Почему у Harrier раздельные сопла горячего выхлопа?

Это репост после того, как исходные вопросы были сочтены слишком сложными.

введите описание изображения здесьHawker Sea Hawk, снятый Smudge 9000 по лицензии CC-SA 2.0.

Харриеры, кажется, унаследовали элементы от Sea Hawk, то есть выхлоп от одного двигателя направляется на два боковых выхлопа.

@Peter Kämpf ответил на мой предыдущий вопрос, что Harrier был в основном построен на двигателе Bristol / RR Pegasus, который был вдохновлен сборкой вертикального взлета и посадки Gyroptere Мишеля Вибо .

введите описание изображения здесь

Из "SA WIBAULT ФРАНЦУЗСКО-НЕМЕЦКИЙ SOUCOUPE 'GYROTER'?" (1944) Роб Арндт

введите описание изображения здесьМакет Пегаса. Всеобщее достояние.

Тем не менее, я заметил контраст между двумя дизайнами. Gyroter больше похож на подъемник с приводом от вала , как (X) F-35, в отличие от Harrier с прямым подъемом . Горячий выхлоп Gyroter выходит прямо в кормовой части через единственное круглое сопло. Сопла холодного выхлопа могли быть расположены дальше вперед, чем у Harrier, что позволяло размещать основной двигатель дальше на корму, а не близко к ЦМ, сохраняя при этом баланс тяги.

@Carlo Felicione в своем ответе на вопрос «Почему у самолета Harrier четыре шасси?» , сказал, что два кормовых сопла вынудили "Харриеры" приспособить велосипедные шасси.

введите описание изображения здесьКрупный план P.1127 Kestrel (прототип Harrier), снятый Аланом Уилсоном по лицензии CC-SA 2.0.

Вы можете видеть ограниченное пространство для заднего отсека шасси. Также ширина хвостового оперения напрямую ограничена разносом задних сопел. Нужна и дополнительная термозащита.

Также в вопросе Можно ли модифицировать AV-8B Harrier II в сверхзвуковой самолет, применив некоторые модификации? @Aeroailas продемонстрировал двигатель BS100, разработанный для сверхзвукового преемника Harrier P.1154, с добавлением форсажных горелок к холодным байпасам (PCB) для сверхзвукового полета.

введите описание изображения здесь

Источник: aeromodelbasic.blogspot.com

И я нашел P.1216 , улучшенный потомок P.1154. В Википедии изменение объясняется:

Проблема с использованием PCB заключалась в том, что его тяга создавала значительно больше тепла, шума и вибраций, вызванных тягой, по сравнению с тем, что создавалось в Harrier. В результате конфигурация хвостовой части фюзеляжа, использованная на «Харриере», не подходила. Начиная с 1980 года группа разработчиков начала поиск возможных решений. Удалив большую часть задней части планера, как это было предложено в предыдущих проектах P.1212 и P.1214, они разработали небольшой короткий фюзеляж со сдвоенными балками, в результате чего хвостовое оперение не находилось непосредственно на пути выхлопа двигателя. Аналогичное решение проблемы с тремя соплами было принято в более позднем прототипе сверхзвукового перехватчика вертикального взлета и посадки ЯК-141.

Конфигурация позволяла использовать два сопла спереди и один задний выхлоп, вращающийся на 90 градусов, что было более эффективно, чем необходимость разделить его на два задних сопла, которые использовались на Harrier. Стрелы обеспечивали место с низким сопротивлением для переноски пушек спереди, а также ракет и авионики, а также защищали выхлопы реактивных двигателей от ракет с тепловым наведением. Вместо двигателя Pegasus, конструкция которого восходит к 1950-м годам, в конструкции использовался Rolls-Royce RB.422.48 с печатной платой, установленной только на передних соплах. Конструкция позволяла снимать двигатель без необходимости снимать крыло, как на Harrier.

Источник: Батлер, Тони (2017). Британские секретные проекты: реактивные истребители с 1950 года (2-е издание) (в твердом переплете). Манчестер: Издательство Crecy. ISBN 978-1-910-80905-1.

введите описание изображения здесь

Концепции ASTOVL компании BAE. Всеобщее достояние.

Итак, вот мой вопрос: почему двигатель Pegasus имеет два широко разнесенных задних (горячих) сопла вместо одного прямого TVN? Почему «Харриеры» размещают хвостовое оперение между такими соплами?

Не лучше ли было бы иметь кормовые выхлопы:

  1. Внизу - бортах в дальней корме как у Як-38?введите описание изображения здесь

Загружено Tosaka по лицензии CC-A 3.0.

  1. Между двумя хвостовыми балками типа Р.1216, Як-43/141 и (Х)Ф-35?введите описание изображения здесь

Архивировано в коллекции Роя Кокрана.

  1. Обшил выхлопной тракт как у Х-32?

введите описание изображения здесь

Система питания Boeing X-32, архив globalsecurity.org.

  1. Или приподнять хвостовое оперение, как у Фантомов?

введите описание изображения здесь

F-4K с ТРДД British Spey. Всеобщее достояние.

Любой из них устранит препятствия, связанные с требованиями прочности, теплозащитой, велосипедными шасси и потерей тяги.

Ответы (2)

Большой проблемой, с которой сталкивается СВВП, является получение тяговооруженности выше единицы. Так что все, что уменьшает тягу или увеличивает вес, плохо. P.1127/Harrier, будучи первым реальным решением, был неудобно близок к границе.

Длинные выхлопные трубы тратят энергию и уменьшают тягу, поэтому они должны были быть короткими. Но тут мешает длинная хвостовая часть фюзеляжа. Решение De Havilland с обычным Vampire заключалось в том, чтобы разделить хвост, и однажды это будет также принято для проекта Hawker P.1216 VTOL и сегодняшнего F-35 Lightning II. Но Сидни Кэмм из Hawker в то время беспокоился, что это добавит слишком много веса. Таким образом, его решение для Hawker Sea Hawk состояло в том, чтобы разделить выхлопную трубу. Это сработало очень хорошо, возможно, даже лучше, чем ожидалось. Между тем сложная многокольцевая система управления вектором тяги, такая как используемая на F-35, не была опробована и представляла значительный технологический риск для проекта. Для разделенных насадок потребуется только одно шарнирное соединение, что значительно снижает риск. Поэтому он хотел сохранить их для своего проекта вертикального взлета и посадки.

Компоновка также имела преимущество в виде «четырех стоек» с подъемным воздушным потоком, который помогал сделать зависание более устойчивым и управляемым — еще одна жизненно важная особенность в те дни невежества пионеров вертикального взлета и посадки. Компания Rolls-Royce построила свою свободнолетающую испытательную установку «летающая кровать» для разработки необходимых систем управления.

Все сработало. P.1127 стал первым в мире практичным реактивным самолетом вертикального взлета и посадки.

Возможно ли иметь хвост высоко над выхлопной трубой?
@CrystallizedRefresher Возможно, но неразумно. Это приводит к увеличению лобовой площади и риску глубокого сваливания.

Почему у Harrier раздельные сопла горячего выхлопа?

Потому что центральный хвостовой выхлоп находится слишком далеко от двух передних выхлопов, которые питаются перепускным воздухом. Раздельный выхлоп делает все воздуховоды милосердно короткими, поэтому планер может быть легким и компактным. Не забывайте, что сжатый газ нельзя подавать в трубы кондиционирования воздуха; для этого нужны трубы высокого давления. Как я сказал в этом ответе , P1127 едва мог зависнуть с 700 фунтами снятого оборудования и топлива в течение 3 минут. О длинном и тяжелом канале для сжатого газа не могло быть и речи.

Что касается разогрева P1154: это всегда было несбыточной мечтой, и самолет расплавил бы свои шины задолго до того, как оказался бы в воздухе. Кроме того, для противопожарной защиты конструкции фюзеляжа потребовались бы титановый корпус и экраны сжатого воздуха для ограничения нагрева конструкции. Это продемонстрировал VJ-101 X2 (у которого были форсажные камеры в двигателях с гондолами), где тепловые нагрузки при висении с повторным подогревом были неуправляемыми.

Центральный хвостовой выхлоп возможен только при большой подъемной силе близко к носовой части фюзеляжа. Обратите внимание, что F-35B создает большую подъемную силу с помощью переднего вентилятора, чем с помощью заднего сопла. Но такая сложность необходима, если перегрев должен использоваться для сверхзвукового полета. А использование двух двигателей будет нести риск неустранимого крена при отказе двигателя. Когда двигатель выходит из строя в одном из самолетов вертикального взлета и посадки во время висения, пилот все еще может безопасно катапультироваться. Не так, если используются два двигателя.