VTOL - VTOL

Et vertikalt start- og landingsfly ( VTOL ) er et fly som kan sveve, ta av og lande vertikalt. Denne klassifiseringen kan omfatte en rekke typer fly, inkludert fastvingede fly samt helikoptre og andre fly med drevne rotorer, for eksempel cyclogyros/cyclocopters og tiltrotors . Noen VTOL-fly kan også operere i andre moduser, for eksempel CTOL (konvensjonell start og landing), STOL (kort start og landing) eller STOVL (kort start og vertikal landing). Andre, for eksempel noen helikoptre, kan bare operere med VTOL, på grunn av at flyet mangler landingsutstyr som kan håndtere horisontal bevegelse. VTOL er en delmengde av V/STOL (vertikal eller kort start og landing). Noen lettere enn luftfartøyer kvalifiserer også som VTOL-fly, ettersom de kan sveve, ta av og lande med vertikale innflygnings-/avgangsprofiler.

Elektriske og hybrid-elektriske vertikale start- og landingsfly, eller eVTOL- er, utvikles i jakten på helt autonome personlige luftfartøyer (PAV-er).

Foruten det allestedsnærværende helikopteret, er det for tiden to typer VTOL-fly i militærtjeneste: håndverk ved hjelp av en tiltrotor , for eksempel Bell Boeing V-22 Osprey , og et annet som bruker rettet jetkraft, for eksempel Harrier-familien og nye F-35B Lightning II Joint strike Fighter (JSF). I den sivile sektoren er det for øyeblikket bare helikoptre som er generelt brukt (noen andre typer kommersielle VTOL -fly er blitt foreslått og er under utvikling fra 2017). Generelt sett bruker VTOL -fly som er i stand til STOVL det når det er mulig, siden det vanligvis øker startvekt, rekkevidde eller nyttelast betydelig sammenlignet med ren VTOL.

Historie

Rekvisitter, proprotorer og avanserte rotorcraft

Ideen om vertikal flyging har eksistert i tusenvis av år og skisser for et VTOL (helikopter) dukker opp i Leonardo da Vincis skissebok. Bemannede VTOL -fly, i form av primitive helikoptre, fløy først i 1907, men det ville ta helt til etter andre verdenskrig.

I tillegg til helikopterutvikling har mange tilnærminger blitt prøvd for å utvikle praktiske fly med vertikale start- og landingsmuligheter, inkludert Henry Berliner eksperimentelle horisontale rotorfly med fast ving fra 1922–1925, og Nikola Teslas patent fra 1928 og George Lehbergers patent fra 1930 for relativt upraktiske VTOL fly med faste vinger med vippende motorer. På slutten av 1930 -tallet fikk den britiske flydesigneren Leslie Everett Baynes patent på Baynes Heliplane , et annet tiltrotorfly. I 1941 begynte den tyske designeren Heinrich Focke arbeidet med Focke-Achgelis Fa 269 , som hadde to rotorer som vippet nedover for vertikal start, men bombing fra krigen stoppet utviklingen.

Convair XFY-1 Pogo under flyging

I mai 1951 ble både Lockheed og Convair tildelt kontrakter i forsøket på å designe, konstruere og teste to eksperimentelle VTOL -krigere. Lockheed produserte XFV , og Convair produserte Convair XFY Pogo . Begge eksperimentelle programmene fortsatte til flystatus og fullførte testflyvninger 1954–1955, da kontraktene ble kansellert. På samme måte fløy X-13 en serie testflygninger mellom 1955 og 1957, men led også den samme skjebnen.

Bruken av vertikale vifter drevet av motorer ble undersøkt på 1950 -tallet. USA bygde et fly der jetutblåsningen drev viftene , mens britiske prosjekter som ikke ble bygget inkluderte vifter som ble drevet av mekaniske drivenheter fra jetmotorene.

Bell XV-15

NASA har fløyet andre VTOL-båter som Bell XV-15 forskningsfartøy (1977), det samme har den sovjetiske marinen og Luftwaffe . Sikorsky testet et fly kalt X-Wing , som tok av på et helikopter. Rotorene ville bli stasjonære midt på flyet, og fungere som vinger, og gir løft i tillegg til de statiske vingene. Boeing X-50 er en Canard Rotor/Wing- prototype som bruker et lignende konsept.

Fairey Jet Gyrodyne

Et annet britisk VTOL-prosjekt var gyrodyne , hvor en rotor drives under start og landing, men som deretter frirulle under flyging, med separate fremdriftsmotorer som gir fremdrift. Fra og med Fairey Gyrodyne utviklet denne typen fly seg senere til den mye større tomotorede Fairey Rotodyne , som brukte tipjets for å drive rotoren ved start og landing, men som deretter brukte to Napier Eland- turboprop som kjørte konvensjonelle propeller montert på betydelige vinger for å sørge for fremdrift, vingene tjener til å losse rotoren under horisontal flyging. Rotodyne ble utviklet for å kombinere effektiviteten til et fastvinget fly på cruise med VTOL-evnen til et helikopter for å tilby kortreist flyservice fra bysentre til flyplasser.

US Marines hoppe fra en V-22 Osprey , den første produksjonen tiltrotor fly
CL-84-1 ( CX8402 ) utstilt på Canada Aviation and Space Museum i Ottawa, Ontario

Den CL-84 var en kanadisk V / STOL turbin tilt-fløyen monoplan designet og produsert av Canadair mellom 1964 og 1972. Den kanadiske regjeringen beordret tre oppdatert CL-84s for militær evaluering i 1968, utpekte CL-84-1. Fra 1972 til 1974 ble denne versjonen demonstrert og evaluert i USA ombord på hangarskipene USS Guam og USS Guadalcanal , og på forskjellige andre sentre. Disse forsøkene involverte militære piloter fra USA, Storbritannia og Canada. Under testing krasjet to av CL-84s på grunn av mekaniske feil, men ingen tap av menneskeliv oppsto som følge av disse ulykkene. Ingen produksjonskontrakter resulterte.

Selv om tiltrotorer som Focke-Achgelis Fa 269 på midten av 1940-tallet og Centro Técnico Aeroespacial "Convertiplano" på 1950-tallet nådde test- eller mock-up-stadier, regnes V-22 Osprey som verdens første produksjons tiltrotorfly . Den har en trebladet proprotor , turbopropmotor og girkasse nacelle montert på hver vingespiss. Osprey er et fleroppdragsfly med både vertikal start og landing (VTOL) og kort start og landingskapasitet ( STOL ). Det er designet for å utføre oppdrag som et konvensjonelt helikopter med langdistanse, høyhastighets cruiseytelse til et turbopropfly . FAA klassifiserer Osprey som en modell av drevne løftefly.

På 1960 -tallet ble det forsøkt å utvikle et kommersielt passasjerfly med VTOL -evne. Den Hawker Siddeley Inter-City Vertical-Lift forslaget hadde to rader med løfte fans på hver side. Imidlertid kom ingen av disse flyene til produksjon etter at de ble avvist som for tunge og dyre å operere.

I 2018 demonstrerte Opener Aero et elektrisk drevet fastvinget VTOL-fly, Blackfly , som produsenten hevder er verdens første ultralette fastvingede, helelektriske, vertikale start- og landingsfly.

Jetheis

Ryan X-13

Halesittere

I 1947 ble Ryan X-13 Vertijet , en halesitterdesign , bestilt av den amerikanske marinen, som deretter utstedte et forslag i 1948 om et fly som var i stand til vertikal start og landing (VTOL) ombord på plattformer montert på etterdekkene til konvensjonelle skip. Både Convair og Lockheed konkurrerte om kontrakten, men i 1950 ble kravet revidert, med en oppfordring om et forskningsfly som til slutt kunne utvikle seg til en VTOL-skipsbasert konvoi-eskortefly.

Konvensjonell design

"Flying Bedstead"- Rolls-Royce Thrust Measuring Rig

En annen mer innflytelsesrik tidlig funksjonell bidrag til VTOL var Rolls-Royce 's Thrust Måling Rig ( 'flying senge') fra 1953. Dette førte til de første VTOL motorer som brukes i den første britiske VTOL fly, Short SC.1 (1957) , Short Brothers og Harland, Belfast som brukte fire vertikale løftemotorer med en horisontal for fremdrift.

Short SC.1 et VTOL -deltafly

The Short SC.1 var den første britiske fast ving VTOL fly. SC.1 ble designet for å studere problemene med VTOL -flyging og overgangen til og fra foroverflyging. SC.1 ble designet for å imøtekomme en anmodning om anbud (ER.143T) på et vertikalt startflyforskningsfly utstedt i september 1953. Designet ble akseptert av departementet og det ble inngått kontrakt for to fly (XG900 og XG905) for å oppfylle spesifikasjon ER.143D datert 15. oktober 1954. SC.1 var også utstyrt med det første "fly-by-wire" kontrollsystemet for et VTOL-fly. Dette tillot tre moduser for kontroll av de aerodynamiske overflatene eller dysekontrollene.

The Republic Aviation AP-100 var en prototype VTOL 6x General Electric J85 Turbojet motors atomvåpen Strike Fighter-konseptet er designet av Alexander kartveli som hadde 3x ducted fans i sentrum av flykroppen og halen som en mulig kandidat for TFX Program . En annen design var A400 AVS som brukte vinger med variabel geometri, men ble funnet for komplisert, men det førte til utviklingen av AFVG som igjen bidro til utviklingen av Panavia Tornado .

Den Sovjetunionen 's VTOL fly, Yakovlev Yak-38

Den Yakovlev Yak-38 var en sovjetiske marinen VTOL fly beregnet for bruk på deres lys bærere, cargoships og kapital skip. Det ble utviklet fra Yakovlev Yak-36 eksperimentelle fly på 1970-tallet. Før Sovjetunionen brøt opp, ble et supersonisk VTOL-fly utviklet som Yak-38s etterfølger, Yak-141 , som aldri kom i produksjon.

Gjør 31 E3 utstilt på Deutsches Museum , Tyskland

På 1960- og begynnelsen av 1970 -tallet planla Tyskland tre forskjellige VTOL -fly. Den ene brukte Lockheed F-104 Starfighter som grunnlag for forskning for et V/STOL- fly. Selv om to modeller (X1 og X2) ble bygget, ble prosjektet kansellert på grunn av høye kostnader og politiske problemer samt endrede behov i det tyske flyvåpenet og NATO. Den EWR VJ 101 C gjorde utføre gratis VTOL avganger og landinger, samt testflyging utover mach 1 på midten og slutten av 60-tallet. Ett av testflyene er bevart i Deutsches Museum i München, Tyskland. De andre var VFW-Fokker VAK 191B lette jagerfly og rekognoseringsfly, og Dornier Do 31 E-3 (tropp) transport.

Den LLRV var et romskip simulator for Apollo Lunar Lander. Den ble designet for å etterligne flyegenskapene til månemodulen (LEM), som måtte stole på en reaksjonsmotor for å lande på månen.

Ideen om å bruke den samme motoren til vertikal og horisontal flyging ved å endre skyvebanen ble oppfunnet av Michel Wibault . Det førte til Bristol Siddeley Pegasus -motoren som brukte fire roterende dyser for å styre skyvekraften over en rekke vinkler. Dette ble utviklet side om side med en flyramme , Hawker P.1127 , som senere ble tårnfalk og deretter kom i produksjon som Hawker Siddeley Harrier , selv om den supersoniske Hawker Siddeley P.1154 ble kansellert i 1965. Franskmennene konkurrerte med P.1154 hadde utviklet en versjon av Dassault Mirage III som var i stand til å oppnå Mach 1. Dassault Mirage IIIV oppnådde overgang fra vertikal til horisontal flyging i mars 1966, og nådde Mach 1.3 i nivåflyging kort tid senere.

V/STOL

Harrier flyges vanligvis i STOVL -modus, noe som gjør at den kan bære en høyere drivstoff- eller våpenlast over en gitt avstand. I V/STOL beveger VTOL -flyet seg horisontalt langs rullebanen før det tar av med vertikal skyvekraft. Dette gir aerodynamisk løft, så vel som skyvekraftløft og tillater avgang med tyngre belastninger og er mer effektivt. Når du lander er flyet mye lettere på grunn av tapet av drivstoffvekt og en kontrollert vertikal landing er mulig. Et viktig aspekt ved Harrier STOL -operasjoner ombord på marinebærere er "skihoppet" hevet fremoverdekk, noe som gir fartøyet ekstra vertikal fart ved start.

Forsiden av Popular Science i mars 1981 viste tre illustrasjoner for sin "Tilt-engine V/STOL-hastigheter som et fly, lander som en copter" på forsiden; en oppfølgingshistorie var en del av april 2006-utgaven som nevnte "drivstofforbruket og stabilitetsproblemene som plaget tidligere fly/flyger."

Pensjonert fra den britiske kongelige marinen i 2006, fortsatte den indiske marinen å operere Sea Harriers til 2016, hovedsakelig fra hangarskipet INS  Viraat . Den siste versjonen av Harrier, BAE Harrier II , ble pensjonist i desember 2010 etter å ha blitt operert av British Royal Air Force og Royal Navy. The United States Marine Corps og de italienske og spanske marinen alle fortsetter å bruke AV-8B Harrier II , en amerikansk-utviklet tilsvarende versjon. Erstatning av Harrier II/AV-8B i luftarmene i USA og Storbritannia er STOVL-varianten av Lockheed Martin F-35 Lightning II , F-35B.

Moderne droner

Et Schiebel Camcopter S-100 , et moderne ubemannet VTOL- fly

I det 21. århundre blir ubemannede droner stadig mer vanlig. Mange av disse har VTOL -evne, spesielt quadcopter -typen.

Raketter

SpaceX utviklet flere prototyper av Falcon 9 for å validere forskjellige lavhøyde, lavhastighets ingeniøraspekter av sitt gjenbrukbare lanseringssystemutviklingsprogram . Den første prototypen, Grasshopper, foretok åtte vellykkede testflyvninger i 2012–2013. Den gjorde sin åttende og siste testflyging 7. oktober 2013, og flyr til en høyde på 744 meter før den foretok sin åttende vellykkede VTVL -landing. Dette var den siste planlagte testen for Grasshopper -riggen; neste vil det være lav høyde tester av Falcon 9 gjenbrukbare (F9R) utviklingsbil i Texas etterfulgt av test i stor høyde i New Mexico. }} </ref>

23. november 2015 foretok Blue Origin 's New Shepard boosterrakett den første vellykkede vertikale landingen etter en ubemannet suborbital testflyging som nådde rommet. 21. desember 2015 foretok SpaceX Falcon 9 første etappe en vellykket landing etter å ha styrket 11 kommersielle satellitter til bane med lav jordFalcon 9 Flight 20 . Disse demonstrasjonene åpnet for betydelige reduksjoner i romfartskostnader.

Rotorcraft

Helikopter

Helikopterets form av VTOL lar det ta av og lande vertikalt, sveve og fly fremover, bakover og lateralt. Disse attributtene gjør at helikoptre kan brukes i overbelastede eller isolerte områder der fastvingede fly vanligvis ikke ville være i stand til å ta av eller lande. Evnen til å sveve effektivt i lengre perioder skyldes helikopterets relativt lange og dermed effektive rotorblad, og lar et helikopter utføre oppgaver som fastvingede fly og andre former for vertikale start- og landingsfly ikke kunne utføre minst også frem til 2011 .

På den annen side begrenser de lange rotorbladene maksimal hastighet til omtrent 400 km/t for minst konvensjonelle helikoptre, ettersom tilbaketrekking av bladstall forårsaker ustabilitet på siden.

Autogyro

Autogyros er også kjent som gyroplaner eller gyrocopters. Rotoren er uten strøm og roterer fritt i luftstrømmen mens fartøyet beveger seg fremover, så fartøyet trenger et konvensjonelt kraftverk for å gi skyvekraft. En autogyro er ikke iboende i stand til VTOL: for VTO må rotoren snurres opp i fart med en hjelpedrift, og vertikal landing krever presis kontroll av rotormomentum og stigning.

Gyrodyne

Gyrodyner er også kjent som sammensatte helikoptre eller sammensatte gyroplaner. En gyrodyne har den drevne rotoren til et helikopter med et eget fremdriftssystem av en autogyro. Bortsett fra start og landing kan rotoren være uten strøm og rotere automatisk. Design kan også inkludere stubvinger for ekstra løft.

Cyclogyro

En syklogyro eller syklokopter har en roterende vinge hvis akse og overflater forblir sidelengs over luftstrømmen, som med en konvensjonell vinge.

Drevet løft

Convertiplane

En konvertiplan tar av under rotorheis som et helikopter, og går deretter over til fastvinget heis i foroverflyging.

Tiltrotor

En tiltrotor eller proprotor vipper propellene eller rotorene sine vertikalt for VTOL og vipper dem deretter fremover for horisontal vingebåren flyging, mens hovedfløyen forblir festet på plass.

Vippet kanalvifte

Ligner på tiltrotorkonsept, men med kanalvifter. Som det kan sees i Bell X-22 .

Tiltwing

En tiltwing har sine propeller eller rotorer festet til en konvensjonell vinge og vipper hele enheten for å overgå mellom vertikal og horisontal flyging.

Hale-sitter

En halesitter sitter vertikalt på halen for start og landing, og vipper deretter hele flyet fremover for horisontal flyging.

Vectored skyvekraft

Trykkvektorering er en teknikk som brukes for jet- og rakettmotorer, hvor retningen på motorens eksos varieres. I VTOL kan eksosen varieres mellom vertikal og horisontal skyvekraft.

Tiltjet

Ligner på tiltrotorkonseptet, men med turbojet- eller turbofanmotorer i stedet for motorer med propeller.

Løft jetfly

En heisstråle er en tilleggsstrålemotor som brukes til å gi heis for VTOL-drift, men kan stenges for normal vingebåren flyging.

Løftvifter

Løftevifte er en flykonfigurasjon der løftevifter er plassert i store hull i en ellers konvensjonell fast vinge eller flykropp. Den brukes til V/STOL -drift.

Flyet tar av ved hjelp av viftene for å gi heis, og går deretter over til fastvinget heis i foroverflyging. Flere eksperimentelle båter har blitt fløyet, men bare F-35 Lightning II kom i produksjon.

Løft via Coandă -effekt

Fly der VTOL oppnås ved å utnytte Coandă -effekten er i stand til å omdirigere luft omtrent som skyvevektorering , men i stedet for å dirigere luftstrømmen gjennom en kanal, blir luftstrømmen rett og slett dirigert langs en eksisterende overflate, som vanligvis er karosseriet til fartøyet som tillater mindre materiale og vekt.

The Avro Canada VZ-9 Avrocar , eller bare VZ-9, var en kanadisk VTOL fly utviklet av Avro Aircraft Ltd. som utnytter dette fenomenet ved å blåse luft inn i et sentralt område, så det er rettet ned over toppen overflaten, som er parabolsk og ligner en buet flygende tallerken . På grunn av Coandă -effekten tiltrekkes luftstrømmen til nærmeste overflate og fortsetter å bevege seg langs overflaten til tross for endringen i overflatens retning vekk fra luftstrømmen. Fartøyet er designet for å rette luftstrømmen nedover for å gi løft.

Jetoptera kunngjorde en foreslått flylinje basert på det den kalte fluidisk fremdrift som benytter Coandă -effekten. Selskapet hevder et Oswald -effektivitetstall på 1,45 for sin boxwing -design. Andre påstander inkluderer økt effektivitet, roligere drift og skalerbarhet.

Galleri

Se også

Referanser

Merknader

Bibliografi

  • Allen, Francis J. "Bolt upright: Convairs og Lockheeds VTOL -krigere". Air Enthusiast (Key Publishing), bind 127, januar/februar 2007. ISSN  0143-5450 .
  • Boniface, Patrick. "Tilt-wing Testing". Airplane, vol. 28, nei. 3, mars 2000, s. 72–78.
  • Campbell, John P. Vertikal start og landingsfly. New York: The MacMillan Company, 1962.
  • Harding, Stephen. "Flying Jeeps: Den amerikanske hærens søk etter det ultimate 'kjøretøyet'". Air Enthusiast , nr. 73, januar/februar 1998, s. 10–12. Stamford, Lincs, Storbritannia: Key Publishing. ISSN  0143-5450 .
  • Jackson, Paul A. German Military Aviation 1956–1976 . Hinckley, Leicestershire, Storbritannia: Midland Counties Publications, 1976. ISBN  0-904597-03-2 .
  • Khurana, KC Aviation Management: Global Perspectives . Singapore: Global India Publications, 2009. ISBN  978-9-3802-2839-6 .
  • Markman, Steve og Bill Holder. Straight Up: A History of Vertical Flight . Atglen, Pennsylvania: Schiffer Publishing, 2000. ISBN  0-7643-1204-9 .
  • Norton, Bill. Bell Boeing V-22 Osprey, Tiltrotor Tactical Transport . Earl Shilton, Leicester, Storbritannia: Midland Publishing, 2004. ISBN  1-85780-165-2 .
  • Rogers, Mike. VTOL: Military Research Aircraft . New York: Orion Books, 1989. ISBN  0-517-57684-8 .
  • Büchi, Roland. Fascination Quadrocopter . Norderstedt, BoD, engelsk versjon, 2011. ISBN  978-3-8423-6731-9

Eksterne linker