Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 09
ПОЛИГОН
Странная история удивительного самолета
Когда в начале Второй мировой войны один английский летчик заявил, что в воздухе его преследовал самолет без винта, его отправили к врачу. Потом, правда, разобрались: самолет был реактивный. Но в 1947 году по полю одного из московских аэродромов с мотоциклетным треском бойко бегал самолет, не имевший ни винта, ни реактивного двигателя (рис. 1).
Звук не обманывал. На самолете действительно стоял мотор от мотоцикла М-72. Но он приводил в действие не винт, как положено, а заставлял вибрировать тонкую обтекаемую пластину, расположенную перед крылом. Она-то и двигала аппарат. Создал столь удивительный самолет старший инженер кафедры аэродинамики МАИ А.И.Болдырев.
Еще в 1940 году он начал изучать работу системы, состоящей из крыла и расположенного перед ним узкого, тонкого и длинного колеблющегося крылышка — предкрылка. Его колебания создавали систему вихрей, бегущую по поверхностям основного крыла, в результате чего получалась тяга. Работа предкрылка изучалась и в аэродинамической трубе, и на летающих моделях. Результаты этих исследований позволили создать принципиально новый движитель с уникальными свойствами.
При мощности мотора всего 22 л.с. колеблющийся предкрылок создавал тягу 90 кг, на что был бы способен лишь винт диаметром около трех метров. Но самолет Болдырева был совсем маленький — размах крыльев всего 6 метров при весе 290 кг. Трехметровый винт на нем бы просто не поместился. Судя по результатам, крыло с вибропредкрылком могло бы служить основой для летательных аппаратов вертикального взлета (АВП), которые стали бы сильнейшими конкурентами вертолета. Для этого было достаточно развернуть крыло самолета Болдырева вертикально.
Вращающийся винт вертолета требует для взлета и посадки больших открытых площадок и просто опасен для окружающих, ведь концы его лопастей движутся со скоростью звука. Аппарат же вертикального взлета, оснащенный колеблющимся предкрылком Болдырева, мог бы садиться на тесных улицах города и даже в лесу. Такой аппарат давно ждут военные. Он крайне необходим всевозможным спасательным службам города, улицы которого постоянно забиты автомобилями.
После того как самолет Болдырева был испытан на земле, его не выпустили в полет, а передали в Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) для повторных исследований. И вдруг вокруг самолета стали твориться непонятные вещи. В механизме работы предкрылка сломалась шестеренка, и на этом основании испытания отложили. Но гигантская организация на протяжении, по крайней мере, двадцати лет (далее след теряется) так и не смогла ее заменить, а самолет так и не был испытан.
На этом злоключения крыла Болдырева не закончились.
В 1952 году по проекту М.А.Кузакова, изобретателя, авиаконструктора и пилота-профессионала, был построен учебный планер. Он оказался столь удачен, что его начали выпускать серийно. На один из планеров поставили мотор и винт (рис. 2).
Получился мотопланер, способный уверенно летать при отсутствии столь нужных обычному, безмоторному, планеру восходящих воздушных потоков. Но самостоятельно взлетать он не мог, и Кузаков совместно с Болдыревым в 1956 году поставили на планер колеблющийся предкрылок. Этого оказалось достаточно, чтобы планер с тем же мотором стал взлетать с земли, как самолет. Ожидалось, что при взлетном весе 240 кг он сможет летать со скоростью 130 км/ч на расстояние до 440 км.
Страна могла обрести первый в истории реально летающий самолет с крылом Болдырева, который с успехом можно было бы назвать и первым летающим махолетом. Но, как пишет историк, «… прошедший наземные испытания планер с вибропредкрылком стоял у ангара и вскоре был кем-то разрушен…». Это на прекрасно охраняемой-то территории аэродрома?! Нетрудно понять, что Болдырев, а точнее его вибропредкрылок, оказался кому-то очень неугоден…
Сведений о дальнейших работах в этом направлении у нас нет. Однако в книге Г.Васильева «Проблема полета моделей с машущими крыльями» (Москва, 1951 год) дан чертеж летающей модели А.И.Болдырева с колеблющимся предкрылком (рис. 3).
Сообщается, что летала она хорошо. Модель приводил в действие мотор мощностью 0,25 л.с. Предкрылок располагался в средней части. Он состоял из четырех секций, соединенных общим валом. Отогнутые вверх концы крыла обеспечивали устойчивость полета модели. На рисунке 5 дан профиль крыла и предкрылка модели. Этот же профиль был применен и в полноразмерном самолете Болдырева.
Колебательное движение предкрылка создавалось кривошипно-шатунным механизмом. Он состоял из кривошипа на валу мотора, шатуна и «кабанчика» — рычага, соединенного с колеблющимся предкрылком (рис. 4).
Для получения достаточно значительной тяги механизм должен обеспечивать отклонение предкрылка на плюс-минус 13 градусов относительно плоскости крыла. В обычных авиамоделях мотор служит для привода винта, который, благодаря своей инерции, накапливает энергию, необходимую для осуществления в двигателе такта сжатия и прохождения мертвых точек. Механизм вибропредкрылка энергии не накапливает. Поэтому на вал двигателя насажен маховик, чего обычно на авиамоделях не делается. Он же служит и кривошипом. Кроме того, на маховике имеются два стержня, служащие для запуска мотора, который производился ударом пальца по одному из них.
Отметим, что отладка и запуск поршневого двигателя с маховиком самостоятельная и не простая задача. Немалые трудности должны возникнуть и при отладке работы самого предкрылка. Можно лишь догадываться, сколько труда вложил А.И.Болдырев, прежде чем его модель поднялась в воздух.
Мы с вами можем применить электромотор, который не требует маховика и не имеет проблем с запуском. Он позволит произвести отладку работы предкрылка модели хоть дома на письменном столе. В этот момент электромотор может получать питание через адаптер от сети. После того как этот этап работы закончится, можно отправить модель в полет на корде или с аккумуляторами на борту.
Модель самолета Болдырева в конце 50-х годов была построена Б.С.Блиновым. По рассказам очевидцев, она взлетала после очень короткого пробега с письменного стола почти вертикально.
Будем надеяться, что у вас тоже все получится.
А.ИЛЬИН
СДЕЛАЙ ДЛЯ ШКОЛЫ
Как проверить Архимеда?
Одна из самых распространенных, пусть далеко не самых точных формулировок закона Архимеда гласит: «Тело, опущенное в воду, теряет в своем весе ровно столько, сколько весит вытесненная им вода».
Этой формулировки достаточно, чтобы строить океанские пароходы и даже… дирижабли. Несмотря на это, уроки по теме «Закон Архимеда» считаются самыми сложными. Возможно, это связано с тем, что школа всегда старалась дать ученику не только умение делать расчеты, но и понимание того, откуда сила Архимеда берется.
В прежние времена для наглядного разъяснения закона Архимеда существовало множество остроумных приборов. Но поскольку плаванье тел вызвано существующей в жидкости разностью давлений и «передачей его во всех направлениях без изменения», то разъяснение закона Архимеда начиналось с проверки закона Паскаля. Учитель и здесь имел богатый выбор приборов. Все они настолько просты, что вы сможете изготовить их, глядя на рисунки.
Начиналось с самого простого. В снабженный проволочным каркасом цилиндр из каучука наливали ртуть (тогда к ней относились без опаски). И оказывалось, что внизу его стенки раздуты особенно сильно, что свидетельствовало о росте давления с глубиной. Сегодня о ртути знают больше и потому резиновый воздушный шарик наполняют водой. Результат тот же.
В обоих случаях достигается лишь качественное подтверждение правоты Паскаля. Для точного же нужны измерения.
Приборы немецкого изобретателя Гартля позволяли измерять давление жидкости в сосуде на любой глубине в любом направлении. Вот как они действовали. В «аквариум» (рис. 1) опускалась особая чашка, укрепленная на шарнире, позволявшем ее повернуть или наклонить. На чашку была натянута резиновая пленка, а сама она при помощи шланга соединялась с атмосферным воздухом.
Пленка под действием давления прогибалась, а величина прогиба зависела от давления. Через рычажок пленка соединялась со стрелкой, которая двигалась по шкале. Давление воды прогибало пленку, и стрелка отклонялась, показывая в условных единицах его величину. Устройство и действие прибора было предельно понятным любому.
Но в те времена (начало XX века) все вещи рассчитывались на долгие годы работы и должны были быть просты в ремонте. Однако замена в приборе прорвавшейся пленки и присоединение ее к рычажку стрелки вызывало затруднения.
