Введение

Bell XV 15 – американский экспериментальный самолёт с поворотным винтом. Это был второй успешный экспериментальный самолёт с поворотным винтом и первый, продемонстрировавший высокую скорость, достижимую благодаря данной концепции, по сравнению с обычными вертолётами.

Ранние самолеты с ротором VTOL

Идея создания самолетов вертикального взлета и посадки (VTOL) с использованием вертолетных роторов на концах крыльев возникла в 1930-х годах. Первый проект, напоминающий современные конвертопланы, был запатентован Джорджем Лебергером в мае 1930 года, но он не продолжил развитие этой концепции. Во время Второй мировой войны, начиная с 1942 года, разрабатывался немецкий прототип Focke Achgelis Fa 269, но он так и не совершил полет. Два прототипа, которые поднялись в воздух, были одноместная Transcendental Model 1 G и двухместная Transcendental Model 2, оба оснащенные поршневыми двигателями. Разработка Model 1 G началась в 1947 году, и она совершила первый полет в 1954 году. Model 1 G летала до аварии в Чесапикском заливе 20 июля 1955 года, в результате которой прототип был уничтожен, но пилот не получил серьезных травм. Transcendental 1 G стал первым конвертопланом, совершившим полет, и выполнил большую часть перехода от режима вертолета к режиму самолета в полете, приблизившись до десяти градусов от истинного горизонтального полета. Model 2 была разработана и совершила полет вскоре после этого, но не прошла серьезных испытаний, ограничившись зависанием. Военно-воздушные силы США прекратили финансирование в пользу Bell XV 3. Первый полет Bell XV 3 состоялся в 1955 году. Как и его предшественники, XV 3 имел двигатели в фюзеляже и валы, передающие мощность на поворотные роторные установки на концах крыльев. Другие концепции роторов, такие как роторы с замедленной скоростью, остановленные роторы, складывающиеся роторы и роторы переменного диаметра, изучались для последующих проектов, но инженеры Bell Кеннет Верник и Боб Лихтен сочли их нецелесообразными по сравнению с опытом, полученным в ходе проекта XV 3.

Технологический прогресс

Одной из основных проблем ранних конструкций самолетов с наклоняемым винтом было то, что приводы, передающие мощность от фюзеляжа к роторам на концах крыльев, а также редукторы и механизмы наклона на концах крыльев, испытывали значительные нагрузки и имели большой вес. Они передавали большие объемы мощности и крутящего момента на большие расстояния для авиационной силовой установки. Экспериментальный самолет XV 15 представил значительный концептуальный прорыв в конструкции: вместо двигателей во фюзеляже, XV 15 разместил двигатели в поворачивающихся гондолах на концах крыльев, непосредственно соединенных с роторами. Нормальный путь передачи мощности проходил напрямую от двигателя к редуктору и затем к ротору/пропеллеру, без использования длинных валов. Вдоль крыльев все же был предусмотрен вал привода для аварийного использования, чтобы передавать мощность на противоположный ротор в случае отказа двигателя, но этот вал обычно не испытывал нагрузок, что позволяло сделать его легче. Концепция наклоняемого двигателя внесла сложность в конструкцию двигателей и гондол, требуя возможности переключения между горизонтальным и вертикальным режимами работы. Эти проблемы были решены относительно рано в ходе программы XV 15. В конце 1960-х и начале 1970-х годов NASA и другие исследователи активно занимались теоретическими и аэродинамическими испытаниями различных роторных установок. В исследованиях и разработке конструкций участвовали две компании: Bell Helicopter и Boeing Vertol. Основное внимание уделялось поворотным гондолам, интеграции поворачивающихся роторов с крыльями и фюзеляжем самолета, а также изучению обтекания воздушным потоком при изменении угла наклона роторов. Исследовались поворотные роторы как с фиксированными, так и со складывающимися лопастями.

Проект XV-15

Программа XV-15 была запущена в 1971 году в Исследовательском центре NASA в Эймсе. После выполнения предварительных работ был объявлен конкурс на заключение двух контрактов на исследования и разработки прототипов стоимостью 500 тысяч долларов каждый. На конкурс откликнулись компании Sikorsky Aircraft, Grumman Aircraft, Boeing Vertol и Bell Helicopter. Контракты на НИОКР были присуждены Bell Helicopter и Boeing Vertol 20 октября 1972 года. Предложения по разработке от обеих компаний были представлены 22 января 1973 года.

Конкурирующие проекты

Boeing Vertol предложил свою модель 222 (не следует путать с более поздним обычным вертолетом Bell 222), в которой двигатели располагались в неподвижных гондолах на концах крыльев, а небольшая вращающаяся гондола с ротором – немного ближе к фюзеляжу на крыле. Эта конструкция упростила конструкцию двигателя, поддерживая его в горизонтальном положении постоянно и избегая использования очень длинных приводных валов к поворотным роторам. В конструкции Bell, Bell Model 301, вся концевая часть крыла поворачивалась между горизонтальным и вертикальным положениями, при этом двигатель и роторная установка были жестко закреплены внутри гондолы. Это упростило трансмиссию, но предъявляло более сложные требования к конструкции двигателя и, вероятно, было немного тяжелее, чем предложение Boeing. После рассмотрения обоих предложений NASA выбрало Bell 301 для дальнейшей разработки и 31 июля 1973 года выдал контракт на проведение дополнительных научно-исследовательских работ. На разработку самолета потребовалось четыре года интенсивной инженерной проработки и испытаний. Первый из двух Bell XV 15, с бортовым номером N702NA, совершил первый полет 3 мая 1977 года. После минимальных летных испытаний на испытательном полигоне Bell самолет был перевезен в Исследовательский центр Эймса в Саннивейле, штат Калифорния, где его установили в большую аэродинамическую трубу Эймса и провели обширные испытания в различных имитируемых условиях полета. В рамках программы Министерства обороны США по созданию экспериментального самолета с вертикальным взлетом и посадкой (JVX) компании Bell Helicopter и Boeing Vertol объединили усилия для подачи заявки на увеличенную версию XV 15 в 1983 году. В том же году команда Bell Boeing получила контракт на предварительное проектирование, что привело к созданию Bell Boeing V-22 Osprey.

Летные испытания

После аэродинамических испытаний в аэродинамической трубе и летных испытаний, проведенных Bell, самолет был передан в NASA Dryden, расположенный на авиабазе Эдвардс в пустыне Мохаве, Калифорния. Летные испытания XV 15 продолжались, расширяя границы его летных характеристик. Он успешно работал как в режиме вертолета, так и в обычном режиме полета самолета, плавно переходя между ними. После того, как самолет был признан достаточно испытанным, он был возвращен в Исследовательский центр Эймса для дальнейших тестов. XV 15 были признаны прошедшими достаточные испытания, и один самолет был представлен на Парижском авиасалоне 1981 года для демонстрационных полетов. Газета The New York Times высоко оценила его выступление: «И если когда-либо существовал обаятельный самолет, то это Bell XV 15. Эта машина, ставшая хитом шоу, выполнила серию маневров, включая поклон перед публикой». В течение следующего года сенатору Барри Голдуотеру, министру военно-морского флота Джону Леману и другим официальным лицам были предложены ознакомительные полеты в качестве второго пилота для продвижения технологии поворотного двигателя для военных разработок. XV 15 в течение нескольких лет 1980-х годов были стандартной демонстрацией на ежегодном летнем авиашоу на военно-морской авиастанции Moffett Field, расположенной по соседству. Оба XV 15 активно использовались на протяжении 1980-х годов для тестирования аэродинамики и применения поворотного двигателя для гражданских и военных типов самолетов, которые могли быть разработаны в будущем. Международная федерация авиации классифицирует XV 15 как Rotodyne, и в этой связи он является рекордсменом скорости, а также времени набора высоты 3 км и 6 км.

Дальнейшее тестирование

Первый прототип самолета XV 15, N702NA, был возвращен компании Bell для дальнейшей разработки и демонстрационных полетов. 20 августа 1992 года самолет потерпел крушение во время полета, выполняемого приглашенным летчиком-испытателем. Он выполнял взлет для финального зависания, когда болт соскочил с тяги в системе общего управления одним из пилонов, что привело к установке этого ротора на максимальный шаг. Самолет потерял управление, перевернулся и упал вниз. Несмотря на значительные повреждения, конструкция самолета в целом осталась нетронутой, и пилот с вторым пилотом получили лишь незначительные травмы при крушении. Кокпит самолета был восстановлен и переоборудован для использования в качестве авиационного тренажера. Второй прототип XV 15, N703NA, использовался для испытаний в рамках военной программы V 22 Osprey и гражданского транспортного самолета Bell/Agusta BA609 (который по состоянию на 2023 год все еще разрабатывается под названием AgustaWestland AW609). Он продолжал использоваться преимущественно в испытательных программах NASA до сентября 2003 года. Наименьшая дистанция взлета была достигнута при угле наклона гондолы в 75 градусов. После завершения испытаний N703NA был передан в дар Национальному музею авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия. Самолет XV 15 был перелетел из Форт-Уорта, штат Техас, в музей, после чего был окончательно выведен из эксплуатации и установлен на экспозицию. В настоящее время он экспонируется в Центре Стивена Ф. Удвар-Хази при международном аэропорту Вашингтона-Даллеса.