Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
Следовательно, будущее турбовинтовых и турбореактивных пассажирских самолетов вертикального взлета ограничено только высокоскоростным, экспрессным сообщением. Но и это очень важно, конечно. Так что небо завтрашнего дня будут бороздить многие подобные самолеты. Вовсе не обязательно они должны походить на рассмотренные нами выше: не очень-то удобно для пассажиров, когда при взлете длинный фюзеляж расположен вертикально.
Вот почему уже создаются и испытываются пассажирские самолеты вертикального взлета и посадки других типов. Фюзеляж у них имеет обычное — горизонтальное — положение, а двигатели поворачиваются: при взлете и посадке они «смотрят» вверх, создавая подъемную силу, а в горизонтальном полете занимают обычное положение.
Конвертопланы — самолеты с поворачивающимися двигателями или винтами (по журналам «Нейшнл Эронотикс», январь 1963 г., «Интеравиа», декабрь 1960 г., и др.).
Вместо двигателей может поворачиваться целиком крыло (по журналу «Интеравиа», ноябрь 1962 г., и др.).
Уже созданы различные экспериментальные конструкции самолетов с поворачивающимися двигателями. Впрочем, самолетами их можно назвать, пожалуй, только условно, скорее это гибриды самолета и вертолета. При взлете машина напоминает вертолет, в обычном же полете — самолет. Их и называют иногда самолетами-вертолетами, или конвертопланами (конвертоплан — преобразованный летательный аппарат).
Обычно конвертопланы имеют небольшое крыло, на концах которого расположены два винта, вращающиеся в противоположные стороны. Иногда эти винты устанавливаются в специальных коротких отрезках труб большого диаметра или туннелях — это позволяет увеличить создаваемую винтами движущую силу. Винты приводятся во вращение турбовинтовыми двигателями, расположенными либо здесь же, на крыле, либо в фюзеляже, и тогда от них к винтам идут длинные передаточные валы.
Для взлета винты устанавливают так, чтобы они служили несущими, как у вертолета. Затем, уже в полете, летчик просто поворачивает их оси на 90° — винты становятся тянущими, вертолет преобразуется в самолет.
Есть конвертопланы, на крыльях которых установлены не турбовинтовые, а турбореактивные двигатели. Они так же поворачиваются после взлета, отчего конвертоплан превращается в обычный реактивный самолет.
Но, может быть, проще поворачивать не двигатели на крыле, а все крыло вместе с двигателями?
И эта возможность исследуется. Когда конвертоплан такого типа стоит на земле, его крыло повернуто так, что оно вместе с двигателями «смотрит» вверх. Только на значительной высоте крыло начинает медленно поворачиваться в горизонтальное положение. Двигатели при этом тянут самолет не только вверх, но и вперед. Наконец поворот закончен. Теперь самолет не отличишь от других, мчащихся в небе с большой скоростью..
На будущих пассажирских линиях, особенно местных, где зачастую нет больших аэродромов, будет курсировать много конвертопланов.
Можно не сомневаться, что они полюбятся пассажирам.
Но нельзя ли вообще не поворачивать ни самолет, ни его крыло, ни даже двигатели?
Оказывается, даже такая, на первый взгляд, невероятная возможность все же реальна. Ее открывают замечательные свойства несущего крыла. Правда, крыло в этом случае должно быть не простым, а специальным, высокомеханизированным.
Вернемся еще раз к физическим основам полета. Мы говорили уже о том, как влияет на подъемную силу наклонно движущейся пластины величина ее поверхности. Но, помимо поверхности, есть и другой фактор, сильно сказывающийся на величине подъемной силы, — это угол, который образует пластина к направлению движения, так называемый угол атаки. Нетрудно видеть, что с увеличением этого угла подъемная сила возрастает. Тот, кто запускал воздушный змей, хорошо это знает. Когда змей «задирается», становится круто к набегающему потоку, он рвется из рук. Внимательные наблюдатели могли заметить, как различаются положения самолета в полете и при посадке, — в последнем случае он сильно опускает хвост. Это делается именно для того, чтобы угол атаки крыла увеличился, возросла его подъемная сила, а посадочная скорость уменьшилась.
Однако увеличение угла атаки не всегда увеличивает подъемную силу. Стоит чуть-чуть превзойти этот угол, «передрать» самолет, как подъемная сила вдруг резко упадет. Предельный угол атаки называется критическим — он определяет кризис в обтекании крыла встречным потоком. Пока обтекание остается правильным и поток всюду прилегает к поверхности крыла, увеличение угла атаки приводит к тому, что поток сильнее отклоняется крылом вниз и подъемная сила растет. Но как только достигнут критический угол атаки, поток отрывается от крыла и подъемная сила резко падает. При посадке это грозит катастрофой.
Конструкторы самолетов и ученые издавна задумывались, нельзя ли увеличить подъемную силу крыла при одном и том же угле атаки? Нельзя ли искусственно задержать, отодвинуть срыв потока с крыла? Понятно, что это привело бы к уменьшению посадочной и взлетной скоростей, позволило бы уменьшить длину взлетно-посадочных полос, а также увеличить полезный груз на самолете и уменьшить потребную мощность двигателя.
Механизированное крыло.
Первым решением задачи и были «механизированные» крылья. Понятно, что крыло самолета можно считать движущейся в воздухе пластиной только условно. В действительности, конечно, оно представляет собой совсем не простую пластину, а имеет в поперечном сечении сложный профиль, так называемую авиационную дужку. От того, какой именно это профиль, очень сильно зависят аэродинамические характеристики крыла. В частности, хорошо известно, что более изогнутый профиль крыла создает и большую подъемную силу при том же угле атаки. Это и понятно — такое крыло сильнее отклоняет поток вниз. Но зато и сопротивление изогнутого крыла больше. Конечно, лучше всего было бы при взлете и посадке изгибать крыло побольше, а в горизонтальном полете с большой скоростью изогнутость уменьшать. Попытки создать такое «гибкое» крыло были, но успешными их назвать нельзя.
А что если попытаться сконструировать крыло так, чтобы оно состояло как бы из отдельных продольных частей- полос? Тогда можно было бы поворачивать эти части относительно друг друга, в результате чего общая кривизна профиля крыла изменялась бы. Так появились крылья, снабженные предкрылками и закрылками — перемещающимися частями, расположенными спереди и сзади крыла. В обычном полете эти части образуют одну поверхность с крылом, создавая сравнительно небольшую кривизну дужки, необходимую для горизонтального полета. Но вот самолет совершает посадку — предкрылки выходят из гнезд, закрылки поворачиваются, крыло становится как бы более изогнутым и — обычно — большим по площади. Такая «механизация» крыла позволила значительно улучшить взлетно-посадочные свойства самолетов. Понятно, что особенно большую роль играет механизированное крыло при создании самолетов короткого взлета и посадки, подобных «Пчелке».
Но, конечно, и «механизация» крыла не исключает срыва потока, она лишь увеличивает критический, срывной угол атаки. Аэродинамика открыла и другой высокоэффективный способ отодвинуть возникновение срыва потока. Как показали исследования, сначала отрывается от поверхности очень тонкий пограничный слой воздуха, и только за ним — весь поток. Оказывается, можно предотвратить возникновение срыва, если воздействовать на пограничный слой — отсасывать его с поверхности крыла через небольшие щели или, наоборот, выдувать через другие щели воздух под давлением.
Так можно управлять пограничным слоем на крыле. Вверху показан экспериментальный самолет «Х-21» (США) с отсасыванием пограничного слоя.
Самолеты вертикального взлета с «изгибающимся» крылом (по журналу «Микеникел инжиниринг», апрель 1962 г., и др.).
С помощью такого управления пограничным слоем можно вызвать нормальное обтекание на углах атаки, намного больших, чем критический угол обычного крыла. Правда, управление пограничным слоем не достается даром, оно требует затраты значительной мощности на сжатие или разрежение воздуха. Но, как видно, эта затрата многократно окупается, если уже не только ведутся интенсивные исследования, но и строятся экспериментальные самолеты с управлением пограничным слоем на крыле. Кстати сказать, появление вместо поршневых двигателей газотурбинных сделало перспективы управления пограничным слоем значительно более реальными. Ведь через эти двигатели протекает огромное количество воздуха, что и позволяет использовать часть его для управления пограничным слоем.
