Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
Понятно, что трубы свободного полета далеко не так удобны для экспериментатора, как обычные аэродинамические трубы. Нельзя ли все же именно их использовать для исследования полета с большой сверхзвуковой, или, как ее иногда называют, гиперзвуковой скоростью?
Можно. Для этого служат так называемые ударные трубы, рожденные быстро развивающейся техникой авиационного эксперимента. Очень просты эти трубы по идее, но, как это часто бывает, чрезвычайно сложны в использовании. Представьте себе длинную, в десятки метров, трубу сравнительно небольшого сечения. Слева у этой трубы- пушки своеобразная «казенная часть» — камера с сильно сжатым газом. Эта камера отделена от остальной трубы — ствола, другой конец которого открыт в атмосферу, металлической перегородкой — диафрагмой. В стволе установлена испытываемая модель; ее можно увидеть сквозь кварцевые окошки в стенке трубы. Когда нужно произвести испытание, диафрагма моментально рвется, часто с помощью электрического тока. Сжатый газ из камеры устремляется в трубу, предшествуемый мощной волной повышенного давления. Эта невидимая волна (впрочем, в трубе ее удается видеть и даже сфотографировать с помощью специально разработанных устройств) мчится с огромной скоростью, набегает на модель, имитируя условия гиперзвукового полета. И опять лишь мгновения длится опыт — мгновения, которые должны дать ответ на многие вопросы, волнующие ученого и конструктора.
Но и здесь трудно, очень трудно имитировать «тепловой барьер». А именно проблема «теплового барьера» как раз и требует особенно тщательных экспериментов. Как имитировать условия, при которых самолет или ракета мчатся как бы в струе раскаленных газов? Нельзя ли найти устройства, способные создать такую струю?
И экспериментатор обращается к жидкостному ракетному двигателю. Теперь струя газов, хлещущих из него, используется как раскаленный поток. Модель вносится в этот поток, рвущийся из двигателя. Пусть она сразу же начинает раскаляться добела — так и нужно, ведь именно эти условия встретят самолет или ракета в полете.
Больше того, истинные условия могут оказаться и гораздо труднее. Поэтому нет ли источника газов более высокой температуры, чем считавшийся недавно рекордистом в этом отношении ракетный двигатель?
На помощь химии приходит электричество. Используя мощную электрическую дугу, удается создать поток раскаленной плазмы с температурой более 10 000°, вдвое превосходящей температуру поверхности Солнца. Вот это уже, пожалуй, то, что устроит даже авиацию завтрашнего дня!
Мы еще, конечно, далеко не исчерпали весь арсенал экспериментальных средств, состоящих ныне на службе аэродинамических исследований в авиации. Тут и сверхскоростные ракеты, используемые в качестве «летающих лабораторий», — на них, обычно спереди, устанавливаются испытываемые модели или элементы будущих конструкций; тысячи раз в минуту передаются на землю с такой «летающей лаборатории» показания многих десятков приборов. И ракетные тележки, со сверхзвуковой скоростью мчащиеся по рельсовому пути длиной в несколько километров. На тележке устанавливаются испытываемые части конструкции или агрегаты. Очень удобными оказались, в частности, тележки для исследования катапультируемых сидений, позволяющих летчикам выбраться из гибнущего самолета. Сотни и тысячи раз выстрелят из такой тележки манекеном, прежде чем будет совершен первый прыжок летчика с самолета.
Используются и небольшие модели будущих самолетов, снабженные тем не менее достаточно мощными ракетными двигателями, чтобы разгонять их до весьма больших скоростей. Радиотелеметрирование и здесь помогает получить все необходимые сведения о полете модели, да и на ней самой могут быть установлены записывающие приборы.
9* Об этом сообщил журнал «Каррент Сайенс энд Авиэйшн», 1957 г.
10* «Рипорт НАКА», 1956 г.
С помощью такой ракетной тележки испытываются иногда летчики на инерционные перегрузки (из журнала «Америкен авиэйшн», 1955 г.).
Аэродинамика — главный, но далеко не единственный объект исследования при создании нового самолета. Кому нужен самый скоростной самолет, если он рассыпается в воздухе? И сложнейшие установки исследуют прочность всего самолета и его элементов, имитируя истинные условия полета. Нетрудно испытать на прочность, например, крыло самолета в обычных условиях, но как испытать его, если оно нагрето до нескольких сот градусов, как это будет в скоростном полете? И в сложных установках крыло нагревается в ходе испытаний с помощью инфракрасного излучения или другим способом до нужной температуры. Можно испытать на прочность фюзеляж, но если это — махина в десятки тонн весом, то задача становится непростой. И вот иногда весь такой фюзеляж погружается в бассейн с водой, имитирующей нагрузку на стенки фюзеляжа в полете. Не так сложно нагрузить стенки герметической кабины постоянным давлением, но в полете эта нагрузка сотни раз меняется вместе с режимом полета. Если не проверить, как ведут себя стенки кабины в условиях переменной нагрузки, то новый самолет может постигнуть печальная участь английского пассажирского реактивного самолета «Комета», рассыпавшегося в воздухе. И создаются специальные испытательные установки, имитирующие переменные нагрузки, меняющиеся в определенной последовательности.
Новые самолеты, летящие с огромной скоростью, подвергаются неизмеримо большим нагрузкам. Если исходить из старых норм и тре-. бований, то современные самолеты должны стать такими тяжелыми, что их скоростной полет окажется практически невозможным. Ученые непрерывно исследуют тайны прочности материалов, из которых изготовлены детали самолета.
Неоценимую помощь оказывают при этом методы фотоупругости. Деталь из специальной прозрачной пластмассы, находящаяся под нагрузкой, изрисовывается на экране прибора причудливыми кривыми и дугами. По этим разноцветным изображениям ученый и конструктор отчетливо представляют себе, в каком месте материалу особенно трудно, и облегчают ему «жизнь», меняя конструкцию детали.
Фюзеляж самолета погружается в воду для испытания на прочность.
Но мало создать самолет или ракету, рассчитанные на полет с заданной скоростью и обладающие необходимой прочностью. На что способны они? Какой полет им под силу?. Как определить наивыгоднейший полет?
Конечно, все это можно установить экспериментально, посылая самолет или ракету в полет раз, другой, десятый. Но нужно ли говорить, как это невыгодно!
И на помощь приходят новые средства имитации истинного полета. На этот раз нет нужды в самих самолетах и ракетах или даже в их моделях. Достаточно сообщить имитирующему устройству все необходимые данные. И тогда такие «бумажные» самолеты и ракеты совершат в имитирующем устройстве любой, самый причудливый полет, какой только придет на ум экспериментатору. И сразу станет ясно, на что способен самолет или ракетный снаряд. Таким имитирующим чудо-устройством является электронная моделирующая машина. Правда, она получается весьма громоздкой и иной раз одна занимает довольно большое здание. Но разве оценишь ее истинную роль!
И все же — как бы там ни было! — наступает момент, когда в самолет должен сесть летчик.
Все ли сделано, чтобы облегчить сложнейшую и ответственнейшую задачу испытателя?
Нет, еще не все.
С помощью панорамного кино летчик совершает «посадку» на аэродром, не выходя из помещения (из журнала «Америкен авиэйшн», 1956 г.).
На помощь приходят те же электронные моделирующие машины. Они «совершат» за летчика, предварительно, любой полет, проверят прочность самолета и его поведение в любых условиях, установят все недочеты новой конструкции. А сам самолет будет в это время еще только готовиться к первому полету.
Так самолет совершает свой первый полет, не отрываясь от земли. То же самое делает и летчик. Для него создаются многочисленные устройства, позволяющие совершить полет, точно имитирующий настоящий, но происходящий на земле. Специальный тренажер чрезвычайно полно и точно воссоздает условия истинного полета, вплоть до широкой панорамы аэродрома, как бы видимой летчиком через стекла «фонаря» кабины, а на самом деле проецируемой на экране панорамного кино. Только после таких тренировок подготовленный летчик садится на всесторонне «прощупанный» и исследованный самолет.
И тогда… тогда начинается истинный полет, как всегда отличный от всех модельных и имитированных, — так же как живое отличается от любой схемы. И там, в небе, летчик завершит труд большого коллектива людей, создающих новую авиацию, прокладывающих путь в ее будущее.
