Samoloty pionowego startu i lądowania w lotnictwie są określane skrótem VTOL, czyli Vertical Take Off and Landing. Są to samoloty przystosowane do pionowego startu i lądowania. Bardzo mało statków powietrznych może być określanych w ten sposób. Na przykład śmigłowce lub balony nie należą do tej grupy. Niektóre samoloty zaliczane do grupy VTOL mogą startować również w sposób konwencjonalny, bądź skrócony, przez co można je zaliczać do klasy V/STOL (Vertical/Short Take Off and Landing). Samoloty przystosowane tylko do pionowego startu i lądowania nie mają zazwyczaj podwozia umożliwiającego inny rodzaj tego manewru.
Koncepcja samolotu pionowego startu i lądowania powstała w wyniku strachu przed zniszczeniem przez nieprzyjaciela lotnisk, co uniemożliwiłoby start samolotów oraz, co się z tym bezpośrednio wiąże, walki w powietrzu. Potrzeba posiadania samolotu który nie potrzebuje pasa startowego była więc bardzo wyraźna. Problem został rozwiązany poprzez skonstruowanie samolotów myśliwskich typu VTOL, które nie były wrażliwe na zniszczenia lotnisk.
Koncepcja samolotu pionowego startu i lądowania powstała w wyniku strachu przed zniszczeniem przez nieprzyjaciela lotnisk, co uniemożliwiłoby start samolotów oraz, co się z tym bezpośrednio wiąże, walki w powietrzu. Potrzeba posiadania samolotu który nie potrzebuje pasa startowego była więc bardzo wyraźna. Problem został rozwiązany poprzez skonstruowanie samolotów myśliwskich typu VTOL, które nie były wrażliwe na zniszczenia lotnisk.
Poważnym problemem okazały się wysokie koszty budowy samolotu pionowego startu i lądowania. Były one spowodowane licznymi zagadnieniami technicznymi takimi jak:
- Zapewnienie stateczności i sterowności w trakcie manewrów startu, lądowania oraz etapów przejściowych. Komplikowało to układy sterowania.
- Konieczność zastosowania napędów o dużej mocy w celu utrzymania samolotu w powietrzu. Powoduje to gwałtowny wzrost masy statku powietrznego.
- Pionowy start i lądowanie wiąże się z bardzo dużym zużyciem paliwa.
Samoloty VTOL obecnie używane
Aby nie zanudzać, skupię się jedynie na samolotach obecnie używanych. Konstrukcji historycznych, jest dość dużo, jednak w większości ich życie skończyło się na etapie prototypu...
1. Hawker Siddeley (BAe) Harrier
Pierwsza wersja Harriera powstała na bazie rozwojowej wersji prototypowego samolotu Hawker P.1127, w którym zastosowano po raz pierwszy rozwiązanie wektorowanego ciągu pochodzącego od silnika turbowentylatorowego. Pozwoliło to uzyskać właściwości pionowego startu i lądowania. W trakcie testów opracowano także techniki wykorzystywania wektorowanego ciągu w trakcie lotu poziomego, co umożliwiło wykonywanie niemożliwych manewrów dla konwencjonalnych samolotów.
Najnowocześniejsza wersja Harriera pierwszej generacji została wyposażona w turbowentylowany silnik Rolls-Royce Bristol Pegasus 11 Mk.103 o ciągu 95,6kN. Jest to konstrukcja dwuprzepływowa o stopniu dwuprzepływowości 1.4 oraz dwuwałowa. Sprężarka niskiego ciśnienia (LP) składa się z 3 stopni, natomiast sprężarka wysokiego ciśnienia (HP) jest ośmiostopniowa. Napędzane są one odpowiednio turbinami 2 stopniową niskiego ciśnienia (LP), oraz 2 stopniową wysokiego ciśnienia (HP). Zastosowano pierścieniową komorę spalania wyposażoną w parowniki. Silnik wykorzystuje prosty system wektorowania ciągu za pomocą czterech obrotowych dysz, dzięki czemu możliwe jest korzystanie z ciągu zarówno w celu udźwigu pionowego przy starcie lub lądowaniu jak i napędu samolotu do przodu.
Obecnie jest to samolot stopniowo wycofywany ze służby.
Najnowocześniejsza wersja Harriera pierwszej generacji została wyposażona w turbowentylowany silnik Rolls-Royce Bristol Pegasus 11 Mk.103 o ciągu 95,6kN. Jest to konstrukcja dwuprzepływowa o stopniu dwuprzepływowości 1.4 oraz dwuwałowa. Sprężarka niskiego ciśnienia (LP) składa się z 3 stopni, natomiast sprężarka wysokiego ciśnienia (HP) jest ośmiostopniowa. Napędzane są one odpowiednio turbinami 2 stopniową niskiego ciśnienia (LP), oraz 2 stopniową wysokiego ciśnienia (HP). Zastosowano pierścieniową komorę spalania wyposażoną w parowniki. Silnik wykorzystuje prosty system wektorowania ciągu za pomocą czterech obrotowych dysz, dzięki czemu możliwe jest korzystanie z ciągu zarówno w celu udźwigu pionowego przy starcie lub lądowaniu jak i napędu samolotu do przodu.
Obecnie jest to samolot stopniowo wycofywany ze służby.
Startujący samolot Hawker Siddeley (BAe) Harrier - zdjęcie pixabay
2. Bell-Boeing V-22 Osprey
Nie jest to samolot o napędzie odrzutowym, jednak jak najbardziej spełnia założenia samolotu tylu pionowego startu i lądowania.
V-22 Osprey jest wielozadaniowym samolotem, zaprojektowanym z myślą o połączeniu zalet śmigłowca oraz zasięgu samolotów. W tym celu został on wyposażony w dwa silniki turbośmigłowe Rolls-Royce AE 1107C-Liberty. Są one umieszczone w obrotowych gondolach znajdujących się na końcach skrzydeł. Jest to młoda konstrukcja – pierwszy lot odbył się w 1989 roku, jednak zgodę na produkcję seryjną wydano dopiero w 2005 roku. Jest to pierwszy seryjnie produkowany samolot, w którym zastosowano obracanie całych jednostek napędowych w celu uzyskania wektorowania ciągu.
Start i lądowanie odbywa się tak samo jak w przypadku śmigłowców, w tym celu gondole silnikowe ustawione są pionowo, a wirniki poziomo. Po starcie w ciągu 12 sekund gondole obracają się do pozycji poziomej, co umożliwia poziomy lot samolotu. Osprey może również startować jak samolot skróconego startu i lądowania. W tym celu gondole silnikowe ustawione są pod kątem 45 stopni.
Silnik Rolls-Royce AE 1107C-Liberty jest jednostką dwuwałową wyposażoną w 14 stopniową sprężarkę, chłodzoną pierścieniową komorę spalania, dwustopniową turbinę generatora gazów i dwustopniową turbinę napędową. Zastosowanie samodzielnego układu olejowego pozwala na pracę silnika w pionie. AE 1107C-Liberty jest silnikiem nowej generacji, wyposażony w komponenty wysokiej jakości. Legitymuje się mocą 6150shp (4586kW).
V-22 Osprey jest wielozadaniowym samolotem, zaprojektowanym z myślą o połączeniu zalet śmigłowca oraz zasięgu samolotów. W tym celu został on wyposażony w dwa silniki turbośmigłowe Rolls-Royce AE 1107C-Liberty. Są one umieszczone w obrotowych gondolach znajdujących się na końcach skrzydeł. Jest to młoda konstrukcja – pierwszy lot odbył się w 1989 roku, jednak zgodę na produkcję seryjną wydano dopiero w 2005 roku. Jest to pierwszy seryjnie produkowany samolot, w którym zastosowano obracanie całych jednostek napędowych w celu uzyskania wektorowania ciągu.
Start i lądowanie odbywa się tak samo jak w przypadku śmigłowców, w tym celu gondole silnikowe ustawione są pionowo, a wirniki poziomo. Po starcie w ciągu 12 sekund gondole obracają się do pozycji poziomej, co umożliwia poziomy lot samolotu. Osprey może również startować jak samolot skróconego startu i lądowania. W tym celu gondole silnikowe ustawione są pod kątem 45 stopni.
Silnik Rolls-Royce AE 1107C-Liberty jest jednostką dwuwałową wyposażoną w 14 stopniową sprężarkę, chłodzoną pierścieniową komorę spalania, dwustopniową turbinę generatora gazów i dwustopniową turbinę napędową. Zastosowanie samodzielnego układu olejowego pozwala na pracę silnika w pionie. AE 1107C-Liberty jest silnikiem nowej generacji, wyposażony w komponenty wysokiej jakości. Legitymuje się mocą 6150shp (4586kW).
Bell-Boeing V-22 Osprey - zdjęcie pixabay
3. Lockheed Martin F-35B Lightning II
Jest to samolot skróconego startu i pionowego lądowania (STOVL). Ma być pierwszą seryjnie produkowaną maszyną naddźwiękową posiadającą taką zdolność. W przeciwieństwie do Harriera, F-35B nie jest wyposażony w obrotowe dysze silnika głównego i dysze manewrowe. Zamiast tego została zastosowana nowatorska technologia napędzanego wałem wentylatora, który jest usytuowany poziomo w środkowej części kadłuba. Napęd jest przekazywany za pośrednictwem sprzęgła i przekładni, a sam wentylator posiada dwa przeciwbieżne wirniki. Za ruch pionowy jest odpowiedzialny wentylator oraz główna dysza, co daje razem 186kN ciągu pionowego. Odprowadzenie spalin z głównej dyszy za pomocą specjalnych kanałów odprowadzających je do dysz na skrzydłach i bokach kadłuba odpowiada za stabilizację oraz obracanie samolotu. Aby technologia taka mogła być zastosowana konieczne było użycie silnika, który będzie napędzał dwie turbiny – nośną i napędową.
F-35B napędzany jest przez silnik Pratt & Whitney F135-600 wyposażony w Lift System firmy Rolls-Royce. Zapewnia to następujące parametry ciągu:
F-35B napędzany jest przez silnik Pratt & Whitney F135-600 wyposażony w Lift System firmy Rolls-Royce. Zapewnia to następujące parametry ciągu:
- z dopalaczem: 191,3 kN
- bez dopalacza: 128,1 kN
- wentylator w zawisie: 80 kN
- dysze sterujące: 12 kN
Silnik ten jest dwuwałową konstrukcją wyposażoną w trzystopniowy wentylator (LP) i sześciostopniową sprężarkę (HP). Gorąca część silnika składa się z krótkiej, pierścieniowej komory spalania, jednostopniowej turbiny wysokiego ciśnienia (HP) oraz dwustopniowej turbiny niskiego ciśnienia (LP). Silnik posiada również dopalacz oraz zbieżno-rozbieżną dyszę. Do napędu wentylatora odpowiadającego za ciąg pionowy wykorzystywany jest wał niskiego ciśnienia.
Lockheed Martin F-35 - zdjęcie pixabay
