Skip to content
R4X Flight Corridor Lab

CONOPS and Flight Modes

8. CONOPS - концепция эксплуатации и полётные режимы

Режимы полёта R4X охватывают весь стандартный профиль, но с некоторыми особенностями из-за применения TVC. Ниже описаны основные фазы и указано, как в них используется (или ограничивается) вектор тяги:

  • Руление: движение по земле на малой скорости осуществляется как у обычного самолёта - с помощью тяги прямых (неотклонённых) двигателей и управляемого переднего колеса. Управление направлением - через носовую стойку и дифференциальный тормоз колес, не через вектор тяги (отклонирование сопел на рулении заблокировано для безопасности наземного персонала и предотвращения повреждений от реактивной струи). Носовые нижние двигатели на рулении работают на пониженной мощности (чтобы струя не била в землю прямо под корпусом). В целом TVC в режиме руления не применяется.

  • Разбег (разгон по ВПП): при начале разбега двигатели выходят на взлётный режим тяги (100% мощности). Сначала сопла находятся в положении, близком к горизонтальному (например, α≈5∘\mathbf{\alpha \approx}\mathbf{5}^{\mathbf{\circ}}вниз), чтобы струи скользили вдоль крыла и создавали небольшую дополнительную прижимную силу для нагружения шасси (улучшается сцепление с ВПП). По мере роста скорости и приближения к скорости отрыва система управления плавно отклоняет сопла вниз на угол αSTOL≈25∘−35∘\mathbf{\alpha}_{\mathbf{STOL}}\mathbf{\approx}\mathbf{25}^{\mathbf{\circ}}\mathbf{-}\mathbf{35}^{\mathbf{\circ}}[16][28]. Именно в этот момент - последние ~2-3 секунды перед отрывом - векторная тяга даёт максимальный эффект: вертикальная составляющая Tv=Tsin⁡α\mathbf{T}_{\mathbf{v}}\mathbf{= T}\mathbf{\sin}\mathbf{\alpha}может достигать ~50-60% от полной тяги[17][29], существенно повышая суммарную подъёмную силу (см. раздел 11). Благодаря этому взлётная скорость может быть меньше, а отрыв происходит раньше. Примечание: Полное отклонение 90° (вертикально вниз) не используется при разбеге[30] - это дало бы максимальный подъём, но полностью обнулило горизонтальное ускорение. Наша цель - частичный поддув: компромисс между подъёмом и разгоном[31][32]. После отрыва от ВПП (когда основное шасси оторвалось) сопла временно могут удерживаться в положении ~30-40° вниз, чтобы дополнительно “подтянуть” самолёт вверх и отдалиться от земли.

  • Взлёт и первоначальный набор высоты: сразу после отрыва R4X переходит во высокоугловой набор - благодаря BWB-схеме аппарат может безопасно брать больший тангаж без риска раннего сваливания (отсутствие классического хвоста уменьшает риск задевания полосы). Двигатели продолжают быть отклонены вниз на угол 30-40°, что даёт и вертикальную тягу, и горизонтальную компоненту для разгона[32][17]. Такой режим напоминает короткий partial powered lift - частично поддерживаемый тягой взлёт. После набора высоты ~50-100 м (и выхода на скорость хотя бы 1.2Vstall\mathbf{1.2}\mathbf{V}_{\mathbf{stall}}) автоматика начинает постепенно выравнивать сопла (уменьшать α\alpha), переводя большую часть тяги в горизонтальную для разгона до безопасных скоростей. К моменту достижения высоты ~500 м сопла уже вернуты близко к 0° (горизонтально), и далее аппарат разгоняется до крейсерской скорости в режиме обычного самолёта. Использование TVC: активно в первые ~10-20 секунд после отрыва, затем убирается. Управление курсом при отрыве - за счёт дифференциального отклонения сопел: система следит, чтобы при возможном порыве ветра или небольшом дисбалансе тяги держать самолёт на осевой линии (подруливая тягой вместо аэродинамического киля)[33][34]. Отказ двигателя на взлёте: описан в разделе 22, но кратко - автоматика мгновенно отклонит оставшиеся двигатели асимметрично для компенсации рыскания[35][36] и даст максимальную тягу на оставшихся.

  • Крейсерский горизонтальный полёт: на крейсерском режиме (M ~0.85, высота ~10-11 км) вектор тяги не применяется, все сопла выставлены в нейтральное положение (0° тангаж, 0° курсовое отклонение)[37][38], струи параллельны корпусу. Управление машиной в крейсерском полёте осуществляется обычными аэродинамическими поверхностями (элевонами и дифференциальным флаппероном) - так, как если бы это был нормальный самолёт. Это важно с точки зрения надёжности: крейсерский полёт - самый длительный этап, и он не требует траты ресурса приводов TVC. Система управления, впрочем, продолжает контролировать курс и крен через микрокоррекции дифференциалом тяги при необходимости: небольшие отклонения β\mathbf{\beta}на 2-3° могут применяться для долговременной балансировки асимметрий (например, при постепенном перераспределении топлива или для компенсации скольжения). Но эти действия незаметны пилоту и происходят плавно.

  • Снижение и заход на посадку: перед снижением двигатели могут быть частично убраны на малый газ для экономии топлива. Однако при выходе на глиссаду и снижении скорости ниже ~250-200 км/ч снова включается режим поддува - сопла плавно отклоняются вниз на угол α≈15∘−30∘\mathbf{\alpha \approx}\mathbf{15}^{\mathbf{\circ}}\mathbf{-}\mathbf{30}^{\mathbf{\circ}}[19], чтобы поддерживать подъёмную силу несущего корпуса и не допустить срыва потока при уменьшении динамического давления. Заход осуществляется по крутой траектории (при необходимости R4X может снижаться под большим углом, используя увеличенную сопротивление при отклонённых соплах как воздушный тормоз). При этом система управления удерживает нужную скорость подхода - возможен автомат тяги (АТО).

  • Посадка (выравнивание и касание): непосредственно перед касанием (на высоте нескольких метров) сопла резко отклоняются вниз на больший угол (30-45°) чтобы гасить скорость снижения - происходит своего рода “опёртое на тягу приземление”, когда часть веса начинает нести двигатель. Это смягчает касание основного шасси. После касания система отклонения быстро переводит струи вперёд-вниз (например, α=135∘, то есть вектор назад-вверх), создавая тем самым обратную горизонтальную тягу - реверс. За счёт этого R4X активно тормозит, снижая пробег. Аналогично, вертикальная составляющая тяги, направленная вверх, нагружает шасси, что позволяет эффективнее тормозить колесами (повышается сила трения). Таким образом, на посадке TVC используется для: а) поддержания подъёмной силы на малой скорости; б) гашения вертикальной скорости при выравнивании; в) реализации реверса тяги после касания. Как только скорость пробега снизится до ~60-80 км/ч, отклонение сопел возвращается к нулю, чтобы струя перестала дуть вперёд (во избежание засоса выхлопа в воздухозаборники). Далее окончательная остановка на рулёжной скорости - тормозами.

  • Уход на второй круг: особый режим, когда при заходе на посадку пилот решает не садиться. В традиционных самолётах - полный режим двигателей и набираем высоту. В случае R4X у пилота (и у автоматики) есть дополнительный инструмент - резким отклонением сопел вниз можно мгновенно увеличить подъёмную силу и толчком “подбросить” самолёт, даже если скорость была близка к сваливанию. Например, на скорости 160 км/ч с $\alpha=0$ подъёмная сила может быть недостаточна, но если мгновенно отклонить сопла на 45°, вертикальная составляющая тяги добавит подъём ~0.7G, и аппарат сможет без потери высоты начать разгон. Поэтому на случай прерванной посадки алгоритм такой: TVC вниз на 45°, режим максимальной тяги, стабилизировать высоту, набрать скорость > 180 км/ч, затем плавно возвращать сопла к 0° для перехода в разгонный набор. Этот сложный переход доверяется только автоматике - предполагается, что пилот на себя берёт лишь решение, а автоматика выполняет (см. раздел 15).

(Таким образом, концепция применения R4X в эксплуатации заключается в том, чтобы обычные режимы (крейсер, плавные манёвры) выполнять традиционными средствами, а сложные режимы (взлёт/посадка, экстренные манёвры) - с помощью активного TVC и автоматического управления. Это позволяет достичь уникальных возможностей (STOL для тяжёлого реактивного самолёта) без чрезмерного усложнения работы экипажа.)