвертоплану такое посадочное положение, при котором его нос будет опущен вниз, в результате чего для пилота улучшается обзор из кабины. В итоге можно создать и более обтекаемый фонарь (уменьшится сопротивление).

Центроплан состоит из двух лонжеронов. Передний из них служит также осью вращения центроплана, а задний прячется в специальную нишу в нижней части фюзеляжа. Такая конструкция представляется оптимальной и самой перспективной. И действительно, основная нагрузка теперь всегда распределяется вдоль плоскости крыла и направлена в одну сторону - в итоге вся конструкция приобретает необычайную жесткость и легкость.

На взлете и посадке управление по крену производится увеличением шага винта на одном двигателе и уменьшением - на другом. Для обеспечения устойчивости и управляемости конвертоплана, выполнения разворотов вокруг вертикальной оси и управления по тангажу в режиме висения и при разгоне скорости используется струйная система реактивных сопел по типу той, что уже успешно применяется на всех современных истребителях СВВП. Причем для конвертоплана она потребуется значительно менее мощная, чем применяемая на истребителе, так как фокус у конвертоплана выше центра тяжести, и следовательно, он сам по себе устойчив. В истребителе же - все наоборот.

Такой аппарат обладает рядом ценных преимуществ по сравнению с обычным, даже самым современным самолетом. Во-первых, значительно снижается лобовое сопротивление (на 50-60%), вследствие чего увеличиваются скорость, экономичность, а значит и дальность полета. Во-вторых, уменьшается собственный вес конструкции - следовательно, повышается грузоподъемность. В-третьих, такой самолет обладает почти стопроцентной безопасностью на всех этапах полета, при любых отказах двигателей. Так, при отказе одного двигателя можно продолжать полет на другом благодаря трансмиссионному валу; при отказе обоих двигателей аппарат переводится в вертикальный режим и производит безопасную посадку за счет авторотации винтов. Последнее качество особенно актуально сегодня, когда во всем мире наблюдается вспышка авиакатастроф.

На рисунке представлен вариант сверхзвукового конвертоплана с реактивными двигателями. Для обеспечения безопасности у него должно быть не менее 4-х двигателей, чтобы при отказе одного или двух непарных двигателей самолет мог совершить посадку. Для обеспечения устойчивости на режиме висения двигателя установлены так, чтобы сопла были выше центра тяжести самолета. Без сомнения, как только такой самолет-конвертоплан будет построен, он сразу же станет самым дешевым, безопасным и популярным видом транспорта.

А.Клименко, пилот-инженер, изобретатель.

Автор проекта ведет переписку со многими крупнейшими авиастроительными компаниями мира по поводу разработки и постройки аппарата. Заинтересованность есть почти у всех, но, как всегда, нет средств. Правда, некоторые боятся поверить, что такая конструкция возможна, пока не увидят своими глазами действующую модель. Возможно, мешает также инертность мышления. А иным - и "квасной патриотизм": коль изобретатель не из нашего КБ, его следует отвергать. Пусть "наше" похуже, но зато свое, а там, глядишь, и премиальные заодно…

Автор ищет энтузиастов, готовых вложить деньги в выгодное дело, в научно-технический прогресс. Разумеется, для постройки маленького экспериментального образца не потребуется больших затрат. Алексей Клименко уже сделал необходимые теоретические расчеты и детально проработал агрегаты и механизмы, которые, кстати, являются "ноу-хау". Изобретение запатентовано. Понятно, что в случае успеха, его внедрение может сделать переворот в мировой системе воздушного транспорта.