Bell XV-3 to amerykański eksperymentalny tiltrotor. Swój pierwszy lot odbył 23 sierpnia 1955 roku. Pierwsze przejście z lotu pionowego do poziomego miało miejsce 18 grudnia 1958 r. W sumie do 1966 roku wykonano ponad 250 lotów testowych, co potwierdziło fundamentalną możliwość stworzenia tiltrotora ze śrubami obrotowymi. Testy tego samolotu uznano za udane, dlatego postanowiono stworzyć na jego podstawie aparat już z silnikami obrotowymi, co doprowadziło do powstania tiltrotora Bell XV-15.
Eksperymentalny Bell XV-3 miał duży kadłub przeznaczony dla 4 pasażerów, stałe skrzydła o rozpiętości 9,54 metra oraz silnik Pratt & Whitney R-985, który rozwijał maksymalną moc 450 KM. Wirnik-śmigło, które znajdowało się na konsoli każdego skrzydła, zostało przeniesione do wymaganej pozycji za pomocą silników elektrycznych: do góry - do lotu pionowego, do przodu - do lotu poziomego.
W celu uzyskania samolotu, który mógłby łączyć cechy samolotu i śmigłowca, podjęto wiele prób stworzenia różnych maszyn wiropłatów, w tym śmigieł obrotowych, które na zachodzie nazywano tiltrotorem, a w naszym kraju - helikopter-samolot. Samoloty te były wyposażone w śmigła obrotowe o dużej średnicy z odchylanymi łopatami i małym obciążeniem na omiatanym obszarze, podobnie jak w śmigłowcach, co zapewniało takim maszynom możliwość wykonywania pionowego startu przy stosunkowo małej mocy zainstalowanego na nich silnika.
Śmigła tiltrotora były napędzane bezpośrednio z silników, które można było zamontować w gondolach, obracając się ze śmigłami, lub z silnika/silników, które znajdowały się w kadłubie samochodu lub w osobnych gondolach, podczas gdy tylko śmigła obracały się, gdy przejście na inny model lotu. Podczas lotu poziomego tiltrotor sterowany był jak samolot - za pomocą zwykłych sterów samolotu, a przy przejściu do lotu pionowego - jak helikopter, za pomocą sterowania ogólnym i cyklicznym skokiem śmigieł. Zakładano, że w przypadku awarii elektrowni, tiltrotory będą mogły lądować jak samolot z planowym i częściowym nachyleniem śmigieł lub, jak helikopter, w trybie autorotacji.
Dzwon przechylny XV-3
Firma Bell od wielu lat prowadzi dużą ilość prac badawczych i eksperymentalnych w zakresie tworzenia tiltrotorów, pracami w tym kierunku kierowali projektanci Arthur Young i Bertrand Kelly, później dołączył do nich Robert Lichten. Na konkursie Armii Amerykańskiej w 1950 roku na najlepszy projekt samolotu dla frontowych służb rozpoznawczych i ratowniczych Bell zaprezentował projekt tiltrotora ze śmigłami uchylnymi. W sumie komisja rozpatrzyła 17 różnych projektów, z których wybrano tylko 3 projekty wiropłatów, w tym projekt konstruktorów firmy „Bell”. W wyniku konkursu przeprowadzonego w 1951 roku Siły Powietrzne USA podpisały z tą firmą kontrakt na budowę dwóch eksperymentalnych przetworników do kolejnych prób w locie pojazdów.
Budowa pierwszego tiltrotora Bell, który początkowo otrzymał oznaczenie Bell XH-33, a później Bell XV-3, opóźniła się, prace zakończono dopiero na początku 1955 roku, a 10 lutego tego samego roku pierwszy oficjalny odbyła się demonstracja nowości. 11 sierpnia 1955 r. miały miejsce pierwsze loty pionowego startu i zawisu, a następnie przejścia do lotu poziomego, gdy pochylenie śmigieł osiągnęło 15 stopni (pilot testowy Floyd Carlson). W kolejnych testach tiltrotora, które odbyły się 25 października 1956 roku w powietrzu na wysokości 60 metrów ze śmigłami pochylonymi o 20 stopni, urządzenie straciło kontrolę na skutek niestabilności mechanicznej i spadło, natomiast Bell XV-3 zniszczony, a pilot testowy Dick Stensbury w wyniku upadku został poważnie ranny.
W związku z katastrofą dalsze testy w locie tiltrotora kontynuowano dopiero w 1958 roku na drugiej instancji Bell XV-3. Początkowo miał śmigła dwułopatowe, ale wkrótce zastąpiono je trójłopatowymi. Po raz pierwszy pełne przejście z lotu pionowego do lotu poziomego z późniejszym lądowaniem pionowym przeprowadzono 18 grudnia 1958 r. W tym locie tiltrotor był kontrolowany przez pilota testowego Billa Quinlena. W kolejnych lotach urządzenie było w stanie osiągnąć prędkość 212 km/h na wysokości 1220 metrów. W 1962 roku jednostka ta została przekazana do dalszych testów w NASA Langley Research Center. W tym centrum Bell XV-3 z powodzeniem latał w trybach pionowych i wykonywał niepełne przejścia do trybu samolotu ze skokiem śmigła 30-40 stopni.
Również tiltrotor był testowany na specjalnym stanowisku, gdzie dokonano pełnego przejścia do trybu lotu „samolotowego”. Przy przejściu z trybu lotu helikopterem na tryb samolotu, śmigła były przechylane o 90 stopni za pomocą przekładni ślimakowej silników elektrycznych. Proces przejścia zwykle trwał tylko 15-20 sekund. W tym samym czasie tiltrotor Bell XV-3 był w stanie kontynuować lot w dowolnym pośrednim położeniu śmigieł podczas przejścia. W sumie ten tiltrotor wykonał ponad 250 lotów testowych i 110 pełnych przejść między trybami lotu, wylatując w tym czasie około 450 godzin. Podczas tych lotów osiągnięto maksymalną prędkość 290 km/h, a także wysokość 3660 metrów. Testy Tiltrotora kontynuowano w 1965 roku, ale już w tunelu aerodynamicznym. Testy te zostały przerwane ze względu na oderwanie się gondoli ze śmigłem i uszkodzenia otrzymane przez Bell XV-3.
Siły Powietrzne i armia amerykańska pokładały bardzo duże nadzieje w rozwoju tego typu samolotów, wierząc, że konwertery najlepiej nadają się do rozpoznania, łączności i działań ratowniczych. Bell stworzył szereg projektów zarówno wojskowych, jak i cywilnych modeli takich wiropłatów. Na kilku z nich zaplanowano montaż dwóch silników turbogazowych umieszczonych w gondolach pod skrzydłem, przy czym maksymalna prędkość miała wynosić około 400 km/h.
Tiltrotor Bell XV-3 miał taki sam układ jak konwencjonalne samoloty. Najprostszy i najbardziej odpowiedni był układ, w którym śmigła znajdowały się na końcach skrzydeł: po ich skręceniu tiltrotor stał się podobny do dwuwirnikowego śmigłowca poprzecznego. Podczas pionowego startu przepływ ze śmigieł był hamowany, dmuchając nad skrzydłem, co było przyczyną utraty śmigieł w ciągu, a maksymalna prędkość tiltrotora była stosunkowo niewielka ze względu na niski stosunek mocy do masy stosunek eksperymentalnego samolotu.
Zewnętrznie eksperymentalny tiltrotor Bell XV-3 to jednopłat z jednym silnikiem i dwoma obrotowymi trzyłopatowymi śmigłami, a także podwoziem płozowym o bardzo prostej konstrukcji, rozstaw podwozia wynosił 2,8 metra. Jednocześnie kadłub samolotu wyróżniał się dobrymi aerodynamicznymi kształtami. W jego dziobie znajdował się kokpit z dużą powierzchnią przeszklenia. W tej kabinie znajdował się pilot, drugi pilot lub obserwator, a także dwóch pasażerów, zamiast nich można było położyć rannego na noszach z sanitariuszem. Skrzydło tiltrotora było proste i miało stosunkowo małą powierzchnię, ponieważ obliczono, że wytwarza siłę nośną tylko przy przelotowej prędkości lotu. Na końcach skrzydła znajdowały się małe gondole z obrotowymi śrubami. Poszycie końcówki skrzydła mogłoby zostać usunięte przez przedstawicieli serwisu technicznego w celu uzyskania dostępu do elementów przekładni. Skrzydło miało również chowane klapy i lotki. Jednostka ogonowa taka sama jak w konwencjonalnych samolotach - ze sterem, z dużym pionowym usterzeniem, na stępce znajdował się statecznik o rozpiętości 4 metrów z windami.
Ze względu na swoją konstrukcję, tiltrotor Bell XV-3 posiadał szereg unikalnych cech operacyjnych. Na przykład nie było przekładni krzyżowej, która była typowa dla samolotów wielosilnikowych. W przypadku awarii elektrowni śmigła Bell XV-3 były automatycznie ustawiane w pozycji pionowej, dzięki czemu tiltrotor mógł opadać w autorotacji jak zwykły helikopter lub konwencjonalny wiatrakowiec. W tym samym czasie śmigła wyginały się do przodu, tworząc ciąg, jednak podczas lotu poziomego część siły nośnej była jednak tworzona przez skrzydło urządzenia.
Najtrudniejszą rzeczą dla inżynierów Bella był dobór śmigieł o optymalnej średnicy dla tiltrotora Bell XV-3. Chodziło o to, że do pionowego startu pojazdu potrzebne były śmigła o dużej średnicy, natomiast w locie poziomym bardziej opłacało się stosować śmigła małe. Ostatecznie kompromisowa średnica obracających się śrub wynosiła 7,6 metra. Śmigła trójłopatowe o tej średnicy znajdowały się w gondolach na końcach skrzydeł. Tuleje śrubowe posiadały przecinające się zawiasy pionowe i poziome umieszczone w odległości 0,44 m od osi obrotu oraz kompensatory wychylenia. Piasty śmigieł zostały pokryte owiewkami. Całkowicie metalowe, klejone ostrza w planie miały prostokątny kształt i geometryczny skręt 20 stopni.
Eksperymentalny tiltrotor Bell XV-3 był napędzany chłodzonym powietrzem silnikiem tłokowym Pratt & Whitney. Był to R-985-AN-1, a silnik miał maksymalną moc 450 KM. przy 2300 obr./min na wysokości 450 metrów i podczas startu. Silnik został zainstalowany w centralnej części kadłuba. Ze względu na niewystarczającą moc elektrowni maksymalna prędkość została ograniczona do 280 km/h, chociaż podczas testów tiltrotor wykazywał większą wartość. Osiągnięcie wyższych prędkości było możliwe dzięki wymianie silnika na mocniejszy. W szczególności planowano zainstalować dwuwałowy GTE Lycoming T-53, który rozwijał moc 825 KM.
Po zakończeniu testów Bell XV-3 nie zrezygnowano z pomysłu tiltrotora w Stanach Zjednoczonych. Po nim narodził się nowy model. Nowy samolot był wyposażony w już wirujące silniki. Otrzymał oznaczenie Bell XV-15 i odbył swój dziewiczy lot w maju 1977 roku. A 19 marca 1989 r. w powietrze wzbił się kołysacz Bell V-22 Osprey, który jest w służbie od 2005 r. Służy w Korpusie Piechoty Morskiej i Dowództwie Operacji Specjalnych Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych. Do 2016 roku zbudowano ponad 300 pojazdów tego typu, a dostawy tych konwerterów do sił zbrojnych USA trwają.
Lotnicze parametry techniczne tiltrotora XV-3:
Wymiary gabarytowe: długość - 9,2 m, wysokość - 4 m, rozpiętość skrzydeł - 9,5 m, średnica śrub obrotowych - 7,6 m.
Masa własna - 1907 kg.
Masa startowa - 2218 kg.
Elektrownia to teatr Pratt Whitney R-985-AN-1 o mocy 450 KM.
Maksymalna prędkość to 290 km/h.
Prędkość przelotowa – 269 km/h.
Zasięg praktyczny - 411 km.
Pułap serwisowy - 4600 m.
Szybkość wznoszenia wynosi 6,3 m/s.
Załoga - 1 osoba.
