Дмитрий Соболев - Столетняя история “летающего крыла”

Дмитрий Алексеевич Соболев

Столетняя история «летающего крыла»

М.: «Русское авиационное акционерное общество» (РУСАВИА), 1998. — 288 с.: ил.

ISBN 5-900078-01-9

В книге подробно прослежена история создания и развития самолетов таких нетрадиционных схем, как «бесхвостка» и «летающее крыло». Рассмотрен вклад различных конструкторов и конструкторских школ в эволюцию летательных аппаратов указанных типов.

Для широкого круга читателей, интересующихся историей мировой авиации.

© «Русское авиационное акционерное общество» (РУСАВИА)

© Соболев Д.А.

Введение

Широко распространенная в авиации нормальная (классическая) схема самолета — с фюзеляжем и расположенным за крылом оперением — ни на одном этапе развития самолетостроения не была единственной. Это объясняется тем, что в отношении аэродинамики и технологичности конструкции данная схема не является идеальной. Для образования подъемной силы необходимо только крыло, все остальные агрегаты планера самолета представляют собой «плату» за достижение требуемых устойчивости и управляемости, обеспечение хороших взлетно-посадочных характеристик, удобство размещения людей и грузов.

Попытки создания летательных аппаратов, имеющих минимальное число «лишних», не участвующих в создании подъемной силы элементов, привели к появлению самолетов схем «бесхвостка» (самолет без горизонтального оперения) и «летающее крыло» (самолет, не имеющий не только оперения, но и фюзеляжа). История этих самолетов насчитывает уже около ста лет.

Жизнеспособность «бесхвостки» и ее разновидности — «летающего крыла» объясняется такими важными потенциальными преимуществами этих схем, как меньшее аэродинамическое сопротивление и меньший вес конструкции из-за отсутствия горизонтального оперения и фюзеляжа (или же меньшей длины последнего), удобство компоновки задней стрелковой установки на боевых самолетах, менее заметное перемещение фокуса крыла при переходе на сверхзвуковую скорость по сравнению с «нормальным» самолетом.

На другой чаше весов находятся недостатки, присущие бесхвостым самолетам: худшая продольная и боковая динамическая устойчивость, «просадка» при резком перемещении ручки управления «на себя», обусловленная уменьшением подъемной силы крыла с отклоненными вверх рулями высоты, сложность применения посадочной механизации — из-за малого плеча действия рулей высоты трудно уравновесить продольный момент, возникающий при выпуске закрылков.

Технические возможности авиации и задачи, стоящие перед конструкторами, меняются по мере научно-технического прогресса. Соответственно изменяется и «удельный вес» различных преимуществ и недостатков «бесхвостки». Поэтому чаши весов никогда не находились в покое и интерес к данной схеме то угасал, то вспыхивал вновь. В результате в одни периоды истории авиации бесхвостые самолеты были представлены целым рядом серийных образцов, в другие периоды работы в этой области не выходили за рамки эксперимента. В наши дни благодаря появлению в авиации систем искусственной устойчивости чаша с преимуществами «бесхвостки» заметно потяжелела...

Несколько слов о самой книге. Когда я начинал работать над рукописью, то полагал, что результатом будет дополненный вариант моей монографии «Самолеты особых схем», выпущенной издательством «Машиностроение» в 1985 г. Однако в процессе работы я обнаружил в архивах множество новых интересных документов, которые раньше были засекречены и поэтому не могли быть использованы. Очень помогли мне зарубежные коллеги, приславшие большое количество материалов по истории самолетов нетрадиционных схем. В результате число источников несоизмеримо возросло, среди них стали преобладать документальные свидетельства. А на новом фундаменте строится новое здание. Поэтому я отказался от идеи «косметических» улучшений и написал, по существу, новую книгу. Теперь она носит более энциклопедический характер и предназначена для широкого круга читателей, интересующихся историей авиации.

Книга озаглавлена Столетняя история «летающего крыла». Формально такое название не вполне точно отражает содержание работы: она посвящена истории самолетов схемы «бесхвостка», а «летающее крыло» — это только частный случай данной схемы. Но в научно-популярной литературе указанные термины часто считаются синонимами. Поэтому в заглавии я тоже позволил себе эту маленькую вольность: согласитесь, что название «летающее крыло» благозвучнее, чем «бесхвостка».

В работе использованы фотографии из российских, американских и немецких государственных архивов, а также материалы частных коллекций.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю признательность всем, кто помог в подборе материалов для данной книги или взял на себя труд отрецензировать рукопись: Е.В.Арсеньеву, А.А.Демину, К.Ю.Косминкову, М.К.Курьянскому, М.А.Левину, Г.Ф.Петрову, В.Г.Ригманту, О.С.Самойловичу, В.С.Синякову, И.Г. Султанову, В.А.Тимофееву, А.А.Щербакову, В.С.Савину (Украина), Т.Вулдриджу и Д.Мире (США), С.Рансому (Германия), А.Пеллетье (Франция). Благодарю технических специалистов журнала «SALON Interior» за помощь при подготовке оригинал-макета.

Хочу выразить также глубокую благодарность Генеральному директору A/О «Русавиа» С.Н.Баранову за поддержку в издании этой книги.

1

Учась у природы

В конце восемнадцатого веке у человека появились «искусственные мускулы» — паровая машина. К середине следующего столетия железнодорожное сообщение связало крупнейшие города Европы и Америки, суда с паровыми двигателями могли пересекать моря и океаны независимо от капризов ветра. Оставалось покорить воздушный океан, и все больше инженеров и изобретателей задумывалось над этой задачей.

Вопрос о двигателе для самолета казался решенным: это, конечно, паровая машина, но только облегченной конструкции. Она должна вращать воздушный винт, наподобие крыльев ветряной мельницы или морского гребного винта. Но как выбрать такую форму летательного аппарата, которая обеспечила бы силу, удерживающую его в воздухе, и дала бы устойчивость в полете? Создатели первых самолетов решили «подсмотреть» решение у природы.

Наблюдения за птицами и другими летающими созданиями привели к выводу, что все хорошие «летуны» имеют большой размах крыла. Кроме того, профиль их крыла не плоский, а изогнутый, выпуклой частью вверх. Эти особенности птичьего крыла были исследованы в первых примитивных аэродинамических трубах или на моделях. Эксперименты подтвердили, что крыло с изогнутым профилем создает большую подъемную силу, чем плоская поверхность, и что вытянутое в длину крыло эффективнее по сравнению с крылом квадратной формы. Эти выводы нашли воплощение в конструкции первых планеров и самолетов.

Но нужен ли самолету хвост, как у птицы? Большинство пионеров авиации считало, что да. В этом вроде бы убеждали облик птиц и опыты с небольшими летающими моделями. Вместе с тем, природа давала немало примеров, когда способное к полетам животное не имеет хвоста и, тем не менее, превосходно держится в воздухе. Одним из таких существ является летучая мышь.

Контуры некоторых птиц и летучей мыши (а — ласточка, b — летучая мышь, с — альбатрос, d — коршун, е — аист).

Летучая мышь как образец для копирования при создании летательного аппарата издавна привлекала внимание изобретателей «летательных машин»: в отличие от птицы она не покрыта перьями и сделать ее увеличенный макет значительно проще, чем изготовить огромную копию птицы. Еще Леонардо да Винчи писал: «Анатомируй летучую мышь и этого держись, и на основании этого построй летательный прибор».[1]

Четыре столетия спустя рекомендацию великого итальянца воплотил в жизнь французский инженер Клеман Адер — создатель первого самолета схемы «бесхвостка».

Адер родился в 1841 г. в небольшом городке недалеко от Тулузы, участвовал с прокладке железных дорог во Франции, затем заинтересовался недавно изобретенным телефоном, усовершенствовал его и стал создателем первой в Париже телефонной сети. Это позволило ему собрать капитал и приступить к осуществлению своей давней мечты — постройке самолета.

Обычно пионеры авиации XIX века начинали с разработки собственных теорий и с опытов с летающими моделями. Адер решил пойти более коротким путем. Он соорудил рядом с домом вольеры с птицами и летучими мышами и вскоре приступил к изготовлению самолета в форме огромной летучей мыши с размахом крыла 14 м.

Строительство самолета, названного «Эол» в честь древнегреческого бога- повелителя ветров, продолжалось 9 лет, с 1882 по 1890 гг., и обошлось Адеру в полмиллиона франков.

В соответствии с обликом летучей мыши, «Эол» представлял собой моноплан-«бесхвостку» с гибким крылом криволинейных очертаний. Крыло имело сводчатую форму. Оно было изготовлено из бамбука и обтянуто шелком, который крепился к каркасу с помощью нескольких тысяч пуговиц. Под крылом находился обтянутый материей отсек, выполненный из очень легких полых внутри деревянных труб. Там располагались паровая машина, место для пилота и рычаги управления. Летчик мог смотреть только через расположенные по бокам овальные окна, так как все пространство впереди занимала паровая машина. Двигатель вращал четырехлопастный пропеллер. Верный выбранному принципу копирования природы, конструктор даже лопастям пропеллера придал форму птичьих перьев. Для разбега самолета служили три колеса: два спереди и одно сзади. Чтобы избежать опасности капотирования при движении по земле перед фюзеляжем установили дополнительное «страховочное» колесо.