Аврокар: Экспериментальный летательный аппарат вертикального взлёта и посадки

Введение

1959 экспериментальный VTOL самолет-модель

{|Инфобокс тип самолета
|тип ="Proof of concept" экспериментальный VTOL самолет
|страна происхождения = Канада
|производитель = Avro Canada
|конструктор = Джон Фрост
|первый полет = 12 ноября 1959 года
|введен в эксплуатацию = 1958
|снят с эксплуатации = 1961
|основной пользователь = Военно-воздушные силы США (планировалось)
|другие пользователи = Армия США (планировалось)
|производство = 1958–1959
|количество построенных = 2
|стоимость = Стоимость проекта: 10 миллионов долларов США. Avrocar был разработан для использования эффекта Коанда для создания подъемной силы и тяги от одного "турбовентилятора", выбрасывающего выхлоп из обода дискообразного самолета. В воздухе он напоминал бы летающую тарелку. Изначально разработанный как самолет, подобный истребителю, способный к очень высоким скоростям и высотам, проект неоднократно урезался, и ВВС США в конечном итоге отказались от него. Затем разработка была продолжена армией США для создания тактического боевого самолета, своеобразного высокопроизводительного вертолета. В ходе летных испытаний Avrocar продемонстрировал нерешенные проблемы с тягой и устойчивостью, что ограничило его возможности полета до низких показателей; впоследствии проект был отменен в сентябре 1961 года. На протяжении всей программы проект имел несколько различных названий. Avro называл эти работы "Проектом Y", отдельные аппараты были известны как Spade и Omega. Проект Y 2 позже был профинансирован ВВС США, которые называли его WS 606A, Project 1794 и Project Silver Bug. Когда армия США присоединилась к проекту, он получил окончательное название "Avrocar" и обозначение "VZ 9", являясь частью проектов VTOL армии США серии VZ.

Происхождение

Avrocar стал итогом серии перспективных исследовательских проектов, разработанных конструктором "Джеком" Фростом, который присоединился к Avro Canada в июне 1947 года после работы в нескольких британских компаниях. Он работал в de Havilland с 1942 года, участвуя в создании реактивного истребителя de Havilland Hornet, de Havilland Vampire и самолета de Havilland Swallow, где был главным конструктором сверхзвукового исследовательского проекта. В Avro Canada он работал над Avro CF 100, прежде чем создать исследовательскую группу, известную как "Группа специальных проектов" (SPG). Фрост сначала собрал вокруг себя команду единомышленников – "нестандартных" инженеров, а затем организовал рабочее пространство. Изначально SPG размещалась в "Пентхаусе" – ироничном прозвище исполнительного крыла Административного здания, но впоследствии была переведена в здание времен Второй мировой войны, расположенное напротив штаб-квартиры компании, в здание Schaeffer, которое охранялось, имело запертые двери и требовало специальные пропускные карты. Иногда SPG работала также в экспериментальном ангаре, деля пространство с другими группами, занимавшимися необычными проектами Avro. В то время Фрост особенно интересовался разработкой реактивных двигателей и способами повышения эффективности компрессора без потери простоты турбины. Он посчитал конструкцию "обратного потока" Фрэнка Уиттла слишком сложной и искал способы упростить компоновку. Это привело его к разработке нового типа двигателя, в котором камеры сгорания располагались непосредственно за внешним ободом центробежного компрессора, направленными наружу, как спицы колеса. Компрессор приводился в действие новой турбиной, напоминающей центробежный вентилятор, в отличие от более распространенной "лопастной" конструкции обычных двигателей. Турбина передавала вращение на компрессор через редуктор, а не напрямую через вал. В результате двигатель имел форму большого диска, который Фрост назвал "двигателем-блином". Выхлоп реактивной струи выходил по всему периметру двигателя, что создавало проблемы при адаптации этой конструкции к обычному самолету.

The Avrocar was the ultimate result of a series of blue skies research projects by designer "Jack" Frost, who had joined Avro Canada in June 1947 after working for several British firms. He had been with de Havilland from 1942 and had worked on the de Havilland Hornet, de Havilland Vampire jet fighter and the de Havilland Swallow aircraft, where he had been the chief designer on the supersonic research project. At Avro Canada, he had worked on the Avro CF 100 before creating a research team known as the "Special Projects Group" (SPG). Frost first surrounded himself with a collection of like minded "maverick" engineers, then arranged for a work site. Initially ensconced in the "Penthouse", a derisive nickname for the executive wing of the Administration Building, the SPG was subsequently relocated to a Second World War era structure across from the company headquarters, the Schaeffer Building, that was secured with security guards, locked doors and special pass cards. At times, the SPG also operated out of the Experimental Hangar where it shared space with other esoteric Avro project teams. At the time, Frost was particularly interested in jet engine design and ways to improve the efficiency of the compressor without sacrificing the simplicity of the turbine engine. He found Frank Whittle's "reverse flow" design too complex and was interested in ways to clean up the layout. This led him to design a new type of engine layout with the flame cans lying directly outside the outer rim of the centrifugal compressor, pointed outwards like the spokes on a wheel. Power for the compressor was drawn from a new type of turbine similar to a centrifugal fan, as opposed to the more typical pinwheel like design of conventional engines. The turbine drove the compressor using gearing, rather than a shaft. The resulting engine was arranged in the form of a large disk, which he referred to as a "pancake engine." The jet thrust exited from around the entire rim of the engine, and this presented problems trying to adapt the design to a typical aircraft.

Проект Y

В то же время авиационная промышленность в целом проявляла все больший интерес к самолетам с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL). Ожидалось, что любая будущая европейская война начнется с ядерного обмена, который уничтожит большинство авиабаз, поэтому самолетам потребуется действовать с ограниченных аэродромов, дорог или даже неподготовленных площадок. Значительные усилия были направлены на поиск различных решений для обеспечения возможности нанесения ответного удара. Некоторые из этих решений включали самолеты, запускаемые ракетами, такие как концепция взлета с нулевой длины разбега, в то время как многие компании приступили к разработке самолетов VTOL как более подходящего долгосрочного решения. Фрост считал, что выдающиеся характеристики его нового двигателя идеально подойдут для самолета VTOL благодаря его высокому ожидаемому отношению мощности к весу. Проблема заключалась в том, как использовать кольцевую тягу для придания самолету поступательного движения, а также в том, как разместить очень большой двигатель в подходящем фюзеляже. Фрост предложил использовать серию воздуховодов и дефлекторов для перенаправления тяги, выходящей из передней части двигателя, назад. Чтобы максимально укоротить воздуховоды, конструкция предусматривала вывод тяги вдоль передней кромки, по сути, толстого дельта-крыла. Поскольку двигатель имел форму диска, треугольная форма дельты выходила вперед, где соединялась с диском двигателя, образуя форму, напоминающую лопату игральной карты. Продолжая эксперименты, он обнаружил, что та же система управления тягой, которую он разрабатывал для операций VTOL, одинаково хорошо работает и для горизонтального полета. В этом случае сама форма диска не являлась эффективной несущей поверхностью, поскольку она была нейтральна с точки зрения направления подъемной силы – то есть, самолет мог бы так же легко лететь боком, как и вперед. Однако, изменяя воздушный поток с помощью небольшого реактивного усилия, можно было значительно изменить общий воздушный поток вокруг аппарата, создавая своего рода «виртуальный профиль» любой необходимой конфигурации. Например, направляя даже небольшую струю вниз, можно было поднять большой объем воздуха над верхней поверхностью крыла и значительно усилить поток над крылом, создавая подъемную силу. Это, казалось, предлагало решение одной из самых сложных проблем того времени – создание самолета, эффективного на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Дозвуковая подъемная сила создается воздушным потоком вокруг крыла, следуя обтекаемым линиям, а сверхзвуковая подъемная сила генерируется ударными волнами в точках критической кривизны. Ни одна конструкция не могла обеспечить высокую производительность в обоих режимах. «Раздутый диск» мог решить эту проблему, будучи спроектированным исключительно для сверхзвуковой производительности, а затем используя реактивную тягу для модификации дозвукового воздушного потока, придавая ему характеристики обычного крыла. В результате конструкция была бы оптимизирована для высокой сверхзвуковой производительности, обладала бы приемлемой дозвуковой производительностью и обеспечивала бы возможность VTOL – все в одном аппарате.

At the same time, the aircraft industry as a whole was becoming increasingly interested in VTOL aircraft. It was expected that any future European war would start with a nuclear exchange that would destroy most airbases, so aircraft would need to operate from limited airbases, roads or even unprepared fields. Considerable research effort was put into various solutions to securing a second strike capability. Some of these solutions included rocket launched aircraft like the zero length launch concept, while many companies started work on VTOL aircraft as a more appropriate long term solution. Frost felt the excellent performance of his new engine would be a natural fit for a VTOL aircraft due to its high expected power to weight ratio. The problem was how to use the annular thrust to drive the aircraft forward, as well as the problem of fitting the very large engine into a suitable airframe. Frost suggested using a series of ducts and vents to redirect the thrust flowing out of the front of the engine towards the rear. In order to keep the pipes as short as possible, the design ported the thrust out along the leading edge of what was essentially a thick delta wing. As the engine was disk shaped, the triangular delta shape was pushed out near the front where it met the engine disk, producing a shape roughly like a spade on a playing card. As he continued these experiments, he found that the same thrust direction system he intended for VTOL operations worked just as well for forward flight. In this case the disk shape was not of itself a good lifting surface, as it was neutral in terms of lift direction – that is, it would fly sideways as readily as it would fly forward. However, by modifying the airflow with the application of a small amount of jet thrust, the overall airflow over the craft could be dramatically altered, creating a sort of "virtual airfoil" of any needed configuration. For instance, by directing even a small amount of jet thrust down, a large mass of air would be pulled over the upper surface of the wing and dramatically augment the flow over the wing, creating lift. This appeared to offer a solution to one of the most vexing problems of the era, designing an aircraft that was effective at subsonic and supersonic speeds. Subsonic lift is created by the airflow around the wing following streamlines, but supersonic lift is generated by shock waves at points of critical curvature. No single design could offer high performance for both regimes. The blown disk could attack this problem by being laid out for supersonic performance only, and then using jet thrust to modify subsonic airflow into a semblance of a normal wing. The resulting design would be tuned for high supersonic performance, have reasonable subsonic performance, and would also offer VTOL, all in a single design.

Участие США: Проект 1794/WS 606A

В конце 1953 года группа американских военных экспертов посетила Avro Canada, чтобы ознакомиться с новым истребителем CF 100. По пути Фрост присоединился к экскурсии и перенаправил ее в зону специальных проектов, где он продемонстрировал макет проекта Y, а также модели и чертежи (некоторые из которых ранее не видели даже высшие должностные лица компании) для полностью дискообразного летательного аппарата, известного как "Проект Y 2". ВВС США согласились взять на себя финансирование группы специальных проектов Фроста, и в 1955 году был заключен контракт на 750 000 долларов США. К 1956 году руководство Avro проявило достаточный интерес, чтобы выделить 2,5 миллиона долларов на создание прототипа в рамках "частной инициативы". В марте 1957 года ВВС выделили дополнительное финансирование, и аппарат получил обозначение "Система вооружений 606А". Изучалось множество конструкций для истребителя с вертикальным взлетом и посадкой; TS 140 представлял собой самолет с передним горизонтальным оперением, который должен был приводиться в движение четырьмя реактивными двигателями Bristol Orpheus, однако ВМС выбрали D 188A от Bell Aircraft для своих нужд. В ВВС США велись дебаты относительно этой концепции, поскольку многие группы пытались получить финансирование для своих собственных проектов, например, атомных бомбардировщиков. В 1955 году в журнале Look появилась развернутая статья, в которой, среди прочего, утверждалось, что недавние наблюдения НЛО связаны с советскими летающими тарелками. В статье описывался подобный аппарат с чертежами, явно вдохновленными конструкцией Avro. Для испытаний был разработан новый двигатель, состоящий из шести реактивных двигателей Armstrong Siddeley Viper, направляющих тягу на внешний обод рабочего колеса, и получивший название PV 704, где PV означало Private Venture ("частная инициатива"). PV 704 представлял собой временное решение, размещенное в бункерном здании за экспериментальным испытательным центром Avro. Он предназначался для тестирования различных концепций проекта 1794 и предоставления ВВС США данных для оценки жизнеспособности этой концепции. Первоначальный план предусматривал продолжение испытаний стенда двигателя Viper свободными полетами. К сожалению, испытания проходили далеко не гладко: испытательная модель страдала от опасных утечек масла, что привело к трем пожарам. В конце концов, персонал стал бояться машины, даже находясь в безопасной кабине, построенной из пуленепробиваемого стекла и четвертидюймовой стали. Финальное, катастрофическое и чуть не смертельное испытание двигателя в 1956 году, в ходе которого реактивный двигатель Viper вышел из-под контроля, убедило Фроста в необходимости менее опасного испытательного стенда.

In late 1953, a group of U. S. defence experts visited Avro Canada to view the new CF 100 fighter jet. Somewhere along the way, Frost co opted the tour and rerouted it to the Special Projects area where he proceeded to show off the Project Y mock up and models and drawings (some never before seen by senior company officials) for a completely circular disk shaped aircraft known as "Project Y 2." The USAF agreed to take over funding for Frost's Special Projects Group, and a contract for US$750,000 followed in 1955. By 1956, Avro management was interested enough to commit $2.5 million to build a "private venture" prototype. In March 1957, the Air Force added additional funding, and the aircraft became Weapons System 606A. A wide variety of designs were studied for a VTOL fighter aircraft, The TS 140 was a canard type aircraft to be powered by four Bristol Orpheus jet engines; the Navy instead selected Bell Aircraft's D 188A for its requirement. There was some debate about the concept within the USAF, as many groups were attempting to gain funding for their own pet projects, like nuclear powered bombers. In a repeat of the earlier Toronto Star release, in 1955 an extensive article appeared in Look magazine that, among other claims, speculated that current UFO sightings were Soviet built saucers. The article went on to describe such an aircraft with diagrams that were clearly influenced by the Avro design. For testing purposes, a new engine consisting of six Armstrong Siddeley Viper jet engines blowing across the outer rim of an impeller was designed under the name PV 704, PV stood for Private Venture. The PV 704 was a stop gap design built into a bunker like building behind the Avro Experimental Test facility. It was intended to test various Project 1794 concepts and provide the USAF with test data to show the viability of the concept. The original plan to initially test the Viper Engine Rig was to have continued into free flight testing. Unfortunately, testing was anything but smooth; the test model suffered from hazardous oil leaks, resulting in three fires. It eventually got to the point that staff were afraid of the machine, even when safely ensconced in a booth constructed of bullet proof glass and quarter inch thick steel. A final, disastrous and nearly lethal engine test in 1956 which involved a Viper jet engine running wild, convinced Frost that a less dangerous test vehicle was necessary.

Истоки аврокара

Чтобы собрать данные о полете на основе базовой концепции, пока продолжалась разработка двигателя, в 1958 году Фрост предложил построить уменьшенный опытный образец для подтверждения концепции, который он назвал Avrocar. К этому моменту армия США была вовлечена в широкий спектр экспериментов с небольшими самолетами вертикального взлета и посадки (VTOL), которые должны были выполнять роль "летающего джипа", и они также проявили интерес к концепции Avro. Контракт, управляемый ВВС, был заключен с Avro на строительство и испытания двух Avrocars, которые армия именовала VZ 9 AV (где AV обозначает "Avro" – необычное отступление от стандартной номенклатуры армии США), как последний из серии самолетов "VZ". Интерес армии к программе Avrocar был, по всей видимости, очень высок. Бернард Линденбаум из Лаборатории динамики полета ВВС вспоминает поездку в Вашингтон в конце 1950-х годов с просьбой о дополнительном финансировании для исследования снижения аэродинамического сопротивления вертолетов. Хотя финансирование было одобрено, он услышал, как генерал армии заметил, что Huey станет последним вертолетом, который приобретет армия, поскольку его заменит Avrocar. Дополнительное финансирование ВВС в размере примерно 700 000 долларов (неиспользованное из программы 606A) также было перенаправлено на проект Avrocar. В марте 1959 года был получен дополнительный контракт на 1,77 миллиона долларов на второй прототип. При представлении прототипа прогнозируемые характеристики значительно превосходили требования: максимальная скорость, потолок в 10 000 футов (3048 м), дальность полета 130 миль (209 км) с полезной нагрузкой и зависание вне зоны влияния земли с полезной нагрузкой. Максимальный взлетный вес при переходе к горизонтальному полету вне зоны влияния земли был рассчитан как , а максимальный вес при переходе в зоне влияния земли (GETOL) составлял . Проектный офис ВВС, отвечающий за проекты Avro, рекомендовал прекратить программы WS 606A и все связанные с ними работы (включая Avrocar). Последовал приказ "остановка/продолжение", и Фросту вновь пришлось попытаться спасти проект. В ходе масштабных усилий Фрост убедительно обосновал необходимость продолжения военного финансирования США. В конце мая 1959 года ВВС США разрешили Avro продолжить программы "летающих тарелок".

To gather flight data on the basic concept while the engine development continued, in 1958 Frost proposed building a smaller "proof of concept" test vehicle he called the Avrocar. By this point, the U. S. Army was involved in a wide variety of experiments on smaller VTOL aircraft that would act as a "flying Jeep," and they became interested in Avro's concept as well. managed by the Air Force was awarded to Avro to build and test two Avrocars, which the Army referred to as the VZ 9 AV (with AV standing for "Avro," an unusual departure from normal U. S. Army nomenclature), the latest in a series of "VZ" aircraft. Army interest in the Avrocar program was apparently very high. Bernard Lindenbaum of the Air Force Flight Dynamics Laboratory recalls a trip to Washington in the late 1950s to request additional funding for a study on helicopter drag reduction. Although the funding was approved, he overheard an Army General remark that the Huey would be the last helicopter the Army would buy since the helicopter would be replaced by the Avrocar. Additional Air Force funding of approximately $700,000 (unexpended from the 606A program) was also moved to the Avrocar project. In March 1959, an additional $1.77 million contract was received for a second prototype. At rollout, projected performance was far in excess of the requirement, with a maximum speed, 10000 feet (3048 m) ceiling, 130 mile (209 km) range with payload, and hover out of ground effect with payload. Maximum takeoff weight with transition to forward flight out of ground effect was calculated to be , maximum weight with a transition in ground effect (GETOL) was
The USAF Project Office devoted to the Avro projects, recommended that the WS 606A and all related work (including the Avrocar) be cancelled. A "stop/go" work order came down and Frost was forced once more to try to rescue the project. In an elaborate effort, Frost made a resounding case for continuation of U. S. military funding. Late in May 1959, the USAF authorized Avro to continue the "flying saucer" programs.

Дизайн

Avrocar был летательным аппаратом в форме диска, имевшим ту же основную форму, что и фрисби: верхняя поверхность диска была достаточно изогнутой, а нижняя – гораздо менее. Диаметр диска составлял 5,5 метра, толщина – 1 метр. Энергией для ротора обеспечивали три реактивных двигателя Continental J69 T 9, прикрепленных к ферме. Каждый двигатель имел собственные топливные и масляные баки, а также другие вспомогательные системы, хотя ожидалось, что в будущих моделях они будут объединены. Большая часть фюзеляжа была изготовлена из алюминия. Шасси Avrocar было примитивным: три небольших поворотных колеса, установленных на коротких осях; позже в ходе испытаний их заменили лыжами, хотя они обычно не устанавливались. Управление пилотом осуществлялось исключительно с помощью единой боковой ручки управления. Крен и тангаж контролировались обычными движениями вперед-назад и в стороны, а рыскание – поворотом ручки. Механических связей не использовалось: ручка управляла потоком воздуха высокого давления вокруг аппарата, который либо непосредственно воздействовал на рули, либо косвенно – через местные тросовые приводы, заменяя органы управления, предназначенные для тросового управления (например, дроссельные ручки двигателей). Было обнаружено, что аппарат по своей природе нестабилен при полете вперед, поскольку аэродинамический центр давления находился значительно впереди центра тяжести. Поэтому Avrocar включал в себя механическую систему повышения устойчивости, независимую от управления пилотом. Турборотор обладал значительным угловым моментом и должен был действовать как мощный гироскоп, обеспечивая "нормальное" направление полета. Управляющие тросы, прикрепленные к основанию ротора, натягивались при перемещении аппарата относительно ротора, приводя в действие рули для компенсации движения. Экипаж состоял из двух человек, размещенных в отдельных кабинах, втиснутых в пустые отсеки фюзеляжа. На практике во время испытаний на борту обычно находился только один пилот; ряд полетов выполнялись с наблюдателем во второй кабине. До полного решения проблем с управлением летчики-испытатели Avro выработали "чувство" к чрезвычайно чувствительному управлению, и главный летчик-испытатель Avro Aircraft Потоцкий в конечном итоге смог продемонстрировать полет "без рук". Тем не менее, пилот-испытатель Avro Питер Коуп, пилот проекта ВВС США Уолтер Дж. Ходжсон и главный летчик-испытатель Исследовательского центра Эймса НАСА Фред Дж. Дринкуотер III, все они, летавшие на Avrocar, считали его сложным в управлении аппаратом. Дринкуотер сравнил полет на нем с "балансированием на пляжном мяче".

The Avrocar was a disk shaped aircraft with the same basic shape as a frisbee, the upper surface of the disk being fairly curved, and the bottom much less so. The disk was 18 feet (5 m) in diameter and 3.5 feet (1 m) thick. Power for the rotor was provided by three Continental J69 T 9 jet engines attached to the truss. Each engine had its own fuel and oil tanks and other support systems, although it was expected these would be interconnected in future models. The majority of the airframe was made of aluminum with an empty weight of The undercarriage of the Avrocar was rudimentary with three small castering wheels mounted on "stub" shafts; a set of skids was substituted later in testing although they were not normally fitted. Pilot control was entirely through a single side mounted control stick. Pitch and roll were controlled through conventional fore aft and side to side motions, while yaw could be controlled by twisting the stick. No mechanical linkages were used, the stick instead controlled the flow of high pressure air around the craft, which either directly attached to various control surfaces, or indirectly through local cable linkages to replace controls that were intended to be cable actuated (like throttle controls on the engines). It was discovered that the craft was inherently unstable in forward flight, as the aerodynamic center of pressure was well forward of the center of gravity. The Avrocar thus included a mechanical stability augmentation system that was independent of the pilot's controls. The turborotor had a fairly large angular momentum and was intended to act as a powerful gyroscope, providing a "normal" direction of flight. Control cables attached to the base of the rotor would be pulled when the craft moved in relation to the rotor, actuating the control surfaces to counteract the motion. The vehicle was manned by a crew of two, positioned in separate cockpits squeezed into empty areas in the airframe. In practice, only one pilot was usually on board during testing; a number of flights were made with an observer in the second cockpit. Until control problems were completely solved, the Avro test pilots acquired a "touch" for the extremely sensitive control inputs and Avro Aircraft Chief Development Test Pilot Potocki was eventually able to demonstrate a "hands off" flight. Nonetheless, Avro test pilot Peter Cope, USAF project pilot Walter J. Hodgson and NASA's Ames Research Center Chief Test Pilot Fred J. Drinkwater III, who all flew the Avrocar, considered it still a tricky vehicle to fly. Drinkwater likened a flight in it to "balancing on a beach ball."

Испытания

Первый Avrocar, № 58 7055, сошел с конвейера завода Avro Malton в мае 1959 года. С 9 июня по 7 октября 1959 года он проходил испытания на статической платформе для зависания. К сожалению, горячие выхлопные газы смешивались с воздухом, поступающим в двигатели, снижая тягу. Кроме того, вентилятор создавал подъемную силу лишь на небольшой площади своей поверхности, уменьшая общую доступную тягу. Также было обнаружено, что сопротивление в воздуховодах выше ожидаемого, и ряд модификаций не позволили существенно решить эту проблему. Эти проблемы снизили максимальную подъемную силу на больших высотах вне зоны влияния земли до , что было меньше массы пустого самолета. Это означало, что аппарат не сможет зависать вне зоны влияния земли. После этих испытаний аппарат был отправлен в NASA Ames для испытаний в аэродинамической трубе. Второй, № 59 4975, был завершен в августе 1959 года. 29 сентября была предпринята первая попытка зависания Avrocar, привязанного тросом к земле. После отрыва аппарата от земли началась неуправляемая бортовая и продольная колебания, которые поочередно прижимали каждое из трех колес к земле. Пилот, У. Д. "Спад" Потоцки, немедленно выключил все двигатели. Были внесены изменения в систему стабилизации для повышения эффективности управления, а также исследовались новые тросы для улучшения контроля над подобными ситуациями. Исследования показали причину проблемы. В зоне влияния земли воздух высокого давления оказывался запертым под аппаратом, заполняя все пространство и обеспечивая стабильную платформу. При подъеме из зоны влияния земли воздух формировал узкий столб, который Фрост описал как "ствол дерева". На промежуточных высотах аппарат периодически переходил из одного режима в другой, при этом одна сторона аппарата полностью поддерживалась, а поддержка под другой стороной исчезала. Это приводило к сильному крену в сторону неподдерживаемой стороны. Как только это происходило, эта сторона опускалась к земле и восстанавливала воздушную подушку, а другая сторона поднималась выше. Этот процесс повторялся, вызывая раскачивание аппарата из стороны в сторону. Были предприняты модификации для решения этой проблемы. В конечном итоге в нижней части аппарата было просверлено 52 отверстия, расположенные радиально в трех футах от центра. Они должны были обеспечить центральный поток для стабилизации воздушной подушки. После завершения этих модификаций и, по всей видимости, успешной работы, 12 ноября 1959 года был выполнен первый полностью свободный полет. Это испытание показало неприемлемость системы управления соплами. Спойлеры предназначались для направления воздушного потока вверх или вниз по кольцевому закрылку, только вниз во время зависания, но вверх и вниз во время полета вперед. Предполагалось, что при установке закрылка для управления подъемная сила будет уменьшаться с одной стороны и увеличиваться с другой. Подъемная сила действительно уменьшалась с одной стороны, но с другой не увеличивалась, поэтому любое изменение управления приводило к потере высоты. После пяти полетов испытания были временно приостановлены 5 декабря 1959 года, к этому моменту Avrocar налетал в общей сложности 18,5 часов. Зимой была установлена совершенно новая конструкция. Оригинальные спойлеры были удалены и заменены одним кольцом под кольцевым закрылком. Кольцо перемещалось относительно аппарата при изменении управления, "герметизируя" зазор с одной стороны и открывая его с другой. Испытания продолжались в январе 1960 года и, казалось, проходили намного лучше. Однако, хотя новая система управления улучшила характеристики зависания, аппарат стал нестабильным на более высоких скоростях выше . Первый Avrocar в Ames был аналогичным образом модифицирован, и в апреле 1960 года он был испытан в их аэродинамической трубе. Проблема стала ясна: кольцо блокировало слишком большую часть общей тяги двигателя, что значительно снижало общую мощность. При увеличении скорости воздушного потока снижалась циркуляция под аппаратом, уменьшая подъемную силу из-за воздушного потока над верхней поверхностью. Это было несколько неожиданно: циркуляция считалась "плохим явлением" из-за потери тяги двигателя, и ее положительное влияние на подъемную силу не было оценено. В конечном итоге, чтобы поддерживать подъемную силу на более высоких скоростях полета, аппарат приходилось наклонять до предела возможностей управления. Avro была убеждена, что концепция все еще жизнеспособна, и предложила новую программу для серьезной переработки системы привода и управления. Вместо единого кольцевого треугольного закрылка и спойлеров или более позднего кольцевого управления, новая система включала две отдельные системы управления для зависания и полета вперед, объединенные в одно сопло. Для зависания серия "переходных дверей" открывалась в сопла, блокируя их и перенаправляя поток воздуха вниз под аппарат. Управление в этом режиме осуществлялось перемещением внешней части закрылка для "фокусировки" потока. На более высоких скоростях двери закрывались, позволяя воздуху выходить из края аппарата, где располагались простые органы управления, подобные закрылкам. Новая система управления охватывала 3/4 задней окружности аппарата; передняя часть была оснащена только органами управления для зависания. 9 июня 1961 года была проведена вторая летная оценка Avrocar ВВС США/NASA на втором модифицированном прототипе на заводе Avro. Во время этих испытаний аппарат достиг максимальной скорости и продемонстрировал способность преодолевать ров шириной шесть футов и глубиной . Полет выше критической высоты оказался опасным, если не невозможным, из-за присущей ему нестабильности. В летном отчете также был выявлен ряд проблем с управлением.

The first Avrocar, #58 7055, rolled out of the Avro Malton factory in May 1959. From 9 June to 7 October 1959, it was tested in a static hover rig. Unfortunately, hot gas from the exhaust was found to mix back into the intakes in hover, reducing engine thrust. In addition, the fan generated lift only from a small area of its surface, lowering overall thrust available. The ducts also proved to have higher losses than expected, and a series of modifications were not able to solve this problem to any large degree. These problems reduced maximum lift at higher altitudes out of the ground effect to , less than the empty weight of the aircraft at This meant the aircraft would be incapable of hovering out of the ground effect. Following these tests, the vehicle was sent to NASA Ames for a wind tunnel testing. The second, #59 4975, was completed August 1959. On 29 September, the first attempt to hover was made with the Avrocar tethered to the ground. After the vehicle became airborne, an uncontrollable roll and pitch coupled oscillation started that forced each of the three wheels into the ground in turn. The pilot, W. D. "Spud" Potocki, immediately shut down all engines. Changes were made to the stability system to provide more control authority, while new tethers were investigated to improve the ability to control these sorts of problems. Investigations into the effect revealed what was causing the problem. While in the ground effect, the high pressure air under the craft was trapped, filling the entire area and thus providing a stable base. When the craft rose out of the ground effect, the air formed itself into a single narrow column, described by Frost as "tree trunking". At intermediate altitudes the craft would momentarily transition from one regime to the other, during which time one side of the vehicle would be entirely supported while the support was disappearing under the other. This led to a strong pitching motion towards the unsupported side. As soon as this occurred that side would approach the ground and re establish the supporting air, while the other side would then be raised above this limit. This process would repeat itself, with the craft rolling from side to side. Modifications were carried out in order to try to solve the problem. Eventually a series of 52 holes were drilled in the bottom of the vehicle, located radially three feet from the center. These were to provide a central jet to stabilize the ground cushion. With these modifications complete and apparently working, the first completely free flight occurred on 12 November 1959. This test proved the nozzle control system unacceptable. The spoilers were intended to direct the air out over the top or bottom of the annular flap, out the bottom only during hover, but over the top and bottom during forward flight. The idea was that when the flap was positioned in order to provide control, the lift would be lowered on one side and raised on the other. Lift was indeed lowered on one side, but the lift did not improve on the other, so every control input resulted in a loss of altitude. After five flights, testing was temporarily halted on 5 December 1959, by which time the Avrocar had logged 18.5 hours of test time in total. A completely new design was installed over the winter. The original spoilers were removed and replaced by a single ring below the annular flap. The ring shifted in relation to the craft under control input, "sealing off" the gap on one side while opening it on the other. Tests continued in January 1960, and appeared to work much better. However, while the new control system improved the hovering qualities, the craft now became unstable at higher speeds above The first Avrocar at Ames was similarly modified, and, in April 1960, it was tested in their wind tunnel. The problem became clear; the ring blocked so much of the overall engine thrust that the overall power was greatly reduced. As the craft sped up, the airflow on the underside reduced the recirculation, reducing the lift due to airflow over the upper surface. This was somewhat unexpected; recirculation had been considered a "bad thing" due to the loss of engine thrust, and its positive effects on lift do not appear to have been appreciated. In the end, in order to maintain lift at higher forward speeds the craft had to be pitched to the end of its control capability. Avro was convinced that the concept was still workable, and proposed a new program for major rework of the propulsion and control system. Instead of the single annular triangular flap and spoilers, or the later ring control, the new system included two separate control systems for hover and forward flight, combined into a single nozzle. For hover, a series of "transition doors" were opened into the nozzles, blocking them off and re directing the flow downward under the aircraft. Control during this regime was provided by moving the outer portion of the flap to "focus" the flow. At higher speeds, the doors were closed, allowing the air to flow out from the edge of the aircraft, where a series of simple flap like controls were located. The new control system covered the rear 3/4's of the aircraft's outer circumference; the front section featured the hovering controls only. On 9 June 1961, a second USAF/NASA flight evaluation of the Avrocar was conducted on the similarly modified second prototype at the Avro facility. During these tests, the vehicle reached a maximum speed of and showed the ability to traverse a ditch six feet across and deep. Flight above the critical altitude proved dangerous if not nearly impossible due to inherent instability. The flight test report further identified a range of control problems.

Отмена

До того, как удалось внести изменения, финансирование иссякло в марте 1961 года. Предложения Фроста по модифицированной конструкции не были приняты, и программы Avrocar и связанного с ним сверхзвукового VTOL WS 606A были официально закрыты в декабре 1961 года военными США. Руководство компании Avro поддерживало дальнейшие исследования в области VTOL, изучая новые конфигурации с дисковидной платформой. Эти потребности были удовлетворены самолетом Hawker Siddeley Harrier, однако в целом интерес к VTOL угас, поскольку стало широко распространено мнение, что ядерный удар в начале европейской войны маловероятен. Второй Avrocar к концу лётных испытаний налетал около 75 часов. По своим характеристикам Avrocar оказался полным провалом: он не мог безопасно подняться в воздух более чем на несколько футов, а его обтекаемая конструкция, ограничивающая скорость и сопровождающаяся невыносимой жарой и оглушительным шумом выхлопа, делала его непригодным для военных целей. Несмотря на то, что проект был признан технически неудачным, его конструкция оказалась предвестником будущего: до создания первого в мире судна на воздушной подушке, Saunders Roe SR. N1 (также взлетевшего в 1959 году), Avrocar не хватало лишь гибкой юбки. Тем не менее, конструктор компании Джон Фрост подал ряд заявок на патенты в Канаде, Великобритании и США, закрепив за Avrocar и другими экспериментальными аппаратами Avro ключевую роль в развитии VTOL.