Конвертоплан (также Винтоплан) — винтокрылый летательный аппарат с поворотными двигателями (как, правило, винтовыми), которые на взлёте и при посадке работают как несущие винты, а в горизонтальном полёте — как тянущие или толкающие; при этом подъёмная сила обеспечивается крылом самолётного типа.
У конвертоплана (винтоплана) обычно двигатели поворачиваются вместе с винтами, но могут поворачиваться одни лишь винты. Функционально такая конструкция близка к самолёту вертикального взлёта и посадки (СВВП).
Иногда конвертопланы по ошибке относят к винтокрыламЛетательные аппараты схожие по принципу полёта, но не являющиеся конвертопланами (винтопланами)., что неверно, так как у винтокрыла есть один или несколько воздушных винтов, независимых от системы несущего винта(-ов).
В конвертопланах используются легконагруженные низкооборотные винты, близкие к вертолётным и позволяющие аппарату лететь в вертолётном режиме — при малом углу поворота винтов. Большие винты конвертоплана, сравнимые с размахом крыла, помогают ему при вертикальном взлёте, однако в горизонтальном полёте они становятся менее эффективными по сравнению с винтами меньшего диаметра традиционного самолёта.
Также не стоит путать конвертоплан с поворотной механикой и аэрогибрид с фиксированной механикой (например quadplane — гибрид квадрокоптера и самолета). Все аэрогибриды являются менее эффективным решением по сравнению с конвертопланами, так при сопоставимых размерах и схемах конвертопланы могут превосходить аэрогибриды почти в 10 раз.
В настоящее время в США эксплуатируется серийно производимый конвертоплан V-22 Osprey с полётной массой 27,4 т и максимальной скоростью полёта в самолётном режиме 509 км/ч, а в вертолётном режиме 185 км/ч.
Первые модели В предвоенные годы в СССР в Военно-воздушной инженерной академии и Московском авиационном институте под руководством Бориса Юрьева (автора вертолётного автомата перекоса) было выдвинуто множество концептуальных проектов «геликоптеров-аэропланов», включая как проекты различных конвертопланов, так и проекты разнообразных летающих тарелок (что любопытно, свой первый проект летающей тарелки Юрьев выдвинул ещё в 1921 году). Однако, среди всех этих проектов «геликоптеров-аэропланов» в основном преобладали популярные в то время проекты самолётов с вертикальным взлётным положением (то есть перед взлётом самолёт повёрнут на 90° вертикально, затем он, взлетев по-вертолётному, разворачивается на 90 градусов и летит по-самолётному). Что касается конвертопланов, то в качестве примера проектов Юрьева можно привести концепт биплана схемы тандем, между крыльями которого должна была находиться пара поворотных винтов.
Имелся также и проект винтокрыла в буквальном смысле этого слова, который должен был иметь несущие винты, расположенные внутри крыла (аналогично несущие винты располагались у реактивного Райан — Дженерал Электрик XV-5), но это больше экзотика и в современных реалиях уже не относится к конвертопланам. Наиболее близким к классическим конвертопланам был проект 1934 года — истребитель «Сокол» с поворотным крылом и парой винтов в гондолах, иными словами имеющий классический вид как и для тилтвинга, так и для истребителей той эпохи (за исключением гондол на концах крыла и отсутствия винта на носу, внешне похожий на Ла-5). Что любопытно, несмотря на классическую внешность, гондолы по проекту не несли двигателей, а двигатель (несмотря на внешность истребителя той эпохи) должен был располагаться за спиной у лётчика. Ни один из проектов «геликоптеров-аэропланов» Юрьева так и не был воплощён, и в лучшем случае проекты доходили лишь до обдувки макетов в аэродинамической трубеЕвгений Иванович Рукжницкий «Европейские самолёты вертикального взлёта» — Издательство «Астрель» ISBN 5-271-00863-0 и Издательство «АСТ» ISBN 5-17-002848-2, 2000 год. В послевоенные годы Юрьев и его студенты продолжили работы по созданию концептов, но, как и в предвоенные годы, ни один проект так и не был воплощён.
Самым первым детально разработанным проектом конвертоплана являлся P.1003 фирмы «Вессерфлюг», разработанный в Германии в 1938 году конструкторами Рорбахом и Симоном. Согласно проекту предполагалось создать двукрылый конвертоплан с поворотным крылом (точнее, должны были поворачиваться только концы крыла при неподвижной середине). Однако в связи с начавшейся на следующий год войной проект так и не был осуществлён. Второй детально разработанный проект конвертоплана в той же Германии не был осуществлён уже по причине окончания войны. Так как фирмы Фокке и Ахгелис намеревались построить свой Fa-269 в качестве вундерваффе. Согласно этому проекту, конвертоплан должен был иметь «толкающие (а не тянущие, как в классических проектах конвертоплана) трёхлопастные винты, которые благодаря очень высокому шасси могли бы поворачиваться вниз при взлёте. Что любопытно, предполагалось наличие только одного (но очень мощного) двигателя, который должен был располагаться в фюзеляже, а внутри каждого крыла должна была проходить трансмиссия, ведущая к поворотному винту».
Другие нереализованные проекты вундерваффе с вертолётным взлётом от Хейнкеля — Wespe и Lerche не имели ни поворотных винтов, ни поворотных крыльев, а должны были взлетать и садиться по-вертолётному благодаря вертикальному положению фюзеляжа при взлёте. Оба проекта отличались лишь массой и габаритами, и имели аналогичную конструкцию из разрезанного пополам корпуса, в середине которого должна была находиться пара винтов, заключённых внутрь одного кольцевого крыла. С вертикальным фюзеляжем должен был взлетать и садиться также и крайне оригинальный нереализованный проект вундерваффе — Tribflügel от Фокке-Вульфа, имеющий вращающееся крыло Y-образной формы, одновременно являющееся и трёхлопастным воздушным винтом, вращающимся не от поршневого, а реактивного двигателя, подобно бенгальскому колесу. Что любопытно, у Хейнкеля, имелся аналогичный проект вундерваффе — Ypsilon, отличавшийся от Фокке-Вульф Tribflügel лишь тем, что его крыло не вращалось (то есть в отличие от Фокке-Вульфа — это должен был быть не винтокрыл в буквальном смысле этого слова, а просто реактивный самолёт с вертикальным взлётом).
К конвертопланам можно отнести знаменитый английский преобразуемый вертолёт «Ротодайн», способный с помощью двух тянущих турбовинтовых двигателей переходить в режим авторотации несущего винта, при взлёте работающего как вертолётный; он развивал рекордную для винтокрылых аппаратов скорость в 400 км/ч. В 1958 году этот аппарат был представлен на авиасалоне в Фарнборо.
В конце 2010-х ВДВ РФ прорабатывали возможность применения конвертопланов для доставки десантников на поле боя.В России создадут десантный конвертоплан // Известия, 4 сентября 2018
Конвертоплан с поворотными винтами
Конвертоплан с поворотными винтами — тилтротор — летательный аппарат, совмещающий вертикальный взлёт-посадку по вертолётному принципу с перемещением со скоростью турбовинтового самолёта.
Обычно поворотными являются не сами винты, а гондолы с винтами и двигателями (как у Bell V-22 Osprey), но встречаются также и конструкции, у которых поворачиваются только винты, а двигатели (например, расположенные в фюзеляже) остаются неподвижными. Примером винтокрыла, у которого поворачиваются только винты, является Bell XV-3.
Термин «тилтротор» не является эквивалентом конвертоплану, поскольку является конкретной схемой реализации конвертоплана, но на текущий момент схема с поворотными мото-гондоллами или непосредственно самими винтами приобрела наибольшую популярность, как более оптимальное и надёжное решение.
Конвертоплан с поворотным крылом
Существует вариант конвертоплана, называемый конвертоплан с поворотным крылом — тилтвинг (от — «наклонять», и — «крыло»), когда поворачивается всё крыло, а не только законцовки, как у тилтротора.
Недостатком поворотного крыла является большая сложность, достоинством же то, что при вертикальном взлёте крылья не затеняют воздушный поток от винтов (увеличивая тем самым эффективность работы винтов).
Конвертоплан с винтами в кольцевых каналах
Самолёты с вертикальной (или укороченной) взлёт-посадкой с винтами в кольцевых каналах могут относиться как к имеющим поворотные винты, так и к имеющим поворотное крыло.
Особенностью же их является то что винты расположены внутри особого кольца, которое иногда называется «кольцевым» крылом, в авиамоделировании же такой винт в кольцевом канале часто называется термином «вентиляторный движитель» (в авиамоделировании такой винт обычно прячут внутри макета реактивного двигателя). Данный тип движителя обладает очень высокой скоростью отбрасываемого винтом воздушного потока, что позволяет обойтись очень маленькими крылышками, обеспечивая высокую компактность конвертоплана. Это же достоинство оборачивается серьёзным недостатком при выполнении функций вертолёта, вследствие чего финансирование разработок подобных конвертопланов прекращалось, как только речь заходила об их способности полностью заменить вертолёт.
Примерами подобных конвертопланов являются Bell X-22A, Doak VZ-4 и Nord 500.Е. И. Рукжницкий. Европейские самолёты вертикального взлёта. — М.: «Астрель»; «АСТ», 2000. — ISBN 5-271-00863-0, ISBN 5-17-002848-2.
СВВП с вертикальным положением
Самолёт вертикального взлёта и посадки с вертикальным положением корпуса — тейлситтер (от — «хвост» и — «сидящий») — вариант компоновки СВВП. Такой самолёт осуществляет взлёт и посадку на свой хвост подобно взлёту и посадке вертолёта, а затем переходит в горизонтальный «самолётный» полёт. Несмотря на невозможность посадки «по самолётному», конвертопланом не является, так как при переходе в горизонтальный режим полёта не происходит поворота винтов относительно крыла и фюзеляжа летательного аппарата. Сложность схемы состоит в организации управления на режимах вертикального и горизонтального полётов, а также переходных — лётчику сложно сориентироваться, потому как одни и те же органы управления выполняют разные функции на разных режимах, кроме того, затруднён обзор при вертикальных режимах. Тем не менее, отсутствие больших поворотных частей, а также единая силовая установка для режимов вертикального и горизонтального полёта позволяли упростить конструкцию аппарата, и эта схема долгое время была популярна у конструкторов. Данную схему использовали как реактивные, так и винтовые СВВП. Немногие построенные по этой схеме СВВП так и остались экспериментальными прототипами.
СВВП со складывающимся несущим винтом