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Cloche XV-3

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Cloche XV-3

Le Bell XV-3 (modèle 200) était un convertiplane propulsé par des rotors montés à l'extrémité des ailes, qui pouvaient basculer entre les positions verticale et horizontale. Bien qu'il ait été produit dans les années 1950, il s'agissait également d'une première étape du développement du Bell Boeing V-22 Osprey, qui est entré en développement dans les années 1980 et en service dans les années 2000.

En 1950, l'armée américaine a lancé un concours de conception pour un convertiplane fonctionnel - quelque chose qui combinerait les capacités VTOL de l'hélicoptère et les capacités de vitesse de niveau d'un avion conventionnel. En 1951, Bell a reçu un contrat pour produire leur conception. La phase I, qui a commencé en mai 1941, couvrait les problèmes théoriques et techniques. Cela a été suivi par la phase II, qui couvrait la production d'un prototype de la conception de Bell, avec la désignation XH-33-BF. Cela a ensuite été changé en XV-3-BF.

La première maquette du Bell Model 200 a été achevée en juin 1952, de même qu'un modèle à l'échelle quart pour les essais en soufflerie. Celles-ci durèrent de juin à novembre 1952, et en octobre 1953 un contrat fut attribué pour la production de deux prototypes.

Le modèle 200 avait un fuselage d'avion conventionnel, mais avec une section avant fortement vitrée qui ressemblait davantage à un hélicoptère. Un seul moteur radial neuf cylindres Pratt & Whitney R-985-AN-3 de 450 ch était monté derrière le cockpit, avec sa prise d'air au-dessus du fuselage. Cela propulsait deux rotors, un au bout de chaque aile. Les ensembles rotors pouvaient tourner de la position horizontale à une position presque horizontale en 10 à 15 secondes. L'idée était d'utiliser un gain de hauteur suffisant avec eux en position verticale pour permettre toute perte de portance pendant que la vitesse d'avancement était gagnée. Une fois les rotors en position horizontale, un mécanisme d'engrenage serait engagé pour réduire la vitesse du rotor. Si les moteurs tombaient en panne, les rotors pouvaient être remis manuellement en position verticale pour permettre un atterrissage normal en autorotation de l'hélicoptère.

Le premier prototype a été achevé en janvier 1955, et une série d'essais de tourbillonnement du rotor et d'essais au sol statique a commencé, qui a duré jusqu'à la fin de 1955. Cette période a également vu l'avion effectuer son premier vol, un essai en vol stationnaire le 23 août 1955. Essais en vol s'est poursuivie jusqu'au 23 août 1956, date à laquelle l'avion a été endommagé lors d'un atterrissage forcé.

Le deuxième prototype a été achevé en avril 1955. Il avait des rotors à deux pales, qui ont été installés en janvier 1958. L'avion a été utilisé pour des essais en tunnel de voilure à grande échelle en octobre 1958, avant que le 18 décembre 1958, l'avion ne fasse enfin sa première transition complète. en vol. Bill Quinlan, le pilote d'essai de Bell, a décrit la transition comme « en douceur et confortable ».

En janvier-mars 1959, le XV-3 a subi trois mois d'évaluation de l'Air Force à Edwards AFB. Les pilotes d'essai de l'Air Force ont trouvé le XV-3 généralement flexible et tolérant, mais il y a eu des problèmes lors du vol stationnaire de l'avion dans la zone d'effet de sol (à très basse altitude), notamment en raison de la faible puissance du moteur. Il s'est également avéré statiquement et dynamiquement instable en dessous de 34,5 mph.

Le premier changement de vitesse a été effectué le 13 avril 1959, après que l'avion eut été rendu à Bell. Au total, 250 vols d'essai ont suivi, avec 110 conversions complètes, avant la fin du programme de vol en 1962. Au cours des trois années suivantes, les ingénieurs de Bell ont travaillé sur certains des défauts révélés par le programme d'essai, mais l'avion a ensuite été gravement endommagé. lorsque le pylône gauche a échoué lors des essais en soufflerie en 1965, et les travaux sur le XV-3 ont pris fin.

Cela n'a pas mis fin à l'intérêt de Bell pour le concept de base. En 1972, Bell a obtenu un autre contrat pour un avion VTOL, menant au XV-15. Cette fois, les moteurs ont également été placés dans les extrémités des ailes,

Moteur : Pratt & Whitney R-985-AN-3 moteur radial neuf cylindres
Puissance : 450cv
Équipage : 4
Envergure : 31,3 ft (hors rotors)
Longueur : 30,3 pieds
Hauteur: 13f 6in
Poids à vide : 3 600 lb
Poids chargé : 4 800 lb
Vitesse maximale : 180 mph à 12 000 pieds
Taux de montée : 1 400 pieds/min


Cloche XV-3 - Histoire

En 1973, Bell Helicopter a été choisi comme maître d'œuvre d'un programme de recherche conjoint NASA/US Army Air Mobility Research and Development Laboratory pour prouver le concept de la technologie du rotor basculant. Le but de ce programme de recherche était d'explorer les avantages qui pourraient être tirés de véhicules combinant à la fois les caractéristiques d'un hélicoptère et d'un avion. Forte de l'expérience acquise avec son modèle 200/XV-3, l'équipe de Bell a conçu et proposé le modèle 301 pour répondre à cette exigence. Un financement complémentaire de l'US Navy a été fourni en 1979 et 1980, et deux prototypes ont finalement été commandés.

Désigné XV-15, le modèle 301 ressemblait à un monoplan à aile haute avec deux turbomoteurs Avco Lycoming LTC1K-4K de 1,550 shp montés en bout d'aile, chacun équipé de rotors à trois pales de 25 pieds de diamètre pouvant être inclinés à partir d'une configuration de décollage vertical en mode de vol avant à grande vitesse. La vitesse limite du rotor en vol avant était de 458 tr/min et en vol stationnaire de 565 tr/min. La transition a pris 12 secondes et le véhicule a été conçu pour passer du vol stationnaire à 450 km/h en moins de 30 secondes. Les arbres de transmission étaient interconnectés pour permettre le fonctionnement d'un seul moteur en cas de panne.

En avril 1974, Rockwell International (Division Tulsa) a reçu un contrat pour la construction du fuselage et l'empennage des deux cellules XV-15. Le 2 octobre 1975, les composants du premier prototype ont été livrés à Bell Helicopter à Fort Worth où l'assemblage final serait entrepris. L'avion n°1 (c/n 00001, N702NA) a été déployé, à Arlington, le 22 octobre 1976. Avant les tests dynamiques d'arrimage simulant tous les modes de vol, le XV-15 n°1 a subi une vérification d'intégration approfondie.

Le 3 mars 1977, la première transition simulée est un succès complet et le premier vol libre a lieu le 3 mai 1977 à Fort Worth. Le prototype a ensuite été testé pendant six semaines dans la grande soufflerie du centre de recherche Ames à Moffett Field, en Californie. Au cours de ces tests, diverses configurations de l'avion ont été évaluées, notamment le vol vers l'avant jusqu'à 330 km/h, le vol vertical jusqu'à 230 km/h, l'autorotation jusqu'à 150 km/h, etc.

Le XV-15 n°1 a été suivi dans les airs par l'avion n°2 (c/n 00002, N703NA) le 23 avril 1979, avec Ron Erhart et Dorman Cannon, pilote du projet XV-15 de Bell, aux commandes. Ce vol inaugural a été suivi d'une première transition libre complète le 24 juillet. Le 21 avril 1980, le prototype n°2 a atteint 485 km/h à 2530 m et, en un an d'essais, l'avion n°2 a enregistré 40 heures de vol. Tous ces vols ont prouvé que le comportement de base de l'avion était bon et que la transition pouvait se faire dans une large gamme de vitesses. Le premier prototype a ensuite été évalué par les pilotes de la NASA et de l'armée américaine afin d'échantillonner des applications opérationnelles et, en octobre 1981, le deuxième avion a commencé à voler au centre de recherche Ames Dryden de la NASA à Moffett Field pour étendre le domaine de vol.

Dans le cadre du nouveau programme JVX Joint Services Advanced Vertical Lift Aircraft Program) le XV-15 a servi de banc d'essai. En relation directe avec le programme JVX, le XV-15 No.1 a été testé à Fort Huachuca pour évaluer sa capacité à accomplir des missions SEMA (Special Electronics Mission Aircraft) l'avion a été envoyé à China Lake pour mesurer sa signature radar et, le 2 Le 5 août 1982, au large de San Diego, le lieutenant-chef John Ball et Dorman Cannon ont effectué l'évaluation initiale à bord du navire d'assaut amphibie USS Tripoli (LPH-10). Cette évaluation comprenait des décollages verticaux et courts sur roulement, des vols en stationnaire et des atterrissages verticaux. A cette occasion, l'un des 54 débarquements du XV-15 était le 60.000e du navire.

L'avion a ensuite été renvoyé à Fort Worth pour subir une révision complète et recevoir plusieurs modifications. Fin août 1982, les deux prototypes totalisaient 289 heures d'essais en vol. Les deux XV-15 ont ensuite été utilisés dans un programme de recherche pour explorer les limites du domaine de vol opérationnel et évaluer son application aux besoins de transport militaire et civil. À la fin de 1987, le XV-15, piloté par Dorman Cannon et Don Borge, a démontré ses capacités dans le rôle de transport civil à Washington et à Chicago. La démonstration de Chicago s'est déroulée depuis Miegs Field, en plein cœur de la ville.

A partir de novembre 1987, le XV-15 No.2 a été testé avec de nouvelles pales de rotor en matériaux composites (verre et fibres de carbone) construites par Boeing Helicopters Company. De nouvelles pales de rotor de technologie de pointe, construites en fibre de carbone et Nomex, et développées par Boeing Helicopters dans le cadre du programme V-22 Osprey, ont été volées pour la première fois sur le deuxième XV-15 le 13 novembre 1987. Environ 30 heures d'essais en vol étaient prévues en 1988.

A.J.Pelletier "Bell Aircraft depuis 1935", 1992

Alors que le programme XV-3 résolvait encore ses problèmes au début des années 1960, Bell regardait déjà vers l'avenir, convaincu qu'ils finiraient par prouver la viabilité du concept Tilt-Rotor. En 1965, l'armée américaine a publié une demande de proposition pour ce qu'elle a appelé le programme d'avions composites. Le composite, dans ce cas, n'avait rien à voir avec les matériaux, mais était destiné à un véhicule qui aurait à la fois les caractéristiques d'un hélicoptère et d'un avion, en particulier, à la recherche d'un seul avion pour remplacer à la fois l'hélicoptère CH-47 et le C-7 "Caribou". . Trois entrepreneurs ont été sélectionnés pour effectuer des études de conception en 1966. À partir de là, Lockheed et Bell ont été choisis pour effectuer d'autres études de définition exploratoires, qui ont été achevées en septembre 1967. La conception du rotor basculant de Bell a été désignée modèle 266 et Bell a effectué des essais en soufflerie. d'un modèle aéroélastique semi-envergure à l'échelle .133 et d'un modèle dynamique semi-libre à l'échelle 1/12 pour vérifier leurs calculs. Cependant, l'armée a abandonné le développement en raison de fonds limités.

Après la fin du programme d'avions composites, Bell a décidé en 1968 de poursuivre le développement d'un projet d'avion civil à rotor basculant, appelé modèle 300 . Les premiers travaux ont conduit à la conception d'un avion de 4285 kg propulsé par deux moteurs Pratt & Whitney PT-6 alimentant des rotors de 7,6 m de diamètre. Des modèles aérodynamiques et aéroélastiques à l'échelle 1/5 ont été construits et testés de manière approfondie de 1969 à 1973. Le rotor et les mécanismes de rotation de taille normale ont été testés en tourbillon pour déterminer leurs performances en vol stationnaire, puis testés en 1970 dans la soufflerie de la NASA Ames 12 mx 24 m à différentes vitesses de rotation , angles et vitesses jusqu'à la vitesse maximale du tunnel de 370 km/h. Le rotor a atteint ou dépassé toutes les prévisions de performances et de stabilité.

Puis, en 1972, la NASA et le laboratoire de recherche et de développement sur la mobilité aérienne de l'armée américaine ont lancé conjointement le programme d'avions de recherche à rotors basculants. Deux phases étaient prévues, une phase de validation de principe et une phase d'adéquation à la mission. Les objectifs de la phase de validation de principe étaient de vérifier la stabilité dynamique rotor/pylône/aile, d'explorer les limites du domaine de vol opérationnel, d'établir des limites d'exploitation sûres, d'évaluer les qualités de maniabilité, d'étudier la sensibilité aux rafales et d'examiner les effets du disque le chargement et la vitesse de basculement sur le downwash, le bruit et le vol stationnaire. L'objectif de la phase d'adéquation à la mission était d'évaluer l'application de la technologie du rotor basculant pour répondre aux besoins de transport militaire et civil. L'accent devait être mis sur l'élimination des déficiences du XV-3, l'obtention d'excellentes performances en vol stationnaire (y compris le fonctionnement d'un seul moteur en dehors de l'effet de sol) et le développement d'un système de commande de vol à fonctionnement défectueux garantissant de bonnes qualités de maniement dans toutes les conditions normales et de panne. Tout cela devait être accompli en évitant l'utilisation de technologies de pointe dans la conception et la fabrication afin de minimiser les risques de coûts et de calendrier qui suivaient souvent l'application de technologies émergentes à de nouvelles situations.

Étant donné que le Tiltrotor Research Aircraft Program devait être strictement un programme de recherche et ne conduirait pas à la production d'un avion opérationnel, les coûts devaient être maîtrisés en ne faisant pas de la minimisation du poids un facteur majeur et en encourageant l'utilisation de composants standard. Les technologies avancées telles que le fly-by-wire et les structures composites devaient être évitées. La croissance du poids et les baisses de performances seraient tolérées afin de minimiser les impacts sur les coûts et le calendrier. Même le nombre d'avions à construire était un facteur. L'option à deux avions a été choisie en raison du taux d'accidents élevé enregistré par la plupart des autres programmes de recherche VTOL.

Bell et Boeing Vertol ont chacun reçu des contrats pour des études de trois mois et ont chacun soumis des propositions. La proposition perdante de Boeing, désignée le modèle 212, utilisait deux turbomoteurs Lycoming T53-L-13 modifiés montés sur des nacelles non basculantes à chaque bout d'aile. Pour réduire les coûts et le temps de développement, ils utiliseraient le fuselage et l'empennage d'un transport exécutif Mitsubishi Mu-2J.

La proposition de Bell a commencé avec la conception du modèle 300 et l'a fait évoluer vers le modèle 301 . Bell a conservé le rotor et la transmission, mais a remplacé les moteurs par le Lycoming T-53 plus puissant en raison de l'obligation de voler avec un seul moteur et du poids à vide plus important et des charges utiles requises. Un autre avantage du commutateur de moteur était que le T-53 avait déjà un système d'huile qui pouvait fonctionner avec le moteur pointé verticalement, qui avait été développé pour le programme CL-84. La proposition de Bell a été soumise le 22 janvier 1973 et comprenait 300 volumes pesant 350 kg. La proposition de Bell a été sélectionnée en avril 1973. La NASA a attribué le contrat NAS2-7800 pour 28 millions de dollars pour la conception finale, la fabrication et les tests préliminaires de deux XV-15 le 31 juillet. Le coût total estimé du programme de six ans était de 45 millions de dollars.

La conception du fuselage de 12,8 m de long était essentiellement celle d'un avion conventionnel, la structure étant de construction semi-monocoque, à sécurité intégrée, et fabriquée à l'aide d'un matériau en alliage léger. Il n'y a pas eu de pressurisation du fuselage et la structure a été sollicitée de +3 à -0,5 G. Les cellules ont été conçues pour des durées de vie minimales de 1000 heures de vol sur cinq ans.

Le train d'atterrissage du tricycle provenait du Canadair CL-84. Il utilisait des roues principales et de nez en magnésium Goodyear et des freins à disque en magnésium/acier à commande hydraulique Goodyear. La roue avant entièrement pivotante comprenait des amortisseurs de shimmy et un dispositif de centrage. Il s'est rétracté dans une baie à l'avant du cockpit. Les roues principales se rétractaient dans des nacelles externes de chaque côté du fuselage. Un interrupteur sur la jambe du train principal a empêché la rétraction accidentelle du train et l'inclinaison des pylônes de plus de 30 degrés par rapport à la verticale lorsque l'avion était au sol. Le train d'atterrissage a été structurellement conçu pour résister à un taux de chute au toucher de 3 m par seconde à pleine masse brute. Un système d'azote gazeux de 14 500 kg/m 2 prévu pour une extension d'urgence en cas de panne hydraulique.

Le H-tail se compose d'un stabilisateur horizontal avec un stabilisateur vertical sur chaque pointe. Cette configuration a été choisie pour offrir une stabilité directionnelle améliorée à des angles de lacet proches de zéro. La division Tulsa de Rockwell International a construit le fuselage et les empennages en sous-traitance.

Deux pilotes étaient assis côte à côte dans des sièges éjectables Rockwell-Columbus LW-3B. La visibilité hors du cockpit était très bonne. L'équipage est entré par une porte du côté droit de la soute. Le poste de pilotage était chauffé, ventilé et climatisé, mais pas la soute. La cabine pouvait accueillir neuf personnes si elle n'était pas remplie d'équipements de test.

L'aile mesure 9,75 m de diamètre, a une corde constante de 1,6 m et une surface résultante de 15,7 m 2 (l'une des exigences de conception était que le XV-15 puisse s'adapter à la soufflerie de la NASA Ames de 12 m x 24 m, qui influencé l'envergure et la taille du rotor). Il est balayé de 6,5 degrés vers l'avant, non pour des raisons aérodynamiques futuristes, mais pour s'assurer qu'il y aurait un dégagement suffisant lorsque les pales du rotor fléchissent en mode avion. Le dièdre de l'aile est de 2 degrés. Le long du bord de fuite, un flaper de 1m 2 occupe le tiers intérieur, et un flaperon de 1,85m 2 occupe les deux tiers extérieurs. Les grands volets peuvent être déviés jusqu'à 75 degrés pour aider à fournir une portance supplémentaire à basse vitesse. En vol stationnaire, les volets et les flaperons dévient vers le bas pour réduire l'interférence du sillage par l'aile. Les problèmes de stabilité aile/rotor/pylône qui affectaient le XV-3 ont été éliminés en concevant une attache aile et nacelle/aile très rigide, et en plaçant le moyeu du rotor aussi près que possible de l'aile.

Chaque aile contient deux vessies de carburant qui forment un seul réservoir de carburant résistant aux chocs dans chaque aile. Ensemble, ils contiennent un total de 830 litres. La pompe de chaque réservoir d'aile est alimentée par un système électrique différent. En cas de panne de pompe, les deux moteurs peuvent s'alimenter à partir du même réservoir, ou en cas de panne de moteur, un moteur peut s'alimenter à partir des deux réservoirs. Les alimentations croisées s'activent automatiquement en cas de panne de la pompe pour assurer un débit de carburant ininterrompu aux deux moteurs. En cas de perte totale de l'alimentation électrique des deux pompes, les pompes entraînées par le moteur peuvent toujours maintenir un débit de carburant adéquat.

Un moteur Avco Lycoming LTC1K-4K, une version spécialement modifiée du moteur standard T53-L-13B, est monté à chaque bout d'aile. Ils sont évalués à 1250 shp pour un fonctionnement continu, 1401 shp pendant 30 minutes, 1550 shp pendant 10 minutes pour le décollage et 1802 shp pendant deux minutes pour l'alimentation de secours. La puissance est transmise des moteurs aux rotors à l'aide d'une boîte de vitesses d'accouplement et d'une transmission, qui réduisent la vitesse du moteur d'environ 20 000 tours par minute jusqu'à une vitesse de rotor d'environ 565 tours par minute en stationnaire. Les rotors tripales semi-rigides mesurent 7,6 m de diamètre et ont une corde de 36 cm. Ils ont été fabriqués en acier inoxydable et ont une grande quantité de torsion. (En juillet 1979, Bell a reçu un contrat d'Ames pour la conception préliminaire d'une pale de rotor composite qui offrirait des performances améliorées et une durée de vie accrue, par rapport aux pales métalliques existantes. Un ensemble a finalement été testé, mais n'a pas bien fonctionné.) Il n'y a pas de charnières battantes, ce qui signifie que les rotors sont rigidement confinés au plan de rotation. Les rotors peuvent battre en avant ou en arrière jusqu'à 6 degrés. Pour assurer la puissance des deux rotors en cas de panne moteur, un arbre qui traverse l'aile relie les deux transmissions. En raison de l'interconnexion, les deux rotors tournent lorsque le premier moteur démarre. En cas de double panne moteur, les deux rotors tourneront automatiquement à la même vitesse. L'inclinaison de la nacelle peut varier d'horizontale à 5 degrés à l'arrière de la verticale. Des actionneurs à double vis à billes interconnectés actionnent le mécanisme d'inclinaison dans chaque nacelle. Cela garantit que les deux nacelles seront toujours à la même position. Les arbres d'entraînement interconnectés et les mécanismes d'inclinaison redondants permettent un fonctionnement d'un seul moteur et une capacité d'inclinaison en cas de panne.

Le cockpit a deux commandes et ressemble à un cockpit d'hélicoptère, y compris un manche collectif. Les commandes de vol sont conçues pour permettre une utilisation par un seul pilote depuis l'un ou l'autre siège. En mode avion, les colonnes de commande et les palonniers fonctionnent de manière conventionnelle. En mode stationnaire, le manche fonctionne comme un contrôleur de pas cyclique. L'unité de mélange mécanique fait tout le nécessaire pour convertir les commandes du mode hélicoptère au mode voilure fixe. L'autorité de contrôle entre les modes hélicoptère et avion est mise en place progressivement en fonction de l'angle d'inclinaison de la nacelle. Cela comprend le changement des rotors du contrôle de pas cyclique en vol vertical au contrôle de vitesse constante pour le vol à voilure fixe. En mode avion, le levier collectif peut toujours être utilisé comme levier de puissance. Le déplacement du levier de collectif provoque le déplacement des manettes des gaz sur la console centrale.

Deux interrupteurs, montés sur le levier collectif et actionnés par le pouce du pilote, contrôlent l'angle d'inclinaison de la nacelle. On fait pivoter les nacelles de bout en bout en 12 secondes environ et permet de les arrêter dans n'importe quelle position. L'autre commutateur déplace les nacelles entre des angles présélectionnés de 0, 60, 75 et 90 degrés (par rapport à l'horizontale). Pour faire tourner les nacelles, des vannes électriques actionnent des moteurs hydrauliques. En cas de panne complète du système électrique, le pilote peut ouvrir manuellement les vannes à l'aide des poignées en T dans le cockpit. Cela conduira les nacelles à la position d'hélicoptère.

Sperry Rand a construit le système de navigation/guidage original. Un ordinateur numérique fournit des informations de navigation et de contrôle au pilote à l'aide d'affichages mécaniques et électroniques avancés. La Calspan Corporation de Buffalo NY a conçu le système d'augmentation du contrôle de stabilisation pour améliorer ses caractéristiques de vol. Le XV-15 n'intègre pas le fly-by-wire. Les ailerons, la gouverne de profondeur et le gouvernail sont amplifiés hydrauliquement avec un triple système hydraulique. Ils restent actifs dans tous les modes de vol.

Le poids à vide du XV-15 est de 4315 kg avec un poids au décollage vertical de 5865 kg. Cela permet 495 kg pour l'instrumentation, 180 kg pour les pilotes et 630 kg de carburant, tout en laissant quelques restes pour la croissance. Les performances estimées d'origine comprenaient une vitesse maximale de 610 km/h, un plafond de service de 8845 m et une autonomie de 800 km. (Aucun de ces objectifs n'a jamais été atteint, mais ils n'ont certainement pas empêché le XV-15 d'atteindre son objectif principal de prouver la praticité du concept de rotor inclinable !)

Afin de minimiser les coûts de développement, les tests de qualification en vol d'Iron Bird n'ont pas été effectués sur l'ensemble du système rotor/transmission/moteur/commandes de vol. Chaque composant a été développé et testé individuellement.

XV-15 # 1, # N702NA, déployé au centre de recherche en vol de Bell à Arlington, TX, le 22 octobre 1976. Les essais au sol ont commencé en janvier 1977 et comprenaient 100 heures de tests de qualification du système sur un banc d'essai surélevé à la fois dans l'hélicoptère et les modes de l'avion pour démontrer que l'avion satisfaisait aux exigences de qualification en vol final. Le premier vol stationnaire a été effectué le 3 mai 1977, suivi d'évaluations en vol stationnaire et à basse vitesse. Ce court effort de test consistait en seulement trois heures de vol stationnaire en mai. Aucun problème justifiant des corrections n'a été découvert. À la suite de ces essais en vol, les transmissions et les rotors ont été démontés, inspectés et remontés.

Malgré les premiers vols d'essai réussis, le programme XV-15 n'a pas volé à nouveau pendant près de deux ans. Cela était dû à l'insistance de la NASA sur des tests en soufflerie à grande échelle avant de tenter une conversion, et à la réalité que les fonds limités du programme empêchaient d'effectuer à la fois des tests en soufflerie et des tests en vol. La nécessité de ces essais en soufflerie grandeur nature était un enjeu majeur du programme. La position de Bell était que ces tests étaient appropriés pour enquêter sur certains problèmes potentiels, mais que de tels tests ne garantiraient pas la découverte de tous les problèmes potentiels. Bell était convaincu que les problèmes de stabilité rotor/aile/pylône, qui ont affecté le XV-3 tout au long de sa carrière, avaient été éliminés dans la conception du XV-15, au moins jusqu'à la limite de vitesse de 370 km/h du vent de 12 m X 24 m de la NASA. tunnel. Bell a également estimé que la taille du XV-15, bien que seulement quelques pieds plus grande que celle du XV-3, rapprochait les pointes du rotor des parois du tunnel, rendant les résultats des tests moins représentatifs des véritables caractéristiques de l'avion. Enfin, Bell a estimé qu'il y avait un potentiel de dommages structurels. Étant rigidement retenus dans le tunnel, des forces excessives pourraient inconsciemment être générées dans la structure. Bell a finalement perdu l'argument et l'avion n ° 1 a été expédié par C-5A au centre de recherche Ames de la NASA en mars 1978 pour des essais en soufflerie. Ces tests ont été effectués dans la soufflerie Ames de 12 mx 24 m en mai et juin 1978. Vingt heures de tests en tunnel ont été effectuées à des vitesses comprises entre 110 et 330 km/h. Les configurations comprenaient les rotors dans les positions d'hélicoptère et d'avion, et de nombreuses positions intermédiaires qui seraient rencontrées pendant la transition. Aucune caractéristique inhabituelle n'a été notée dans aucun des tests effectués.

Après les essais en soufflerie, l'avion n°1 a été démoli et remis à neuf à la NASA Ames. Le deuxième XV-15, # N703NA, était presque terminé. Étant donné que le programme manquait de fonds pour maintenir deux avions en vol, les essais ont repris avec l'avion n ° 2, commençant les tests au sol en août 1978 à Arlington. De nombreux problèmes mineurs ont affecté l'avion au cours de ces tests, notamment une fissure de corrosion sous contrainte dans la boîte de vitesses du moteur gauche, un désengagement de l'embrayage et des dommages causés par un corps étranger dans la transmission. Il a finalement effectué son premier vol stationnaire le 23 avril 1979. Les tests de conversion ont rapidement commencé, commençant par une rotation des nacelles de seulement 5° vers l'avant le 5 mai. Des tests successifs ont progressivement fait pivoter les nacelles de plus en plus à l'horizontale, jusqu'à ce que la première conversion complète soit effectuée le 24 juillet 1979. Le XV-15 a également atteint une vitesse d'avancement de 295 km/h sur ce vol de 40 minutes. Les tests d'accumulation graduelle ont vérifié que le vol en régime permanent était possible à tout moment pendant la conversion.

La Marine s'est rapidement intéressée au XV-15. En raison du manque de financement continu, le Naval Air Systems Command a commencé à fournir des fonds en 1979 et 1980 pour s'assurer que les essais en vol du XV-15 se poursuivraient jusqu'à l'achèvement des vols d'expansion de l'enveloppe. En échange, la Marine serait autorisée à effectuer des évaluations en vol.

Des vols d'expansion d'enveloppe utilisant l'avion n° 2 pour démontrer des vitesses plus élevées et la performance du système ont continué d'être effectués par Bell à son installation d'Arlington. Les critères de conception du système dictaient qu'une défaillance unique n'empêcherait pas l'achèvement d'une opération de vol normale, et que toute défaillance double permettrait toujours à l'équipage de s'éjecter (les pales de rotor, les composants du moyeu de rotor et les transmissions étaient des exceptions à cette exigence. Pour vérifier que la probabilité de défaillance de ces composants était négligeable, ils ont été conçus selon des normes beaucoup plus conservatrices et testés de manière approfondie.). Au cours du programme d'essais de l'entrepreneur, toutes les défaillances potentielles ont été simulées en vol réel ou au sol. Le 5 décembre 1979, une véritable panne de moteur s'est produite lorsque la turbine s'est grippée. Le système d'interconnexion de transmission a fonctionné correctement et les deux rotors ont continué à tourner comme prévu. La vitesse réelle prévue de 555 km/h a été démontrée avec la puissance nominale maximale à une altitude-densité de 4 880 m en juin 1980.

La phase d'essais en vol de l'entrepreneur a été achevée en août 1980. Le corridor de conversion de base et l'enveloppe vitesse/altitude jusqu'à 16 000 pieds ont été démontrés. Environ 100 conversions complètes ont été effectuées. Certains problèmes de résonance ont été découverts, comme c'est normal dans tout développement d'hélicoptère, mais ils n'étaient rien comparés aux problèmes rencontrés sur le XV-3, et ont été corrigés rapidement. Le XV-15 s'est avéré avoir de très bonnes qualités de maniement. La stabilité aéroélastique en mode hélicoptère était également conforme aux prévisions. La conversion s'est avérée très simple. Les vibrations et le bruit du cockpit étaient très faibles, tout comme le bruit extérieur. Bien que la réponse aux rafales horizontales en mode avion soit inhabituelle, elle a été considérée comme acceptable, tout comme la qualité de conduite globale. Une fois les vols de l'entrepreneur terminés, le XV-15 #2 a été expédié au Dryden Flight Research Center de la NASA pour des essais continus, où il a été rejoint par l'avion #1. Les deux XV-15 ont ensuite fonctionné à Dryden pendant une courte période.

Le XV-15 #1 est revenu à Bell en septembre 1981. Les essais en vol de la NASA et de Bell se sont poursuivis jusque dans les années 1980, et les deux XV-15 se sont avérés pratiquement exempts de tout problème important. Parmi les autres réalisations qui ont été démontrées, mentionnons :

Autonomie de croisière de 1,7 heure en mode avion.

Décollez en hélicoptère, volez deux fois plus vite qu'un hélicoptère et livrez des charges utiles avec la moitié de la quantité de carburant sur des distances supérieures à 185 km.

Descentes en autorotation en mode hélicoptère, mais jamais jusqu'à un touché complet.

Décollages STOL avec les nacelles inclinées entre 60 et 70 degrés, à la masse brute maximale de 6765 kg.

Pour le roulage sur roues, il a été constaté que l'inclinaison des nacelles vers l'avant de 1 degré seulement était suffisante pour faire avancer le XV-15. L'inclinaison des nacelles vers l'arrière de la verticale amène l'avion à un arrêt rapide. Le XV-15 a tendance à basculer un peu plus que les autres avions en raison du poids des moteurs et des hélices jusqu'au bout des ailes. Les freins ne sont pas assez puissants pour permettre des arrêts instantanés, mais assez puissants pour être utilisés de manière différentielle pour faire tourner l'avion.

En vol stationnaire, le contrôle du roulis est assuré par le pas collectif du rotor différentiel, le contrôle du pas par le pas cyclique et le lacet par le pas cyclique différentiel. Pour les manœuvres en mode stationnaire, la plupart des manœuvres normalement effectuées en déplaçant la commande cyclique sont effectuées en inclinant les nacelles. Une combinaison d'angle de rotor et de pas cyclique est également utilisée pour faire varier l'assiette en tangage sans avancer. En inclinant les rotors vers l'avant et en mettant simultanément le contrôle cyclique vers l'arrière, le nez piquera, offrant une meilleure visibilité sur le nez.

Le décollage vertical est très facile, même au premier essai d'un nouveau pilote. Alors que les hélicoptères ont tendance à décoller et à s'incliner et à piquer rapidement vers le haut ou vers le bas, le XV-15 conserve l'assiette au décollage. Le mouvement latéral est accompli en inclinant légèrement de sorte que la poussée ait maintenant une petite composante latérale. Le XV-15 peut se déplacer latéralement à 65 km/h sans avoir tendance à tourner face au vent. Il peut même reculer jusqu'à 65 km/h.

Pour les touchés, la surface peut avoir une inclinaison en montée ou en descente allant jusqu'à 15°, ce qui est bien au-dessus de la limite de la plupart des hélicoptères. Les performances d'un seul moteur sont relativement médiocres. Le survol d'un seul moteur n'est possible que dans très peu de conditions.

Lors de la conversion du vol stationnaire en vol conventionnel, il y a une tendance à perdre de la portance et de la descente, ce qui oblige le pilote à ajouter de la puissance. Mais c'est normal sur les avions VTOL. En résumé, on peut dire que grâce à une conception soignée d'un avion extrêmement complexe, le pilotage du XV-15 et la gestion de tous les systèmes sont simples.

Avec le cabré et le manche arrière plein, les décrochages de niveau dans la configuration propre donnent une légère vibration à 205 km/h. L'avion commencera à couler, mais il n'y aura pas de chute d'aile ni d'autres effets néfastes. La récupération est bénigne et rapide. En mode autorotation hélicoptère, le meilleur taux de descente de 11 m/s est atteint à 140 km/h. A 165 km/h, le taux de descente passe à 20 m/s. Pour les approches finales, les pilotes ont rapidement appris à utiliser l'angle d'inclinaison de la nacelle au lieu des entrées de tangage pour contrôler la vitesse. C'est différent, mais ça marche très bien.

Les 630 kg de carburant contenus dans les ailes se sont avérés ne permettre qu'une autonomie d'environ 280 km. Un réservoir auxiliaire contenant 405 kg supplémentaires a finalement été ajouté au fuselage, ce qui a augmenté la portée à environ 520 km.

En janvier 1981, des tests de vol stationnaire ont été effectués à Ames pour évaluer le vent descendant et le bruit. Les tests ont montré qu'une activité de contrôle accrue était nécessaire lorsque l'avion entre dans l'effet de sol. Les vitesses de downwash étaient modérées sur les côtés et relativement élevées à l'avant et à l'arrière. On a subsequent hover test at Bell when there was a light coating of snow on the ramp, it was noted that the downwash pushed the snow away from the aircraft, as expected. However, there was no "white-out", caused by snow being caught by the recirculating slipstream, as normally happens with a helicopter. Overall, it was determined that the aircraft's capabilities were not limited by gust sensitivity, aeroelastic stability, or downwash.

In March 1982, aircraft #1 made a demonstration tour of East Coast facilities, which included seven flight demonstrations at six different locations in eight days. One flight included a stop at the helipad at the Pentagon. While on the tour, the XV-15 flew 4815km and needed only routine daily preflight maintenance.

Following this East Coast tour, #1 was modified at Bell's Arlington facility to perform an electronics mission evaluation. Items added included an APR-39 radar warning system and chaff dispenser system. The aircraft departed for NAS China Lake in California in May, then on to Ft. Huachuca in Arizona in June, and finally on to San Diego for sea trials. Shipboard evaluations were performed aboard the amphibious assault ship USS "Tripoli" off the San Diego coast in July 1982. Fifty-four vertical landings and take-offs (of which five were STOL take-offs) were performed.

Other mission related evaluations included over-water rescue and simulated cargo lifting, which were demonstrated in May 1983, and simulated air-to-air refueling, which was performed in September 1984. By 1986, both aircraft had accumulated a total of 530 flight hours, made 1500 transitions, and reached an altitude of 6860m (while still maintaining an 4m/s climb capability). In March 1990, #1 set numerous time to climb and sustained altitude records for this class of aircraft. These included a climb to 3000m in 4.4 minutes and to 6000m in 8.46 minutes, without even performing extensive climb tests to develop an optimal climb profile. It also sustained an altitude of 6860m with a dummy payload of 990kg in addition to more than 450kg of test instrumentation.

As of June 1990, XV-15 #1 was based at Bell Helicopter's Flight Research Center in Arlington, TX, for continuing engineering development. XV-15 #2 was based at Ames for continuing tilt-rotor research. The two aircraft had accumulated 825 hours.

It is worth noting that most research aircraft were flown by only a small select batch of test pilots. Bell, however, felt that in order to insure the success of a production tilt-rotor aircraft some day in the future, a wide range of pilots should have the opportunity to fly the XV-15 and provide their inputs. Thus, by 1990 the XV-15 was flown by over 185 pilots with widely varying experience and capability levels, including several low-time private pilots. Numerous admirals, generals, and at least one U.S. senator and one service secretary flew as guest pilots. Each flight consisted of a brief demonstration of helicopter, conversion, and airplane modes by a Bell test pilot. The guest pilot then took over the controls. After a few minutes of familiarization, he was talked through an airplane stall, single engine operation, and conversion/ reconversion at altitude. They then return to the airport for several take-offs and landings, usually converting to airplane mode and back to helicopter mode each trip around the pattern. Guest pilots rated the XV-15 as easy or easier than a helicopter to hover. Conversion was unanimously said to be straightforward, and with a low workload. Handling qualities in airplane mode were excellent. Most also noted the low interior noise and smooth ride.

FAA test pilots also flew the XV-15 in order to evaluate its potential for certification of a civil tilt rotor aircraft. While they saw no technical reasons for not being effective in the civil role, they determined that a review of Part 25, which sets standards for large transport aircraft, and Part 29, which sets standards for helicopters, would be needed in order to establish appropriate certification criteria.

XV-15 #1 remained in service at Bell's flight research center, where it was used as a concept demonstrator and marketing tool for the V-22 Osprey that was by then being developed. It was flown regularly until August 1992, when it was damaged beyond economical repair. A mechanical failure in the control system caused the aircraft to roll over while it was hovering. The crew was not injured, but the wing and one nacelle sustained extensive damage. At the time of the incident, #1 had flown nearly 841 hours. The forward fuselage was salvaged and put to use as a simulator to help develop Bell's upcoming civil tilt rotor aircraft.

XV-15 #2 remained at Ames through the 1980s. In 1986, it was fitted with composite rotor blades built by Boeing Helicopter. Sporadic testing was accomplished through 1991, when it was stopped due to a problem with the blade cuff that resulted in an emergency landing. While the blade cuff was being re-designed, NASA decided to put the airframe down for a major airframe inspection that would be due soon, anyway. Unfortunately, program funds again ran out before the inspection could be completed. #2 would remain partially disassembled until mid 1994. It had accumulated just over 281 hours.

With Bell anxious to resume tilt rotor development, they established a Memorandum of Agreement with NASA and the Army in 1994 which transferred XV-15 #2 to Bell and allowed them to return it to service at no cost to the government. The disassembled aircraft was shipped to Arlington, Texas, and the refurbishment and inspection began in mid 1994. The original metal rotor blades were put back on, and the aircraft resumed flight testing in March 1995.

Much of Bell's recent research has focused on reducing noise in order to make civil tilt rotor more acceptable for operating in crowded urban areas. Tests were being conducted to determine the major sources of noise. (The familiar "wap-wap-wap" sound of a helicopter comes from the rotor blade passing through its own wake.) Bell is looking at combinations of approach profile, nacelle angle, and various rotor tip designs to minimize this noise.

In its current configuration, the XV-15 has a Rockwell-Collins glass cockpit that features a large, daylight readable liquid-crystal display that shows all flight information. It also displays flap and nacelle positions. The NASA white with blue paint scheme was replaced to enhance the marketing appeal for the civil tilt rotor development. As of the end of 1998, the remaining XV-15 had accumulated a total of 530 flight hours and remains in service at Bell's Arlington facility to continue developing and refining Tilt Rotor technologies.

S.Markman & B.Holder "Straight Up: A History of Vertical Flight", 2000

After the partially encouraging experiments with the Bell XV-3 , at the end of the sixties the Texan company built an experimental aircraft with tilt rotors designated the Model 300 , which was followed shortly afterwards by a NASA contract for the design and development of the Model 301 , in which the US Army subsequently became interested. The first prototype was completed in January 1977 and made its first hovering flight the following May, while the complete conversion to horizontal flight was achieved in July 1979. In the course of test flights the performance of the XV-15 proved that the designers had overcome the problems regarding stability in horizontal flight which spelled defeat for the Bell XV-3 . The system of fitting an aircraft with tilt rotors has the advantages of reduced noise level and of increased safety because, unlike other VTOLs, this is the only one which can land by autorotation in an emergency.

G.Apostolo "The Illustrated Encyclopedia of Helicopters", 1984

In May 1973 the Army's Air Mobility Research and Development Laboratory and NASA's Ames Research Center jointly awarded Bell Helicopter a contract for the construction and testing of two twin-engined, tilting-rotor VTOL research aircraft. Bell had long been a leader in tilt-rotor technology and the Model 301 design developed in response to the Army/NASA requirement drew heavily on knowledge gained from the earlier XV-3 convertiplane. The first XV-15 made its maiden hovering flight in May 1977, and was joined by the second example in April 1979.

Like the earlier XV-3 , the XV-15 derived both its vertical lift and forward propulsion from two wingtip-mounted tilting rotors. These were pointed directly upward for vertical takeoff and landing, and rotated to the horizontal position for forward flight. In the XV-3 , however, both rotors were driven by a single piston engine mounted in the aircraft's central fuselage, whereas the XV-15 's two 1155kW powerplants were wingtip-mounted and each entire engine and rotor assembly tilted as a unit. The XV-15 's two crew members sat side-by-side in a fully enclosed cockpit, and up to nine passengers could be accomodated in the rear cabin.

The Army conducted extensive testing of the XV-15 in conjunction with NASA, and evaluated the aircraft's vulnerability to ground fire and its suitability for use as an electronic warfare platform. The Navy joined the XV-15 test programme in 1980, and in 1983 awarded Bell and Boeing-Vertol a contract for the joint design of an advanced XV-15 meant to fulfill the Joint Services' Advanced Vertical Lift Aircraft (JVX) requirement. The Navy ultimately placed orders on behalf of the Marine Corps for production versions of the improved V-22 "Osprey" design.

S.Harding "U.S.Army Aircraft since 1947", 1990

commentaires
Nafiu yakubu , e-mail , 30.01.2013 reply

i think i have some design i have done you would like to see

Long shot, does anyone know where I can obtain a DVD of a 1980s doco called "The Chopper"? I have no idea who produced it, exact year, or who the English-sounding narrator is. It includes interviews with Hanna Reitsch and Bart Kelley (coworker of Arthur Young at Bell), and other techs and pilots, as well as footage of the prototype NOTAR, Apache, Sikorsky ABC and the XV-15.

Will they please give up on twin tilt rotors before anybodyelse gets Killed

I have a couple photos to submit, I took of #1 in Navy paint scheme(grey and black) as it was prepared for carrier quals at NAS North Island, 1982. I was div chief of GEMO at the time.

I just want to fly it, as it is so sweet looking and I think it would handle.


Bell XV-15

Rédigé par : Rédacteur en chef | Last Edited: 03/04/2020 | Contenu &copiewww.MilitaryFactory.com | Le texte suivant est exclusif à ce site.

Since the dawn of vertical-to-horizontal flight offered by helicopters (the first operational models were had during World War 2), aeronautical engineers have strived for ways to incorporate even better straight-line performance. This led to a myriad of experiments seen throughout the Cold War period as companies attempted to find a proper solution. For a time, "pusher" propellers seemed the future while other designs relied on complex turbojet arrangements coupled to traditional helicopter blade arrangements. In time, the technology behind "tilting" nacelles was refined, leading to the concept of the "tilt-rotor" aircraft - an air vehicle that was part helicopter, part airplane.

In time, Bell worked on bringing its XV-3 prototype to life which followed the Transcendental "Model 1-G" and "Model 2" forms. The Model 1-G was the first tilt-rotor in aviation history to fly and was powered by reciprocating engines buried in the fuselage driving power, via shafts, to wingtip rotors that could tilt. The subsequent XV-3, a more evolved form of the Model 1-G and Model 2, reached the skies in 1955 using similar concepts and this aircraft went on to hold the distinction of becoming the first tilt-rotor aircraft to convert from vertical-to-horizontal flight, paving the way for the refined XV-15 development that followed.

The XV-15 was a radical redesign of the same tilt-rotor approach but relocated its engines to tilting nacelles placed at the wingtips. Between the two engines was a shared driveshaft to be relied upon should one engine fail - the other could keep up the workload. The XV-15 project was formally launched in 1971.

The basic arrangement of the XV-15, which is mimicked today by the in-service V-22 of the American military, was set: the fuselage held a helicopter-like form with side-by-side seating at the cockpit for two crewmen while the aft-section was tapered. Over the roof of the vehicle was seated the shared wing component to which the tilting engine nacelles were seated at the tips, these driving large, thick rotor blades about an oversized spinner. The fuselage was braced on the ground by a retractable tricycle arrangement and the tail incorporated a twin-fin rudder configuration set on a shared horizontal plane.

The XV-15 was flown for the first time on May 3rd, 1977 and, itself, was the progenitor to the Boeing V-22 "Osprey" line detailed elsewhere on this site. The Boeing V-22 became the first tilt-rotor aircraft to formally enter operational service n 2007.

The U.S. government contracted for a pair of flyable prototypes to continue the program and competition was had from Boeing, Grumman, and Sikorsky joining Bell. For NASA, the Bell submission ultimately won out with its Model 301 when going head-to-head against Boeing (which supplied its Model 222). Bell then produced two prototypes, N702NA and N703NA. These went on to be extensively tested at the Ames Research Center in Mountain View, California and then to Dryden (NASA, Edwards AFB) for their time in the air. It made its public debut at Paris Air Show 1981 and proved itself a hit with onlookers.

N702NA later crashed on a test flight (no loss of life) with its remains reconstituted for the simulator role. N703NA survived its flying days to become a display, first, at the National Museum of the United States Air Force in Dayton, Ohio and then, later, a display at the Udvar-Hazy Center aviation museum near Washington, D.C.

With its usefulness over, the XV-15 series was retired in full in 2003.

Bell teamed with Boeing to bring about the V-22 series, a larger version of the XV-15 with greater power and capabilities.


First VTOL Airplane — Bell XV-3

The promise of an aircraft which had the benefits of both a helicopter and an fast airplane was researched in a joint U.S. Air Force–U.S. Army effort through the Bell Helicopter Textron company. Bell produced two of the XV-3 in 1955 — the world’s first VTOL (Vertical Take Off and Landing) airplane. The XV-3 opened the dimension of VTOL flight to the world on 19 December 1958 when it became the first aircraft to vertically take off and convert to horizontal flight.

The XV-3 is a twin tilt-rotor design which flew as fast as 184 mph/294.4kph with the ability to hover as well as take-off and land vertically. Though not developing beyond testing the XV-3 clearly is the ancestor of the Bell Boeing CV-22 Osprey — note that Bell is still in the mix almost six decades later. The XV-3 flew for ten years and has been exhibited in at least two museums. The first airplane to fly as a VTOL is now exhibited in the National Museum of the U.S. Air Force.

The right side tilt-rotor, note the slot enabling the proprotor to swivel forward so the XV-3 would fly as a conventional aircraft — photo by Joseph May


Bell XV-3 - History

Constructed as a XV-3-BF.
Ordered as XH-33 but redesignated under new Convertiplane type prior to completion of construction.

Taken on Strength/Charge with the United States Army with s/n 54-0148.

Although marked as an Army aircraft, the XV-3 was jointly tested by the Army and the Air Force. Information obtained from testing was used in the development of the XV-15.

From 18 July 1957 to October 1957

Tested in the wind tunnel at the NACA Ames Aeronautical Laboratory.

First flight.
Flight testing began at Bell Aircrafts facility.

Aircraft suffered instance of rotor instability occurred when the pylons were advanced to 40-degrees forward pylon angle, and the aircraft was then grounded. (Wikipedia).

Tested in the wind tunnel at the NACA Ames Aeronautical Laboratory. As a result of the wind tunnel testing, the rotor diameter was reduced, wing structure was increased and strengthened, and the rotor controls were stiffened. (Wikipedia).

From 12 December 1958 to 24 April 1959

Flight testing resumed at the Bell Aircraft Facility.

First aircraft in history to fully tilt its rotors from the vertical to the horizontal while in flight.


Photographe: National Museum of the USAF

Transported by ground. Delivered to Edwards AFB, CA.

From 14 May 1959 to July 1959

Flight evaluations by USAF pilots.

Returned to NASA Ames facility for test flights by NASA pilots.

First flight by Army pilot.

Taken on Strength/Charge with the National Aeronautics and Space Administration with s/n 54-0148.

Testing completed after a wingtip failure caused both rotors to fail, resulting in severe damage of the XV-3 and damage to the wind tunnel. The XV-3 had accomplished a total of 250 flights, accumulated 125 flight hours, and completed 110 full conversions. (Wikipedia).

Transported by ground. Delivered to Davis-Monthan AFB, AZ.
Placed in outside storage.

Transferred to the Military Aircraft Storage and Disposal Center (MASDC) with inventory number HW0001.

To U. S Army Aviation Museum, Fort Rucker, AL.

From 1984 to December 1986

Repaired.
Repaired with Army support and the leadership of former Bell XV-3 engineer Claude Leibensberger.

Assigned to U. S Army Aviation Museum, Fort Rucker, AL for storage.
Aircraft was disassembled and place in indoor storage.

Transported by ground.
To Bell Helicopter Textron facility at Arlington, Texas.

Restored.
Restored to museum display condition by current and retired Bell engineers.

To National Museum of the United States Air Force, Wright Field, Dayton, OH.
View the Location Dossier


Photographe: Glenn Chatfield


Photographe: Glenn Chatfield
Remarques: Now located in the Museum annex on the east side of Wright Field


Contenu

The XV-3 was jointly developed by Bell and the United States Army . On August 23, 1955, the first of two prototypes made its maiden flight but still as a helicopter with a three-blade rotor. In the later tests, the transition from hovering to level flight should be tested. On October 25, 1956, test pilot Dick Stansbury swiveled the rotors forward 17 °, causing the machine to vibrate so strong that he passed out and lost control. Stansbury was slightly injured in the crash landing and the XV-3 was destroyed.

With the second test model, the world's first transition was carried out on December 18, 1958, and almost 200 km / h was achieved in the subsequent level flight. A two-bladed rotor on stiffened wings was used, but the engineers never got the instability under control. The second prototype completed 125 flight hours and 110 complete transitions on more than 250 flights, until both rotors tore off due to vibrations and technical defects in a wind tunnel test in November 1968. The XV-3 program was then discontinued.


Contenu

In 1951, the Army and Air Force announced the Convertible Aircraft Program and released the Request for Proposals (RFP) to solicit designs from the aircraft industry. In October 1953, Bell Helicopter was awarded a development contract to produce two aircraft for testing purposes. [3] The original military designation was XH-33, classifying it as a helicopter, but its designation was changed to XV-3 in the convertiplane series. The designation was changed once again in 1962 to XV-3A when the V-prefix was changed to mean VTOL. [ citation requise ] The leading designers were Bob Lichten and Kenneth Wernicke. [2]

The first XV-3 (serial number 54-147) flew on 11 August 1955 with Bell Chief Test Pilot Floyd Carlson at the controls. On 18 August 1955, the aircraft experienced a hard landing when the rotor developed a dynamic instability. Bell attempted to remedy the situation, and flight testing resumed on 29 March 1956 after additional ground runs. Bell continued to expand the flight envelope of the XV-3, but on 25 July 1956, the same rotor instability occurred again. Flight testing of the XV-3 resumed in late September 1956. Then, on 25 October 1956, the aircraft crashed when the test pilot blacked out due to extremely high cockpit vibrations. The vibrations resulted when the rotor shafts were moved 17 degrees forward from vertical. The test pilot, Dick Stansbury, was seriously injured, and the aircraft was damaged beyond repair. [2]

Bell modified the second XV-3 (serial number 54-148) by replacing the three-bladed rotors with two-bladed rotors, and after taking extensive precautions, the second XV-3 began testing at the National Advisory Committee for Aeronautics' (NACA) Ames Aeronautical Laboratory wind tunnel facility on 18 July 1957. Flight testing for ship #2 began on 21 January 1958 at Bell's facility. By April, the aircraft had expanded the flight envelope to 127 miles per hour (204 km/h) as well as demonstrating full autorotation landings and 30-degrees forward transitions with the rotor pylons. On 6 May 1958, another instance of rotor instability occurred when the pylons were advanced to 40-degrees forward pylon angle, and the XV-3 was grounded once more. The XV-3 returned to the Ames wind tunnel in October 1958 to collect more data before it could be flown again. As a result of the wind tunnel testing, the rotor diameter was reduced, wing structure was increased and strengthened, and the rotor controls were stiffened.

The XV-3 resumed flight testing at Bell's facility on 12 December 1958. On 18 December 1958, Bell test pilot Bill Quinlan accomplished the first dynamically stable full conversion to airplane mode, and on 6 January 1959, Air Force Captain Robert Ferry became the first military pilot to complete a tiltrotor conversion to airplane mode. [4] Flight testing at the Bell facilities was completed on 24 April 1959, and the aircraft was shipped to Edwards Air Force Base. The military flight testing of the XV-3 began on 14 May 1959. Promoted to the rank of Major, Robert Ferry would coauthor the report on the military flight evaluations, conducted from May to July 1959, noting that despite the deficiencies of the design, the "fixed-wing tilt-prop," or tiltrotor, was a practical application for rotorcraft. [5]

Following the completion of the joint service testing, the aircraft was returned to the Ames facility, where on 12 August 1959, Fred Drinkwater became the first NASA test pilot to complete the full conversion of a tiltrotor to airplane mode. On 8 August 1961, Army Major E. E. Kluever became the first Army pilot to fly a tiltrotor aircraft. [ citation requise ] [3] Testing would continue through July 1962 as NASA and Bell completed wind tunnel testing to study pitch-flap coupling exhibited by the tiltrotor in an effort to predict and eliminate the aeroelastic dynamic rotor instability (referred to simply as pylon whirl) that had caused problems throughout the program.

In April 1966, Bell Helicopter aerodynamicist Dr. Earl Hall published an analysis of the XV-3 program data explaining the tiltrotor aircraft pylon whirl instability. In order to establish Hall's findings and develop a computer model, NASA agreed to conduct wind tunnel testing at the Ames 40 × 80 wind tunnel. As the engineers were completing the last planned test, a wing tip failure caused both rotors to fail, resulting in severe damage of the XV-3 and damage to the wind tunnel. [6] On 14 June 1966, NASA Ames Research Center announced the completion of XV-3 testing. The XV-3 had accomplished a total of 250 flights, accumulated 125 flight hours, and completed 110 full conversions. [7]


A Brief History of Rotorcraft Development

France, September 1907, and the Gyroplane No. I, a quadrotor built by brothers Jacques and Louis Breguet, lifts its pilot 2 ft. into the air for a minute. But it is unstable and uncontrollable, and steadied by four men on the ground, so is considered the first manned but tethered flight.

Cornu

What is considered the first manned free flight of a helicopter, albeit brief, came in November 1907 in France when Paul Cornu’s tandem-rotor helicopter lifted its pilot 1 ft. into the air for 20 sec.

Pescara

Working in France, Argentine marquis Raul Pateras Pescara developed a coaxial-rotor helicopter, its twin rotors each having four biplane blades with wing warping for cyclic control. The Model 2 hovered in 1922, and the improved Model 3 set a distance record of 738 meters (2,400 ft.) in 1924.

Oehmichen

Frenchman Etienne Oehmichen’s helicopter No. 2 had four rotors for lift, six propellers for stability and control and two for propulsion. First flown in 1922, this aircraft completed the first 1-km (0.6-mi.) closed-circuit helicopter flight in 1924.

D’Ascanio

Italian aeronautical engineer Corradino D’Ascanio in 1930 built the D’AT3, a coaxial-rotor helicopter that used three small propellers for roll, pitch and yaw control. Control of the rotors was by servo tabs on the blades—a technique used later by Charles Kaman.

Cierva

The autogyro was invented by Spanish engineer Juan de la Cierva, whose fourth design, the C.4, was the first to fly, in 1923. The improved C.6, based on an Avro 504K fuselage, followed in 1925. In 1929, Harold Pitcairn acquired the rights to Cierva’s designs and the P itcairn-Cierva Autogiro Co.—later the Autogiro Co. of America— began producing aircraft (pictured) in the U.S. Kellett Autogiro acquired a license from Pitcairn and production accelerated, laying the foundation for today’s rotorcraft industry.

Breguet-Dorand

The coaxial-rotor Gyroplane Laboratoire designed in France by Louis Breguet and Rene Dorand and flown in June 1935 was perhaps the first practical helicopter, but development was abandoned with the outbreak of World War II.

Focke

German engineer Heinrich Focke’s F.61 made its first flight in June 1936. With its stability, control and performance, the transverse twin-rotor F.61 (also known as Fw.61 and Fa.61) is considered the first functional helicopter.

Flettner

The first series-production helicopter was Anton Flettner’s Fl.282 Kolibri, flown in Germany in 1942. This had a different configuration, dubbed the synchropter, with intermeshing rotors, first flown in 1939 with the Fl.265 and later used by both Kellett and Kaman.

Sikorsky VS-300

The progenitor of the modern helicopter is recognized as being Igor Sikorsky’s VS-300. The VS-300 first flew untethered in May 1940 but in December 1941 took to the air in its final configuration: single main rotor with cyclic control and a single tail rotor.

Bell 47

In 1943, Arthur Young flew a two-bladed rotor with a stabilizer bar that acted as a mechanical gyroscope, partially controlling the rotor and making the helicopter more stable. This led to the Bell 47 (pictured), which in 1946 became the first helicopter to receive civil certification.

Piasecki HRP

The second helicopter to fly in the U.S. was Frank Piasecki’s single-main-rotor PV-2, in 1943, but he achieved fame developing the tandem-rotor transport helicopter, beginning with the HRP Rescuer (pictured), first flown in 1945.

Kaman HTK

The first turbine-powered helicopter to fly, in 1951, was Kaman’s XHTK-1, with a Boeing 502 turboshaft. A modified HTK-1 become the first twin-turbine helicopter in 1954 (the HTK-1 was also the first to fly on electric power, and to fly unmanned).

Sud Aviation Alouette II

In Europe after World War II, the French state aircraft manufacturers began helicopter development, SNCASO flying the SO1100 Ariel I in 1949, its rotor powered by compressed-air tipjets. SNCASE, meanwhile, flew the SE3110 in 1950, leading in 1955 to the first production turbine-powered helicopter, the Sud Aviation Alouette II (pictured).

Mil V-12

The largest helicopter built, Mil’s transverse-rotor V-12, flew in 1968. With a maximum takeoff weight of 231,484 lb. and payload of 88,000 lb., the four-turbine helicopter had the same cargo-compartment dimensions as the Antonov An-22 airlifter so that it could rapidly deploy strategic ballistic missiles.

Boeing CH-47

First flown in 1961, the tandem-rotor CH-47A Chinook had a maximum takeoff weight of 33,000 lb. and a payload of 10,000 lb. Still in production after 55 years, today’s Chinook, the CH-47F, weighs 50,000 lb. with a 24,000-lb. payload.

Cloche 533

The Bell 533 High Performance Helicopter was an early Huey prototype fitted with a wing and two jet engines. Ultimately propelled by a pair of 3,300-lb.-thrust Pratt & Whitney J60s mounted on the tips of a stub wing, the 533 reached 274.6 kt. in 1962.

Lockheed AH-56

The U.S. Army’s Lockheed AH-56 Cheyenne attack helicopter first flew in 1967 and reached 212 kt. on a wing and the power of a single 3,925-shp General Electric T64 turboshaft driving both the rigid rotor and a pusher propeller on the tail. The Cheyenne was canceled.

Bell XV-15

The Bell XV-3, flown in 1955, was the first tiltrotor to convert between helicopter and airplane mode. This led to the highly successful Bell XV-15 (pictured), first flown in 1977, that paved the way for the Bell Boeing V-22 Osprey, which in 2007 became the first tiltrotor to enter service.

Airbus X3

Airbus resurrected the compound helicopter when it flew its experimental X 3 to 263 kt. in 2013. A refined version is to fly in 2019 under the European Clean Sky 2 research program's LifeRCraft technology demonstration.

Sikorsky S-97

Revisiting the XH-59A Advancing Blade Concept coaxial rigid-rotor compound configuration, Sikorsky’s X2 technology demonstrator reached 260 kt. in 2010. Sikorsky is now flight testing the S-97 Raider high-speed helicopter (pictured) and, with Boeing, building the SB-1 Defiant medium-lift demonstrator for the U.S. Army, to fly in 2017.

Bell V-280

Bell Helicopter is building its next generation of tiltrotor, the 280-kt. V-280 Valor medium-lift demonstrator for the U.S. Army, which is planned to fly in 2017 under the Joint Multi-Role technology demonstration.

Leonardo NGTR

Development of a civil tiltrotor was begun by Bell in 1998 and taken over by partner Agusta in 2011. The nine-passenger AW609 is planned to be certificated in early 2018, and AgustaWestland, now Leonardo-Finmeccanica, is currently designing the larger Next-Generation Civil Tiltrotor, scheduled to fly in 2019 under Europe’s Clean Sky 2 research program.

Helicopters have proved extraordinarily versatile and valuable across a wide range of missions, but even after the first brief pioneering flights their successful development involved decades of trial and error. Many challenges had to be overcome and several configurations tested before the modern helicopter emerged. Aviation Week takes a visual journey through that history.

This gallery was originally published on June 17, 2016 as part of Aviation Week's centennial anniversary series.

Graham leads Aviation Week's coverage of technology, focusing on engineering and technology across the aerospace industry, with a special focus on identifying technologies of strategic importance to aviation, aerospace and defense.


XV-3 (航空機)

ベルXV-3(ベル200)は、アメリカ空軍およびアメリカ陸軍が行うコンバーチプレーン技術の共同研究プログラムに使用するため、ベル・ヘリコプター社が開発したアメリカ製ティルトローター機である。翼端に搭載された2枚ブレードのローターは、胴体に搭載されたエンジンにより、ドライブシャフトを通じて駆動される。そのローターは、垂直から水平まで90度傾けることが可能であり、ヘリコプターのように離着陸でき、かつ、通常の固定翼機のように高速で飛行できる。

1951年、アメリカ陸軍およびアメリカ空軍は、コンバーチブル機プログラムの開始を宣言し、その設計を航空機製造会社に要請するREP(Request for Proposals, 提案要求書)を発簡した。1953年10月、2機の試験用機を製造する開発契約がベル・ヘリコプターとの間で締結された [3] 。軍における元々の名称は「XH-33」であり、その機体はヘリコプターに分類されていたが、その後、コンバーチプレーンに分類されることになり、「XV-3」へと名称が変更された。1962年に「XV-3A」へと名称が再度変更され、その際、VはVTOLを意味するものとされた [ 要出典 ] 。設計主任は、ボブ・リヒテンおよびケニス・ウェルニッケであった。

各軍種との統合試験を完了したXV-3はエイムズの施設に戻され、1959年8月12日、フレッド・ドリンクウォーターが、NASAテスト・パイロットとして初めて、ティルトローター機のエアプレーン・モードへの完全な変換を行った。1961年8月8日、アメリカ陸軍少佐E・E・クルーバーは、陸軍パイロットとして初めてティルトローター機を飛行させた [ 要出典 ] [6] 。1962年7月までエイムズでの試験を続けたNASAおよびベル社は、ティルトローターにおけるピッチーフラップ間のカップリングを研究するための風洞実験を完了した。この研究は、空力弾性によるローターの動的不安定(パイロンの異常振動)という、このプログラムを通じた問題の発生を予測し、回避するためのものであった。

1966年の末、唯一残ったXV-3である54-148号機は、アリゾナ州ツーソンにあるデビスモンサン空軍基地に運ばれ、屋外に保管されることになった [8] 。1984年、展示飛行のためアラバマ州のフォート・ラッカーを訪れたベルXV-15飛行試験チームが、アメリカ陸軍航空博物館に保管されているその機体を発見した [9] 。1986年12月までの間に、元ベルXV-3技術者であるクロード・レイベンズバーガーが中心となり、陸軍の支援を受けながら、機体の修復を行ったが、その後、分解されて屋内に保管されることとなった [10] 。2004年1月22日、54-148号機は、テキサス州アーリントンのベル・プラント6に運ばれた [11] 。2005年、ベル・ヘリコプター社の従業員たちは、元XV-3技術者であるチャールズ・デイビスの指導を受けながら、54-148号機を博物館で展示できるレベルまで修復するための作業を開始した 。54-148号機は、2年間の修復作業ののち、オハイオ州デイトンの国立アメリカ空軍博物館に運ばれた。2007年、ポスト・コールド・ウォー・ギャラリーに展示された [12] 54-148号機は、2011年現在、研究開発ギャラリーに展示されている [13] 。


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