Fairey ROTODYNE Многоцелевой вертолет

Разработчик: Fairey
Страна: Великобритания
Первый полет: 1957
Тип: Многоцелевой вертолет

История авиации знает немало примеров появления летательных аппаратов, значительно опережавших свое время. Рассказывает wofmd.com Одни из них, пройдя все этапы от разработки до освоения в эксплуатации, часто становились символами смены эпох в авиации. На долю же других пришлась лишь кратковременная известность и разочарование от нереализованных надежд. К числу последних относится большой пассажирский конвертоплан, разработанный в середине 1950-х британской фирмой «Фэйри Эвиэйшн Компани». Тогда считалось, что такой летательный аппарат сможет, благодаря вертикальным взлету и посадке, а также существенно большей, по сравнению с вертолетами, скорости стать новой вехой в развитии воздушного транспорта.

Авиастроительная фирма «Фэйри», специализировавшаяся в довоенные годы на разработке палубных самолетов для королевского флота, занялась вертолетным направлением в 1945-м. А в декабре 1947-го в воздух поднялся ее первый опытный геликоптер «Джайродайн» с поршневым двигателем «Леонидас» фирмы «Элвис». Он приводил трехлопастной несущий винт (НВ) и два тянущих пропеллера, размещенных в обтекателях на консолях небольшого крыла. В июне следующего года на первом из двух построенных «Джайродайнов» летчик-испытатель Бэзил Аркелл достиг скорости 200 км/ч, установив тем самым мировой рекорд.

С 1947-го «Фэйри» начала исследования по реактивным приводам НВ. До 1950-го разработали и испытали на наземных стендах винты как с компрессорным приводом, так и с реактивными двигателями на концах лопастей. В результате сделали вывод о возможности разработки большого транспортного конвертоплана с компрессорным приводом НВ. В это же время были рассмотрены 15-местный конвертоплан с двухлопастным НВ и парой поршневых моторов «Элвис», а также несколько проектов более крупных машин с пятилопастными НВ и двумя-тремя газотурбинными двигателями (ГТД) «Дарт», «Мамба» и Н.7 фирм «Роллс-Ройс», «Армстронг Сидли» и «Де Хэвилленд» соответственно. В этих проектах двигатели располагались как в крыльевых гондолах, так и на обтекателе ротора несущего винта, а подачу сжатого воздуха в камеры сгорания на лопастях планировалось осуществлять от вспомогательных компрессоров или от отдельного ГТД. В режиме авторотации НВ вся мощность двигателей должна была направляться на привод пропеллеров постоянных оборотов. В 1949-м представители «Фэйри» Дж.Беннет и А.Форсайс получили патент на систему компрессорного привода НВ.

Спустя год серия проектов крупных конвертопланов получила в «Фэйри» общее название «Ротодайн». На публике его впервые озвучили в марте 1951-го при обнародовании деталей проекта 23- местного конвертоплана с двумя ТВД «Мамба», модель которого показали на авиасалоне в Фарнборо в сентябре этого года. В декабре 1951-го «Британская корпорация европейских авиалиний» (ВЕА) разработала спецификацию «Беалайн Бас» к 30/40-местному конвертоплану. В следующем году, исходя из этого, пять английских авиапроизводителей представили свои проекты.

Проект «Фэйри» первоначально базировался на ГТД Н.7. В отличие от ранних проработок двигатели перенесли в подкрыльевые мотогондолы, где они размещались тандемно со вспомогательным компрессором и свободной турбиной привода тянущего или толкающего пропеллера. Вместо пятилопастного несущего винта предложили четырехлопастный, чтобы в случае отказа одного из двигателей вспомогательный компрессор другого мог подводить воздух к паре противоположных лопастей. Собственно говоря, это была компоновка, которую в основных чертах впоследствии реализуют в конструкции «Ротодайна». Правда, вскоре выяснилось, что Н.7 не смогут обеспечить конвертоплану скорость 245-260 км/ч, требуемые спецификацией «Беалайн Бас», особенно в свете возможного увеличения пассажировместимости до 48-60-ти человек. Это потребовало поиска альтернативной силовой установки, на роль которой в наибольшей степени подходил ТВД «Илэнд» фирмы «Нейпир», с сентября 1952-го проводившей стендовые испытания его базового варианта N.EI.1.

Параллельно «Фэйри» отрабатывала системы компрессорного привода несущего винта «Ротодайна» на испытательных стендах, построенных на аэродроме в Байт Волтхэме. Основная сложность на данном этапе состояла в определении условий наиболее эффективного сжигания топлива в камерах сгорания, расположенных на лопастях НВ с учетом влияния центробежных сил, действующих на топливовоздушную смесь. В результате почти трехлетних исследований и испытаний создали прототип такой системы, летную отработку которой решили провести на втором экземпляре «Джайродайна». Для этого на нем вместо НВ с редуктором и тянущих пропеллеров установили двухлопастный винт с компрессорным приводом, два турбонагнетателя «Мерлин» и пару толкающих пропеллеров. Для привода турбонагнетателей и воздушных винтов сохранили поршневой двигатель «Леонидас». Сам летательный аппарат после переоборудования получил название «Джет Джайродайн» и регистрационный номер XD759 (впоследствии XJ389).

К середине 1953-го фирма «Нейпир» завершила стендовые испытания ТВД «Илэнд» N.EI.1, в ходе которых подтвердилась возможность создания на его базе силовой установки для «Ротодайна». Это послужило основой для заказа «Фэйри» 48-местного прототипа этого конвертоплана, который финансировало министерство снабжения Англии. Кроме того, в подписанном контракте оговаривалось, что в конструкции «Ротодайна» должны быть предусмотрены возможности по его использованию в транспортном варианте, в частности, для перевозки нескольких автомобилей. Ответственным за разработку машины назначили главного конструктора вертолетостроительного подразделения «Фейри»Дж. Хислопа.

Весь 1954-й год прошел в напряженных исследованиях и испытаниях по отработке различных элементов и систем «Ротодайна». Так, с января в Байт Волтхэме начались летные испытания «Джет Джайродайна». В это же время на основной экспериментальной базе «Фэйри» в Хейсе под руководством главного аэродинамика фирмы К.Маккензи выполнили серию продувок моделей «Ротодайна». По их результатам предложили модифицировать хвостовое оперение, установив на стабилизаторе дополнительные наклонные килевые шайбы для сохранения путевой устойчивости конвертоплана в случае отказа одного из двигателей.

К весне 1954-го окончательно согласовали основные компоновочные решения по планеру «Ротодайна», в хвостовой части фюзеляжа которого появился двустворчатый грузовой люк. В середине апреля в «Фэйри» начали рабочее проектирование машины, в то время как «Нейпир» в июле приступила к летным испытаниям ТВД «Илэнд» N.EI.1 (на летающих лабораториях, созданных на базе поршневых самолетов «Вэрсити», «Амбассадор» и CV-340 «Илэнд-Конвэр»).

В августе 1954-го, опираясь на пожелание ВЕА увеличить в будущем вместимость «Ротодайна» до 60 человек, главе фирмы-разработчика Ричарду Фэйри удалось убедить министерство снабжения выделить деньги на строительство второго прототипа большей размерности (фюзеляж длиннее почти на 1,8 м и шире на 0,6 м). В то же время «Нейпир», базируясь на результатах начального этапа летных испытаний ТВД N.EI.1, смогла к концу года перевести в практическую стадию работы по созданию его версии N.EI.3, предназначенной для оснащения первого прототипа «Ротодайна». Основным отличием этого двигателя от базового варианта «Илэнда» стало размещение в его задней части вспомогательного компрессора, соединявшегося валом свободной турбины через гидромуфту. Воздух к компрессору должен был подводиться через воздухозаборник на верхней поверхности крыла «Ротодайна».

Впервые новый двигатель запустили на стенде в марте 1955-го, где он впоследствии показал мощность 2805 л.с. (3060 э.л.с.). Разработку же силовой установки для второго прототипа, а также серийных машин «Нейпир» планировала осуществить на базе более мощного ТВД N.EI.6. Пока шла отработка «Илэнда», «Фэйри» ввела в строй в 1955-м и 1956-м годах еще два наземных стенда в Байт Волтхэме. Один — для дальнейшей отработки реактивного привода, а второй -для системы управления НВ «Ротодайна» (старые стенды отдали под программу разработки сверхлегкого реактивного вертолета «Ультралайт»).

С 1956-го в исследовательском центре королевских ВВС А&АЕЕ в Боскомб Даун начали строить еще более совершенный испытательный стенд. Он представлял собой макет центральной части фюзеляжа «Ротодайна» с крылом, где разместили «Илэнды» N.EI.3, ротор НВ и всю систему управления ими. К середине года в Хейсе практически завершилась сборка планера первого прототипа «Ротодайна». Фюзеляж состыковали с центропланом крыла, установили обтекатель ротора НВ, начали монтаж мотогондол. Но в августе 1956-го Р.Фэйри, руководивший своей фирмой на протяжении 40 лет, был вынужден из-за болезни уступить бразды правления Дж.Холлу. А еще через месяц, 30 сентября, сэра Ричарда не стало. Это был тяжелый удар для всей фирмы, и, как стало ясно позднее, именно авторитета и влияния Ричарда Фэйри не хватило в дальнейшем для успешного завершения программы «Ротодайна».

В сложившейся ситуации, руководство «Фейри» решило сконцентрировать основные усилия на строительстве первого прототипа «Ротодайна», который получил обозначение «Тип-Y». Это позволило завершить его постройку к осени 1957-го. К этому времени на стенде в Боскомб Даун прошли комплексные испытания силовой установки конвертоплана в широком диапазоне эксплуатационных режимов, которые позволили подтвердить правильность заложенных в машину концептуальных решений.

Кроме того, на этом стенде, а также на «Джет Джайродайне», летчики-испытатели «Ротодайна» Р.Гэллэтли и Д.Мортон получили основные навыки управления конвертопланом. И, наконец, в октябре сверкающую полированной обшивкой машину с регистрационным номером ХЕ521 выкатили из сборочного цеха. К удивлению, в отличие от «Джайродайна» и ранних проектов конвертопланов, «Ротодайн», несмотря на несколько необычный внешний вид, выглядел вполне изящно. Благоприятное впечатление усиливалось элегантной носовой частью и огромными эллиптическими иллюминаторами пассажирской кабины. В конце октября начались наземные испытания «Ротодайна». Сначала его за ротор подвесили на кране и, имитируя аэродинамические нагрузки при помощи гидравлических рычагов, провели серию испытаний на земной резонанс. В итоге, подтвердились результаты предварительных испытаний моделей, показавшие возможность возникновения на одном из режимов земного резонанса. Это потребовало серьезной доработки основных опор шасси, поэтому на машине временно установили неубирающиеся стойки, которые жестко зафиксировали при помощи рам. После этого провели 100-часовые испытания двигателей, 50-часовые — ротора НВ и рулежки.

Летные испытания «Ротодайна» начались в ноябре 1957-го, когда летчики Гэллэтли (командир) и Мортон выполнили три коротких полета в вертолетном режиме. Для контроля параметров полета в пассажирской кабине установили комплекс измерительной аппаратуры и три места для наблюдателей. Всего до конца года выполнили 20 полетов в вертолетном режиме со скоростью не более 110 км/ч. Ввиду этого в начале испытаний верхние панели килевых шайб не устанавливались, так как путевые устойчивость и управляемость до этих скоростей обеспечивались, в основном, изменением тяги пропеллеров «Илэндов», на которые подавалась незначительная часть мощности. Управление по тангажу и крену на вертолетных режимах осуществлялось традиционным изменением общего и циклического шага несущего винта посредством автомата перекоса. После установки верхних панелей килевых шайб, которые на взлете и посадке отклонялись во избежании соприкосновения с лопастями НВ, на «Ротодайне» в вертолетном режиме достигли скорость 250 км/ч и высоту 2100м.

Следующий этап испытательной программы начался в апреле 1958-го, когда в 71-м полете Гэллэтли впервые осуществил переход на режим авторотации НВ, где основную тягу создавали пропеллеры «Илэндов». Для переключения органов управления рули направления и высоты работали, начиная со взлета, но становились основными после перехода на режим авторотации НВ (тогда же отключалось и дифференциальное управление шагом пропеллеров).

Первоначально «Ротодайн» не имел элеронов, поэтому управление по крену в режиме авторотации осуществлялось при помощи аэродинамических поверхностей (видимо, интерцепторов — прим. ред.), размещенных на концах консолей крыла. В ходе испытаний выяснилось, что на режиме авторотации уровень шума в «Ротодайне» ниже, чем в турбовинтовых самолетах «Вайкаунт». На взлете и посадке этот параметр при работе камер сгорания НВ превышал 100 дб (по требованию ВЕА не более 96 дб), а для серийных 60-местных машин оценивался в 110 дб и более. Поэтому к осени 1958-го разработали и установили шумоглушащие устройства, позволявшие без потерь мощности снизить уровень шума от реактивных струй на 4 дб.

К авиасалону в Фарнборо в сентябре 1958-го удалось решить проблему земного резонанса, и неуклюжие фермы основных опор шасси заменили на убирающиеся стойки, оснащенные новыми демпферами. На салоне «Ротодайн» впервые был представлен в новой бело-голубой раскраске, удачно подчеркивавшей его внешнюю привлекательность. Но отнюдь не это, а большие в перспективе возможности машины привлекли к ней внимание потенциальных иностранных заказчиков. Первым из них стала канадская авиакомпания «Оканаген Хеликоптер Груп» (Ванкувер) — одна из крупнейших эксплуатантов вертолетов (ее парк превышал 50 машин), — которая прямо на салоне подписала предварительный контракт на поставку одного «Ротодайна» (плюс опция еще на два) в 1960-1961 годах.

Свои симпатии высказали и такие известные авиакомпании как американская «Нью-Йорк Эйрвейс» (NYA) и японская «Джепен Эйр Лайнз» (JAL). Также серьезный интерес проявила к британскому конвертоплану американская вертолетостроительная фирма «Каман», которая подписала с «Фэйри» соглашение о лицензионном производстве «Ротодайнов» с намерением затем предложить их для оснащения армии США. Тем временем летные испытания прототипа «Ротодайна» продолжались, и в ходе программы вибрационных испытаний он выполнил несколько полетов без хвостового оперения, но со штангой для замера жесткости планера, связывающей обтекатель ротора с задней частью фюзеляжа. Хвостовое оперение к началу 1959-го доработали, и теперь верхние панели килевых шайб фиксировались в горизонтальном полете вертикально. Доработка хвостового оперения имела своей целью подготовить «Ротодайн» к установлению мирового рекорда скорости полета в новой категории Е.2 для конвертопланов. В рекордном полете 5 января 1959-го на замкнутом 100-км маршруте получили среднюю скорость 307,2 км/ч. Тем самым был установлен рекорд скорости не только в категории Е.2, но и почти на 80 км/ч превышен прежний рекорд скорости для вертолетов.

Этот рекорд «Ротодайна» продержался почти три года и был побит только в октябре 1961-го, когда советский винтокрыл Ка-22 показал на прямой дистанции скорость 356,3км/ч. В то же время расчеты показывали, что при незначительной модификации планера, камер сгорания на лопастях несущего винта и системы управления «Ротодайн» выходил на скорости полета около 400км/ч (в настоящее время абсолютный рекорд скорости, установленный в 1986-м на специально подготовленным вертолете «Линкс» фирмы «Вестлэнд», составляет 400,9км/ч).

После рекордного полета ВЕА направила «Фэйри» письмо о намерении заказать шесть «Ротодайнов» (плюс опция еще на 14) в случае выполнения ее новых условий: вместимость 65 пассажиров и оснащение ГТД «Тайн» фирмы «Роллс-Ройс». Эти условия наносили серьезный удар по компании «Нейпир». Для машины требуемой ВЕА размерности («Тип-Z») требовались двигатели мощностью около 5000л.с., в то время как новые «Илэнды» N.EI.7, предназначенные для серийных «Ротодайнов», имели мощность 3150л.с. Конечно, «Илэнд» можно было бы довести до требуемой мощности, и работы в этом направлении велись, но ВЕА уже заказала фирме «Виккерс» 20 пассажирских самолетов «Вэнгард» с ТВД «Тайн» R.Ty.11 мощностью 5030 л.с. (5525 э.л.с.). На разработку новой версии «Ротодайна» требовалось 8-10 млн. фунтов стерлингов, которых у «Фэйри» не было. В то же время, другие потенциальные заказчики также не хотели рисковать деньгами и напрямую увязывали размещение твердых заказов на усовершенствованные «Ротодайны» с подписанием контракта ВЕА. Поэтому «Фэйри» просила правительство выделить дополнительные средства на разработку машины.

Одним из возможных путей спасения «Ротодайна» мог бы стать его заказ в военном исполнении для оснащения королевских ВВС — подобным образом в свое время были спасены программы «Кометы» и «Британии». Поэтому «Фэйри» провела в 1958-1959 годах несколько демонстраций возможностей «Ротодайна» по его использованию в военно-транспортном и медицинском вариантах. В то же время продолжалось совершенствование и самой машины. Так, в первой половине 1959-го угол установки крыла уменьшили с 5╟ до 0, и ввели элероны. Уменьшение угла установки крыла было обусловлено необходимостью перераспределения аэродинамических нагрузок между НВ и крылом на скоростях полета больше 250 км/ч, где последнее создавало около 60% подъемной силы, а несущий винт оказывался недогруженным. В это же время разработали и испытали новые шумоглушители для реактивных двигателей НВ, позволившие снизить уровень шума на 12 дб.

16 июня 1959-го «Ротодайн» отправился в первый зарубежный тур, в ходе которого он демонстрировался на 23-м авиасалоне в Ле Бурже, где показали и модель его серийного варианта в цветах компании NYA, предназначенного для перевозки 57/65 пассажиров. Именно эта американская компания, как наиболее опытный эксплуатант вертолетов, по достоинству оценила возможности «Ротодайна», который, по мнению ее экспертов, мог снизить стоимость пассажирских перевозок до 4-х центов за пассажиро-милю. В рассматриваемый же период этот показатель составлял у самой NYA 25 центов за пассажиро-милю, а после получения больших газотурбинных вертолетов мог бы быть снижен не более чем до 12-ти центов.

К осени 1959-го прототип «Ротодайна» налетал около 100 часов, выполнив свыше 200 полетов. В процессе испытательной программы продемонстрировали возможности посадки по самолетному, с одним отключенным двигателем, и транспортировку крупногабаритных грузов на внешней подвеске, в частности, фермы моста, что существенно расширяло сферу применения конвертоплана. А в сентябре на авиасалоне в Фарнборо его впервые представили с фрагментом пассажирской кабины на 18 человек, расположенным в задней части фюзеляжа (перед ней по-прежнему находилась измерительная аппаратура). В течение второй половины 1959-го министерство снабжения вело интенсивные консультации по поиску путей финансирования дальнейшей разработки машины. В результате правительство предложило «Фэйри» с «Роллс-Ройс» 4 млн. фунтов стерлингов (около половины потребности), а также 1,4 млн. фунтов стерлингов от ВЕА на освоение «Ротодайна» в эксплуатации.

Однако последняя назвала это неприемлемым бизнесом и в итоге отказалась подписывать твердый контракт на поставку серийных машин. Интересно, что в свое время именно заказ ВЕА первого в мире турбовинтового авиалайнера «Вайкаунт» фирме «Виккерс» способствовал появлению этого самолета. Теперь же ее отказ от «Ротодайна», разработка которого инициировала сама же ВЕА, фактически погубил машину. С другой стороны и «Фэйри» к концу года оказалась в очень сложном финансовом положении, так как в этот период она продолжала серийно выпускать лишь палубные самолеты «Гэннет». Это привело к тому, что в начале 1960-го ее авиастроительные подразделения вошли в состав «Вестлэнд Эркрафт». Последняя же смогла найти в себе силы только для замены на «Ротодайне» надписи «Фэйри» на собственное название и нарисовать опознавательные знаки королевских ВВС.

В апреле 1960-го аннулировала свой заказ «Оканаген», а в сентябре президент NYA заявил, что хотя его авиакомпания по-прежнему заинтересована в «Ротодайне», он разочарован потерей прогресса в доведении этой машины до серийного стандарта. Однако еще почти полтора года предпринимались вялые попытки найти либо военное применение «Ротодайну», либо уговорить ВЕА разместить на него заказ. В сентябре 1961-го «Ротодайн» в последний раз появился на Фарнборо, а в феврале следующего года «Вестлэнд» объявила о прекращении всех работ по этой перспективной машине, на разработку которой в итоге потратили 11 млн. фунтов стерлингов.

До настоящего времени сохранились лишь некоторые части «Ротодайна», большинство из которых попали в вертолетный музей Вестона: верхняя часть ротора, одна из лопастей, ГТД «Илэнд» и секция фюзеляжа. В авиационном колледже Грэнфилда находится шасси этой машины. Возможно, на какой-нибудь из заброшенных баз королевских ВВС еще находится передняя часть «Ротодайна» с кабиной экипажа. Судьба прообраза «Ротодайна» — «Джет Джайродайна»- оказалась более удачной — он полностью сохранен в авиационном музее графства Беркшир в Вудли (первый «Джайродайн» разбился еще в 1949-м.

Послесловие

В России не прижилась иностранная классификация ЛА с НВ. Исключение составил лишь автожир и определенную роль в этом сыграл Н.И.Камов. Во время борьбы с космополитизмом геликоптер переделали в вертолет, а конвертоплан — в винтокрыл. Не навязывая своих взглядов, все же заметим, что как бы выгоден не был «Ротодайн», никто в мире так и не решился пойти по пути англичан.