Почему у СВВП (F-35 или Harrier) только один двигатель?

Самолет вертикального взлета и посадки может иметь более одного двигателя. Просто процесс проектирования Harrier и F-35 привел к ситуации, когда требовался только один двигатель.

Основная проблема любого самолета вертикального взлета и посадки заключается в том, чтобы двигатель создавал тягу на двух разных этапах полета: во время крейсерского полета и во время взлета/посадки. Это в основном требует, чтобы силовая установка самолета имела две разные характеристики на этих двух фазах, потому что

• Направление вектора тяги разное на ТО/Посадке и крейсерском
• Требуемая величина тяги различна; для вертикального ТО тяга должна быть больше веса, а в крейсерском режиме требуемая тяга (сравнительно) довольно низкая.

Для решения этой проблемы был опробован ряд подходов:

• Взлетайте в вертикальном направлении (он же хвостовой ситтер), как у Ryan X-13 Vertijet , а затем переходите к горизонтальному полету. Тем не менее, одна из основных проблем заключается в том, что пилот испытывает серьезные проблемы с дезориентацией во время перехода.
• Поставил дополнительные вентиляторы, как у Ryan XV-5 Vertifan . Проблема заключалась в большой площади (крыльев), занимаемой вентилятором, и штрафах за вес. По иронии судьбы, аналогичная концепция использовалась в F-35.
• Поставили дополнительные двигатели специально для вертикального подъема (он же «концепт Rolls Royce»), используемые в Dassault Mirage Balzac . Хотя это предлагало (теоретически) лучшую безопасность, потеря веса была слишком большой.
• Оптимизируйте основной двигатель для крейсерского полета и отклоните тягу для взлета, а также добавьте (маленькие) подъемные двигатели (так называемая концепция наклонного джет), как в немецком EWR VJ 101 . Это уменьшило штраф за вес и сложность, но снизило безопасность в случае отказа двигателя.

Чтобы избежать потери веса, лучше всего вообще не иметь дополнительных двигателей, а тяга отклоняется вниз при взлете и посадке. Это называлось «векторной тягой» (термин, приписываемый Теодору фон Карману). Эта концепция была испытана на Bell X-14 , у которого были фиксированные двигатели и лопасти, изменяющие вектор тяги, которые отклоняли выхлоп для достижения вертикальной подъемной силы.

Источник: history.nasa.gov.

В случае Harrier сначала был разработан двигатель Bristol Siddeley Pegasus (как BE.53), и компания Hawker решила разработать самолет на его основе.

В процессе проектирования самолет был переработан вокруг модифицированного Hawker BE 53, у которого задний реактивный самолет был разделен на две части, как у Hawker Sea Hawk , который имел аналогичную компоновку. Это привело к системе управления вектором тяги «четырех стоек» в Harrier.

Источник: www.aerospaceweb.org

По этой причине у «Харриера» был один двигатель.

С F-35 дело обстоит иначе. F-35 был разработан для замены самолетов, эксплуатируемых рядом служб США, и поэтому имел противоречивые требования к конструкции. С одной стороны, ВВС США хотели обычный истребитель, а КМП США — самолет вертикального взлета и посадки. Требования USN были где-то посередине.

Конструкторы Lockheed решили, что наилучшим способом удовлетворения этих требований является наличие отдельного вентилятора для подъема самолета в СВВП, от которого в вариантах USAF и USN можно просто отказаться. Это привело к расположению подъемного вентилятора (устрашающе похожему на расположение Вертифана).

« F-35B Joint Strike Fighter (сопло с вектором тяги и подъемный вентилятор) » от Tosaka — собственная работа. Под лицензией CC BY 3.0 через Commons .

Таким образом, в случае с F-35 использование одного двигателя было наилучшим способом удовлетворения требований. Используемый двигатель Pratt & Whitney F135 является самым мощным из находящихся на вооружении реактивных истребителей, что помогает сделать F-35 первым сверхзвуковым самолетом вертикального взлета и посадки.

Не забывайте про В-22. У V-22 были проблемы в армии, потому что два двигателя могут создавать разную тягу в каждом двигателе, поэтому это может вызвать проблему.

Например, внезапная потеря тяги с одной стороны из-за механической проблемы, помпажа, FOD и т. д. Положение может оказаться в положении, не способствующем катапультированию.

Многие СВВП имеют два двигателя: Bell 212, EC135, MH-53. Есть даже один с тремя двигателями, CH-53E. Да, вертолеты — это тоже самолеты. У них все двигатели приводят в движение один движитель, и это удобно означает, что в случае отказа двигателя расположение точки тяги не меняется.

Как упоминает @Ryatt Broach, V-22 имеет сложную систему, которая позволяет одному двигателю управлять двумя роторами, как и CH-46.

«Харриер» мог бы иметь два двигателя, работающие в одном двигательном коллекторе, а также обладать некоторой избыточной безопасностью движения. Но в конструкции самолетов есть много компромиссов, и «Харриер» справился неплохо.