Тік қанаты бар ұшақтар: Tailsitter – вертикалды қонуға және ұшуға қабілетті, құйрығымен қондыға ұшатын ұшақтар. Тарихы, артықшылықтары мен кемшіліктері туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тік қону және тік қонуға арналған ұшақтың түрі, зымырандық қозғалтқышта тік қону құралдары.
Type of VTOL aircraft
rocket powered vertical landing vehicles
Құйрығымен қонушы (немесе құйрыққа отырушы) – құйрығымен көтеріліп, жерге түсетін, содан кейін алға қарай ұшу үшін көлденең қалпына келтірілетін тік қону және тік қонуға арналған ұшақтың бір түрі. 1920 жылдары өнертапқыш Никола Тесламен пайда болған, алғашқы құйрықпен қонушы конфигурациясын Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде нацистік Германия жасады. Мұндай ұшақтарды дамыту 1940 жылдардың соңы мен 1950 жылдары күшейді, себебі ұшақ конструкторлары мен қорғаныс жоспарлаушылары тік ұшып көтерілуге және тік қонуға қабілетті, сонымен қатар дәстүрлі ұшуға ауыса алатын тұрақты қанатты ұшақтардың әлеуетті құндылығын мойындады. Құйрығымен қонушы ұшақтардың негізгі мәселелері – ұшқыштың нашар көрінуі және басқарудағы қиындықтар, әсіресе тік түсу және қону кезінде. Адамдарды тасымалдауға арналған құйрықпен қонушы ұшақтарды дамыту бағдарламалары көбінесе Hawker Siddeley Harrier және Yakovlev Yak 38 сияқты ұшақтарда қолданылатын итермелеу векторының практикалық тәсілімен тоқтатылды.
A tail sitter, or tailsitter, is a type of VTOL aircraft that takes off and lands on its tail, then tilts horizontally for forward flight. Originating in the 1920s with the inventor Nikola Tesla, the first aircraft to adopt a tail sitter configuration were developed by Nazi Germany during the Second World War. Development of such aircraft spiked during the late 1940s and 1950s, as aircraft designers and defence planners alike recognised the potential value of fixed wing aircraft that could perform both a vertical take off and vertical landing while also transitioning into and out of conventional flight. Inherent problems with tail sitter aircraft were poor pilot visibility and control difficulties, especially during vertical descent and landing. Programmes to develop manned tail sitters were typically terminated in the form of the more practical thrust vectoring approach, as used by aircraft such as the Hawker Siddeley Harrier and Yakovlev Yak 38.
Сипаттама
Ұшу және қону кезінде құйрығына тік отырып, ұшақты көлденең ұшу үшін алға қарай бұрады. Бұл көптеген басқа VTOL технологияларынан өте өзгеше, олардың фюзеляждары көлденең бағытталған. Құйрыққа отырып ұшатындар ұшып шыққаннан кейін фюзеляж бағытын өзгертеді. Олар ұшақтың артқы жағымен жерге қарай (тік бағдарда) бастайды, содан кейін ұшу кезінде көлденең бағдарға қайта бағыттайды. Кейбір құйрыққа отырып ұшатындар дәстүрлі түрде көлденең бағытта қонады, ал басқалары ұшақтың артқы жағымен жерге тік тұрып, тік қонуды мақсат етті – бұл көптеген себептермен қауіпті процедура, оның басты себебі отынның көп жұмсалуы және ұшқыштың көріс қабілетінің шектелуі.
A tail sitter sits vertically on its tail for takeoff and landing, then tilts the whole aircraft forward for horizontal flight. This is very different from the many other kinds of VTOL technologies, which have horizontally oriented fuselages. Tail sitters change fuselage orientation after take off. They start off with the back of the aircraft to the ground ( a vertical orientation), and then reorient to a horizontal orientation in flight. Some tail sitters then landed conventionally in horizontally oriented configuration, while others had a much more ambitious goal of landing vertically with the aircraft's back to the ground, a highly hazardous procedure for many reasons, prime of which was increased fuel consumption and limited pilot visibility.
Алғашқы жұмыстар
Ұшақтың құйрығымен отырып ұшу концепциясының бастауы Никола Теслаға байланысты, ол 1928 жылы осыған қатысты патентке өтініш берген. Дегенмен, бұл концепцияны жұмыс істейтін ұшаққа енгізуге шамамен екі он жылға дейін ешқандай тырысқандық жасалмады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде нацистік Германия Focke Wulf Triebflügel (қанатпен қоздырылатын) истребителінің жобасымен айналысты, ол құйрығымен отыру концепциясын өз дизайнына енгізді. Онда үш қанат фюзеляждың айналмалы бөлігінде радиалды түрде орналасқан ротор ретінде бекітілген. Бұл қанаттарды қанат ұшында орналасқан шағын реактивтік қозғалтқыштар арқылы айналдыру арқылы ұшақты жылға жылға берді. Ұшуға және қонуға ол тік көтеріліп (вертолет сияқты), содан кейін көлденеңге бұрылып, көтерілу және итермелеу күшін тудыратын өздігінен қозғалатын қанат ретінде ұшатын. Заманауи Heinkel Lerche жобасында дәстүрлі пернеге айнала орналасқан сақина тәрізді қанат болды, ал тік ұшудан алға қарай ұшуға өтетін кезде көтерілу күші қанатқа ауыстырылатын еді.
The concept of a tail sitting aircraft can be attributed to originate with the inventor Nikola Tesla, who filed for an associated patent during 1928. However, no immediate attempt to implement this concept into a functional aircraft would emerge for almost two decades. During the Second World War, Nazi Germany worked on the Focke Wulf Triebflügel (wing driven) fighter that incorporated the tail sitter concept into its design. It featured three wings that were mounted radially as a rotor on a rotating section of the fuselage, these were driven by small jet engines positioned on the wingtips to propel the aircraft via this wing rotation. For takeoff and landing, it would fly vertically (akin to a helicopter) before tilting over horizontally to fly as a self propelled wing generating both lift and thrust. The contemporary Heinkel Lerche project had an annular wing forming a duct around a conventional propeller, and in the transition from vertical to forward flight the lift would have transferred to the wing.
Салқын соғыс дәуірі
1950 жылдары әлемдегі ұшақ құрастырушылар тік ұшып-қону және қалыпты ұшуға өту мүмкіндігі бар, тұрақты қанатты ұшақтарды жасау бағдарламаларымен айналысты. Авиация авторы Фрэнсис К. Мейсонның айтуынша, мұндай қасиеттері бар әскери ұшақ дәстүрлі қону-көтеру жолақтарына тәуелділікті азайтып, тік ұшып-қону арқылы оларды тиімсіз ететін еді. Сондықтан, қолданысқа жарамды тік ұшып-қону (VTOL) ұшақтарын жасау соғыстан кейінгі кезеңдегі әскери жоспарлаушылар үшін өте маңызды болды. Турбореактивті қозғалтқыштардың қуаты ұшақты көтеруге жеткілікті болғанда, конструкторлар VTOL кезеңіндегі ұшу кезінде тұрақтылықты сақтау жолдарын іздеуге кірісті. VTOL зерттеулерімен айналысқан компаниялардың бірі – француздық SNECMA қозғалтқыш өндірушісі. Олар 1956 жылдан бастап Atar Volant деп аталатын қанаттары жоқ сынақ стендтерін құрастырды. Біріншісі ұшқышсыз, ал екіншісі бос ұшты, екеуі де аутригерлердегі газ сорғыларымен тұрақтандырылды. Үшіншісінде фюзеляж тік болғанда ұшқыш тік отыруына мүмкіндік беретін еңкейтілген орындық және бос ұшуға арналған бүйірлік ауа түйіспелері болды, бірақ ол әрқашан жылдамды биекке бекітіліп жұмыс істеді. Бұл тәжірибелерді Аугуст Морель жүргізді. Дегенмен, Atar Volant – жеке мақсат емес, ол үлкен тұрақты қанатты ұшақтың прототипі болуы тиіс еді. Бұл жұмыстардан тәуелсіз, даму бағытына елеулі әсерін австриялық инженер-конструктор Гельмут фон Зборовский көрсетті. Ол «қуат стансасы, ұшатын қанаттың фюзеляжы және соққыны азайтатын корпус» ретінде жұмыс істейтін инновациялық, пончик тәрізді сақиналы қанатты жобалады. Мұндай қанаттың рамджет қозғалтқышы ретінде жұмыс істеп, ұшақты үстіркіш жылдамдықпен қозғауы мүмкін еді, бұл жойғыш ұшаққа қолайлы болар еді. Coléoptère ұшағының ерекше дизайны халықтың назарын аударды, тіпті халықаралық деңгейде де. Автор Джереми Дэвис бұл ұшақтың халықаралық күш-жігерге әсер еткенін айтты, ол АҚШ Әскери-теңіз күштерін американдық вертолет өндірушісі Kaman Aircraft компаниясымен келісімшарт жасауға итермеледі. XFY 1954 жылдың 5 қарашасында ұшу режимдерінің толық ауысуын сәтті көрсетті. Lockheed XFV Salmon да осыған ұқсас болды, ол X тәрізді құйрығымен тік қанатты біріктірді, бірақ XFV маңызды ұшу ауысуына қол жеткізбеді. Бірақ ұшу сынақтары кезінде мұндай VTOL ұшақтарын тек тәжірибелі ұшқыштар ғана ұшатыны анық болды, тіпті барлық техникалық мәселелер шешілген жағдайда да. Сондықтан, VTOL истребителін әр кемеге орналастыру мүмкін емес еді. Сонымен қатар, реактивті истребительдердің ең жоғары жылдамдығы 2 Махқа жуық болса, турбовинтті VTOL истребителінің ең жоғары жылдамдығы 1 Махтан төмен болды. Осы жағдайлардың нәтижесінде XFY жұмысы тоқтатылды. 1955 жылы АҚШ реактивті қозғалтқышта жұмыс істейтін Райан X-13 Vertijet ұшағын сынақтан өткізді. Екі прототип жасалды, екеуі де ұшып, көлденең ұшуға және одан өтуге сәтті өтті және қонды. X-13 ұшағының соңғы сынақ ұшуы 1957 жылы Вашингтон маңында жүргізілді. Мұндай құйрығымен отыратын конструкциялардың барлық дизайнындағы негізгі мәселе – тік түсу және қону кезінде, әсіресе жерге қарағанда, ұшқыштың нашар көрінісі болды. Ақырында, ұшқыш ұшақтарына қолдану бойынша жұмыстардың көпшілігі VTOL-дің практикалық түрі пайда болған кезде тоқтатылды, ол соққы бағытын өзгерту түрінде, Hawker Siddeley Harrier және Yakovlev Yak 38 сияқты өндірістік ұшақтарда қолданылды. Ұшқышсыз ұшу аппараты (ҰҰА) ұшқыштың күйіне қатысты мәселелерді тудырмайды. Dornier Aerodyne – бұл колоптерге ұқсас желдеткіш конфигурациясы, және 1972 жылы сынақ ҰҰА-сы даму тоқтатылғанға дейін үсті-үстіне ұшып өтті. Тағы бір заманауи ҰҰА жобасы – АҚШ Әскери-теңіз күштері әзірлеген NSRDC BQM 108, бірақ оның жұмысы бірден сәтті сынақ ұшуынан кейін тоқтатылды. 1970 жылдары General Dynamics F-16 Fighting Falcon ұшағының құйрығымен отыратын нұсқасының бірнеше зерттеулері мен жел түнегі модельдері жасалды, ол кемелерде пайдалануға арналған еді. Бірақ, концепцияны одан әрі дамытудан бас тартылды, себебі үлкен күш қажет болды, сондай-ақ ұшу және қонуды басқару үшін кең ауқымды құрал-жабдықтар қажет болды.
During the 1950s, aircraft designers around the world engaged in programmes to develop fixed wing aircraft that could not only perform both a vertical take off and vertical landing, but transition into and out of conventional flight as well. As observed by the aviation author Francis K. Mason, a combat aircraft that possessed such qualities would have effectively eliminate the traditional reliance on relatively vulnerable runways by taking off and landing vertically as opposed to the conventional horizontal approach. Accordingly, the development of viable vertical take off and landing (VTOL) aircraft was particularly attractive to military planners of the early postwar era. As the thrust to weight ratio of turbojet engines increased sufficiently for a single engine be able to lift an aircraft, designers began to investigate ways of maintaining stability while an aircraft was flying in the VTOL stage of flight. One company that opted to engage in VTOL research was the French engine manufacturer SNECMA who, beginning in 1956, built a series of wingless test rigs called the Atar Volant. Only the first of these was unpiloted and the second flew freely, both stabilized by gas jets on outrigger pipes The third had a tilting seat to allow the pilot to sit upright when the fuselage was level and had the lateral air intakes planned for the free flying aircraft, though it always operated attached to a movable cradle. The pilot for these experiments was Auguste Morel. However, the Atar Volant was not an end onto itself; its long term purpose was to serve as precursors to a larger fixed wing aircraft. Independently of this work, substantial influence on the direction of development came from the Austrian design engineer Helmut von Zborowski, who had designed an innovative doughnut shaped annular wing that could function "as power plant, airframe of a flying wing aircraft and drag reducing housing". It was theorised that such a wing could function as a ramjet engine and propel an aircraft at supersonic speeds, suitable for an interceptor aircraft. The eye catching design of the Coléoptère rapidly made waves in the public conscious, even internationally; author Jeremy Davis observed that the aircraft had even influenced international efforts, having allegedly motivated the United States Navy to contract American helicopter manufacturer Kaman Aircraft to design its own annular wing vehicle, nicknamed the Flying Barrel. The XFY successfully demonstrated the full transition between flight modes on 5 November 1954. A somewhat similar aircraft was the Lockheed XFV Salmon, which paired a straight wing with an X tail; however, the XFV never achieved the crucial flight transition. However, it became evident during flight testing that such VTOL aircraft would be flown only by the most experienced pilots, even if all technical problems were disregarded; thus, it was not feasible to place VTOL fighters—as previously hoped for—on every ship. Also, whereas jet engined fighters had top speeds that approached Mach 2, the turboprop VTOL fighter was at a disadvantage due to its maximum speed being below Mach 1. As a result of these circumstances, work on the XFY was halted. During 1955, the United States commenced flight testing of a jet powered design, the Ryan X 13 Vertijet. Two prototypes were constructed, both of which flew, made successful transitions to and from horizontal flight, and landed. The X 13's final test flight was conducted near Washington DC during 1957. An inherent problem with all these tail sitter designs was poor pilot visibility, especially of the ground, during vertical descent and landing. Ultimately, most work on applying the concept towards manned aircraft were abandoned upon the arrival of more practical form of VTOL appeared, in the form of thrust vectoring, as used by production aircraft such as the Hawker Siddeley Harrier and Yakovlev Yak 38. An unmanned aerial vehicle (UAV) does not suffer the problem of pilot attitude. The Dornier Aerodyne is of ducted fan configuration similar to a coleopter, and a test UAV flew successfully in hover mode in 1972, before development was discontinued. Another contemporary UAV project was the NSRDC BQM 108 that was developed by the United States Navy; although work was discontinued almost immediately after its single successful test flight. During the 1970s, several studies and wind tunnel models were made of a tail sitting version of the General Dynamics F 16 Fighting Falcon that was intended for use on board ships; however, it was decided not to pursue further development of the concept due to the large thrust requirement involved, as well as the need for extensive apparatus to handle take off and landing.
Қазіргі уақытта
Қазіргі уақытта, құйрығымен тік тұратын жобалардың немесе ұсыныстардың көп бөлігі Bell Apt немесе Northrop Grumman Tern сияқты ұшқышсыз әуе аппараты болып табылады.
At present, most of the tail sitter projects or proposals fall under the category of unmanned aircraft such as Bell Apt or Northrop Grumman Tern.
Артта отырғандардың тізімі
Түрі Ел Күні Рөл Мәртебесі Сипаттама AeroVironment SkyTote АҚШ 2010 UAV прототипі Жоқ Bachem Ba 349 Германия 1944 Перехватчик прототипі Тік мұнарадан ұшырылды, парашютпен қонды. Bell AptUSA2019UAVPrototype Болкоу P 110.1 Батыс Германия 1950 жылдар VTOL Fighter Жоба Жоқ Сухой Шквал КСРО 1960 Перехватчик Әзірлеу тоқтатылды, ішінара макет, кәдімгі қону шассиімен жабдықталған. Екі жақты форсаждық қозғалтқыштар. CDADI VD200 Қытай 2014 UAV Жоба Жоқ Convair XFY 1 Pogo АҚШ 1954 Ұрғыш прототипі Жоқ Dornier Aerodyne Германия 1972 UAV прототипі Жоқ Focke Wulf Triebflügel Германия 1944 Перехватчик Жоба Фюзеляж ортасында роторлық қанат. Ұшу кезіндегі ауысу ешқашан шешілмеді. Focke Wulf Fw 860 Батыс Германия 1950 жылдар VTOL Fighter Жоба Жоқ Northrop Grumman Tern АҚШ 2018 UCAV Прототипі Жоқ NSRDC BQM 108 АҚШ 1976 UAV Жоқ Жоқ Rotary Rocket Roton ATV АҚШ 1999 Эксперименталды прототип SSO ғарыш зымырасы үшін роторлық сынақ көлігі. Ryan X 13 Vertijet АҚШ 1955 Эксперименталды прототип SNECMA Coléoptère Франция 1959 Эксперименталды прототип Ешқашан ауысуға қол жеткізбеді. Бір цилиндрлі қанаты болды.
Type Country Date Role Status Description AeroVironment SkyTote USA2010 UAV Prototype None Bachem Ba 349 Germany 1944 Interceptor Prototype Launched up a vertical tower, landed using parachutes. Bell AptUSA2019UAVPrototypePlanned for delivering Bolköw P 110.1 West Germany 1950s VTOL Fighter Project None Sukhoi Shkval USSR 1960 Interceptor Development ceased,partial Mockup equipped with a conventional Landing gear. side by side afterburner engines. CDADI VD200China2014UAVProject None Convair XFY 1 Pogo USA 1954 Fighter Prototype None Dornier Aerodyne Germany 1972 UAV Prototype None Focke Wulf Triebflügel Germany 1944 Interceptor Project Rotor wing around middle of fuselage. In flight transition never resolved. Focke Wulf Fw 860 West Germany 1950s VTOL Fighter Project None Northrop Grumman Tern USA 2018 UCAV Prototype NoneNSRDC BQM 108USA1976UAV None None Rotary Rocket Roton ATV USA 1999 Experimental Prototype Rotorcraft test vehicle for proposed SSO space launcher. Ryan X 13 Vertijet USA 1955 Experimental Prototype Jet powered SNECMA Coléoptère France 1959 Experimental Prototype Never achieved transition. Had one cylindrical wing.