Эти оригинальные газотурбинные двигатели третьего поколения дали возможность появиться самолетам вертикального взлета и посадки.

В 1950-е годы фронтовая авиация развивалась стремительными темпами: самолеты становились всё быстрее и несли всё большую боевую нагрузку. Но при этом они оказались довольно “капризны” по отношению к местам своего базирования: увеличившиеся скорости привели к тому, что длина разбега взлёте и пробега при посадке тоже выросла. Нужны были длинные взлётно-посадочные полосы протяженностью около двух километров, причем с укрепленным бетонным покрытием - потяжелевшие летательные аппараты могли садиться только на очень прочную поверхность. Всё это делало боевую авиацию уязвимой на аэродромах и других площадках базирования. А массированные удары по ним, как показывал опыт со времен Второй мировой войны, - это проверенный метод завоевания господства в воздухе. При ведении масштабных военных операций появилась полная зависимость авиации от наличия и состояния аэродромной сети. 

Один из вариантов решения проблемы - создание самолетов с крылом изменяемой стреловидности: взлетная и посадочная дистанция сокращалась до 500 м. Но и этого было недостаточно. Достичь требуемой неуязвимости и оперативной гибкости позволила бы технология вертикального взлета и посадки самолета. Газотурбинные двигатели второго поколения дали толчок разработке СВВП - самолетов вертикального взлета и посадки. 

Силовая установка самолета, который способен взлетать без разбега и садиться без пробега, должна была создавать вертикальную составляющую тяги больше его веса. Такие своеобразные условия эксплуатации силовой установки диктуют специфические требования к двигателям. Основные - это минимально возможный удельный вес, максимально возможная объемная тяга и малый удельный расход топлива на режиме маршевого полета. Ещё одно важное условие - скорость истечения газовых струй из двигателей на взлете и при посадке не должна приводить к разрушению аэродромного или палубного покрытия.

Силовые установки для СВВП могут быть едиными - они включают в себя только подъемно-маршевые двигатели. В этом случае изменение вектора тяги достигается поворотом реактивной струи с помощью поворотных реактивных сопел или поворачивающихся двигателей. Другой вариант - составная силовая установка. В ней используется сочетание подъемных двигателей с одним или несколькими маршевыми либо подъемно-маршевыми. Подъемные обеспечивают вертикальный взлет и посадку, маршевые создают горизонтальную тягу непосредственно в полете. Кроме единой и комбинированной, может применяться силовая установка с агрегатами усиления тяги.

За рубежом в середине прошлого века создано много экспериментальных самолетов для проверки разных способов вертикального взлета и посадки. Из западных реактивных СВВП с единой силовой установкой до серийного производства дошел только английский “Харриер”. Это был легкий тактический истребитель (штурмовик). На нём устанавливался один подъемно-маршевый двухконтурный турбореактивный двигатель “Пегас” фирмы “Бристоль-Сиддли” (впоследствии поглощена “Роллс-Ройсом”). 

Двигатель снабжен двумя парами поворотных сопел, которые изменяют направление реактивных струй от вертикальной до горизонтальной. Это позволяет получать нужный вектор тяги на всех этапах полета. “Пегас” не лишен недостатков: его относительно малая лобовая тяга препятствует достижению сверхзвуковой скорости, а больший, чем требуется на некоторых режимах, размер приводит к увеличению удельного расхода топлива в крейсерском полете. С другой стороны, двигатель придает высокую тяговооруженность самолету, что позволяет вести маневренный воздушный бой, причем продолжительное время и на предельных перегрузках.

“Харриер” в различных модификациях используется в ВВС и ВМС Великобритании, корпусе морской пехоты США, палубной авиации Испании и некоторых других стран. Сейчас это единственный в мире эксплуатируемый реактивный самолет вертикального взлета и посадки.

Исследование режимов вертикального взлета в Советском Союзе начали проводить на летающем стенде “Турболет” в 1954 году. Создали его конструкторы ЛИИ им. М.М. Громова под руководством А.Н. Рафаэлянца. На “Турболете” установили одну из модификаций двигателя АМ-5 конструкторского бюро С.К. Туманского. Изучали приспособление систем ТРД к работе при вертикальном расположении его продольной оси и другие особенности, связанные с использованием на летающем аппарате вертикального взлета и посадки.

В 1960 году советская делегация во главе с генеральным конструктором А.С. Яковлевым посетила авиационную выставку в Фарнборо (Англия). Там он увидел экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки “Шорт” SC.1 с составной силовой установкой. По-видимому Александр Сергеевич был вдохновлен идеей СВВП. В своих воспоминаниях он писал: “Это ещё только один из первых экспериментальных самолетов, и он далек от вертикально взлетающего самолета будущего. Если проблема вертикального взлета и посадки, над которой работают конструкторы многих стран, будет решена успешно, то это повлияет на дальнейшее развитие как военной, так и гражданской авиации. Современным скоростным самолетам станут доступны самые глухие уголки земли”.

Своё предложение создать боевой самолет вертикального взлета и посадки А.С. Яковлев высказал председателю военно-промышленной комиссии Д.Ф. Устинову. Инициативу поддержали, и 30 октября 1961 года вышло правительственное постановление о разработке одноместного опытного прототипа истребителя-бомбардировщика ВВП. Самолет должен был развивать максимальную скорость 1100-1200 км/ч на высоте 1000 метров. Взлетный вес предусматривался не выше 9150 кг. Руководителем проекта стал заместитель Яковлева С.Г. Мордвинов.

Эта машина, получившая название Як-36, практически сразу создавалась как экспериментальная, не предназначенная для боевого использования. Совершенно новая концепция самолета, которому ещё не было даже отдаленных аналогов в отечественном авиастроении, приносила с собой множество новых технических вопросов. Так, для того, чтобы придать самолету устойчивости на режимах вертикального взлета и посадки, конструкторы смонтировали струйные рули в хвостовой части фюзеляжа и на концах крыла. Воздух к ним подавался от компрессора двигателя. Ещё один струйный руль, носовой, вынесли вперед на длинной штанге. На Западе потом строили догадки о предназначении этой штанги и предположили, что она сделана для таранных ударов по самолетам противника. Чтобы обезопасить пилота в ситуациях, которые ещё невозможно точно спрогнозировать, самолет снабдили устройством принудительного катапультирования, которого не было ни на одном иностранном СВВП.

Силовая установка Як-36 была единой и состояла из двух подъемно-маршевых двигателей с поворотными соплами. “А.С. Яковлев, большинство реактивных самолетов которого оснащалось двигателями, созданными в ОКБ-300, предложил именно С.К. Туманскому разработать необходимый ему ТРД, - пишет Л.П. Берне. - Создание специального двигателя, такого как у ”Харриера", потребовало бы не менее 8… 10 лет. В связи с этим Сергей Константинович предложил альтернативное решение: переделать в двигатель СВВП одну из модификаций двигателя Р11-300".

Этот ТРД получил обозначение Р27-300. Он не имел форсажного режима, а на взлетном развивал тягу 5300 кгс. В связи с тем, что 10% от максимального расхода воздуха через двигатель отбиралось на струйное управление самолетом, конструкторам пришлось провести дополнительные работы. Диаметр входа в двигатель увеличили с 678 мм (у прототипа Р11-300) до 810 мм и таким образом повысили расход воздуха с 65 до 85 кг/с. Двигатель расположили в носовой части фюзеляжа так, чтобы их сопла были вблизи центра тяжести машины.

Четыре экземпляра Як-36 были готовы к весне 1963 года, и начались их испытания. Они велись очень осторожно, “маленькими шажками”. Ведущим летчиком был Ю.А. Гарнаев, участвовавший ещё в опытах с “Турболетом”, его дублером - В.Г. Мухин. Сначала самолет поднимался на высоту не более метра, совершая подскоки на привязи. “Сразу выяснилось неприятное обстоятельство, обусловленное выбором компоновочной схемы силовой установки Як-36, - пишет Л.П. Берне. - При вертикальном взлёте реактивные струи двигателя, ударяясь о земную поверхность, отражались от неё и формировали мощный продольный вал горячих газов. Половина из них уходила в хвостовую часть, что было безвредно, но другая половина, ориентированная вперед, попадала непосредственно на вход в двигатели. Неравномерность температурного поля на входе в компрессор достигала критического значения, и устойчивая работа двигателя нарушалась”. Целый год ушел на поиск решения этой проблемы. В результате на самолете, в носовой части и перед соплами двигателей, появились газоотражающие щитки, а также специальное устройство для создания газоструйной завесы. Так воздухозаборники удалось защитить от горячих выхлопных газов, отражающихся от земли при вертикальном взлёте, и двигатели стали работать более устойчиво.

Добиться управляемости самолета получилось далеко не сразу. “Бывало, многотонная машина раскачивалась над аэродромом как маятник, почти не поддавался воле пилота”, - вспоминает Л.П. Берне. Только спустя год после постройки самолетов начались их первые свободные полеты, но пока с обычным разбегом и пробегом - чтобы проверить , как Як-36 ведет себя в воздухе. Ещё через два месяца состоялось первое свободное висение. Самолету удавалось неподвижно застывать над землей в горизонтальном положении.

7 февраля 1966 года Як-36 взлетел вертикально, совершил запланированный полет и произвел посадку по-самолетному. А 24 марта он осуществил то, ради чего и задумывался: вертикальный взлет и посадку. Эту дату называют днём рождения первого отечественного СВВП.

Звёздным часом Як-36 стал авиационный парад в Домодедово в 1967 году. Способность вертикально взлетать и садиться воспринималась тогда зрителями как чудо. “Сотни тысяч москвичей, гости из разных городов Союза приехали посмотреть на новейшие достижения советской авиационной техники и мастерство наших летчиков, - вспоминает сотрудник конструкторского бюро Яковлева В. Власов. - <…> Но вот наступает самая волнительная минута, диктор объявляет: ”Внимание! К полету готовится самолет вертикального взлета и посадки. Его пилотирует Герой Советского Союза летчик Мухин". Взоры десятков тысяч людей приковал небольшой серебристый самолет. В отличие от зрителей, мы, участники этого показа, с огромным волнением “прокручивали” в голове каждое действие летчика, по звуку работы двигателя определяя, что же должно произойти в следующую секунду, мучительно повторяя одни и те же слова: “Ну не подведи, много раз проверенная техника!” И она не подвела! Самолет без разбега, вертикально, будто вертолет, поднялся и завис в воздухе. Набрав высоту около 50 м, он постепенно начал разгоняться и, убрав шасси, на огромной скорости, промчался над трибунами. Молниеносно совершив круг, машина начала торможение, летчик выпустил шасси. Подойдя к месту посадки, самолет завис на мгновение на высоте 40-50 м, сделал разворот примерно на 180 градусов и, снижаясь, вертикально плавно приземлился точно на своё место, откуда взлетал, без пробега. Шквал аплодисментов раздался над летным полем".

Самолет демонстрировался с подвешенными блоками для неуправляемых авиационных ракет, но на самом деле это была лишь имитация. Як-36 имел резерв полезной нагрузки всего в 500 кг, а это слишком мало для того, чтобы разместить средства поражения. Все специалисты понимали, что эта машина не обладает реальной боевой мощью. Одна из главных причин - в силовой установке. Её схема с существующими двигателями оказалась не оптимальной. Два подъемно-маршевых Р27-300 общим весом около 2800 кг работали на 100% только при взлете и посадке, а на обычных режимах использовались лишь на 60-70%.

Однако успешная демонстрация самолета подтвердила, что создание реактивного самолета вертикального взлета и посадки в СССР вполне реально. Присутствовавший на параде Главнокомандующий ВМФ С.Г. Горшков, как отмечает Л.П. Берне, “пришел к убеждению, что есть все основания для ”продавливания" через Генштаб мечты многих советских флотоводцев послевоенной поры - создание отечественных авианесущих кораблей". Такими самолетами могли вооружаться противолодочные крейсеры типа “Москва”, на которых изначально предполагалось базирование только вертолетов. Было разрешено и строительство крейсеров нового типа “Киев”. С.Г. Горшков обратился к А.С. Яковлеву с настойчивой просьбой создать боевой самолет вертикального взлета и посадки для флота. И хотя поначалу проект назвали “Як-36М”, в сущности это была совершенно другая машина.

Главное отличие - в схеме силовой установки, которая стала абсолютно другой. К этому решению пришли после напряженных дискуссий. Сам А.С. Яковлев считал, что компоновку силовой установки нужно оставить прежней - единой, как у английского “Харриера”. Но в таком случае требовался новый двигатель со значительно лучшими параметрами. На его разработку ушло бы слишком много времени. С.Г. Мордовин предложил оригинальную компоновку - комбинированную, в которой использовались несколько подъемных двигателей и подъемно-маршевый с поворотным реактивным соплом. У этой схемы тоже были свои недостатки, но она позволяла сделать самолет быстрее и с меньшими затратами. Мордовин провел необходимые расчеты, подготовил эскизный проект, и Министерство авиационной промышленности его одобрило.

27 декабря 1967 года вышло постановление Совмина о создании легкого штурмовика вертикального взлета и посадки Як-36М с более мощным подъемно-маршевым двигателем Р27В-300 С.К. Туманского и двумя подъемными РД36-35ФВ конструкции рыбинского ОКБ-36 (главный конструктор - П.А. Колесов). Предусматривалась также постройка учебно-боевого самолета и в будущем - истребителя дозвуковых воздушных целей. Подготовка постановления, как пишет В. Абидин “была ускорена арабо-израильской войной в июне 1967 г., когда за несколько первых часов агрессии израильским ВВС удалось массированными ударами по аэродромам уничтожить на них несколько сотен боевых самолетов арабских государств. Военные справедливо полагали, что в условиях современной войны оставаться боеспособными могут только СВВП”.

Почти год разрабатывались тактико-технические требования к самолету. Он был предназначен для нанесения ударов по наземным и морским целям в простых метеоусловиях на дальности до 150 км от линии фронта, для уничтожения надводных кораблей и береговых объектов в морских операциях и ведения визуальной воздушной разведки.

Первый экспериментальный экземпляр Як-36М был построен весной 1970 года. На создание подъемно-маршевого двигателя Р27В-300 отвели меньше двух лет. В ОКБ “Союз” во главе с С.К. Туманским взяли за основу двухкаскадный одноконтурный двигатель Р27Ф2-300, который разрабатывался для истребителя МиГ. Поскольку новая модификация должна была эксплуатироваться в экстремальных условиях по уровню неравномерности температур и пульсация воздушного потока на входе в воздухозаборник, требовалось доработать компрессор, обеспечив ему высокую газодинамическую устойчивость. Конструктивная схема компрессора осталась такой же, как у прототипа - пять ступеней низкого давления и шесть ступеней высокого давления. Над лопатками первой ступени ротора установлено устройство циркуляционного перепуска, рабочие лопатки первой и второй ступеней - с бандажными полками. Как и у Р27-300, камера сгорания - кольцевого типа. Турбина двухступенчатая с охлаждаемыми сопловыми аппаратами и лопатками первой ступени. Причем на крейсерских режимах охлаждение турбины отключалось, что повышало экономичность двигателя.

“Оригинальное криволинейное реактивное сопло раздваивалось на два поворотных сужающихся насадка, задававших горизонтальное и вертикальное направление реактивной струе, - пишет Л.П. Берне. - Насадки приводились во вращение двумя гидравлическими двигателями с рессорной синхронизацией. Впервые в качестве рабочего тела гидросистемы было применено реактивное топливо - керосин. Управление поворотом сопел осуществляла электронная система, которую Туманский предпочел традиционным для двигателистов механическим регуляторам. Летчик имел возможность зафиксировать сопло в любом промежуточном положении”.

Подъемно-маршевый и подъемные двигатели конструкторы самолета установили по разные стороны от центра тяжести. Это было необычным решением, но оно позволило в будущем создать более совершенную сверхзвуковую модификацию СВВП (Як-41), правда оставшуюся опытной.

Испытания первого опытного Як-36М начались в мае 1970 года. В сентябре летчик В.Г. Мухин впервые поднял машину на высоту около метра от земли, выполнив свободное висение. Уже тогда выявились проблемы с устойчивостью самолета, и пришлось переделать всю систему струйного управления: увеличили расход воздуха и установили ещё одни сопла на концах крыла. Также выяснилось, что на режиме висения сильно снижается тяга силовой установки (почти на 800 кгс) из-за подсоса выхлопных газов в воздухозаборники. Чтобы устранить эту проблему, под фюзеляжем установили специальные дюралюминиевые ребра, а сопло первого подъемного двигателя повернули на 15 градусов.

2 декабря 1970 года Як-36М совершил полет по самолетному, с обычным взлетом и посадкой. А 25 февраля 1972 года летчик-испытатель М.С. Дексбах осуществил полет по полному профилю, подняв и посадив самолет вертикально. Затем Як-36М передали на государственные испытания, которые проходили в открытом море в Крыму. Площадкой для взлета и посадки самолета стал крейсер “Москва”.

По итогам госиспытаний, завершившихся в 1974 году, Як-36М был рекомендован для эксплуатации в строевых частях и для испытаний нового авианесущего крейсера. К тому времени на Саратовском авиазаводе уже были изготовлены первые три серийные машины. В 1977 году под наименованием Як-38 этот самолет официально приняли на вооружение, а годом позже был принят его двухместный учебно-тренировочный вариант Як-38У.

Як-38 мог развивать высокие околозвуковые скорости, но не преодолевал сверхзвуковой барьер. Не обладал он и большой дальностью полета. Зато стал самым безопасным в мире СВВП. Уровень спасаемости экипажа в ОКБ Яковлева считался важнейшим критерием при создании новых машин. Правда достигалось это не столько благодаря технической надежностью планера и силовой установки, сколько применением специальных средств экстренного спасения. Так, система принудительного катапультирования за время эксплуатации Як-38 и его модификаций обеспечила спасение летчиков во всех 19 случаях её включения на режимах вертикального взлета и посадки и укороченного разбега.

Весной 1980 года четыре серийных Як-38 проходили испытания в Афганистане в условиях боевых действий. Они выполнили больше ста полетов и в целом показали неплохие результаты. По результатам этих полетов специалисты НИИ ВВС сделали вывод о преимуществах Су-25 по сравнению с Як-38. Самолет вертикального взлета и посадки не был принят на вооружение Военно-воздушных сил, оставшись представителем палубной авиации.

Испытания в высокогорной жаркой местности показали, что взлетный вес и полезная нагрузка Як-38 зависят от температуры наружного воздуха. Чем она выше, тем больше ограничений по взлетному весу. Выход нашли в том, что взлет стали выполнять не вертикальным, а с коротким разбегом, с поворотом сопел подъемно-маршевого двигателя на 25 градусов от вертикали. Это позволило добавить около тонны полезной нагрузки и увеличить радиус действия самолета.

Во время отработки короткого разбега произошла катастрофа. В сентябре 1980 года в Южно-Китайском море при взлете с палубы авианесущего крейсера “Минск” погиб летчик-испытатель О.Г. Кононенко. “Оторвавшись от палубы, самолет резко просел, ударился колесами о край палубы и упал в воду. Летчик до конца пытался спасти самолет и попыток катапультироваться не предпринимал. Самолет Як-38 затонул вместе с летчиком. Через некоторое время Як-38 вместе с останками летчика был найден и поднят с глубины 98 метров. Причиной катастрофы был неперевод сопел ПМД в положение 25 градусов” - рассказывают А Чечин и Н. Околелов. После этого была разработана специальная система автоматического поворота сопла подъемно-маршевого двигателя.

Серийные Як-38 совершенствовались от машины к машине. Но грузоподъемность и дальность полета всё равно оставались невелики. Всё упиралось в недостаточную тягу и экономичность силовой установки.

В 1983 году прошел испытания модернизированный Як-38М с новыми двигателями. Подъемно-маршевый Р27В-300 заменили на Р28В-300 (изделие 49) с увеличенной до 6800 кгс тягой (на 700 кгс). Однако удельный расход топлива силовой установки тоже вырос, что не позволило самолету получить все желаемые характеристики. Тем не менее вооружение Як-38М удалось дополнить ракетами воздух-поверхность и бомбовыми кассетами. Он начал поступать на флот.

Последний и самый совершенный подъемно-маршевый двигатель Р28В-300 имел ряд отличий от своих предшественников. Как и на всех двигателях ОКБ-300, наследниках схемы АМ-11, на Р28В-300 установлен осевой двухроторный компрессор, каждый из каскадов которого приводится во вращение одноступенчатыми турбинами. Количество ступеней осталось прежним - пять на компрессоре низкого давления и шесть на компрессоре высокого давления.

Конструкция роторов высокого и низкого давления во многом подобна примененной на двигателе Р29-300, но детали имеют несколько отличную, облегченную конфигурацию. Крутящий момент от вала ротора высокого давления к дискам передается через шлицевое соединение вала с диском десятой ступени вместо штифтов. Охлаждение лопаток сопловых аппаратов турбин конвективное, в них установлено по одному дефлектору. На диске первой ступени турбины закреплен штифтами вращающийся экран.

Система управления подачей воздуха на охлаждение отличается от примененной на Р29-300 конструктивным исполнением. Специальная заслонка, поворачиваясь вокруг оси двигателя с помощью механизма управления, открывает или закрывает отверстия для подачи воздуха на охлаждение пера лопаток первого соплового аппарата (воздух идет по трубам) и рабочей лопатки (через щели между экраном диска и отверстия в самом диске). Эта заслонка представляет собой подвижную внутреннюю обойму шарикоподшипника Г-образной формы. Когда она закрывает отверстия, воздух всё равно частично поступает в полости охлаждения через зазоры между заслонкой и опорой, что обеспечивает уменьшение расхода топлива на крейсерских режимах работы двигателя.

На охлаждение лопаток соплового аппарата второй ступени воздух поступает из полости камеры сгорания напрямую без регулирования. Диффузорная проставка служит для организации потока за турбиной и некоторого снижения скорости газа перед поворотом в выхлопном патрубке. К заднему фланцу диффузорной проставки крепится болтами выхлопной патрубок с реактивным соплом.

В начале 1990-х годов от применения Як-38 и его модификаций отказались. Из-за экономического кризиса после распада СССР прекратилось финансирование перспективных программ по созданию сверхзвуковых самолетов вертикального взлета и посадки. Причем одна из них - проект Як-41 - уже находилась на этапе летных испытаний, во время которых было установлено 12 мировых рекордов скороподъемности. О современных разработках отечественных СВВП ничего не известно.