1.1. Уровень техники. Аналоги способа

Заявляемая идея вертикального взлета и посадки ЛА при помощи реактивной тяги двигателей достаточно очевидна. Летательный аппарат может взлетать вертикально или почти вертикально, переходя затем к горизонтальному полету.

Однако, несмотря на всю свою очевидность, полные аналоги заявляемому способу отсутствуют, поскольку не существует про­тотипов, осуществляющих вертикальные взлеты и посадки способом "как ракета"….

Преобразуемые самолеты, челноки, D-клиппер

Наиболее ранним аналогом заявляемого способа является проект С.И. Барановского "Летун" (1883 г.). Изобретателем предлагался самолет-моноплан с двумя толкающими пропеллерами и одним горизонтальным винтом в носовой части для управления по тангажу. При стоянке крылья могли складываться назад. Для уменьшения дистанции взлета корпус аппарата, благодаря особой конструкции шасси, должен был устанавливаться со значительным наклоном к горизонту [17].

Заявляемый способ имеет существенные отличия от проекта Барановского: … и некоторые другие.

Более поздним (1963) аналогом взлета-посадки самолета с вертикальным положением продольной оси является проект истребителя-перехватчика "Шквал 1А" ОКБ Сухого (фиг. 1, вверху слева), разработанный инициативной группой выпускников МАИ под руководством Р.Г. Мартиросова [47].

Проект истребителя выполнен по схеме "утка" с четырьмя крыльями, на концах которых предполагалось установить газовые рули. В качестве силовой установки предусматривались два турбореактивных двигателя КБ Туманского. Самолёт должен был взлетать и садиться вертикально, на хвост, что, по мнению экспертов, создавало большое количество трудностей: при посадке самолёт должен был вставать на очень большой угол атаки, а кабину предусматривалось поворачивать так, чтобы пилот видел посадочную площадку. По такой же схеме с 1956 года в Германии разрабатывался проект самолета He-231 [152].

Наиболее близким аналогом заявляемого способа является вертикальный взлет и посадка экспериментального самолета Х-13 "Вертиджет" фирмы «Ryan» [170].

СВВП Х-13 (фиг. 1, слева на рампе) был построен в качестве легкого прототипа боевого XF-109. При взлетной массе 3,6 тонн этот самолет оснащался ТРД с тягой 4540 кгс (на 26% больше взлетной массы), благодаря чему он мог взлетать вертикально после переориентации продольной оси в стартовое положение с помощью специальной поворотной рампы. Во время взлета и посадки самолет цепляется крюком за поперечный трос, натянутый горизонтально в верхней части рампы [57]. На вертикальных режимах полета самолет управляется с помощью газовых рулей и струйной системы управления. Рулевые сопла расположены на концах крыла. В рекламных целях Х-13 взлетал с автомобильного прицепа и садился на него вблизи здания Пентагона.

Создание Х-13 было прекращено в 1958 году из-за казавшихся нера­зре­шимыми технических проблем: появления гироскопического эффекта вращающихся масс двигателя и прецессии, воздействующих на путевое и продольное управление; больших затрат топлива при маневрировании во время вертикальной посадки и невозможность посадки без рампы.

Аварий за все время испытательных полетов Х-13 "Вертиджет" не было, что не характерно для экспе­риментальных СВВП. Так, в череде аварий СВВП наиболее тяжелой оказалась катастрофа 8 апреля 2000 года винтового самолета корпуса морской пехоты США V-22 "Оспри" (в центре фиг. 1), когда погибли четыре члена экипажа и 15 десантников, после чего реализация программы строительства этой машины общей стоимостью 35,4 млрд. долл. была прекращена [57].

Более поздним аналогом взлета при вертикальной ориентации продольной оси является нереализованный проект фирмы «Vought» по созданию СВВП TF-120 для малых авианосцев (фиг. 1, вверху). Взлетать этот самолет должен был с рампы, а садиться - на аэрофинишер [166].

Преимущества способа взлета TF-120 заключаются в отказе от сложных паровых катапульт и высокая оперативность, - одновременно с корабля могли взлетать 4 самолёта. Тот же источник [166] сообщает, что программа не была реализована из-за своей явной недоработанности.

Очевидным недостатком TF-120 является малая коммерческая нагрузка – экономически нецелесообразно поднимать вертикально полупустой самолет с рампы, чтобы затем предоставлять ему всю палубу авианосца для горизонтальной посадки.  

В отличие от TF-120, заявляемый самолет… может взлететь при максимальной массе полезного груза с трамплина или катапульты авианосца, а сесть – вертикально, не занимая ВПП и не мешая своей посадкой другим взлетающим самолетам. Положительным отличием TF-120 является аэродинамически совершенная форма сверхзвукового (2,5М) самолета, приемлемая и для плавания под водой (фиг. 10).

Следующими ниже цитатами современный уровень развития техники взлета и посадки СВВП характеризуется с полнотой, достаточной для материалов заявки:

"При создании СВВП исследования шли по нескольким направлениям.

Первое направление предусматривало использование на самолете одних и тех же двигателей как для режима вертикального взлета и посадки, так и для обеспечения горизонтального полета. В этом направлении наиболее перспективными (получившими практическую реализацию в боевой авиатехнике) оказались самолеты, у которых вертикальная и горизонтальная тяга создавалась одним турбореактивным подъемно-маршевым двигателем (ПМД) путем поворота потока газов специальным соплом (соплами).

Второе направление включало разработку самолетов, у которых для горизонтального полета использовались одни силовые установки, а для вертикального режима - другие.

Третье направление имело целью создание самолетов с изменением конструктивных параметров в полете (поворот винтов, двигателей, крыла вместе с силовыми установками, части крыльев, части винтов и т.д.). Широкие применение на реактивных самолетах получало изменение геометрии крыла. Однако этот способ для сокращения взлетной и посадочной дистанции к СВВП не подходит.

Четвертое направление - СВВП с эжекторными и вентиляторными установками - можно, по-видимому, считать перспективным. Здесь тяга двигателей меньше взлетной массы самолета, но за счет специальных устройств - эжекторов более чем в 5 раз увеличивается объем газов, выбрасываемых двигателями, что приводит к росту реактивной тяги (ее значение становится выше массы самолета).

Таким образом, в разработке и создании СВВП исследовалось довольно много вариантов, однако в корабельной авиации практически реализованы лишь две схемы. Первая схема обеспечивала создание вектора вертикальной (горизонтальной) тяги одним подъемно-маршевым двигателем путем использования поворотных сопел (самолет “Си Харриер” FRS.1, "Харриер" GR3, Англия; AV-8А, AV-8B, США, - Г.В.). Во второй схеме использовались дополнительные подъемные двигатели (самолеты ОКБ Яковлева и F-35 Lockheed, – Г.В.), синхронно связанные с основным, имеющим поворотное сопло" [12].

"Улучшение одной из характеристик проектируемого летательного аппарата обычно сопровождается ухудшением какой-либо другой характеристики. За преобразуемость летательного аппарата авиаконструкторы также вынуждены расплачиваться. Как правило, вес дополнительного оборудования (а в некоторых случаях и дополнительного топлива) приводит к снижению скорости, дальности и полезной нагрузки. Кроме того, сложность механических систем, обеспечивающих преобразование летательного аппарата, вызывает увеличение не только веса, но и затрат" [59].

Таким образом, многолетние (более 100 лет) исследования способов вертикального взлета и посадки пока не привели к созданию боевых самолетов, способных конкурировать с обычными машинами аэродромного базирования.

Как показали исследования СВВП-прототипов (Шквал 1А, Х-13, TF-120 и др.), вертикальная посадка является маневром более сложным, чем взлет, поэтому все предшествующие проекты не получили удовлетворительного решения этой части проблемы и были закрыты без видимых результатов.

В последующем изложении сущности изобретения (раздел 1.4) будет показано, что посадку заявляемым способом могут осуществлять истребители Су-30МК, МиГ-29М и МиГ-39 (проект МФИ 1.44), оснащенные…

Другими прототипами летательных аппаратов, взлетающими ракетодинамическим способом, яв­ляются космические корабли многоразового использования типа "Шаттл" (Shuttle) и "Буран". В отличие от заявляемого способа, для вертикального взлета названных прототипов требуется предварительная установка их в стартовое (вертикальное) положение с помощью гру­зоподъемных механизмов, а посадку они осуществляют как самолет – с пробегом по взлетно-посадочной полосе.

Единую систему взлета и посадки на реактивных струях исследует McDonnell Douglas по программе SSRT "D-клиппер". Многократно используемый D-клиппер разрабатывается с целью уменьшения эксплуатационных издержек системы, которые включают стоимость восстановительных, сборочных и монтажных работ между полетами повторно используемых космических систем типа "Шаттл".

D-клиппер возвращается из космоса в позиции носом вперед до высоты 2 км, затем при скорости полета около 0,2М он разворачивается кормой вперед и садится с опорой на тягу реактивных двигателей на небольшую площадку рядом с опорными мачтами стартового комплекса. Наземная бригада буксирует аппарат на стартовую позицию для высадки экипажа и пассажиров, осуществляет разгрузку, техобслуживание, заправку и погрузку, необходимые для следующего полета [48].

Основными недостатками D-клиппера так же, как и Х-13, считаются большой расход топлива при посадке, невозможность вынужденной посадки с неработающими двигателями и невозможность возвращения ЛА прямо на стартовую площадку.

В отличие от D-клиппера, предпосадочный маневр заявляемым способом совершают на высотах 100-200 м, оборудованная ВПП и опорные мачты для посадки не требуются, продолжительность посадки невелика, поэтому топлива расходуется немного; машина… после посадки может буксироваться на собственном шасси, на автомобильном прицепе или подкатной тележке.

Подводные ракеты.

Известным аналогом взлета с вертикальной ориентацией продольной оси является старт подводной баллистической ракеты (РСМ-40, РСМ-25/50/52/54 и др.). Баллистические ракеты осуществляют вертикальный взлет из-под воды с применением жидкостных и твердотоп­ливных ракетных дви­гателей под управлением инерциальных систем.

В создании подводных баллистических ракет принимали участие С.П. Королев, В.Н. Челомей, В.П. Макеев, П.А. Тюрин (главный конст­руктор первой БРПЛ на твердом топливе), В.П. Арефьев, Ю.А. Буйняков, В. Ганин, А.М.  Исаев, Н.Е. Иванов, С.Н. Ковалев, Л.М. Косой, В.С. Кузьмин, И.Д. Спасский, Н.М. Комлев, И.Т. Скрипни­ченко, И.И. Величко, Ю.Т. Миронюк, В.В. Чеботарев, Н.А. Семихатов и др.

Еще более близкими аналогами заявляемого способа взлета из-под воды являются первые крылатые ракеты РК-55, "Аметист" и "Малахит" (В.Н. Челомей, Л.И. Седов, Г.А. Ефремов, В.А. Модестов и др.), а также "Гарпун" (США, 1977), КР семейства "Гранит" (В.В. Павлов, А.А. Дородницин, М.В. Яцковский, И.Ю. Кривцов и др.) и ракето-торпеды "Шквал", “Водопад”, “Ветер”, Клаб" и другие. 

Для разгона ракето-торпеды в подводной фазе взлета применяют твердотопливные (ТТРД), жидкостные или прямоточные гидрореактивные (ГРД) двигатели (Н.П. Мазуров, Л.В. Люльев, Л.И. Седов, Г.В. Логвинович, М.С. Меркулов, Е.Д. Раков и др.).

Все упомянутые ракеты не садятся на корабль и воду при помощи своих двигателей, поскольку они предназначены только для поражения целей на суше, воде или под водой.

В отличие от ракеты, стартующей из шахты (контейнера) подводной лодки или торпедного аппарата, заявляемое применение способа пилотируемым СВВП осуществляют автономно. Некоторые ракеты тоже взлетают из-под воды автономно и вертикально после спуска на воду с корабля или подводной лодки, однако они не садятся на воду заявляемым способом ввиду неочевидности выгод от такой посадки (раздел 2.3).

Несмотря на свои преимущества, посадку с вертикальным снижением хвостом вниз недостаточно используют в ракетной технике и вовсе не применяют в авиации.

В описании сущности изобретения показано, что возвращаемые летательные аппараты удлиненной формы….

Рас­ширить области применения ЛА и устранить факторы, препятствующие самолетам взлетать и са­диться вертикально (как ракеты), позволяет заявляемое изобретение.

Вперед