Управляемый вектор тяги на машине. Система управления вектором тяги. Что такое Управление вектором тяги

Для управления вектором тяги в РДТТ крепить весь двигатель в подвесе нецелесообразно (за исключением, пожалуй, верньерных двигателей), поэтому в распоряжении проектировщиков

Рис. 117. Сопловые тримеры

остаются следующие решения: установка в сопле механических регулирующих поверхностей, отклоняющих газовую струю, поворот сопла или его части, вторичная инжекция и использование дополнительных управляющих сопел (подобно тому, как это делается в ЖРД).

К механическим регулирующим поверхностям относятся, кроме обсуждавшихся выше газовых рулей и дефлекторов, вдвижные и поворотные триммеры, показанные на рис. 117. Воздействие отклоняющих поверхностей на газовую струю можно приближенно рассчитать по теории сверхзвукового обтекания профиля, но для получения точных значений управляющей силы (составляющей силы тяги, перпендикулярной оси двигателя) в зависимости от величины отклонения необходимы, измерения. В работе сообщается, что сопла с таким управлением газовой струей позволяют с хорошей воспроизво димостью получить максимальные боковые силы, достигающий осевой составляющей тяги. Несмотря на то что улрав ление векотором тяги с помощью подвижных механических поверхностей приводит к потерям тяги вследствие дополнительного сопротивления и требует кропотливых опытно-конструкторских и технологических работ, направленных на обеспе-: чение их прочности и целостности в условиях высоких динамических давлений, температур и тепловых потоков, они успешна применялись в таких ракетах, как «Поларис» и «Бомарк».

Поворотные сопла обеспечивают наиболее эффективное механическое управление газовой струей, поскольку они не вызы вают существенного снижения тяги и конкурентоспособны по, массовым характеристикам. Одним из примеров использований такого технического решения является применявшаяся на первой ступени ракеты «Минитмен» сборка из четырех поворотных сопел с карданным подвесом и шаровым шарниром.

Система позволяла управлять вектором тяги в плоскостях рыскания, тангажа и крена без заметных потерь тяги, причем угол отклонения газовой струи зависел линейно от поворота соплового блока.

Дальнейшее совершенствование методов управления вектором тяги связывают с более современными схемами, позволяющими исключить применение карданного подвеса и подвижных горячих металлических частей, размещаемых в сопле РДТТ. К таким схемам относятся: а) разработанная для РДТТ межорбитальных буксиров система подвески сопла типа «техрол» (см. рис. 148 в гл. 11); б) используемая в двигателе разгонного модуля система управления вектором тяги с соплом на шарнирном подвесе (см. рис. 150 в гл. 11); в) используемая в твердотопливном ускорителе ВКС «Спейс Шаттл» схема крепления сопла на гибкой опоре. Рассмотрим последнюю схему более подробно.

На рис. 118 изображена кормовая сборка ТТУ и показано расположение агрегатов системы управления вектором тяги, а на рис. 119 показано устройство гибкого соединительного узла сопла. Соединительный узел представляет собой оболочку из гибкого эластичного материала с 10 стальными кольцевыми прокладками дугообразного сечения. Первое и последнее армирующие кольца прикреплены к неподвижной части сопла, которая соединена с корпусом двигателя. Исполнительные механизмы поворотного сопла работают от вспомогательного энергоблока . Он состоит из двух отдельных гидронасосных агрегатов, которые передают гидравлическую энергию на рабочие сервоцилиндры, причем один обеспечивает поворот сопла в плоскости скольжения, а другой - в плоскости бокового разворота (рис. 120). Если один из агрегатов отказывает, гидравлическая мощность другого увеличивается и он регулирует отклонение сопла в обоих направлениях. Начиная с операции отделения ускорителя вплоть до его входа в воду, приводы поддерживают сопло в нейтральном положении. Сервоцилиндры ориентированы наружу под углом 45° к осям тангажа и рыскания летательного аппарата. Отметим, что вспомогательный энергоблок, питающий приводы системы управления вектором тяги в рассматриваемом РДТТ, работает на жидком однокомпонентном топливе - гидразине, который подвергается в газогенераторе каталитическому разложению на катализаторе в форме алюминиевых таблеток, покрытых иридием.

10.3.1. ВТОРИЧНАЯ ИНЖЕКЦИЯ

Способ инжекции в сопло РДТТ вспомогательного рабочего вещества для управления вектором тяги был предложен в конце 1940-х гг. и начал применяться в серийных летательных

аппаратах в начале 1960-х гг. К используемым для этих целей веществам относятся такие инертные жидкости, как вода и фреон-113, а также жидкости, взаимодействующие с водородом в продуктах сгорания и двухкомпонентные топлива (например гидразин

Рис. 121 иллюстрирует механизм влияния инжекции на поле течения в сопле. Кроме того, что впрыскиваемая жидкость замещает часть выхлопных газов, инжекция приводит к образованию системы скачков уплотнения (скачок отрыва и индуцированный головной скачок уплотнения). Боковая составляющая реактивной силы возникает как следствие двух эффектов: во-первых, поток импульса вещества, впрыскиваемого через

Рис. 118. (см. скан) Нижняя сборка твердотопливного ускорителя ВКС «Спейс Шаттл» - кабель электропитания (12 шт.); 2 - опорный шпангоут; 3 - система управления вектором тяги (2 шт.); 4 - гаргрот; 5 - передний сопловой блок; 6 - твердотопливный заряд; 7 - стыковочный шпангоут; 8 - блок телеметрической аппаратуры; 9 - бандажные кольца; 10 - двигатели системы отделения ТТУ (4 блока); тепловой экран.

(кликните для просмотра скана)

Рис. 121. Механизм вторичной инжекции. 1 - пограничный слой; 2 - скачок отрыва; 3 - граница отрывного течения; 4 - инжекционное отверстие; 5 - головной скачок уплотнения; 6 - граница зоны инжекции.

отверстие, приводит к появлению боковой реактивной силщ во-вторых, дополнительная боковая сила создается благодаря изменению распределения давления на стенке сопла. Второй эффект увеличивает боковую составляющую по сравнению случаем, когда инжекция жидкости осуществляется не в а прямо в окружающую атмосферу. Например, при вдуве в сопло наблюдалось увеличение боковой силы в 2-3 раза . Эффективность такой системы управления вектором тяги в плоскостях рыскания и тангажа для РДТТ с одним центральным соплом зависит от расположения впускного отверстия и расхода инжектируемого вещества. Величину боковой составляющей при вдуве в сопло газа или впрыске неиспаряющейся жидкости можно рассчитать другим (отличным от описанного в разд. 10.2) способом, аппроксимируя форму граничной поверхности между впрыснутым веществом и основным потоком полуцилиндром с полусферическим основанием.

Со стороны основного потока на эту поверхность действует сила давления, параллельная стенке и пропорциональная где радиус цилиндра, среднее статическое давление в ядре потока. Пренебрегая испарением, смешением и вязкими силами на граничной поверхности, запишем условие баланса между потоком количества движения впрыскиваемой жидкости, параллельным стенке, и силой давления:

где расход (считается равным асимптотическому расходу жидкости, параллельному стенке), асимптотическая

скорость инжектируемого вещества. Если предположить, что достигается в результате изоэнтропического расширения жидкости от давления торможения до давления то это известный параметр, зависящий только от и термодинамических свойств впрыскиваемого вещества. Следовательно,

Сила, нормальная к стенке, имеет три составляющие: 1) нормальная скорость на срезе впускного отверстия), 2) разность между силами давления на выходе из отверстия при наличии и в отсутствие инжекции и 3) разность между интегралом по внутренней поверхности сопла от давления на стенке при наличии и в отсутствие инжекции. При достаточно малых углах раствора сопла выражение для боковой силы имеет вид

где авых - полуугол раствора выходного раструба сопла, безразмерный коэффициент, зависящий от геометрических характеристик сопла, места расположения впускного отверстия и отношения удельных теплоемкостей вещества в выхлопной струе. Расчет по такой формуле хорошо согласуется с экспериментальными данными .

Если требуется управление вектором тяги в плоскости крена, то можно использовать два сопла или установить в выходном раструбе пару тонких продольных разделительных ребер и впрыскивать жидкость через соответствующие отверстия . Из рис. 122 видно, что отверстия обеспечивают управление по тангажу, отверстия по рысканию, а совместный впрыск или крену. В аэродинамической трубе с водой в качестве впрыскиваемой жидкости проведено параметрическое исследование распределения давления в таком сопле и его изменения в зависимости от отношения расходов вторичного и основного потоков, а также определено оптимальное положение впускных отверстий для вторичной инжекции . Эти результаты были затем использованы при разработке специального устройства, в котором сжигали малоразмерный заряд монотоплива на основе ПХА, а в сопло впрыскивали фреон-113 (рис. 123). Двигатель устанавливали в двух прецизионных подшипниках, позволяющих ему совершать свободное (без трения) движение в плоскости крена. Вращательный момент измеряли с помощью двух балок, приваренных перпендикулярно к переходной муфте, скрепленной с передним днищем РДТТ. Балки жестко заделывались в стенд и при приложении крутящего момента подвергались изгибу. Измерительный мост с тензодатчиками,

Рис. 122. Схематическая диаграмма центрального сопла РДТТ, обеспечиваю щего управление по трем осям .

размещенный на балках, давал сигнал, изменяющийся пропорционально моменту.

Результаты, представленные на рис. 124, показывают, что расположение впускных отверстий инжектируемого вещества слабо влияет на вращательный момент, давая отклонения лишь на 10-15% (это не удивительно, так как положение отверстий выбиралось на основе испытаний с холодным рабочим телом), а снижение удельного импульса, обусловленное

Рис. 123. Схема стендовой установки .

Рис. 124. (см. скан) Экспериментальные данные по зависимости от инжектируемого расхода отношения крутящего момента к тяге (а) и удельного импульса и дополнительной осевой составляющей тяги (б).

установкой в сопле продольных ребер, компенсируется впрыском жидкости, причем с увеличением расхода жидкости удельный импульс возрастает.

Сегодня самолеты с вертикальным взлетом и посадкой уже не являются диковинкой. Работы в этом направлении в основной развернулись в середине 50-я годов и шли по самым разным направлениям. В ходе опытно-конструкторские работ были разработаны самолеты с поворот установками и ряд других. Но среди всех разработок обеспечивших вертикальный взлет и посадку, лишь одна получила достойное развитие - система изменения вектора тяги с помощью поворотных сопел реактивного двигателя. При этом двигатель оставался неподвижным, Истребители «Харриер» и Як-38, оснащенные подобными силовыми установками, довели до сернйного производства.

Однако идея использования поворотных сопел для обеспечения вертикального взлета и посадки у ходит своими корнями в середину 40-х годов, когда в стенах ОКБ-155, возглавляемого главным конструктором А.И. Микояном, в инициативном порядке был разработан проект подобного самолета. Его автором стал Константин Владимирович Пеленберг (Шуликов), работавший в ОКБ со дня его основания.

Стоит отметить, что еще в 1943 г. К.Е. Пеленберг также в инициативном порядке разработал проект истребителя с укороченным взлетом и посадкой. Идея создания подобной машины была вызвана желанием конструктора сократить дистанцию взлета с целью обеспечения боевой работы с фронтовых аэродромов, поврежденных немецкой авиацией.

На рубеже 30-х - 40-х годов многие авиаконструкторы уделяли внимание проблеме сокращения взлетно-посадочной дистанции самолета. Однако в своих проектах они пытались решить ее путем увеличения подъемной силы крыла применяя различные технические новшества, В итоге появились самые разнообразные конструкции, часть из которых дошла до опытных экземпляров. Были построены и проходили испытания бипланы с убирающимся в полете нижним крылом (истребители ИС конструкции В.В. Никитина и В. В. Шевченко) и монопланы с крылом, раздвигающимся в полете (самолеты РК конструкции Г. И. Бакшаева). Кроме того, на испытания поступала самая разнообразная механизация крыла - выдвигающиеся и машущие предкрылки, разного рода закрылки, разрезные крылья и многое другое. Однако существенно сократить дистанцию разбега и пробега эти новшества не могли.

В своем проекте К. В. Пеленберг основное внимание сконцентрировал не на крыле, а на силовой установке. В период 1942-1943 гг. он разработал и тщательно проанализировал несколько схем истребителей, использовавших для сокращения взлета и поездки изменение сектора тяги за счет отклоняемых воздушных винтов. Крыло и оперение в этих случаях лишь помогали достижению основной задачи.

Разработанный в итоге истребитель представлял собой моноплан двухбалочной схемы, имеющий трехколесное шасси с передней опорой. Разнесенные балки соединяли крыло с хвостовым оперением, которое имело цельноповоротный стабилизатор. На балках были расположены основные опоры шасси, Стрелково-пушечное вооружение размещалось в носовой части фюзеляжа.

Силовая установка располагалась и кормовой части фюзеляжа за кабиной пилота. Мощность посредством редуктора и удлиненных валов передавалась спаренным толкающим винтам, имевшим взаимно-противоположное вращение. Последнее исключало реактивный момент и повышало эффективность винтомоторной группы.

На режимах взлета и посадки спаренные винты, при помощи гидравлического привода, можно было поворачивать относительно оси редуктора вниз, создавая тем самым вертикальную подъемную силу. Двухбалочная схема в полной мере способствовала свободному перемещению винтов, при этом в отклоненном положении они незначительно затенялись фюзеляжем и крылом. С приближением к земле или при полете вблизи нее винты должны были образовывать под самолетом область уплотненного воздуха, создающего эффект воздушной подушки. При этом также повышался их кпд.

Естественно, что при повороте винтов от продольной оси вниз возникал пикирующий момент, но он парировался двумя способами. С одной стороны отклонением цельноповоротного стабилизатора, работающего в зоне активного обдува винтов, на отрицательный угол. С другой, - отклонением консоли крыла в плоскости хорды вперед на угол, соответствующий условиям балансировки при данном направлении вектора тяги. С переводом самолета в горизонтальный полет после подъема на безопасную высоту винты разворачивались в исходное положение.

В случае реализации данного проекта, предложенной истребитель мог иметь очень короткую дистанцию разбега, но для вертикального взлета мощности существовавший в то время моторов явно не хватало. Поэтому для подобного проекта с целью сокращения взлетно-посадочных дистанций, а также осуществления взлета и посадки по крутой траектории, близкой к вертикальной, требовался один мотор повышенной мощности или два, работавших синхронно на одни вал.

Разработанный К.Б. Пеленбергом проект истребителя интересен тем, что в нем с большой эффективностью была использована тяга воздушных винтов для создания дополнительной подъемной силы самолету и необычные для того времени средства аэродинамической балансировки - подвижное крыло или, как его сейчас называют крыло изменяемой геометрии, а также управляемый стабилизатор. Интересно отметить, что эти и некоторые другие технические новшества, предложенные конструктором в данном проекте, в значительной мере опередили свое время. Однако в дальнейшее они нашли достойное применение в авиастроении.

Проект истребителя укороченного взлета и посадки так и остался проектом, но он только усилил желание автора создать самолет вертикального взлета и посадки. Константин Владимирович понимал, что возможность вертикального взлета открывала неоценимые тактические возможности для военной авиация. В этом случае самолеты могли бы базироваться на грунтовых аэродромах, используя ограниченные по размерам площадки, и на палубах кораблей. Актуальность зтой проблемы была ясна уже тогда. К тому же с ростом максимальных скоростей полета истребителей, неизбежна росли и их посадочные скорости, что делало посадку сложной и небезопасной, кроме того, увеличивалась потребная длина взлетно-посадочных полос.

По окончании Великой Отечественной войны с появлением в нашей стране трофейных немецких реактивных двигателей ЮМО-004 и БМВ-003 а затем и закупленных у английской фирмы «Роллс-Ройс» двигателей «Дервент-V», «Нин-I» и «Нин-II», удалось, успешно разрешить многие проблемы в отечественном реактивном самолетостроение. Правда и их мощность была еще недостаточна для решения поставленной задачи, но это не останавливало работу авиаконструктора. В это время Константин Владимирович не только работал в ОКБ главного конструктора А.И. Микояна, но и преподавал в Московском авиационном институте.

К разработке истребителя с вертикальным взлетом и посадкой, у которого в качестве силовой установки использовался турбореактивный двигатель (ТРД), К.В. Пеленберг приступил в начале 1946 г. в инициативном порядке и уже к середине года проект машины был в целом завершен. Как и в предшествующем проекте, он выбрал схему с неподвижной силовой установкой, а вертикальный взлет обеспечивал изменяемый вектор тяги.

Особенностью предлагаемой схемы было то, что цилиндрическое сопло реактивного двигателя оканчивалось двумя симметрично расходящимися каналами, в конце которых устанавливались поворотные в вертикальной плоскости насадки.

Существенным преимуществом предложенного устройства являлась простота конструкции, отсутствие необходимости в переделке сопла самого двигателя и сравнительная простота управления. При этом поворот насадков не требовал больший усилий и сложных устройств, как, например, в случае изменения вектора тяги путем поворота всей силовой установки.

Разработанный Константином Владимировичем истребитель представлял собой моноплан с реданной схемой расположения двигателя. В качестве силовой установки должен был послужить наиболее мощный в то время английский ТРД «Нин-II» с тягой 2270 кгс. Подвод воздуха к нему осуществлялся через лобовой воздухозаборник. При компоновке машины одним из основных требований были то, чтобы ось вектора тяги при отклонении насадков проходила вблизи центра тяжести самолета. Насадки в зависимости от режима полета требовалось поворачивать на наивыгоднейшие углы в пределах от 0 до 70°. Наибольшее отклонение сопла соответствовало посадке, которую планировалось осуществлять на максимальном режиме работы двигателя. Изменение вектора тяги также предполагалось использовать и для торможения самолета.

Между тем вследствие размещения силовой установки под углом 10-15° относительно строительной горизонтали истребителя диапазон отклонения насадков от оси двигателя составлял от +15° до -50°. Предложенная конструкция удачно вписывалась в фюзеляж. Соответствующий поворот и наклон плоскости вращения насадков позволял не разносить их друг от друга слишком далеко. В свою очередь это позволило увеличить диаметр каналов - этот довольно критичный параметр был оптимизирован с учетом миделя фюзеляжа с таким расчетом, чтобы каналы вписывались в его габариты.

Технологически оба канала, соединенные с неподвижной частью, вместе с механизмом управления поворотом представляли собой один агрегат, который с помощью фланца присоединялся к цилиндрическому соплу двигателя. Насадки крепились к торцам каналов с помощью опорно-упорных подшипников. В целях, предохранения подвижного соединения от воздействия горячих газов, края насадка перекрывали щель плоскость вращения. Принудительное охлаждение подшипников было организовано за счет забора воздуха из атмосферы.

Для отклонения насадков планировалось использовать гидравлический или электромеханический привод, установленный на неподвижной части сопла, и червячную передачу с зубчатым сектором, закрепленным на насадке. Управление силовым приводом осуществлялось либо летчиком дистанционно, либо автоматически. Равенство углов поворота достигалось одновременным включением приводов. Их управление было синхронизировано, а предельный угол отклонения фиксировал ограничитель. Сопло также было снабжено направляющими лопатками и кожухом, предназначенный для его охлаждения.

Таким образом, газовая струя стала достаточно мощным средством обеспечения вертикального взлета и посадки. Ее использование в качестве посадочного средства для истребителя с тягой двигателя порядка 2000 кгс настолько сокращало площадь крыла, что оно фактически могло быть превращено в орган управления. Существенное сокращение габаритов крыла, которое на больших: числах М, как известно, составляет основное сопротивление самолета, позволяло значительно повысить скорость полета.

Ознакомившись с проектом. А.И. Микоян посоветовал К.В. Пеленбергу зарегистрировать его как изобретение. Соответствующие документы 14 декабря 1946 г. были направлены в бюро по делам изобретательства Министерства авиационной промышленности, В заявке, посланной вместе с пояснительной запиской и чертежами под названием «Поворотное сопло ТРД», автор просил зарегистрировать данное предложение как изобретение «для закрепления приоритета».

Уже в январе 1947 г. состоялось заседание экспертной комиссии при техническом отделе МАП под председательством кандидата технических наук В.П. Горского. В состав комиссии также входили А.Н. Волоков, Б. И. Черановский и Л.С. Каменномостский. В своем решении от 28 января комиссия отметила, что данное предложение в принципе является правильным, и рекомендовала автору продолжать работу в этом направлении. Наряду с этим она отметила, что уменьшение площади крыла нецелесообразно, так как в случае отказа силовой установки, посадка самолета окажется проблематичной.

Вскоре проект самолета получил конструктивную проработку в такой степени, что это дало автору основание для его рассмотрения в ЦАГИ, ЦИАМ, ОКБ завода №300 и других организациях, где проект также получил положительную оценку. В итоге 9 декабря 1950 г. Заявка К.В. Пеленберга была принята к рассмотрению Управлением по изобретениям и открытиям при Государственном комитете по внедрению передовой техники в народное хозяйство. При этом публикацию предлагаемого изобретения запретили.

Конечно, проект еще не охватывал и не мог охватить сразу всех тонкостей, связанных с созданием вертикально взлетающего самолета. Тем более что приходилось работать в одиночку. Но хотя возникало множество технических трудностей и новых проблем, уже тогда стало ясно, что проект реален, что он является началом нового направления в современной авиации.

Одно лишь поворотное сопло не решало всех проблем, возникающих при вертикальном взлете. Как было указано в решении экспертной комиссии МАП,

«...при изменении направления газовой струи будет меняться устойчивость и балансировка самолета, что вызовет затруднения в управлении при взлете и посадке».

Поэтому помимо изменения вектора тяги требовалось решить вопрос стабилизации машины, так как при отсутствии обдува крыла и хвостового оперения воздушным потоком роль стабилизаторов они уже не выполняли.

С целью решения этой задачи Константин Владимирович отработал несколько вариантов стабилизации. Во-первых, неуравновешенность самолета при отклонении вектора тяги в полете можно парировать, изменяя углы атаки стабилизатора. Во-вторых, на малых скоростях полета он предложил использовать дополнительное реактивное устройство (автономное или использующее отвод газов из закомпрессорной части двигателя). Работа над вторым способом была сложнейшей задачей, так как без исследований и продувок в аэродинамической трубе невозможно было судить о поведении самолета при отклоненной газовой струе вблизи земли.

Дело в том, что при возникновении начальных поперечных возмущений вблизи земли быстро нарастают угловые ускорения крыла, которые приводят к критическим углам крена самолета. При ручном управлении поперечной стабилизацией летчик по субъективным причинам не успевает вовремя среагировать на появление начального крена. В результате запаздывания ввода управления, а также определенной инерционности системы ручное управление не может гарантировать быстрого и надежного восстановления нарушенной поперечной балансировки. Кроме того, газовый поток, идущий от реактивного двигателя вниз, захватывая сопредельные массы воздуха, вызывает перетекание воздуха с верхней поверхности крыла к нижней, отчего возрастает давление сверху крыла и уменьшается под ним. Это снижает подъемную силу крыла, ухудшает демпфирование и затрудняет стабилизацию самолета по крену. Поэтому, в частности, к управлению креном требовалось вдвое втрое большая чувствительность, чем к управлению по тангажу.

В связи с этим в 1953 г. К.В. Пеленберг разработал систему поперечной стабилизации для своего проекта истребителя вертикального взлета и посадки. Ее особенность заключалась в применении на самолете двух гиростабилизаторов крена, которые размещались на крыле (по одному в каждой консоли) на максимальном удалении от продольной оси машины. Для их работы использовалась часть энергии газовой струи ТРД. Система вводилась в действие с помощью гироскопов, являющихся датчиками стабилизированного положения самолета по крену и одновременно распределителями направления восстанавливающих реактивных сил.

При крене самолета гиростабилизаторы создавали два равных реактивных момента, приложенных к консолям, и действующих в сторону, обратную крену, С возрастанием крена самолета восстанавливающие моменты увеличивались и достигали максимального значения при достижении предельно допустимого угла крена по условиям безопасности. Такая система имела преимущество в том, что вводилась в действие автоматически, без участия летчика и без промежуточных связей, была безинерционной, обладала высокой чувствительностью и постоянной готовностью к работе, а также создавала условия для аэродинамического демпфирования крыла.

Гирогазостабилизаторы вводились в действие на взлетно-посадочных режимах одновременно с поворотом основных сопел ТРД и переводом двигателей на вертикальную тягу. В целях стабилизации самолета по всем трем осям в этот момент также вводилась в работу система стабилизации по тангажу. Для включения стабилизаторов крена летчик открывал заслонки, расположенные в эатурбинной части реактивного двигателя. Часть газового потока, имевшего в этом месте скорость около 450 м/с, устремлялась в газопровод, а откуда в гироблок, который направлял его в сторону, нужную для восстания крена. При открытии заслонок автоматически открывались верхние и нижние щитки, закрывавшие вырезы в крыле.

В том случае, если крыло самолета занимало строго горизонтальное положение относительно продольной и поперечной осей, верхние и нижние окна правого и левого гироблоков были открыты на половину своей величины. Газовые потоки выходили с равной скоростью вверх и вниз, создавая равные реактивные силы. Вместе с тем истечение газа из гироблока вверх препятствовало перетеканию воздуха с верхней поверхности крыла к нижней, а, следовательно, уменьшалось разрежение над крылом при отклонении вектора тяги двигателя.

При появлении крена заслонка гирогазостэбилизатора на опустившейся консоли крыла уменьшала выход газа вверх и увеличивала выход газа вниз, а на поднятой консоли происходило обратное. В результате на опустившейся консоли возрастала реактивная сила, направленная вверх, и создавался восстанавливающий момент. На поднявшейся консоли крыла наоборот увеличивалась реактивная сила, действующая вниз, и возникал равный восстанавливающий момент, действующий в ту же сторону. При крене, близком к предельно безопасному, заслонки гироблоков открывались полностью - на опущенной консоли для истечения газа вниз, а на поднятой для истечения газа вверх, вследствие чего возникало два равных момента, создающих суммарный восстанавливающий.

Основную часть разработанного стабилизатора составлял гироскопический блок. Его передняя полуось жестко крепилась к внешней коробкег а задняя - к приемнику газа. Полуоси обеспечивали гироблоку свободный поворот относительно осиг которую при монтаже стабилизатора крена в крыле требовалось располагать строго параллельно продольной оси самолета. В плоскости соединения газоприемника с гироблоком имелось фигурное окно, частично закрытое снизу и сверху заслонкой. В этой плоскости гироблок и приемник подходили друг к другу с минимальным зазором, обеспечивающим свободное вращение гироблока. Во избежание лишней утечки газа плоскость стыковки имела лабиринтное уплотнение.

В приемнике располагался механизм распределения газа. Его роль заключалась в том, чтобы направлять газовый поток из магистрали в верхнюю или нижнюю камеры гироблока, который откуда затем истекал наружу через окна между лопатками дисков гироблока. В зависимости от того, в какую сторону поворачивался блок, заслонка закрывала либо верхнее окно, либо нижнее, перепуская газ из магистрали в одну из камер. При работе гироскопа блок постоянно сохранял горизонтальное положение, а поворот заслонки и перепуск газа в камеры происходил в результате поворота приемника газа относительно поперечной оси, вызванного наклоном крыла. Чем больше был угол крена, тем больше открывалось одно окно гироблока и закрывалось другое.

Гироблок устанавливался в жесткую коробку, на которой с помощью шарниров закреплялись две пары щитков, закрывавших сверху и снизу вырезы в крыле. В закрытом положении щитки плотно прилегали к планкам и остальной поверхности крыла, не нарушая его контура. Их также открывал летчик одновременно с газовой заслонкой реактивного двигателя.

Гиростабилизаторы монтировались в консолях крыла с таким расчетом, чтобы плоскости гироскопов лежали в плоскости продольной и поперечной осей самолета. Для самолетов сравнительно небольших размеров, которые могут иметь значительные углы колебаний по тангажу, во избежание явления прецессии гироскопов в конструкцию предполагалось ввести параллелограмм ную связь между поперечными осями правого и левого гироблоков для их взаимного удержания.

По расчетам, поперечная стабилизация вертикального взлетающего истребителя массой 8000 кг при тяговооруженности самолета, равной единице, и отборе от ТРД мощности в размере 3-4%, могла быть обеспечена гиростабилизаторами, удаленными от продольной оси на 2,25 м. При этом достаточно было их диаметра в 330 мм, высоты - 220 мм, длины внешней коробки - 350 мм, ширины внутренней коробки - 420 мм, диаметра газопровода -142 мм, расстояний меэеду осями блока и газопровода - 295 мм. Подобные крыльевые установки могли создать восстанавливающие моменты величиной 100 кгм каждый при угле крена 10°, и 220 кгм -при угле крена 25-30°.

Однако и этому проекту истребителя вертикального взлета и посадки в то время не суждено было осуществиться - он также намного опередил технические возможности того времени. Да и официальные круги отнеслись к нему весьма скептически. Поскольку в СССР возведенная в абсолют плановая экономика подразумевала, по-видимому, и плановые изобретения, свободных оборотных средств в конструкторских бюро для собственных масштабных НИОКР всегда не хватало. Таким образом, инициативный проект отечественного самолета вертикального взлета и поездки и в дальнейшем так и остался на бумаге.

Между тем в Великобритании к идее разработки реактивного самолета вертикального взлета и поездки (СВВП) отнеслись более серьезно. В 1957 г. на фирме «Хаукер Сиддли» в инициативном порядке приступили к разработке подобного самолета, И хотя там также не было опыта создания машин такого класса, спустя всего три года экспериментальный истребитель Р. 1127 «Кестрел», поднялся в воздух. А еще через шесть лет на его основе построили опытный штурмовик «Харриер» - прототип одноименных машин, ныне принятых на вооружение не только английских королевских ВВС но и других стран мира.

В Советском Союзе пожалуй только в ЛИИ на практике изучали возможность создания реактивного самолета вертикального взлета и посадки. В 1958 г. группа, под руководством A.H. Рафаэлянца, разработала и построила экспериментальный аппарат, получивший название «Турболета».

Его полеты доказали принципиальную возможность создания самолета со струйным управлением на режимах вертикального взлета, виеения и посадки, а также при переходе к горизонтальному полету. Однако идея создания самолета вертикального взлета и посадки и к этому времени еще не овладела умами официальных властей, хотя в «портфеле» отечественных конструкторов был и проект подобного самолета, и опыт, накопленный при испытаниях «Турболета».

Только в конце 1960 г., когда самолет Р. 1127 «Кестрел»уже летал, а также появились первые обстоятельные публикации о немг официальные круги словно «прорвало». В ЦК КПСС и Совете Министров СССР задумались всерьез и решили в очередной раз «догнать и перегнать загнивающий Запад». В итоге после почти годовой переписки между всеми заинтересованными организациями работы по проектированию и постройке самолета вертикального взлета и посадки на основании их совместного Постановления от 30 октября 1961 г. поручили ОКБ-115 главного конструктора А.С. Яковлева. Разработка силовой установки была поручена ОКБ-300 главного конструктора С.К. Туманского. Правда стоит отметить, что еще в 1959 г. заместителем Председателя Совета Министров СССР Д.Ф. Устиновым, председателем Государственного комитн-а по авиационной технике П.В. Дементьевым и главнокомандующим ВВС СА К,А. Вершининым был подготовлен проект Постановления, в котором создание экспериментального истребителя с вертикальным взлетом и посадкой планировали поручить ОКБ главного конструктора Г.М. Бернева.

Осенью 1962 г. сборочный цех покинул первый из трех опытных экземпляров самолета, получившего название Як-Зб, предназначенный для лабораторных стендовых испытаний, 9 января 1963 г. летчик-испытатель Ю.А. Гарнаев выполнил на втором экземпляре Як-З6 первое висение на привязи,а 23 июня - свободное. Входе испытаний Ю.А. Гарнаева сменил летчик-испытатель В.Г. Мухин, который 24 марта 1966 г. выполнил первый полете вертикальным взлетом и посадкой на третьей опытной машине. В качестве силовой установки Як-Зб были использованы два турбореактивных двигателя Р-27-300, оснащенные поворотными сопловыми насадками. В дальнейшем опыт постройки и испытания экспериментального самолета Як-36 послужил основой для создания боевого СВВП Як-38 (Як-ЗбМ), который был освоен в серийном производстве и состоял на вооружение авиации ВМФ.

Между тем, 29 августа 1964 г. (спустя 18 лет!) Государственный комитет по делам изобретений и открытий выдал К.В. Шуликову (Пеленбергу) авторское свидетельство за №166244 на изобретение поворотного сопла реактивного двигателя с приоритетом от 18 декабря 1946 г. Однако в это время СССР не являлся членом международной организации по вопросам изобретений и открытий, а потому данный проект не мог получить всемирного признания, так как действие авторского права распространялось только территорию СССР. К этому времени конструкция поворотного сопла нашла практическое применение в авиатехнике, а идея вертикально взлетающего самолета получала широкое распространение в мировой авиации. К примеру, вышеупомянутый английский Р.1127 «Кестрел» был оснащен турбореактивным двигателем «Пегас» с четырьмя поворотными соплами.

В октябре 1968 г. П. О. Сухой, в чьем ОКБ к этому времени работал Константин Владимирович, направил С. К. Туманскому ходатайство о выплате автору вознаграждения, так как возглавляемое последним предприятие освоило серийный выпуск реактивных двигателей с сопловым устройством, сделанным по предложенной К.В. Шуликовым схеме. Как отметил Павел Осипович в своем обращении, по своему техническому значению данное изобретение являлось одним из самых крупных, что были сделаны в области авиационной техники.

А 16 мая 1969 г. обращение П. О. Сухого поддержал А. А. Микулин, который подчеркнул, что изобретение К.В. Шуликова было им рассмотрено еще в 1947 г, и «расценено как новое, интересное техническое решение, обещающее в будущем реальную перспективу использования тяги двигателя для облегчения взлетно-посадочных режимов самолетов». Кроме того, к этому времени по проекту СВВП 1946 года были получены положительные заключения ЦИАМ (№09-05 от 12 апреля 1963 г. за подписью В.В. Яковлевского), ЦАГИ (№4508-49 от 16 января 1966 г. за подписью Г.С. Бюшгенса), технического совета ОКБ-424, а также решение БРИЗа МАП (от 22 июля 1968 г.).

Ходатайство о выплате вознаграждения за изобретение поворотного сопла рассмотрели на состоявшемся 10 октября 1969 г. заседании технического совета ОКБ-300. В ходе обсуждения отмечалось, что предложенная К.В. Шуликовым схема поворотного сопла впервые была внедрена в СССР на двигателе Р-27-300 (изд. 27), то есть ее использование позволило создать первую отечественную конструкцию такого класса. Кроме того, эта схема также получила развитие три разработке двигателя P-27B-300 (изд. 49). В подтверждении этого техсовету 0КБ-ЗО0 был представлен акт о внедрении изобретения по авторскому свидетельству №166244, который был составлен начальником ОКБ М.И. Марковым и ответственным уполномоченным БРИЗ ОКБ И.И. Мотиным, В акте отмечалось, что

Так как созданные по данной схеме двигатели, являлись новым перспективным направлением в развитии техники, авторское вознаграждение было определено в размере 5000 рублей. Таким образом, технический совет ОКБ-300 признал, что работа К.В. Шуликова легла в основу создания первого отечественного самолета с вертикальным взлетом и посадкой.

Учитывая это, научно-технический совет лри Техническом управлении МАП под председательством ИТ. Загайнова в октябре 1969 г. счел правомерным

«признать приоритет в технической разработке проекта первого вертикально взлетающего самолета за отечественной авиационной техникой».

Исходя из большого технического значения и перспектив, которое имело данное изобретение, предвосхитившее появление авиации вертикального взлета и посадки на много лет вперед, и вытекающее из этого первенство отечественной авиации в развитие этой области техники, научно-технический совет оценил его, как техническое усовершенствование, близкое по своему значению к техническому открытию, и рекомендовал выплатить автору причитающееся вознаграждение.

Такова краткая история самого первого в мире проекта вертикально взлетающего самолета. И хотя детище выдающегося инженера и увлеченного техническим замыслом конструктора К.В. Шуликова в Советском Союзе не нашло своего воплощения в металле, это не умаляет прав автора и отечественной авиационной науки техники на приоритет в создании авиации вертикального взлета.

При подготовке публикации использованы документальные материалы, любезно предоставленные К.В. Шуликовым из личного архива, а также документы Российского государственного архива экономики.

Биографическая справка

ШУЛИКОВ (ПЕЛЕНБЕРГ) Константин Владимирович

Константин Владимирович Шуликов (Пеленберг) родился 2 декабря 1911 г, в г. Пскове в семье военнослужащего. В 1939 г. он с отличием окончил самолетостроительный факультет Московского авиационного института с присвоением квалификации инженера-механика. Свою практическую деятельность в авиационной промышленности К.В. Шуликов начал в 1937 г. совмещая работу с учебой в институте. Будучи сотрудником ОКБ главного конструктора Н.Н. Поликарпова он прошел путь от инженера-конструктора до начальника сектора крыла КБ-1. Участвовал в проектировании и постройке истребителей И-153 «Чайка» и И-180.

С декабря 1939 по 1951 год К.В. Шуликов работал в ОКБ главного конструктора А,И. Микояна, где принимал активное участие в разработке и постройке истребителей МиГ-1, МиГ-3, И-250, И-270, МиГ-9, МиГ-15, МиГ-17, экспериментального МиГ-8 «Утка» и других самолетов. Весной 1941 г. он был командирован в составе бригады завода №1 им. Авиахима в распоряжение ВВС Западного Особого и Прибалтийского Особого военных округов для оказания помощи летно-техническому составу строевых частей в освоении истребителей МиГ-1 и МиГ-3. В задачу бригады также входило устранение выявленных при эксплуатации недостатков и проведение доработки материальной части по бюллетеням завода-изготовителя. В годы Великой Отечественной войны Константин Владимирович принимал участие в восстановительном ремонте истребителей МиГ-3, состоящих на вооружении авиационных полков ВВС Западного фронта и 6 ИАК ПВО г. Москвы. В 1943 г. им была разработана технология изготовления мягких топливных баков.

Параллельно с работой в ОКБ-155 в период с 1943 по 1951 год К. В. Шуликов по совместительству вел большую преподавательскую работу в МАИ, где являлся членом кафедры «Конструкция самолетов». Им было прочитано около 600 часов лекций по конструкции самолетов для студентов 5-го курса, он также был руководителем дипломных проектов, рецензентом и принимал участие в разработке методических пособий для студентов и дипломников.

В 1951 г. в соответствии с приказом МАП Константин Владимирович был переведен на работу в Авиастройспецтрест №5, а в 1955 г. - в распоряжение ОКБ-424 завода №81 МАП. В 1959 г. он перешел в ОКБ генерального конструктора С.А. Лавочкина, где руководил работами по разработке и организации пункта автоматического наведения ракетной системы «Даль» на полигоне Сарышаган в районе озера Балхаш. С 1968 г. К.В. Шуликов продолжил свою трудовую деятельность в ОКБ генерального конструктора П.О. Сухого. Он являлся активным участником разработки и постройки сверхзвукового самолета-ракетоносца Т-4.

С 1976 г. по 2003 г. Константин Владимирович работал в Научно-производственном объединении «Молния» возглавляемом Г. Е.Лозино-Лозинским. Он принимал участие в проектировании и создании многоразового космического корабля «Буран», его аналога и экспериментальных образцов. Многие предложенные им технические, решения были приняты к разработке и производству.

К.В. Шуликову принадлежит ряд научных работ и более 30 изобретений в области авиации и космонавтики. При его участии (совместное ЦАГИ, ЦНИИ-30 МО, НИИ-2 МАП) выполнены НИР по «Исследованию авиационно-космического комплекса воздушного старта ракет», в том числе «Исследование облика самолета-разгонщика изделия «100» В.Н. Челомея на базе сверхзвукового самолета Т-4». Им разработаны проект самолета вертикального взлета и посадки, проекты различных систем в области стабилизации и управляемости самолетов, проект стабилизирующей платформы высотной астрономической станции Академии Наук СССР для подъема в стратосферу крупного телескопа массой 7,5 тонн, проект надувного трапа для работы кocмoнавтов в открытом космосе и другие.

Ладога-9 УВ

В последнее время им разработаны проекты двухмоторных многоцелевых самолетов-амфибий «Ладога-бА» на б мест и «Ладога-9И» на 9-11 мест. В 1997 г. проект самолета-амфибии «Ладога-бА» был удостоен «Золотой медали» на всемирной выставке «Брюссель-Эврика-97».

Или его части.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Первые опыты, связанные с практической реализацией изменяемого вектора тяги на самолётах, относятся к 1957 году и проводились в Великобритании в рамках программы по созданию боевого самолета с вертикальным взлетом и посадкой . Прототип под обозначением Р.1127 был оснащен двумя поворачивающимися на 90° соплами, расположенными по бокам самолёта на линии центра тяжести, которые обеспечивали движение в вертикальном, переходном и горизонтальном режимах полета. Первый полёт Р.1127 состоялся в 1960 году , а в 1967 году на его базе был создан первый серийный СВВП «Харриер» .

  Существенным шагом вперед в разработке двигателей с изменяемым вектором тяги в рамках программ СВВП стало создание в 1987 советского сверхзвукового СВВП Як-41 . Принципиальной отличительной чертой данного самолёта стало наличие трёх двигателей: двух подъёмных и одного подъёмно-маршевого с поворотным соплом, расположенным между хвостовыми балками. Трехсекционная конструкция сопла подъёмно-маршевого двигателя делала возможным поворот вниз от горизонтального положения на 95°. \

  Расширение маневренных характеристик

  Ещё в ходе работ над Р.1127 испытателями было замечено, что использование отклоняемого вектора тяги в полёте несколько облегчает маневрирование самолёта. Однако из-за недостаточного уровня развития технологии и приоритетности программ СВВП серьёзные работы в области повышения маневренности за счёт ОВТ не велись до конца 1980-х годов.

  В 1988 году на базе истребителя F-15 B был создан экспериментальный самолёт с двигателями с плоскими соплами и отклонением вектора тяги в вертикальной плоскости. Результаты испытательных полётов показали высокую эффективность ОВТ для повышения управляемости самолёта на средних и больших углах атаки .

  Приблизительно в то же время в Советском Союзе был разработан двигатель с осесимметрическим отклонением сопла кругового сечения, работы над которым велись параллельно с работами над плоским соплом с отклонением в вертикальной плоскости. Поскольку установка плоского сопла на реактивный двигатель сопряжена с потерей 10-15 % тяги, предпочтение было отдано круглому соплу с осесимметрическим отклонением, и в 1989 году состоялся первый полёт истребителя Су-27 с экспериментальным двигателем.

  Принцип действия

  Для схемы с отклонением потока в дозвуковой части характерно совпадение угла механического отклонения с газодинамическим. Для схемы с отклонением только в сверхзвуковой части газодинамический угол отличается от механического.

  Конструкция схемы сопла, представленная на рис. 1а , должна иметь дополнительный узел, обеспечивающий отклонение сопла целиком. Схема сопла с отклонением потока только в сверхзвуковой части на рис. 1б фактически не имеет никаких специальных элементов для обеспечения отклонения вектора тяги. Различия в работе этих двух схем выражаются в том, что для обеспечения одного и того же эффективного угла отклонения вектора тяги схема с отклонением в сверхзвуковой части требует больших управляющих моментов.

  Представленные схемы также требуют решения проблем обеспечения приемлемых массо-габаритных характеристик, надежности , ресурса и быстродействия.

  Имеются две схемы управления вектором тяги:

  • с управлением в одной плоскости;
  • с управлением во всех плоскостях (с всеракурсным отклонением).

  Газодинамическое управление вектором тяги (ГУВТ)

  Высокой эффективности управления вектором тяги можно добиться с помощью газодинамического управления вектором тяги (ГУВТ ) за счет асимметричной подачи управляющего воздуха в тракт сопла.

  Газодинамическое сопло использует «струйную» технику для изменения эффективной площади сопла и отклонения вектора тяги , при этом механически сопло не регулируется. В этом сопле отсутствуют горячие высоконагруженные подвижные детали , оно хорошо компонуется с конструкцией ЛА , что уменьшает массу последнего.

  Внешние контуры неподвижного сопла могут плавно вписываться в обводы самолета, улучшая характеристики конструктивной малой заметности . В этом сопле воздух от компрессора может направляться в инжекторы в критическом сечении и в расширяющейся части для изменения соответственно критического сечения и управления вектором тяги.

  Образование управляющих сил обеспечивается следующим порядком операций.

  1. На первой фазе работы сопла (рис. 5) увеличивают угол отклонения створок расширяющейся части сопла - угол α установки выходных створок расширяющейся части 3 сопла.
  2. На второй фазе (рис. 6) , на режиме образования управляющих усилий на части поверхности сопла открывают заслонки 8 для поступления атмосферного воздуха на части боковой поверхности расширяющейся части сопла 3 . На рис.6 показан вид А и направления втекания атмосферного воздуха через открытые отверстия с заслонками на части боковой поверхности. Переключение заслонок 8 на противоположной половине боковой расширяющейся части сопла приводит к отклонению струи и вектора тяги двигателя на угол β в противоположном направлении.

  

  Для создания управляющих усилий в двигателе со сверхзвуковым соплом можно несколько изменить сверхзвуковую часть уже существующего сопла. Эта относительно несложная модернизация требует минимального изменения основных деталей и узлов исходного, штатного сопла.

  При проектировании большая часть (до 70 %) узлов и деталей модуля сопла могут не изменяться: фланец крепления к корпусу двигателя, основной корпус, основные гидроприводы с узлами крепления, рычагами и кронштейнами , а также створки критического сечения. Изменяются конструкции надстворок и проставок расширяющейся части сопла, длина которых увеличивается, и в которых были выполнены отверстия с поворотными заслонками и гидроприводами . Кроме этого изменяется конструкция внешних створок, а пневмоцилиндры для них заменяются гидроцилиндрами , с рабочим давлением до 10 МПа (100 кг/см 2).

  Отклоняемый вектор тяги

  Отклоняемый вектор тяги (ОВТ ) - функция сопла , изменяющая направление истечения реактивной струи. Предназначена для улучшения тактико-технических характеристик самолёта. Регулируемое реактивное сопло с отклоняемым вектором тяги - устройство с изменяемыми, в зависимости от режимов работы двигателя, размерами критического и выходного сечений, в канале которого происходит ускорение потока газа с целью создания реактивной тяги и возможностью отклонения вектора тяги во всех направлениях.

  Применение на современных самолётах

  В настоящее время система отклонения вектора тяги рассматривается как один из обязательных элементов современного боевого самолета в связи со значительным улучшением летных и боевых качеств, обусловленным её применением. Также активно изучаются вопросы модернизации имеющегося парка боевых самолетов, не имеющих ОВТ, путём замены двигателей или установки блоков ОВТ на штатные двигатели. Второй вариант был разработан одним из ведущих российских производителей ТРД - компанией «Климов», которая также выпускает единственное в мире серийное сопло с всеракурсным отклонением вектора тяги для установки на двигатели РД-33 (семейство истребителей МиГ-29) и АЛ-31Ф (истребители марки Су).

  Боевые самолеты с управляемым вектором тяги:

  C осесимметрическим отклонением вектора тяги

  • Су-27СМ2 (двигатель АЛ-31Ф-М1 , Изделие 117С)
  • Су-30 (двигатель АЛ-31ФП)
  • ПАК ФА (прототип)
  • F-15 S (экспериментальный)
  С отклонением вектора тяги в плоском сопле

  Что такое Управление вектором тяги?

  Управление вектором тяги

  Управление вектором тяги

  отклонение реактивной струи ТРД или струи, образуемой при вращении винта ТВД от направления, соответствующего крейсерскому режиму полёта, для создания дополнительной подъёмной, управляющей или тормозящей силы. У. в. т. применяется для сокращения длины разбега и пробега (СКВП, СВВП), а также при маневрировании в полёте. Отклонение реактивной струи при У. в. т. осуществляется с помощью отклоняющих устройств (ОУ), которые являются элементами конструкции двигателя или самолёта. В СВВП У. в. т. достигается также использованием подъёмных ТРД или вентиляторов, расположенных в фюзеляже или крыле, либо при использовании ТВД поворотом их в вертикальной плоскости.

  ОУ двигателей подразделяются на два типа. К первому относятся поворотные сопла или решётки, выполняющие при крейсерском режиме функции прямого сопла, и плоские сопла с подвижными стенками. ОУ второго типа имеют створки, перекрывающие тракт сопла или установленные за выходным сечением сопла. В этом случае отклонение реактивной струи осуществляется непосредственно створками. К таким ОУ относится реверсивное устройство. ОУ (кроме реверсивных устройств) имеют коэффициент тяги -

  не ниже 0,94-0,96, где Р - тяга, создаваемая ОУ, Рид - идеальная тяга ОУ при том же расходе газа.

  В ОУ самолётов отклонение реактивной струи двигателя осуществляется закрылками: при обдуве струёй закрылка снизу или при обдуве крыла сверху; в последнем случае используется эффект прилипания струи к поверхности (см. Энергетическая механизация крыла).

  Авиация: Энциклопедия. - М.: Большая Российская Энциклопедия.
  Главный редактор Г.П. Свищев.
  1994.

  Словарь — упорядоченный в алфавитном или тематическом порядке список заглавных слов, лексикографически обработанных.
  Словарь — лексикографический продукт, который содержит упорядоченный перечень языковых единиц (слов, словосочетаний и т.п.) с короткими их характеристиками или характеристиками обозначенных ими понятий, или с переводом на другой язык.

  Автомобиль, авто, машина (от греч. Αὐτός — «сам» и лат. Mobilis — «тот, что движется») — самоходная колесная машина, которая приводится в движение установленным на ней двигателем и предназначена для перевозки людей, грузов, буксировки транспортных средств, выполнения специальных работ и перевозки специального оборудования безрельсовыми дорогами. Передвигается преимущественно по суше.

  

  Автомобиль — сложная система, совокупность механизмов и узлов, которые могут выходить из строя. Поэтому автомобили требуют регулярного технического обслуживания. Читайте Как следить по автомобилем?

  Mitsubishi Motors Corporation (яп. 三菱 自動 車 工業 株式会社 Mitsubishi Jidōsha Kōgyō Kabushiki Kaisha) (MMC) — японская автомобилестроительная компания, входит в группу Mitsubishi — крупнейшей производственной группы Японии. Штаб-квартира — в Токио. В 1970 году Mitsubishi Motors была сформирована из подразделения Mitsubishi Heavy Industries.

  

  Дифференциальное уравнение

  Как работает система управления вектором тяги

  Дифференциальное уравнение

  Как работает система управления вектором тяги

  
  Павел Михайлов, опубликовано 02 мая 2017
  

  Фото: Фирмы-производители

  Д ифференциал есть в любом автомобиле, но зачем он нужен? А что такое «активный дифференциал» с функцией torque vectoring — и почему он помогает поворачивать? Давайте выясним!

  В движении все колеса автомобиля вращаются с разной скоростью. Хотя бы потому, что дорога неровная, и если одно из колес наезжает на кочку, то оно проходит большее расстояние, чем все остальные, которые едут по ровной дороге. А в повороте все совсем плохо: каждое из четырех колес едет по собственному радиусу (обратите внимание на следы, оставляемые автомобилями на снегу).

  И если для неведущих колес это не проблема, то с приводными все не так просто. Когда два ведущих колеса соединены жестким валом, то шины будут постоянно пробуксовывать или проскальзывать, а значит, быстро изнашиваться. При этом возрастет расход топлива, да и управляться автомобиль будет хуже. Чтобы избежать этих проблем, автомобили оснащают дифференциалами.

  Изобретателем дифференциала считается французский математик Онесифор Пеккёр, а само событие датируется 1825 годом. Хотя, по некоторым данным, подобное устройство существовало еще в Древнем Риме, но вопрос истории давайте оставим специалистам. В этой статье мы уделим больше внимания относительно молодой системе, известной как torque vectoring, что в переводе с английского значит «управление вектором тяги».

  Для начала стоит разобраться, как вообще работает дифференциал. Он состоит из четырех основных элементов: корпуса, сателлитов, оси сателлитов и шестерен полуосей. Принцип его работы несложен: корпус дифференциала жестко соединен с ведомой шестерней главной передачи, ось сателитов жестко соединена с корпусом. Крутящий момент передается на корпус, от него на ось сателлитов и, соответственно, на сами сателлиты — а те, в свою очередь, передают усилие на шестерни полуосей.

  

  Вспомните, как в детстве на качелях уравновешивали друга такой же комплекции — можно было зависнуть в воздухе, не касаясь земли. В дифференциале шестерни полуосей одинаковые, поэтому плечо силы для левой и правой полуоси тоже одинаковое, а значит, и крутящий момент на левом и правом колесе один и тот же.

  Дифференциал позволяет колесам крутиться в разные стороны друг относительно друга. Попробуйте на подъемнике покрутить одно приводное колесо — второе будет вращаться в обратную сторону. Однако относительно автомобиля эти колеса крутятся в одну сторону — ведь корпус дифференциала тоже вращается! Это как если бы вы шли в автобусе против хода и при этом все равно удалялись от оставшегося на остановке человека. Итак, получается, что два колеса вращаются с одинаковым усилием и имеют возможность делать это с разными скоростями. Максимально наглядно это показано в видеоролике:

  У такой конструкции есть недостаток: на оба колеса приходится одинаковый крутящий момент, а чтобы автомобиль лучше поворачивал, было бы неплохо подать больше крутящего момента на внешнее колесо. Тогда машина при нажатии на газ будет буквально ввинчиваться в поворот — и эффект будет выражен гораздо более ярко, чем на автомобиле с приводом на одну ось и свободным дифференциалом. Но как воплотить такую систему в реальной конструкции?

  Сегодня подобные системы становятся все более популярными. Само словосочетание «torque vectoring» впервые прозвучало в 2006 году, однако подобная система, именуемая Active yaw control, появилась еще на раллийных трассах девяностых: ей был оборудован Mitsubishi Lancer Evolution IV, дебютировавший в 1996 году. Но прежде чем подробно разобраться в устройстве полноценного дифференциала с системой torque vectoring, давайте сначала взглянем на ее упрощенный аналог, используемый в автомобиле Ford Focus RS. Аналогичная система использована в трансмиссии Land Rover Discovery Sport и Cadillac XT5 .

  Система довольно проста — она даже несколько проще, чем традиционный подключаемый полный привод, ведь в ней нет заднего дифференциала. Есть только две муфты, каждая из которых подключает свою полуось. При движении по прямой без скольжений автомобиль остается переднеприводным, задние колеса подключаются только при пробуксовках и в поворотах (в левом вираже — правое заднее колесо, и наоборот). На колесо может приходиться до 100% крутящего момента, идущего на заднюю ось, тем самым система компенсирует возникающую недостаточную поворачиваемось, как бы докручивая автомобиль.

  А как быть, если ведущая ось только одна, и в спокойных режимах обязательно необходим дифференциал, притом открытый, а в повороте хочется подать больше крутящего момента на внешнее колесо, чтобы эффективнее контролировать машину газом, а также уменьшить недостаточную поворачиваемость?

  Такие решения также существуют в современном автопроме. Например, автомобили Lexus RC F и GS F последнего поколения оснащены задним дифференциалом, умеющим распределять момент между левым и правым колесом. У такого узла в заднем редукторе главная передача вращает корпус самого обыкновенного дифференциала, там же стоят две повышающие планетарные передачи, которые с помощью пакета фрикционов могут соединить корпус дифференциала с полуосью. Таким образом, к наружному колесу подводится дополнительный крутящий момент через планетарную передачу, за счет чего и возникает эффект ввинчивания в поворот.

  Аналогичное решение применено и на задней оси полноприводных BMW X6 M и X5 M — как для BMW, так и для Lexus, и для Cadillac с Land Rover систему разработала и производит фирма GKN. Различие по большому счету только в корпусе главной передачи: например, у BMW он алюминиевый, а у Lexus — чугунный. Привод фрикционных муфт обоих производителей механический, осуществляется он одинаковыми муфтами GKN.

  В автомобилях Audi с опциональным спортивным дифференциалом тоже есть подобная система, но здесь не планетарные, а простые зубчатые передачи с внутренним зацеплением. Но принцип работы абсолютно такой же: с помощью пакета фрикционов соединяются две шестерни, и полуось подключается к корпусу дифференциала через повышающую передачу. Для более полного понимания можно посмотреть этот ролик:

  Насколько же велик эффект от использования продвинутых дифференциалов? Американский журнал Car and Driver провел сравнительный тест двух Lexus RC F, один из которых был оснащен системой torque vectoring differential, а второй — обычным «самоблоком». Как результат, более значительные максимальные ускорения, меньший угол поворота руля и лучшее время на круге у автомобиля с активным дифференциалом, характер автомобиля изменился в сторону избыточной поворачиваемости. И радует, что доступна она не только для спортивных автомобилей, но и для для компактного кроссевера Nissan Juke — пусть и в несколько упрощенном варианте.

  Пока не стоит ожидать, что такие системы вытеснят традиционные дифференциалы — ведь они сложнее, дороже и больше нужны активным водителям. Однако с наступлением эры электромобилей появятся широчайшие возможности для управления вектором тяги: ведь если на каждое ведущее колесо приходится свой электромотор, то реализация эффекта torque vectoring станет лишь вопросом программного обеспечения.