ВЗЛЕТАЕМ ВЕРТИКАЛЬНО!
Александр Николаев

Спустя примерно десятилетие после окончания Второй мировой войны развитие боевой авиационной техники и изменения во взглядах на характер будущей войны выдвинули в разряд весьма перспективных задач создание боевого самолета, способного осуществлять вертикальный или короткий взлет и посадку (В/КВП). Причин для возникновения интереса к самолету В/КВП было несколько, и в качестве важнейших можно назвать: стремительное увеличение потребной длины ВПП аэродромов с ростом скорости полета "нормальных" боевых самолетов, ложившееся тяжелым бременем на бюджет страны и делавшее затруднительным постройку запасных аэродромов и, следовательно, сдерживавшее рассредоточение подразделений авиации; высокую уязвимость боевых самолетов на открытых стоянках аэродромов с бетонированными ВПП, легко обнаруживаемых разведывательными самолетами и космическими средствами разведки противника; как правило, большую удаленность бетонированных аэродромов от линии боевого соприкосновения с противником, ограничивающую возможности быстрого реагирования на появление неприятеля; появление малогабаритных, обладающих достаточно большой тягой газотурбинных двигателей, способных обеспечить тяговооруженность самолета, превосходящую единицу.

Следует отметить, что еще одним стимулом для разработки самолетов В/КВП в конце сороковых - начале пятидесятых годов прошлого века являлось широкое распространение вертолетов, а также осознание их ограниченных возможностей в смысле достижения максимальной скорости. Ну и, наконец, не следует забывать о первых боевых ракетах - наследницах знаменитой V-2, наглядно продемонстрировавших возможность удержания реактивного летательного аппарата в требуемом пространственном положении с помощью газовых рулей. Энтузиасты идеи самолета В/КВП полагали, что достоинства такой машины перевесят вполне очевидные недостатки: ограниченный радиус действия и малую боевую нагрузку вследствие повышенного расхода топлива на взлетно-посадочных режимах.

Летающий стенд TMR

Но для начала следовало убедиться в том, что длительный управляемый полет верхом на "реактивном помеле" возможен в принципе. Одними из первых попытку создания летательного аппарата предприняли доктор А.А. Гриффитс и инженер С. Хаерт из фирмы "Роллс-Ройс", сконструировавшие по заданию британского министерства снабжения экспериментальный стенд TMR (trust measuring rig - установка для измерения тяги). На мощной металлической раме горизонтально смонтировали два двигателя "Нин" Mk4 по схеме "тяни-толкай", воздухозаборниками наружу. Поворот реактивных струй на угол 90° в районе центра масс производился с помощью дефлекторов, а управлялась машина сопловыми рулями, для питания которых за компрессорами осуществлялся отбор приблизительно 10 % воздуха. В два топливных бака заливали 400 л керосина, что ограничивало продолжительность полета примерно 15 минутами. Взлетную массу стенда (3267 кг) подобрали такой, чтобы она была приблизительно на 25 % меньше суммарной тяги двух "Нинов" с учетом потерь на систему управления и пространственную стабилизацию. В кабине экспериментатора смонтировали нормальные для самолета органы управления: педали, обеспечивавшие поворот относительно вертикальной оси, колонку, наклоном которой выбирали желаемое направление полета, и спаренные РУДы двигателей.

Стенд, получивший официальное обозначение ХА314, в начале июля 1953 г. был подготовлен для начала испытаний. Их проведение поручили летчику-испытателю фирмы "Роллс-Ройс" Х. Хайворту. На первых порах подвижность стенда предельно ограничили - тросы позволяли ему лишь "подняться на цыпочки", разгрузив масляно-пневматические амортизаторы стоек шасси, при этом колеса машины не отрывались от земли. В дальнейшем для обеспечения безопасности полеты осуществлялись с использованием кабель-крана - на привязи. Предосторожности оказались не лишними: доводка стенда заняла многие месяцы, происходили разного рода неожиданности, возникали отказы, но использование кабель-крана позволило ограничить негативные последствия.

19 ноября 1953 г., после выполнения десятков квази-летных экспериментов и налета приблизительно 20 часов, разработчики приняли решение капитально модернизировать TMR, поэтому его испытания возобновились лишь в августе 1954 г. На этот раз капитан Р. Шеферд приступил к выполнению настоящих свободных полетов. Стенд по желанию пилота набирал высоту, двигался в выбранном направлении, описывал виражи, совершал мягкую посадку и т.п. Результаты сочли многообещающими, и на протяжении следующих четырех месяцев аппарат многократно поднимался в воздух, в одном из полетов поднявшись аж на… 15 метров. В декабре 1956 г. машина была потеряна в результате аварии. Впоследствии фирма "Роллс-Ройс" построила второй экземпляр стенда TMR, получивший обозначение ХА426. Эта машина в 1955-1957 гг. также использовалась для изучения особенностей вертикального взлета и посадки летательных аппаратов с ГТД, и именно она потерпела катастрофу в Фарнборо 28 ноября 1957 г., похоронив в горящих обломках пилота.

Однако неудача не обескуражила разработчиков из "Роллс-Ройс". Они занялись созданием первого в мире специального малоразмерного подъемного двигателя RB.108, предназначенного для английского экспериментального самолета вертикального взлета и посадки SC1, спроектированного и построенного фирмой "Шорт". Отработка RB.108 производилась на двух самолетах Глостер "Метеор", на одном из которых двигатель был смонтирован в законцовке крыла (для симметрии во второй законцовке смонтировали груз), а на другом - в фюзеляже в вертикальном положении позади кабины летчика.

Летающий стенд "турболет"

В 1955 г. в Советском Союзе конструкторским бюро Летно-испытательного института была разработана и построена близкая к TMR по идеологии летающая лаборатория, известная под наименованием "турболет". Научным руководителем работ по турболету являлся В.Н. Матвеев, ведущим инженером - А.И. Квашнин, главным конструктором А.Н. Рафаэлянц, инженером-конструктором - Г.Н. Лапшин, а ведущим инженером по испытаниям - Г.И. Кобец. Первоначально она оснащалась одним двигателем РД-45Ф, смонтированным горизонтально, что создавало определенные проблемы с центровкой. Поэтому в указанной конфигурации стенд практически не отрывался от земли, подобно TMR на раннем этапе испытаний. В дальнейшем на турболете установили двигатель РД-9БП в вертикальном положении. В ходе летных экспериментов планировали изучить закономерности взаимодействия реактивной струи с подстилающей поверхностью, измерить поле температур под аппаратом, оценить эффективность средств стабилизации и управления полетом.

Ведущим летчиком-испытателем назначили Ю.А. Гарнаева. Как удалось установить, газовая струя ГТД растекалась равномерно во все стороны тонкой веерообразной пеленой над ВПП от места ее взаимодействия с поверхностью, не поднимаясь вверх. Таким образом, двигатель работал в относительно благоприятных условиях, однако серьезные проблемы создавали недостаточные устойчивость и управляемость турболета. Малейшая допущенная пилотом неточность - и аппарат мог опрокинуться. Полеты выполнялись на незначительной высоте, поэтому о применении парашюта не могло быть и речи.

Десятки раз поднимал Ю.А. Гарнаев в воздух этот уникальный летательный аппарат. Он вспоминал, что, в основном, внимание разработчиков в то время занимал один главный вопрос: с помощью каких рулей - струйных или газовых - можно лучше управлять самолетом вертикального взлета и посадки. Воздух для обеспечения работы струйных рулей отбирался от компрессора ГТД. Газовые рули располагались попарно в реактивной струе за срезом сопла. После определенной доводки сочетанием этих двух типов рулей удалось добиться удовлетворительной управляемости аппарата.

Постепенно машина становилась все более надежной и послушной, поэтому летом 1957 г. ее решили показать на воздушном параде в Тушино. Турболет произвел на зрителей неизгладимое впечатление.

"Странное сооружение, извергая раскаленный поток газов, выпрыгнуло из облака пыли и зависло в воздухе. Аппарат немного наклонялся в разные стороны, делая полный оборот вокруг вертикальной оси. Затем, подавшись вперед, с увеличивающейся скоростью удалялся в другой конец летного поля", - восхищались журналисты, давшие ему прозвище "летающий стол".

Выполненные на турболете эксперименты позволили установить необходимость применения для СВВП автоматических средств стабилизации на режимах взлета, висения, движения с малой скоростью и посадки, а также установить потребный уровень эффективности газовых и струйных рулей. Результаты исследований, проведенных на турболете, были использованы при создании первого отечественного самолета вертикального взлета и посадки Як-36.

Экспериментальный самолет SC1

Контракт с фирмой "Шорт" на разработку самолета SC1 с комбинированной силовой установкой, включавшей пять двигателей RB.108, Министерство снабжения Великобритании заключило в 1954 г. В соответствии с заданием ER.143 машина получила пять таких ГТД: четыре подъемных и один маршевый. Следует отметить, что миниатюрный двигатель RB.108 был способен развивать максимальную тягу 966 кгс при собственной массе всего в 120 кг, что для того времени было выдающимся результатом.

Сегодня SC1, скорее всего, назвали бы самолетом-демонстратором технологий. Он не обладал выдающимися летными качествами, имел неуклюжее неубирающееся шасси. Но эта небольшая машина оказала огромное влияние на дальнейший прогресс авиации в целом. Законченный постройкой в декабре 1956 г., первый экземпляр SC1 на протяжении полутора лет доводился "на привязи" и модернизировался, а в 1958 г. приступил к свободным полетам. Пилотировал машину летчик-испытатель Т. Бурк-Смит. Именно ему в апреле 1960 г. довелось выполнить первый в мире полет самолета вертикального взлета и посадки по полному профилю - с вертикальным взлетом, переходом к горизонтальному полету и последующей вертикальной посадкой.

Гордые своим достижением англичане продемонстрировали SC1 в 1960 г. на авиационной выставке в Фарнборо, а еще через год - в Ле Бурже.

В сентябре 1960 г. выставку в Фарнборо посетил советский авиаконструктор А.С. Яковлев, которому представители фирмы "Шорт" дали возможность подробно ознакомиться с самолетом и его необычной силовой установкой. В изданной в 1967 г. книге "Рассказы авиаконструктора" А.С. Яковлев так оценивал эту машину:

"Это был один из первых экспериментальных самолетов, и он был далек от того, каким должен быть вертикально взлетающий самолет будущего. Если проблема вертикального взлета и посадки будет решена успешно, то это повлияет на дальнейшее развитие как военной, так и гражданской авиации. Отпадет необходимость в специальных аэродромах. Современным скоростным самолетам станут доступны самые глухие уголки земли…"

Как известно, именно ОКБ А.С. Яковлева в первой половине шестидесятых годов вплотную занялось созданием отечественных самолетов В/КВП, поэтому приведенная цитата в известной мере отражает мысли и ожидания главного конструктора, обладавшего определенным практическим опытом. Следует отметить, что еще за год до визита в Англию А.С. Яковлев в рамках проекта "Зоркий" планировал изготовить летающий стенд для отработки режимов висения и силовой установки перспективных СВВП. Аппарат планировали оснастить одним двигателем Р-25-26, однако проект реализован не был.

Но вернемся к английскому первенцу SC1. Вслед за первым экземпляром был построен второй. Оба самолета использовались для оценки характеристик управляемости и устойчивости с системой автоматической пространственной стабилизации по программе, рассчитанной до 1963 г. Однако 2 октября 1962 г. одна из машин, совершившая уже более 80 полетов, потерпела катастрофу, свалившись на крыло с режима висения на высоте 10…15 м. Летчик Дж. Грин погиб. Как сообщалось, катастрофа произошла из-за несовершенства системы автостабилизации, однако не исключен и отказ одного из двигателей.

Результаты испытаний экспериментального самолета SС1 убедили английских конструкторов в том, что комбинированная силовая установка отличается большой конструктивной сложностью, имеет большой объем и массу и требует применения совершенной системы стабилизации. Логичным шагом после этого явилась выдача задания на разработку первого в мире подъемно-маршевого двигателя "Пегас" бристольскому отделению фирмы "Роллс-Ройс".

Двигатель создавался на базе ТРД, носившего наименование "Орфей". От предшественника "Пегас" отличался новым переразмеренным компрессором и наличием четырех сопел. Все четыре сопла соединялись механически, что гарантировало синхронность отклонения вектора тяги. Первые образцы двигателя, поступившего на испытания в 1959 г., имели тягу чуть более 5000 кгс.

Экспериментальный самолет "Кестрел"

Двигатель предназначался для второго английского экспериментального самолета В/КВП P.1127 "Кестрел". Его разработка была задана еще в 1957 г., первый полет на привязи машина совершила 21 октября 1960 г., а свободное висение - в 19 ноября 1960 г. Летом 1961 г. машина впервые слетала "по полному профилю" с вертикальным стартом, переходом в крейсерский горизонтальный полет и вертикальной посадкой. Искусство пилотирования "Кестрела" оказалось весьма сложным - с переходом к горизонтальному полету самолет проседал, опускал нос и раскачивался.

В дальнейшем все остальные прототипы "Кестрела" переоснастили двигателями "Пегас" 3 тягой 6130 кгс. В 1962 г. Великобритания, США и ФРГ договорились о реализации совместной программы дальнейшего совершенствования многообещающей машины и решили оснастить самолетами "Кестрел" FGA Mk 1 одну экспериментальную многонациональную эскадрилью. Для этого были построены еще девять "Кестрелов" с двигателями "Пегас" 5, тягу которых довели до 6800 кгс, с увеличенным размахом крыла и длиной фюзеляжа. Первая из таких машин поднялась в воздух в марте 1964 г. Многонациональная эскадрилья действительно была развернута, но просуществовала недолго - с октября 1964 г. по ноябрь 1965 г. Самолеты эскадрильи были способны нести подвесное вооружение общей массой не более 450 кг на двух пилонах. После этих событий шесть "Кестрелов" отправились в США, где получили обозначение XV-6A. Они были внимательно изучены американскими специалистами и пилотами. Вероятно, именно это близкое знакомство впоследствии послужило причиной весьма редкого для американцев решения о закупке лицензии на производство военного самолета, разработанного в другой стране. Речь, понятно, идет о "Харриере" - прямом наследнике "Кестрела".

Экспериментальный самолет "Бальзак"

Французы, извечные конкуренты британцев в сфере авиации, ревниво следили за результатами испытаний английских экспериментальных самолетов В/КВП. Работа над самолетом "Бальзак" в кооперации с предприятиями "Сюд авиасьон" была начата в 1960 г. Программа разработки была разделена на два основных этапа. На первом этапе предусматривалось проектирование, постройка и экспериментальные исследования опытного образца самолета "Мираж" III, предназначавшегося для приобретения опыта пилотирования. Так как при разработке самолета не выдвигалось требование получения максимальной скорости полета, на машине применили силовую установку, обеспечивающую взлет, полет с относительно небольшой дозвуковой скоростью и посадку. Опытный образец самолета под названием "Бальзак" получил девять двигателей: восемь подъемных уже знакомого нам типа RB.108 тягой по 1000 кгс и один маршевый типа "Орфей" тягой 2200 кгс.

Самолет был испытан на привязи 13 октября 1962 г., а его облет по полной программе (вертикальный взлет, горизонтальный полет и вертикальная посадка) выполнили в марте 1963 г. На этой машине был осуществлен довольно широкий круг полетных исследований, но в 1964 г. произошла катастрофа. Самолет пострадал меньше, чем пилот, и был отремонтирован. Испытания продолжили, но в 1965 г. во время 125-го полета снова произошла катастрофа, и "Бальзак" был полностью уничтожен. Это летное происшествие случилось из-за потери поперечной устойчивости во время посадки самолета. Следующий опытный образец самолета с увеличенными габаритами, массой и несколько иной двигательной установкой получил сначала обозначение "Мираж" III-V, а затем - "Мираж" V. В этом обозначении V - не латинская пятерка, а буква (V - "vertical").

Экспериментальный самолет VJ101C

Как видно из того же наименования, базовой машиной послужил серийный "Мираж" III. В фюзеляж самолета французские конструкторы умудрились втиснуть восемь подъемных двигателей RB162-31 максимальной тягой по 2450 кгс каждый, а в хвостовой части разместился маршевый двигатель TF-104 тягой 5400 кгс (9000 кгс на форсаже). Машина впервые поднялась в небо (как обычно, на привязи) 12 февраля 1965 г., затем маршевый двигатель заменили более мощным TF-106, и в марте 1966 г. состоялся первый полет по профилю "вертикальный взлет - горизонтальный полет - вертикальная посадка". Следует подчеркнуть: аппарат, в отличие от предшественников, создавался для установления рекорда скорости. На втором экземпляре машины смонтировали американский маршевый двигатель TF-30. В этой конфигурации "Мираж" III V установил 12 сентября 1966 г. мировой рекорд скорости для самолетов вертикального взлета и посадки, разогнавшись до М=2,04.

Опыт создания машины этого типа свидетельствовал, что в общем-то практически любой истребитель третьего поколения мог быть переделан в самолет В/КВП путем установки подъемных двигателей в фюзеляже взамен топливных баков. Беда, однако, в том, что после этого он становился абсолютно небоеспособным из-за крайне незначительной продолжительности полета. Кроме того, французы, так же как и англичане, пришли к выводу о чрезмерной сложности и ненадежности многодвигательной установки для самолета В/КВП и отказались от создания боевого варианта машины, так как не рискнули затратить средства на разработку единого подъемно-маршевого двигателя.

Экспериментальный самолет VAK 191B

Германские авиационные конструкторы также внесли свой вклад в историю вертикально взлетающих экспериментальных самолетов. После опытов со специальным летающим стендом (собственный "турболет" имелся в каждой стране, пытавшейся создать самолет В/КВП) консорциум из трех фирм - "Мессершмитт", "Хейнкель" и "Бельков" - объявил о начале реализации программы сверхзвукового VJ101C.
Первый раз "подпрыгнуть" в небо VJ101C сумел 10 апреля 1963 г., а в последний августовский день он выполнил полет с горизонтальным взлетом и посадкой. Менее чем через месяц - 20 сентября 1963 г. - состоялся полет по профилю "вертикальный взлет - горизонтальный полет - вертикальная посадка". В июле 1964 г. первый экземпляр машины (без форсажных устройств) стал первым в мире сверхзвуковым летательным аппаратом вертикального взлета и посадки, правда, для этого его пришлось немного разогнать в пологом пикировании. В сентябре 1964 г. самолет потерпел аварию из-за потери поперечной устойчивости немедленно после отрыва от земли. Пилот катапультировался, когда до земли оставалось всего три метра, но получил тяжелые травмы.

Второй экземпляр VJ101C начал летать в июне 1964 г., в октябре он продемонстрировал вертикальный взлет с переходом к горизонтальному полету, а вот при осуществлении посадки выявились серьезные проблемы. Раскаленные газы, истекавшие из форсажной камеры, негативно действовали не только на ВПП, но и на конструкцию самого самолета. В одном из полетов газы попали на ход ГТД, как следствие произошли потеря тяги и неконтролируемый крен. Оценив потребные капиталовложения, фирмы консорциума прекратили дальнейшую разработку машины.

В конце шестидесятых годов еще одну попытку создания вертикально взлетающего самолета-штурмовика предпринял консорциум германских фирм "Фокке-Вульф", "Везер-Флюгцойгбау" и итальянской компании "Фиат". Разработанный ими аппарат VAK 191B напоминал английский "Кестрел", но имел принципиально иную силовую установку, состоявшую из одного подъемно-маршевого двигателя RB193-12 тягой 4600 кгс и двух подъемных двигателей RB162-81 тягой по 2700 кгс. Параллельно строились два прототипа, первый из них поднялся в небо 10 сентября, а второй - 2 октября 1971 г. Ни по летным данным, ни по срокам доводки машина не обладал никакими преимуществами перед английским "Харриером", который к тому времени уже был запущен в небольшую серию. Кроме того, союзники ФРГ, в общем, не были заинтересованы в возрождении былой мощи германского авиастроения. В связи с этим опытные VAK 191B не получили продолжения, хотя ни о каких летных происшествиях с ними не сообщалось. Машина тихо "умерла" по политико-экономическим соображениям.

(Продолжение в следующем номере)