Борьба за скорость полета
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Одним из основных показателей качества самолета является скорость. Из военных самолетов практически нам более выгоден тот, который обладает наибольшей скоростью полета. Он имеет все шансы выбрать для себя наиболее удобное место боя и провести этот бой с большим успехом.
Не менее важна скорость и для транспортного самолета. Чем быстрее он летит, тем дешевле обходится проезд, тем выше его рентабельность по сравнению с другими видами транспорта, тем меньше зависит полет от атмосферных условий.
Именно поэтому борьба за скорость является на протяжении последних лет одной из основных задач, которую ставит себе современная авиация. Эта борьба ведется в двух направлениях: во-первых, по линии увеличения мощности винтомоторной группы и, во-вторых, путем улучшения аэродинамических качеств самолета.
* * * * * * *
Успехи моторостроения за последние годы позволили в значительной мере повысить скорость полета за счет увеличения мощности мотора. В гидроавиации, где стимулом к увеличению скорости полета послужили гонки за кубок Шнейдера, эта погоня за высокой скоростью привела к созданию гоночного мотора мощностью в 3000 л.с.. В октябре 1934 г. итальянскому летчику Анджело удалось достигнуть рекордной скорости 709,2 километра в час на самолете Макки-Кастольди «М-72», на котором установлен был этот мотор. Однако такого рода отдельные рекорды не характерны для основного пути развития авиации. Повышение скорости полета посредством увеличения мощности мотора позволяет, правда, избегнуть более сложного пути совершенствования аэродинамических качеств самолета. Этот путь связан с длительными технико-конструктивными исканиями, испытаниями новых типов аппаратов и т.д.. Но именно этот путь обеспечивает прочные результаты практического характера. Игнорирование аэродинамических качеств самолета привело в сухопутной авиации к тому, что установленный еще в 1924 г. французским летчиком Боне рекорд скорости 448,1 километр в час на самолете Бернар-Фербуа Юбер с мотором Испано-Сюиза 550 л.с. оставался почти без изменения в течение девяти лет.
Должное внимание проблеме уменьшения лобового сопротивления самолета впервые уделили американские конструкторы. При этом они не сделали каких-либо открытий в области аэродинамики, а направили свои усилия на более рациональное устройство моторных обтекателей путем устройства зализов, препятствующих срыву струй, улучшили сопряжение крыла с фюзеляжем и устранили все выступающие детали вплоть до заклепочных головок.
Эти «мелочи» дали возможность фирме Локхид без увеличения мощности мотора повысить скорость своего самолета «Орион» с 258 до 358 километров в час. Это сразу же и весьма наглядно показало, какое огромное значение в борьбе за скорость имеет улучшение аэродинамических форм самолета.
С этого момента, т.е. с 1931 г., начинается период усиленных исканий наиболее рациональных форм фюзеляжа и крыла, конструктивной разработки металлических винтов с изменяемым в полете углом установки лопастей (к встречному потоку) и выбора надежных схем шасси, которые на время полета могут быть убраны внутрь самолета.
Одновременно наметилась тенденция к уменьшению длины фюзеляжа, так как при полете с большой скоростью фюзеляж вследствие трения обтекаемого воздуха является источником значительной части лобового сопротивления.
Самому глубокому изучению подверглись вопросы взаимного влияния крыла и фюзеляжа, имеющие решающее значение при полетах на больших скоростях. Раньше эти вопросы совершенно игнорировались.
Но наиболее существенное улучшение летных качеств самолета было достигнуто в 1933 г. В этом году были впервые применены результаты продолжительных исследований. В 1932 г. крейсерская скорость самолета на 7–9 пассажиров не превышала 230 километров в час, а в 1933 г. немецкая машина Хейнкель НЕ-70 с мотором BMW-630 л. с. достигла скорости 368 километров в час. Таким образом ни один из самолетов, построенных до этого момента, даже быстроходнейшие типы военных самолетов-истребителей не в состоянии догнать пассажирскую машину 1933 г.
1934 г. принес новые достижения в борьбе за скорость.
Особенных успехов добилась маломощная авиация, продемонстрировавшая свои достижения в состязаниях на кубок Дейтш-де-ла-Мерт, а также при перелете Лондон – Австралия. В этих состязаниях французский самолет Кодрон с мотором Бенгали 380 л.с. побил мировой рекорд, достигнув скорости 505,4 километра в час, тогда как специально построенный в Америке гоночный самолет «Вильямс-Веддель» с мотором Пратти-Уитней «УОСП» 800 л.с. развил скорость только 497 километров в час. В чем же секрет успеха Кодрона?
Объяснения этого успеха можно найти только в кропотливой работе над выбором наивыгоднейших с точки зрения аэродинамики форм фюзеляжа, оперения, обтекателей шасси и пр. Все эти детали совершенствовались, изменялись и испытывались в течение нескольких лет на целом ряде однотипных машин.
* * * * * * *
В области аэродинамических исследований Америка является передовой страной. Однако создать гоночный самолет, отвечающий поставленным задачам, ей пока не удалось. Объясняется это тем, что самолету «Вильямс-Веддель» приданы были формы, рассчитанные для полетов на скоростях в 350–400 километров в час. А для достижения больших скоростей, приближающихся к скорости звука, аэродинамические формы должны быть очевидно изменены.
Испытание скоростного самолета в аэродинамической трубе дает возможность производить продувку самолета в натуральную величину, но существующие в настоящее время скорости потока воздуха в трубах не превышают 300 километров в час. Поэтому эксперименты могут дать неверные результаты. Уже при полетах со скоростью, составляющей 60 процентов скорости звука, начинает заметно сказываться влияние некоторого дополнительного сопротивления за счет сжимаемости воздуха, значительно увеличивающее лобовое сопротивление.
Надлежащие результаты испытание скоростного самолета в трубе может дать только при условии, если скорость потока воздуха в ней будет в пределах звуковой скорости, причем величина трубы должна обеспечить возможность продувки модели, близкой по размерам к действительной величине, иначе получатся расхождения между результатами эксперимента и действительными условиями полета.
Следовательно, в настоящее время подбор наивыгоднейших форм скоростного самолета должен производиться только на основании летных испытаний.
Не следует, однако, думать, что достигнутые успехи повлекут за собой некоторую остановку в росте скоростей. Наоборот, борьба за достижение больших скоростей продолжается во всех странах с возрастающей настойчивостью. Опубликованные не так давно заявления директора NACA (Центральная аэродинамическая лаборатория Америки) Люкса говорят о том, что в ближайшие три года военные самолеты США будут обладать скоростью до 640 километров в час.
* * * * * * *
Очень интересные опыты производились лабораторией NACA для определения предельной скорости полета у земли. В этих испытаниях была применена уменьшенная модель скоростного самолета, фюзеляж которого может вместить мотор Рольс-Ройс мощностью в 2300 л. с. и пилота. Модель состояла из фюзеляжа круглого сечения, монопланного крыла и хвостового оперения без расчалок и раскосов. Шасси в полете убиралось, мотор был скрыт в удобообтекаемом капоте, охлаждение производилось радиаторами поверхностного типа, установленными в крыльях.
Фюзеляж не имел пилотского фонаря, обзор обеспечивался применением прозрачного материала для обшивки места сидения летчика и системой зеркал. Поэтому никаких накидок на лобовое сопротивление, шасси и охлаждение не делалось. На основании опытных исследований и теоретических подсчетов установлено, что предельная скорость этого самолета при полете у земли составляет примерно 840 километров в час.
Помимо улучшения аэродинамических; свойств самолета, дальнейшего снижения лобового сопротивления можно достигнуть уменьшением размеров самолета. Наибольший эффект в этом направлении дает уменьшение крыла, являющегося источником значительной части лобового сопротивления. Но уменьшение крыла упирается в проблему старта и посадки.
* * * * * * *
Условия конструкции современного самолета диктуются главным образом требованиями взлета и безопасной посадки. При полете на больших скоростях вопрос о подъемной силе, необходимой для поддерживания самолета в воздухе, утрачивает свою подлинную остроту. Наоборот, здесь будет иметь место излишек подъемной силы. Если бы нам удалось при этом разрешить проблему старта и посадки самолета, то в слегка разреженном воздухе можно было бы, имея современный мотор мощностью 800–900 л.с., летать со скоростью в пределах 800 километров в час. Эта цифра показывает, как мы еще далеки от возможного предела.
* * * * * * *
Большие запасы мощности потребуются самолету только при взлете. Для создания их конструкторская мысль работает в трех направлениях: 1) запуск самолета при помощи катапульты; этот способ не нов и вполне оправдал себя при взлете с палуб авианосцев; 2) запуск скоростного самолета при помощи другого, способного совершить взлет, имея его на спине. После взлета верхний самолет отцепляется и совершает полет уже самостоятельно; 3) запуск самолета ракетным двигателем, установленным на крыле. После взлета ракеты сбрасываются, и самолет совершает дальнейший полет собственной мощностью. Правда, при применении одного из этих методов самолет лишен возможности самостоятельно подняться после вынужденной посадки, но для самолета ближайшего будущего вынужденная посадка будет очень редким явлением.
Ведется также целый ряд исследований над созданием телескопически выдвигающихся крыльев.
Разработка конструкции такого крыла, несомненно, даст возможность наилучшим образом осуществить старт и посадку.
Идея заключается в том, что одна часть крыла может телескопически вдвигаться в другую. В момент взлета или посадки, когда самолету нужен максимум подъемной силы, крылья раздвигаются, а после взлета автоматически или управлением из кабины летчика сдвигаются, и благодаря этому достигаются значительное уменьшение лобового сопротивления и увеличение скорости полета.
Что касается посадки, то здесь дело обстоит уже проще, так как при посадке не требуется большой мощности, а наоборот, ощущается избыток ее. В настоящее время посадочная скорость самолета снижается путем устройства специального закрылка на нижней поверхности задней части крыла. В поднятом состоянии закрылок составляет одно целое с основным профилем крыла и лежит в одной плоскости с ним. Когда же закрылок опускается, то, во-первых, увеличивается подъемная сила крыла за счет дополнительного разрежения на верхней кромке, а кроме того, становясь к встречному потоку под углом до 60°, закрылок действует как воздушный тормоз.
Впервые закрылки были установлены в 1932 г. на двух самолетах американской фирмы Нортроп.
* * * * * * *
С разрешением проблем старта и посадки самолет утратит вид птицы и примет более компактное очертание рыбы с крыльями и оперением вместо плавников.
Проникновение в высшие слои атмосферы открывает широкие возможности для достижения больших скоростей, но эти высотные полеты упираются в отсутствие специального мотора и герметически закрываемых кабин или специальных костюмов для предохранения пассажиров и пилотов от действия низкого давления.
В Советском Союзе создан целый ряд авиационных заводов и научно-исследовательских институтов, которые поставили наш воздушный флот на одно из ведущих мест в мире.
Сконструированный и построенный в ЦАГИ самолет «РД» с нашим мотором и под управлением наших летчиков побил мировой рекорд дальности полета по замкнутому кругу.
Этот рекорд является крупным достижением нашей авиации. Создать такой самолет могла только страна, в которой производство отвечает последнему слову техники. Наша следующая задача – овладеть скоростью. За разрешение этой ответственной задачи надо взяться со всей серьезностью, памятуя, что экзамен на скорость является в то же время экзаменом наших достижений в области аэродинамики.
источник: С. УМАНСКИЙ «Борьба за скорость полета» // Техника-молодежи 1935-09
