Взлет по вертикали

Министерство образования и науки
Российской Федерации
Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 29
РЕФЕРАТ
по физике
«Взлет по вертикали»
Выполнил:
ученик 10 класса
Никитин Константин Игоревич
Научный руководитель:
Учитель физики
Горячев Владимир Алексеевич
Тверь, 2014
1
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
Введение
3
Глава I История создания конвертопланов
4
1.1
Первые модели
4
1.2
Конвертоплан с поворотными винтами
6
1.3
Конвертоплан с поворотным крылом
6
1.4
Конвертоплан с винтами в кольцевых каналах
6
Глава II Устройство конвертопланов и принцип движения
2.1
Конвертопланы
с горизонтальным положением
8
аппарата на
взлетно-посадочных режимах
2.2
8
Конвертопланы с вертикальным положением аппарата на взлетно-
посадочных режимах
9
2.3
Исключения
9
2.4
Вооружение конвертопланов
9
Глава III Применение конвертопланов в мирное и военное время
11
3.1
Применение в военное время
11
3.2
Применение в мирное время
11
Заключение
12
Библиографический список
13
Приложения
14
Приложение 1
15
Приложение 2
16
Приложение 3
17
2
ВВЕДЕНИЕ
Люди старшего поколения хорошо помнят слова популярной в дни их
молодости песни: «Там, где пехота не пройдет и бронепоезд не промчится,
угрюмый
танк не проползет, там пролетит стальная
птица». Слова
действительно правильные, но не знающий преград в воздухе боевой самолет
крайне привередлив на земле. Для взлета и посадки ему требуется аэродром.
Причем парадокс ситуации заключается в том, что чем выше боевые
характеристики самолета, тем выше и требования к качеству аэродрома. Для
любого военачальника постоянная головная боль – каким образом разместить
стальную птицу на земле. С одной стороны – надо иметь ее всегда под рукой, а
с другой стороны – не строить огромные площадки, крайне дорогие и весьма
уязвимые. Поэтому началась разработка аппаратов, способных осуществлять не
только вертикальный взлет и посадку, но и длительный высокоскоростной
горизонтальный полет. Эти аппараты получили название «Конвертопланы».
Актуальность
темы
реферата
определяется
не
только
тем,
что
конвертопланы являются одними из основных единиц военной техники, но и
тем, что каждому интересно узнать о таком аппарате.
Цель реферата: познакомить читателя с конвертопланами.
Задачи, проанализировав первоисточник:
1) изучить историю создания конвертопланов;
2) познакомиться с устройством и вооружением современных конвертопланов;
3)выяснить применение конвертопланов в мирное и военное время.
3
ГЛАВА I ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ КОВЕРТОПЛАНОВ
1.1 Первые модели
Впервые практически решить проблему взлета без аэродрома попытались
еще в далеком 1911 году французские конструкторы. Для своего самолета они
разработали схему старта с каната. Крылатая машина подвешивалась под
растянутый горизонтально канат и разгонялась за счет тяги винта. После
достижения взлетной скорости происходило отделение самолета от подвески.
Низкая нагрузка на крыло и малая дистанция разбега, характерные для
самолетов того времени, позволяли использовать сравнительно короткий трос,
так что проблем с его провисанием не возникало. Хотя испытания такой
системы были весьма успешными, до практического применения дело не
дошло.
В предвоенные годы в СССР в Военно-воздушной инженерной академии
и в Московском Авиационном Институте под руководством Юрьева Б. Н.
(Приложение 1) было выдвинуто множество концептуальных проектов
«геликоптеров-аэропланов», включая как проекты различных конвертопланов,
так и проекты разнообразных летающих тарелок. Правда, среди всех этих
проектов «геликоптеров-аэропланов» в основном преобладали, модные в то
время, проекты самолётов с вертикальным взлётным положением. Что касается
конвертопаланов, то в качестве примера проектов Юрьева, можно привести,
концепт биплана схемы тандем (Приложение 3; рис.1) 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.
Наиболее близким к классическим конвертопланам был проект 1934 года
— истребитель «Сокол» (Приложение 3; рис.2) с поворотным крылом и парой
винтов в гондолах, иными словами имеющий классический вид как и для
тилвинга, так и для истребителей той эпохи. Ни один из проектов
4
«геликоптеров-аэропланов» Юрьева, так и не был воплощён, и в лучшем случае
проекты доходили лишь до обдувки макетов в аэродинамической трубе*1.
Самым первым детально разработанным проектом конвертоплана являлся
P.1003 фирмы Вессерфлюг (Приложение 3; рис.3), разработанный в Германии в
1938 году, конструкторами Рорбахом и Симоном. Согласно проекту
предполагалось создать двукрылый конвертоплан с поворотным крылом.
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 (Приложение 3;
рис.4) в качестве вундерваффе*2. Согласно этому проекту конвертоплан должен
был иметь «толкающие трёхлопастные винты, которые благодаря очень
высокому шасси могли бы поворачиваться вниз при взлёте».
Другие нереализованные проекты вундерваффе с вертолётным взлётом от
Хейнкель — Wespe и Lerche (Приложение 3; рис.5) не имели ни поворотных
винтов, ни поворотных крыльев, а должны были взлетать и садиться повертолётному 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 находиться пара винтов, заключённых вовнутрь одного кольцевого крыла.
С вертикальным фюзеляжем должен был взлетать и садиться, также и крайне
оригинальный нереализованный проект вундерваффе — Tribfluegel от ФоккеВульфа (Приложение 3; рис.6), имеющий вращающееся крыло Y-образной
формы, одновременно являющееся и трёхлопастным воздушным винтом,
вращающимся не от поршневого, а от реактивного двигателя, подобно
бенгальскому колесу.
Аэродинами́ческая труба́*1 — это техническое устройство, предназначенное для моделирования
воздействия среды на движущиеся в ней тела.
Вундерва́ффе*2 — совокупное название ряда масштабных исследовательских проектов, направленных
на создание новых видов вооружений либо создание новых единиц артиллерии и бронетехники.
5
1.2 Конвертоплан с поворотными винтами
Конвертоплан с поворотными винтами — это летательный аппарат,
совмещающий вертикальный взлёт и посадку по вертолётному принципу с
перемещением со скоростью турбовинтового самолёта*1. Обычно поворотными
являются не сами винты, а гондолы с винтами и двигателями, но встречаются
также и конструкции, у которых поворачиваются только винты, а двигатели
остаются неподвижными. Примером винтокрыла, у которого поворачиваются
только винты, является Bell XV-3 (Приложение 3; рис.7) .
1.3 Конвертоплан с поворотным крылом
Существует
вариант
конвертоплана,
называемый
конвертоплан
с
поворотным крылом. У этого конвертоплана поворачивается всё крыло, а не
только законцовки*2. 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.
1.4 Конвертоплан с винтами в кольцевых каналах
Конвертопланы с вертикальным взлётом и 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. Данный тип
движителя обладает очень высокой
скоростью
отбрасываемого винтом воздушного потока, что позволяет обойтись очень
маленькими крылышками, обеспечивая высокую компактность конвертоплана.
Турбовинтовой самолет*1 - самолёт, в силовой установке которого используются турбовинтовые
двигатели. Основное достоинство — высокая топливная эффективность.
Законцовки крыла*2 - небольшие дополнительные элементы на концах плоскостей крыла самолёта в
виде крылышек или плоских шайб.
6
Это же достоинство оборачивается серьезным недостатком при выполнении
функций вертолёта, вследствие чего финансирование разработок подобных
конвертопланов прекращалось, как только речь заходила об их способности
полностью заменить вертолёт.
Выводы по главе I
1. Конвертопланы прошли сложный путь от самолета со стартом с каната
до конвертолетов с различным строением
2. Современные конвертопланы – это мощные средства для слежения за
противником и для нанесения скрытого удара по нему
7
ГЛАВА II УСТРОЙСТВО КОНВЕРТОПЛАНОВ И ПРИНЦИП
ДВИЖЕНИЯ
Конвертопланы – это аппараты, способные осуществлять не только
вертикальный взлет и посадку (как это делают вертолеты), но и длительный
высокоскоростной
горизонтальный
полет,
характерный
для
обычных
самолетов. Так как летательные аппараты этого типа не являются в полной
мере ни вертолетами, ни самолетами, это сказывается на их облике.
В результате конфигурация*1 таких машин может принимать самый
неожиданный, и даже парадоксальный вид. Кроме того, так как эти аппараты
характеризуются двумя резко различающимися режимами полета, при их
проектировании приходится постоянно идти на компромиссные решения, что
еще больше добавляет экзотики в их внешний облик. Идея конвертоплана, в
общем, довольно старая, нашла практическое применение лишь в последнее
время, когда двигателестроение достигло такого уровня, что оказалось
возможным создать летательные аппараты с тягой силовой установки,
превышающей массу самой машины (Приложение 3; рис.8).
По своей схеме конвертопланы можно условно подразделить на два
основных класса. К первому классу относят аппараты с горизонтальным
положением на взлетно-посадочных режимах. Ко второму классу причисляют
аппараты с вертикальным положением на взлетно-посадочных режимах.
2.1 Конвертопланы с горизонтальным положением аппарата на
взлетно-посадочных режимах
Эти аппараты остаются в горизонтальном положении, как на взлетнопосадочных режимах, так и в режиме горизонтального полета (Приложение 3;
рис.9). В этих конвертопланах для осуществления переходных режимов типа
взлета используется тяга воздушных винтов, вентиляторов или реактивных
двигателей, после чего производится изменение направления вектора тяги
Кофигурация*1 – внешний вид, очертание; взаимное расположение предметов.
8
таким образом, что аппарат начинает выполнять обычный горизонтальный
полет. На режиме горизонтального полета необходимая для движения аппарата
подъемная сила обыкновенно создается за счет обтекания потоком довольно
традиционных крыльев. В некоторых из летательных аппаратов этого класса
устройства создания тяги отклоняются на небольшой угол для обеспечения
горизонтального полета; в этом положении они также создают значительную
часть подъемной силы.
2.2 Конвертопланы с вертикальным положением аппарата на
взлетно-посадочных режимах
К этому классу аппаратов относятся Конвертопланы, которые взлетают и
садятся в вертикальном положении, а для перехода к горизонтальному полету
совершают поворот на 90° (Приложение 3; рис.10). Аппаратам этого класса
присущи принципиальные недостатки, делающие их непригодными для
коммерческого применения. Было построено всего несколько аппаратов этого
типа; как правило, это одноместные военные аппараты типа самолетовистребителей либо чисто экспериментальные образцы.
Многие
Конвертопланы
успешно
летали,
но
только
английский
«Харриер» и советский Як-38 выпускались серийно. Это объясняется высокой
стоимостью, технической сложностью, ограниченным радиусом действия и
малой полезной нагрузкой таких летательных аппаратов.
2.3 Исключения
Некоторые
из
летательных
аппаратов,
способных
подниматься
вертикально, а затем совершать горизонтальный полет, находятся, тем не
менее, в коммерческой эксплуатации (Приложение 3; рис.11).
2.4 Вооружение конвертопланов
На опускаемой рампе монтируются пулеметы. В перспективе не
исключается вооружение конвертоплана пулеметом на турельной установке. В
9
январе 2008 г. фирма ВАЕ Systems заключила контракт с командованием сил
специальных операций ВВС США на интеграцию в конструкцию
конвертоплана дистанционно управляемой оборонительной системы кругового
обстрела RGS (Remote Guardian System).
Выводы по главе II
1. Конвертопланы можно условно подразделить на два основных класса:
 аппараты с горизонтальным положением на взлетно-посадочных режимах
 аппараты с вертикальным положением на взлетно-посадочных режимах
2. В конвертопланах 1 класса для осуществления переходных режимов типа
взлета
используется
тяга
воздушных
винтов,
вентиляторов
или
реактивных двигателей, после чего производится изменение направления
вектора тяги таким образом, что аппарат начинает выполнять обычный
горизонтальный полет
3. Конвертопланы 2 класса взлетают и садятся в вертикальном положении, а
для перехода к горизонтальному полету совершают поворот на 90°
4. Некоторые
из
летательных
аппаратов,
способных
подниматься
вертикально, а затем совершать горизонтальный полет, находятся, тем не
менее, в коммерческой эксплуатации
5. В настоящее время конвертопланы имеют мощное вооружение
10
Глава III Применение конвертопланов в мирное и военное время
3.1 Применение в военное время
Конвертопланы в основном используются в качестве оружия. Основными
заказчиками конвертопланов являются военно-воздушные силы. В зависимости
от класса и оснащения они могут быть предназначены для:
 Для поражения важных военно-промышленных и административных
центров, баз
 Для уничтожения воздушных аппаратов противника
 Ведение разведки
 Выполнение различных боевых задач
3.2 Применение в мирное время
Конвертопланы имеют очень высокую стоимость и большое потребление
горючего. Поэтому «кормить» таких прожорливых «питомцев» пока по силам
только военным. Впрочем, некоторые из летательных аппаратов, способных
подниматься вертикально, а затем совершать горизонтальный полет, находятся,
тем не менее, в коммерческой эксплуатации. Первым коммерческим
конвертопланом
является
BAG09,
созданный
корпорацией
Beil/Agusta
Aerospace Company (Приложение 3; рис.12). Как утверждается, новое
американо-итальянское изделие является подлинно революционной машиной,
т. к. впервые сочетает в себе скорость, дальность и комфорт турбовинтовых
самолетов с чисто вертолетной возможностью выполнения вертикальных
взлета и посадки (Приложение 2).
Выводы по главе III
1. Конвертопланы в основном используются в качестве оружия
2. Конвертопланы используются в коммерческих целях очень редко, из-за
высокой стоимости и большого потребления горючего
11
Заключение
Конвертоплан — отдельный (самостоятельный) тип воздушного судна,
летающий аппарат, обладающий способностью к вертикальному взлёту и
посадке и возможностью физически поворачивать двигатели (обычно —
пропеллеры) на 900 для создания вертикальной подъёмной силы. Они летают на
больших высотах. Эти аппараты имею самое новое оружие для проведения
специальных операций.
В реферате описана история развития конвертопланов; устройство и
вооружение современных конвертопланов; применение в мирное и военное
время.
Задачи, поставленные в ходе работы над рефератом, выполнены и
позволяют сделать вывод: совершенствование конструкции конвертоплана
происходит с
1911 года, что позволило превратить их в универсальные
средства способные выполнять различные задачи, востребованные как в
военное, так и в мирное время.
Цель достигнута решением поставленных задач.
12
Библиографический список
1. Каторин Ю.Ф. Уникальная и парадоксальная военная техника. 2011 год.
2. Советский энциклопедический словарь.1987 год.
3. Энциклопедический словарь юного техника. 1988 год.
4. http://images.yandex.ru/yandsearch
13
Приложения
14
Приложение 1
Юрьев Борис Николаевич
Дата рождения:
29 октября (10 ноября) 1889 года
Место рождения:
Смоленск, Россия
Дата смерти:
14 марта 1957 года (67 лет)
Научная сфера:
авиация, аэродинамика, вертолётостроение
Место работы:
 ЦАГИ, МАИ (основоположник ОКБ-3, зам. директора в 1930—1936 гг.)
 ВВИА им. Н. Е. Жуковского (зам. начальника академии в 1942—1948 гг.)
Альма-матер:
Московское высшее техническое училище
Известен как:
изобретатель автомата перекоса
15
Приложение 2
ЛТХ* конвертоплана BAG09
Экипаж, чел.
1 или 2
Пассажиров, чел.
6-9
Длина, м
13,31
Ширина, м
18,29
Высота, м
4,50
Диаметр роторов, м
7,93
Pratt & Whitney
Двигатели
PT6C-67A
2x1940 л.с.
Макс. взлетная масса, кг
7631
Макс. полезная нагрузка, кг
2500
Макс. дальность полета (без
1389
резервов), км
Макс. Продолжительность
3
полета, ч
Макс, скорость, км/ч
509
Практический потолок, м
7600
Скороподъемность, м/с
7,6
Время на перевод из
вертолетного режима в
20
самолетный и обратно, с
Размеры пассажирской
4,09x1,47x1,42
кабины, м
Объем багажного отсека, м3
1,41
*В условиях стандартной атмосферы при макс. взлетной
массе
16
Приложение 3
17
18