Американский военно-транспортный самолет YC-15: прототип STOL

Введение

Американский прототип военно-транспортного самолета

McDonnell Douglas YC-15 – прототип четырехдвигательного самолета с коротким взлетом и посадкой (STOL) тактического назначения, от которого отказались в пользу другого проекта. Он был представлен компанией McDonnell Douglas на конкурс ВВС США на разработку перспективного среднего транспорта STOL (AMST) в качестве замены Lockheed C-130 Hercules как стандартного тактического транспорта STOL для ВВС США. В конечном итоге ни YC-15, ни Boeing YC-14 не были запущены в серийное производство, однако базовая конструкция YC-15 легла в основу успешного военно-транспортного самолета McDonnell Douglas (позже Boeing) C-17 Globemaster III.

Проектирование и разработка

В 1968 году ВВС США начали работу над серией прототипов, которая привела к созданию проекта AMST и легкого истребителя. Официальный запрос предложений (RFP) был выпущен в январе 1972 года, в котором требовалось обеспечить выполнение операций со взлетно-посадочной полосы длиной 2000 футов (610 м) с полуподготовленным покрытием, с определенной полезной нагрузкой и радиусом действия. Для сравнения, C-130 того времени требовал около 4000 футов (1219 м) для аналогичной нагрузки. На этом этапе конкурса предложения представили компании Bell, Boeing, Fairchild, McDonnell Douglas и консорциум Lockheed/North American Rockwell. 10 ноября 1972 года были отобраны два лучших предложения (от Boeing и McDonnell Douglas). Компании получили контракты на разработку двух прототипов каждая. Прототип McDonnell Douglas получил обозначение YC-15. Конструкция McDonnell Douglas включала сверхкритическое крыло, разработанное в результате исследований NASA под руководством уже известного Ричарда Уиткомба. Эта конструкция крыла значительно снижает волновое сопротивление на трансзвуковых скоростях на 30% по сравнению с более традиционными профилями, одновременно обеспечивая отличную подъемную силу на малых скоростях. Большинство современных самолетов использовали стреловидные крылья для снижения волнового сопротивления, но это приводило к плохой управляемости на малых скоростях, что делало их непригодными для операций STOL. Конструкторская группа также решила использовать закрылки с выдувом выхлопными газами для увеличения подъемной силы. Эта система использует двухщелевые закрылки для направления части реактивной струи вниз, в то время как остальная часть выхлопных газов проходит через закрылок, а затем следует по нисходящей кривой благодаря эффекту Коанда. Хотя эти эффекты изучались в NASA на протяжении некоторого времени вместе с аналогичными концепциями, до появления турбовентиляторных двигателей горячие и концентрированные выхлопные газы существующих двигателей затрудняли использование этой системы. К моменту реализации проекта AMST двигатели претерпели значительные изменения и теперь обеспечивали больший объем менее концентрированного и значительно более холодного воздуха. Прототип YC-15 стал первым реактивным самолетом, использующим закрылки с выдувом выхлопными газами. Для последующих прототипов было внесено несколько модификаций, включая разработку бортового компьютера для YC-15, который рассчитывал оптимальный угол закрылков для различных условий полета с учетом текущей взлетной массы. В совокупности эти модификации позволили снизить посадочную скорость на 10 узлов. Для YC-15 были использованы четыре двигателя, представляющие собой модификации Pratt & Whitney JT8D-17, широко применявшиеся на Boeing 727 и Douglas DC-9. YC-15 заимствовал компоненты из других самолетов McDonnell Douglas: носовое колесо шасси – из Douglas DC-8, а передняя часть фюзеляжа и кабина – из Douglas DC-10. Среди заимствованных компонентов также были универсальная система дозаправки в воздухе (UARRSI) с Fairchild A-10, стабилизаторы противопереворота с Lockheed C-141 Starlifter, насосы с McDonnell Douglas F-15 Eagle, Lockheed C-5 Galaxy, DC-9 и C-141, а также приводы с C-5 Galaxy и DC-10. Кроме того, система экологического кондиционирования состояла из компонентов, взятых с DC-9, C-141 и Boeing KC-135. Внутренний грузовой отсек YC-15 был большим, его размеры составляли 47 x 11,8 x 11,4 футов. YC-15 стал первым самолетом, предложившим пилотам индикатор на лобовом стекле (HUD). Он был специально разработан для облегчения посадок на короткие взлетно-посадочные полосы, отображая пилоту горизонт, шкалу траектории полета, указатель воздушной скорости и точку касания.

In 1968, the USAF started work on a series of prototype proposals, which would lead to both the AMST project and the Light Weight Fighter. The official Request for proposal (RFP) was issued in January 1972, asking for operations into a 2000 feet (610 m) semi prepared field with a payload and a mission radius. For comparison, the C 130 of that era required about 4000 feet (1219 m) for this load. Proposals were submitted by Bell, Boeing, Fairchild, McDonnell Douglas and the Lockheed/North American Rockwell team at this stage of the competition. On 10 November 1972, the two top bids (from Boeing and McDonnell Douglas) were selected. The companies were awarded development contracts for two prototypes each. McDonnell Douglas' prototype was designated YC 15. McDonnell Douglas's design incorporated a supercritical wing, the result of NASA research carried out by the already famous Richard Whitcomb. This wing design dramatically lowers transonic wave drag by as much as 30% compared to more conventional profiles, while at the same time offering excellent low speed lift. Most contemporary aircraft used swept wings to lower wave drag, but this led to poor low speed handling, which made them unsuitable for STOL operations. The design team also chose to use externally blown flaps to increase lift. This system uses double slotted flaps to direct part of the jet exhaust downwards, while the rest of the exhaust passed through the flap and then followed the downward curve due to the Coandă effect. Although the effects had been studied for some time at NASA, along with similar concepts, until the introduction of the turbofan the hot and concentrated exhaust of existing engines made the system difficult to use. By the time of the AMST project, engines had changed dramatically and now provided larger volumes of less concentrated and much cooler air. The YC 15 prototype was the first jet powered aircraft to use externally blown flaps. For later prototypes, there were several modifications including a computer on the YC 15 was devised that would calculate the best flap angle for various flight conditions given the current gross weight. Together these modifications offered a reduction in approach speed of 10 kn. For the YC 15, four engines were used, versions of the Pratt & Whitney JT8D 17 widely used on the Boeing 727 and Douglas DC 9. The YC 15 borrowed components from other McDonnell Douglas aircraft, with its nose gear coming from the Douglas DC 8 and the nose section and cockpit being derived from the Douglas DC 10. Parts borrowed from other aircraft included the Universal Aerial Refueling Receptacle Slipway Installation (UARRSI), taken from a Fairchild A 10, anti tipover stabilizer struts from the Lockheed C 141 Starlifter, pumps taken from the McDonnell Douglas F 15 Eagle, Lockheed C 5 Galaxy, DC 9 and C 141 and actuators taken from the C 5 Galaxy and DC 10. In addition, the environmental cooling system was composed of components taken from the DC 9, C 141 and Boeing KC 135. The YC 15 interior cargo hold was large, with dimensions 47 x 11.8 x 11.4 feet. The YC 15 was the first aircraft to offer pilots a heads up display. It was especially designed to help with short field landings, showing the pilot the horizon, flight path scale, airspeed indexer and touchdown point.

Эксплуатационная история

Было построено два YC 15, один с размахом крыльев 34 м (#72 1876) и один с размахом 40 м (#72 1875). Оба имели длину 38 м и оснащались четырьмя двигателями Pratt & Whitney JT8D 17, каждый из которых развивал тягу в [значение тяги отсутствует в оригинале]. Первый полет состоялся 26 августа 1975 года, а второй прототип – в декабре. Оба самолета некоторое время проходили испытания в McDonnell Douglas, поскольку Boeing был готов лишь спустя почти год. В ноябре 1976 года оба образца были переданы на авиабазу Эдвардс для сравнительных испытаний, включая подъем тяжелых грузов, таких как танки и артиллерия, с грунтовых аэродромов на ранчо Грэхэм, в конце взлетно-посадочной полосы 22. На втором этапе летных испытаний на самолете 72–1876 был испытан двигатель Pratt & Whitney JT8D 209 с увеличенным расходом воздуха ("refanned"), а на самолете 72–1875 – CFM International CFM56, оба установлены в гондоле №1. Кроме того, на самолете 72–1875 испытывалось новое крыло с увеличенной хордой и размахом. YC 15 соответствовал спецификациям в большинстве, но не во всех условиях. Это был очень хороший самолет STOL для своих размеров. При максимальном взлетном весе 149 300 фунтов YC 15 выполнял заходы на посадку на короткую дистанцию со скоростью всего 87 узлов под углом глиссады 6 градусов, что обеспечивало вертикальную скорость снижения 15,4 фута в секунду, по сравнению с обычными заходами на посадку со скоростью около 127 узлов и типичной вертикальной скоростью снижения 8-12 футов в секунду. Для коротких посадок точка касания находилась всего в 300 футах от конца взлетно-посадочной полосы. Пилоты YC 15 испытывали техники посадки как без выравнивания, так и с выравниванием в режиме STOL. Из-за медленной активации реверсоров тяги испытания на авиабазе Эдвардс показали, что самолет не может стабильно останавливаться в условиях "горячего и высокого" на требуемых 2000 футов. Однако зерна гибели программы AMST уже были посеяны. В марте 1976 года начальник штаба ВВС генерал Дэвид С. Джонс попросил Командование систем ВВС изучить возможность использования единой модели AMST как для стратегических, так и для тактических задач воздушного транспорта, или, альтернативно, возможность разработки не-STOL версий AMST для стратегических перевозок. Это привело к серии исследований, которые в основном показали, что такая модификация не будет простой и потребует серьезных изменений в любом из проектов для создания гораздо более крупного самолета. Растущая важность стратегических по сравнению с тактическими задачами в конечном итоге привела к завершению программы AMST в декабре 1979 года. В ноябре 1979 года была сформирована целевая группа C X для разработки необходимого стратегического самолета с тактическими возможностями. Программа C X выбрала предложение по увеличению и модернизации YC 15, который впоследствии был разработан в C 17 Globemaster III. Lockheed C 130 Hercules был дополнительно улучшен до C 130J и продолжает эксплуатироваться. После завершения программы летных испытаний оба самолета были помещены на хранение в AMARC, расположенный на авиабазе Дэвис-Монтан. Один самолет (72 1875) был впоследствии перевезен в близлежащий Музей авиации и космонавтики Пима в 1981 году, но в 1996 году был возвращен в летное состояние компанией McDonnell Douglas; его повторный полет состоялся 11 апреля 1997 года. 16 апреля 1997 года самолет был перевезен в Лонг-Бич, штат Калифорния, для поддержки программы C-17. 11 июля 1998 года во время полета произошел серьезный отказ двигателя №1, и самолет совершил аварийную посадку в Палмдейле, штат Калифорния. После осмотра было признано, что ремонт самолета слишком дорог, и он был помещен на хранение в Палмдейле. В 2008 году самолет был перевезен по дороге на авиабазу Эдвардс, где сейчас экспонируется в выставочной зоне "Century Circle" музея Центра летных испытаний ВВС, рядом с западными воротами базы. Другой планер (72–1876), который много лет находился на "Celebrity Row" в AMARC, был уничтожен на месте в апреле 2012 года.

Two YC 15s were built, one with a wingspan of 110 feet (34 m) (#72 1876) and one of 132 feet (40 m) (#72 1875). Both were 124 feet (38 m) long and powered by four Pratt & Whitney JT8D 17 engines, each with of thrust. The first flight was on 26 August 1975. The second prototype followed in December. They were tested for some time at McDonnell Douglas as the Boeing entry was not ready until almost a year later. In November 1976, both designs were transferred to Edwards Air Force Base for head to head testing, including lifting heavy loads like tanks and artillery from dirt airfields at Graham Ranch, off the end of Runway 22. In Phase II of the flight test program, a "refanned" Pratt & Whitney JT8D 209 was tested in No. 1 nacelle of 72–1876, and a CFM International CFM56 was tested in the No. 1 nacelle of 72–1875. In addition, a new wing with increased chord and span was flown on 72–1875. The YC 15 met specifications under most, but not all, conditions. It was a very good STOL plane for its size. At a gross weight of 149,300lbs, the YC 15 flew short landing approaches at only 87 kn at a 6 degree glide slope yielding a sink rate of 15.4 feet per second, compared with normal approaches that were made at about 127 kn with a typical 8 12 feet per second sink rate. For short landings, the touch down aim point was only about 300 feet from the runway end. Pilots of the YC 15 tested both no flare and with flare landing techniques in STOL mode. Because of slow actuation of the thrust reversers, testing at Edwards AFB showed the plane was unable to consistently stop in “hot and high” conditions in the required 2000 feet. However, the seeds of the AMST program's demise had already been sown. In March 1976, the Air Force Chief of Staff, Gen. David C. Jones, asked the Air Force Systems Command to see if it was possible to use a single model of the AMST for both strategic and tactical airlift roles, or alternatively, if it was possible to develop non STOL derivatives of the AMST for the strategic airlift role. This led to a series of studies that basically stated that such a modification was not easy, and would require major changes to either design to produce a much larger aircraft. The increasing importance of the strategic vs. tactical mission eventually led to the end of the AMST program in December 1979. Then, in November 1979, the C X Task Force formed to develop the required strategic aircraft with tactical capability. The C X program selected a proposal for an enlarged and upgraded YC 15 that was later developed into the C 17 Globemaster III. The Lockheed C 130 Hercules would be further improved into the C 130J and remains in service. After the flight test program, the two aircraft were stored at the AMARC, located at Davis Monthan Air Force Base. One aircraft (72 1875) was subsequently moved to the nearby Pima Air & Space Museum in 1981, but was returned to flying status by McDonnell Douglas in 1996; it was first reflown on 11 April 1997. On 16 April 1997, the aircraft was ferried to Long Beach, California to support the C 17 program. On 11 July 1998, the aircraft suffered a massive failure of the No. 1 engine during flight and made an emergency landing at Palmdale, California. On inspection, the aircraft was deemed too expensive to repair and was stored at Palmdale. In 2008, the aircraft was moved by road to Edwards AFB, where it is now on display at the Air Force Flight Test Center Museum's "Century Circle" display area, just outside the base's west gate. The other airframe (72–1876), which had remained on Celebrity Row at the AMARC for many years, was destroyed in place in April 2012.