Д. Соболев - История самолетов 1919 – 1945
Еще одной потенциальной возможностью увеличить Су крыла при посадке было управление пограничным слоем (УПС). Отсос или сдув пограничного слоя позволил бы предотвратить срыв потока до значительно больших углов атаки и. таким образом, увеличить коэффициент подъемной силы.
Изучение способов управления пограничным слоем началось в Германии в 20-е годы. С 30-х годов данной проблемой занялись и советские ученые – П. П. Красильщиков, Н. А. Закс и другие; работы велись в ЦАГИ и ВВА им. Н. Е. Жуковского. Вначале это были чисто лабораторные эксперименты. Первый опытный самолете УПС AF- 1 появился в 1936 г. Он был построен и испытывался в Геттингенской аэродинамической лаборатории при участии О. Шренка. Б. Регеншайна и И. Штюпера. Крыло самолета было снабжено закрылками с отсасыванием пограничного слоя с их поверхности с помощью дополнительного двигателя мощностью 20 л.с. Критический угол атаки AF-1 был весьма большим – 22°, а посадочная скорость составляла 55 км/ч. Но в целом, из-за больших потерь мощности, сложной и тяжелой системы воздуховодов и вентиляторов метод себя не оправдал, и дальше опытов работы по УПС не пошли [33].
Рис.3.53. Самолет Махонина с раздвижным крылом
Рис.3.54. Самолет "РК" (а – п полете; б – перед посадкой)
Таким образом, после появления выдвижных закрылков прогресс в деле дальнейшего увеличения Су макс самолета был связан с большими техническими сложностями. Поэтому конструкторы в стремлении улучшить скоростные показатели самолетов решились пойти на увеличение посадочной скорости самолетов. Надо сказать, что в 30-е годы для этого сформировались определенные предпосылки: более совершенными стали аэродромы и навигационное оборудование, получили распространение масляно-воздушные амортизаторы шасси, обладающие высокой энерго- поглощаюшей способностью; благодаря развитию механизации крыла увеличилась кривизна траектории при посадке, что облегчило расчет точки приземления. Если н 1928 г. предельно допустимой посадочной скоростью считалось 85-95 км/ч, то к концу 30-х годов этот параметр составлял 110-130 км/ч.
Чтобы уменьшить длину пробега при посадке колеса самолета стали снабжать тормозами. Однако на винтомоторных самолетах с шасси с хвостовой опорой это было связано с опасностью капотирования при резком торможении. Поэтому в конце 30-х годов появились самолеты с носовой стойкой шасси. При данной компоновке возможность капотирования исключалась.
Вначале шасси с носовым колесом устанавливали на легких спортивных и туристских самолетах (фирмы Хэммонд, Вако и др., США, середина 30-х годов [15, с. 75]). В СССР такую схему шасси первый раз применили на экспериментальном самолете-"бесхвостке" ХАИ-4 в 1934 г. Первой коммерческой машиной, снабженной убирающимся шасси с носовым колесом, стал четырехмоторный пассажирский Дуглас DC-4 – развитие знаменитого DC-3. Он появился в 1938 г. Носовое колесо было сделано управляемым, это обеспечивало отличную маневренность самолета на земле.
Несмотря на очевидные преимущества шасси с носовым колесом, повсеместное распространение эта схема патучила только после второй мировой войны, на реактивных самолетах. Одной из главных причин этого являлась сложность уборки носовой стойки на одномоторных винтомоторных самолетах, у которых двигатель занимает всю носовую часть фюзеляжа. Не следует также забывать, что схема с хвостовой опорой легче и конструктивно проще.
Еще одной возможностью увеличения скорости было повышение высоты полета. С высотой уменьшается плотность воздуха, следовательно, уменьшается и лобовое сопротивление. Как показывает расчет, при той же мощности двигателя самолет на высоте 10000 м будет лететь на 38 % быстрее, чем у земли [3, с. 138]. Повышение высотности имело и другие важные преимущества.
Неудивительно, что идее высотного самолета ("стратоплана", как их тогда называли) уделялось большое внимание. В секретном докладе, подготовленном специалистами в конце 1932 г. для советского руководства, отмечалось: "Полеты в стратосферу являются ближайшим этапом развития аэронавтики, т.к. только при помощи таких полетов можно достигнуть:
а) Сверхбольших скоростей,
б) Осуществить полет в постоянных и благоприятных условиях,
в) С точки зрения военного значения получить недосягаемость для зенитной артиллерии и незаметность самого полета,
г) Сверх того, стратосферные полеты имеют и громадное научное значение…"[38].
Трудность достижения больших высот заключалась в том, что по мере уменьшения плотности воздуха уменьшается и мощность двигателя внутреннего сгорания. Чтобы предотвратить это, были разработаны специальные устройства – нагнетатели, служащие для искусственного повышения давления перед цилиндрами. Первые двигатели с нагнетателями применялись в немецкой авиации еще в годы первой мировой войны [39, с. 263]. В последующие годы конструкция нагнетателей была усовершенствована, главным образом, благодаря усилиям фирм Роллс-Ройс в Англии, производившей сверхмощные авиамоторы для гоночных "Супермаринов", Фарман во Франции и Дженерал Электрик в США. Появились двухскоростные центробежные нагнетатели, позволявшие регулировать степень сжатия в зависимости от высоты полета, и турбокомпрессоры – устройства, приводившие в действие нагнетатель от газовой турбины, вращаемой под действием выхлопных газов двигателя. Турбокомпрессор не забирал мощность от вала двигателя, как у обычных нагнетателей с механическим приводом, можно было легко регулировать степень наддува путем изменения газового потока, направляемого в турбокомпрессор. Благодаря турбонагнетателям в 30-е годы стали возможны рекордные полеты самолетов в стратосферу (рис. 3.55).
В 1935 г. советский инженер В. И. Дмитриевский предложил систему комбинированного наддува, состоящую из турбокомпрессора с приводом от газовой турбины и центробежного компрессора с механическим приводом от двигателя. Такая система двухступенчатого сжатия позволяла сохранять давление на входе в двигатель до высоты более 10 тысяч метров. Система комбинированного наддува могла применяться на двигателях как жидкостного, так и воздушного охлаждения и позволяла значительно повысить их плотность без ухудшения экономичности. Она испытывалась на самолетах-разведчиках P-Z с двигателем АМ-34, самолетах-истребителях И-15, И-15бис, И-16 с двигателями М-25, М-63, АШ-82 [40, с. 175].
Для полетов на больших высотах использовали индивидуальные кислородные приборов. Но когда практический потолток самолетов стал приближаться к 10-тысячам метров, возникла опасность гибели экипажа из-за низкого атмосферного давления. Поэтому для сверхвысотных полетов стали применять, специальные скафандры. несколько напоминающие водолазные.
Первый авиационный скафандр создал известный американский летчик В. Пост (рис. 3.56). В пространство между воздухонепроницаемым и слоями ткани подавало подогретый воздух от нагнетателя: стравливающий клапан позволял поддерживать постоянное давление внутри скафандра. Используя этот скафандр. Пост в декабре 1934 г. на самолете Локхид "Вега" достиг рекордной высоты 14450 м. В СССР разработкой высотных скафандров занимался Е. Чертовский, в Англии – фирма Зибе-Горман, во Франции – Розенсьель. в Италии – Кавалотти.
Пилотировать самолет в скафандре было очень неудобно. К тому же, из-за низких температур на высоте возникала опасность обледенения стекла шлема. Вот например, как проходил рекордный полет на высоту английского летчика Свейна на самолете Бристоль-138 28 сентября 1936 г.:
"Свейн поднялся с аэродрома Фарнборо в 7 ч. 30 м. утра и быстро достиг высоты в 12000 м. …На высоте 14000 м свет солнца был ослепительным, но так как самолет внутри был предусмотрительно выкрашен в черный цвет, то действие солнца на глаза несколько ослаблялось. На этой высоте скафандр, в который был одет Свейн, начал стеснять движения. Достигнув высоты 15223 м, летчик обнаружил недостаток горючего и вынужден был начать спуск, не использовав целиком подъемных возможностей самолета. После того, как он спустился приблизительно до 13700 м, лицевая часть сто шлема и стекла кабины покрылись плотным инеем. Летчик не различал показаний приборов и летел вслепую, ориентируясь по сиянию солнца, проникавшему сквозь иней. Во время спуска летчик стал ощущать недостаток кислорода. Состояние изнеможения и чувство удушья все усиливалось. Он попытался открыть рычагом верхнюю часть кабины, но рычаг бездействовал; попробовал откинуть шлем, но парашютные ремни препятствовали этому. Тогда летчик с трудом достал нож и прорезал шлем, после чего состояние удушья уменьшилось, и он почувствовал себя значительно лучше. В это время самолет находился на высоте 4250 м " [41, с. 59].
Рис.3.55. Рекорды высоты полета (1 – Ньюпор 29D; 2-3 – Райт "Апаш"; 4 – Юнкерс W-341; 5 – Райт "Апаш"; 6 – Виккерс "Веспа"; 7 – Потез 50; 8 – Капрони 114; 9 -Локхид "Вега"; 10 – И-153; 11 – Потез 50; 12 – Бристоль 138. 13 – Капрони 161; 14 – Бристоль 138; 15 – Капрони 161 bis).
