Почему истребители не взлетают вертикально?

Я много раз слышал утверждение, что некоторые современные истребители имеют установленную тягу, превышающую их вес, поэтому теоретически они могут разгоняться прямо вверх.

Однако я никогда не слышал, чтобы это делалось. Однако это звучит полезно, особенно на палубе авианосца. Представьте: мы могли бы убрать всю систему катапульты и заменить ее какой-нибудь системой, которая поднимала бы самолет и поворачивала его вертикально.

Почему это не делается?

@cpast хорошее замечание, хотя самолеты вертикального взлета и посадки с самого начала проектировались для этой возможности и из-за этого значительно проигрывали в других областях. Мое предложение заключалось в том, что нынешний F-16 с небольшими модификациями мог взлетать вертикально.
Система захвата и поворота, вероятно, не будет такой простой. Вместо этого некоторые военно-морские силы избавляются от катапульт, используя систему STOBAR для прыжков с трамплина. Однако преимущество катапульты в том, что она также может запускать маломощные самолеты, такие как E-2C Hawkeye .
И даже самолеты с вертикальным взлетом и посадкой по возможности будут избегать вертикального взлета. AIUI даже при коротком разбеге позволяет значительно увеличить взлетную массу, что соответствует большему количеству топлива и/или вооружения.
Кроме того, разве типичный реактивный двигатель не должен двигаться с некоторой скоростью, чтобы развить полную тягу?
Кстати, то, что самолет не предназначен для вертикального взлета и посадки, не означает, что он не может разгоняться прямо вверх. Многие истребители, которые взлетают нормально, могут и должным образом (по крайней мере, на тренировках) разгоняться прямо вверх. Они взлетают нормально, чтобы набрать контролируемую скорость, затем подтягиваются. См. здесь, например. Также здесь .
@NigelHarper: Помните, что вам не нужно или вы не хотите брать с собой больше, чем небольшое количество топлива на взлете - вам просто нужно достаточно, чтобы добраться до заправщика.
"Почему истребители не взлетают вертикально ?" и "так теоретически могли разогнаться прямо вверх ... Почему этого не делается?" два совершенно разных вопроса. Что вы действительно спрашиваете?

Ответы (5)

Они могут подниматься вертикально, но лучше всего это работает, если их максимальная взлетная масса на несколько тонн меньше. Двигателям истребителей нужно много топлива, и в начале полета самолет будет слишком тяжел для вертикального набора высоты. Кроме того, шасси необходимо будет переставить, если самолет будет взлетать из любого аэропорта.

Даже тяговооруженности чуть выше 1 при максимальной взлетной массе будет недостаточно, потому что самолету нужна некоторая воздушная скорость, чтобы его рули стали эффективными. Если система вектора тяги не установлена, самолет будет неуправляем в начальном наборе высоты. В реактивном самолете вертикального взлета и посадки Harrier используется отбираемый воздух, который подается к соплам на крайних концах фюзеляжа и крыла для управления ориентацией на малых скоростях.

Можно предположить, что истребитель будет висеть вертикально на стене, а его колеса будут заблокированы в муфтах, которые отпустят его при достижении необходимой тяги. С управлением вектором тяги самолетом можно было управлять на всей траектории до перехода в горизонтальный полет и даже приземляться вертикально. Но для этого потребуются специально подготовленные аэродромы и расходуется гораздо больше топлива, чем при обычном взлете, и остается меньше топлива для миссии.

Отличный ответ, я думаю, вы попали во все точки. Тот факт, что наличие достаточного количества топлива для выполнения миссии так сильно увеличивает взлетный вес, и неуправляемость — очень хорошие примеры того, почему этого не делается. Хотя, возможно, с появлением более эффективного тягогенератора это станет возможным :D
Стоит отметить, что было несколько прототипов Tail-sitters , которые были разработаны для такого вертикального взлета, но ни один из них не был запущен в производство, предположительно из-за сложного управления и необходимых конструктивных компромиссов.
Convair Pogo был одним из таких примеров. Я считаю, что только первый летчик-испытатель когда-либо пытался посадить самолет, что требовало от него взгляда назад, чтобы стабилизировать его.
@JanHudec Я думаю, это может стать хорошим ответом!
Петр, я думаю, лучше убрать части про специально подготовленные аэродромы. Если бы это и было полезно, то только на авианосце, которым точно мог бы быть специально подготовленный аэродром. В противном случае ответ выглядит великолепно!
@raptortech97: Зачем ограничивать их перевозчиками? Они могут быть на крышах зданий или в укрепленных силосах. Если взлетно-посадочная полоса не нужна, можно поставить аэродромы во многих местах.
@PeterKämpf вау, это интересная идея!
@Peter Так что, в основном, как вертолетные площадки, но сложно и очень дорого?
@cpast: самая дорогая часть — боец. Аэропорт довольно дешевый; нужна стена и удерживающая система, но можно обойтись и без полноценной ВПП, и РД тоже.
Прав ли я, полагая, что большинство двигательных установок не могут развивать максимальную тягу при нулевой скорости полета, в первую очередь из-за неэффективности впуска и недостаточной рекуперации давления, особенно если они рассчитаны на сверхзвуковой полет?
@sdenham: Абсолютно верно для двигателей истребителей, но двигатели авиалайнеров имеют максимальную тягу при довольно низкой скорости из-за высокой степени двухконтурности. Это причина использования большого нагнетателя на F-35, который намного лучше преобразует крутящий момент двигателя в подъемную силу на низкой скорости, чем компрессор двигателя и сопло.
@PeterKämpf: «используйте гораздо больше топлива, чем при обычном взлете». Не могли бы вы уточнить аргумент о топливе, пожалуйста. Чтобы получить потенциальную энергию (высоту), нужно затратить определенное количество химической энергии (топлива). Разве это не будет примерно одинаково при полете прямо вверх по сравнению с наклоном? Можно ли даже утверждать, что полет прямо вверх будет более экономичным, так как меньшее сопротивление будет встречаться на более коротком и медленном вертикальном пути полета?
@Scrontch: Вам нужно поддерживать массу самолета во время набора высоты. Крылья делают это в 10-60 раз эффективнее, чем двигатели. Энергия, необходимая для подъема и ускорения самолета, одинакова, поэтому то, как вы поддерживаете массу в эти решающие минуты, имеет большое значение.
@PeterKämpf: я часто слышал этот аргумент, но до сих пор этого не понимаю. Двигатель сжигает топливо, чтобы ускорить воздух и, таким образом, получить реактивную силу. Как может быть эффективнее ускорять воздух назад над крылом (которое каким-то образом отклоняет воздушный поток вниз), чем сразу же ускорять его прямо вниз?
@Scrontch: Секрет в количестве воздуха и величине ускорения. С большим количеством воздуха, но небольшим ускорением, крылья более эффективны, чем пропеллеры, которые более эффективны, чем турбовентиляторные двигатели, которые более эффективны, чем турбореактивные двигатели.

Да, они могут разгоняться прямо вверх (в некоторых случаях даже при максимальном весе), но для разгона прямо с нулевой воздушной скорости требуется какой-то контроль, чтобы самолет оставался стабильным. Все обычные поверхности управления самолетом работают только с потоком воздуха, поэтому, если вы встанете и нажмете на газ вперед, он просто опрокинется.

Вот почему самолеты вертикального взлета и посадки всегда имеют более одной точки, создающей тягу, они используют тягу для стабилизации самолета по мере его подъема.

Другое соображение (как упомянул Питер) заключается в том, что этот способ набора высоты менее эффективен, что означает меньший расход топлива для миссии, меньший взлетный вес или какой-то другой компромисс.

Ближе всего к этому США подошли по программе ZEL для F-100 Super Sabre.
По сути, посадите F-100 на рельс для запуска крылатых ракет, привяжите к его заднице чертовски большой ракетный ускоритель и бегите в укрытие.
Раньше у них была 90-минутная кассета VHS об этом проекте, они дошли до того, что спроектировали подземные пусковые площадки с дверями, защищенными от ядерного взрыва, для запуска истребителей после советских бомбардировщиков. Однако так и не была введена в эксплуатацию, к тому времени, когда она развилась до уровня, когда она могла работать на практике, система Nike SAM была достаточно зрелой, и в программе ZEL больше не было необходимости.

Хотя Super Sabre, безусловно, был намного раньше, он не совсем близок к истребителю вертикального взлета и посадки в США. Ведь это есть .
@reirab AV-8A был первым истребителем вертикального взлета и посадки, запущенным в производство в США.
Верно. Я просто предположил, что вы не учитывали это, поскольку изначально это была британская разработка, и вы сказали, что ближе всего США подошли к истребителю вертикального взлета и посадки, это программа ZEL для F-100. F-35 очень хорошо подходит для вертикального взлета и посадки и в первую очередь является американской разработкой.

Ну они иногда делают. Пилот или руководитель полета может запросить неограниченный набор высоты крейсерской высоты для отработки перехвата или других тренировочных маневров, как демонстрирует этот F-22 Raptor. Но при этом используется обычный взлет и ускорение самолета до заданной скорости перед тем, как он выйдет в вертикальное положение.

Что касается тяги двигателя более 1:1, это относится к статическим условиям на уровне моря, как правило, с использованием полного форсажа. По мере увеличения высоты номинальная тяга, которую могут производить двигатели, уменьшается с уменьшением плотности воздуха.

Идея чистого истребителя вертикального взлета и посадки была исследована с помощью «хвостовых» конструкций, таких как Convair XFY-1 Pogo или запись Lockheed . Эти конструкции были осуществимы для предлагаемого истребителя-перехватчика на базе крейсера, но конфигурация затрудняла посадку, и вскоре после серии испытательных полетов от проекта отказались.

И штурмовики серии Harrier, и новый F-35B могут взлетать и приземляться вертикально, но при значительно меньшем расходе топлива и полезной нагрузки, необходимой для зависания; Эти самолеты предпочитают короткие взлеты с корабля с военачальником, а затем приземляются вертикально, как только он заканчивается с завершением миссии.

Еще один фактор, который следует учитывать: если истребитель с отношением тяги к весу больше единицы может взлететь вертикально с корабля, как этот истребитель приземлится обратно на корабль? Находясь в океане, приземляться больше некуда, а если у корабля есть полетная палуба для посадки, то вполне можно использовать ее для гораздо более безопасного обычного взлета с гораздо большей боевой нагрузкой.

Это была проблема, с которой столкнулись три наблюдателя, которых США финансировали в 1950-х годах, от Convair, Lockheed и Ryan. Итог: посадка на хвост, когда пилот оглядывался при попытке, оказалась слишком сложной, на неподвижной земле, с огромной посадочной площадкой и без боевых повреждений. Попытка посадить хвостового ситтера на движущийся корабль после выполнения боевой задачи была бы еще сложнее.

Все три попытки были заброшены как непрактичные в военных условиях.

Почему истребители не взлетают вертикально?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v