Гонка за призраком скорости. Опыт с удельной нагрузкой (1903—1914 гг.)
В соперничестве летательных аппаратов различных типов и назначения есть практически неизвестное для массового читателя направление. Речь идет о специальных гоночных и рекордных самолетах, которые фактически и определяли основные пути развития мировой авиации. Именно они дали серийным гражданским и военным машинам предкрылки и закрылки, убирающееся шасси, воздушные винты изменяемого шага и многие другие элементы конструкции. Гоночные самолеты первыми «врезались» во флаттер и звуковой барьер. Именно гонка за призраком сверхскорости дала мощный толчок для развития аэродинамики, двигателестроения, технологии и материаловедения. Каждый новый рекордный самолет можно сравнить с иголкой, протаскивающей за собой как нитку всю остальную авиацию.
Гоночные самолеты всегда определяли успех того или иного государства в развитии боевых самолетов, и прежде всего, истребителей. К сожалению, мы и об этом практически ничего не знаем. Ведь до войны в нашей стране настоящие гоночные самолеты никогда не строились, а отечественная авиационная промышленность в какой-то мере использовала опыт западных стран.
В первые послевоенные годы завеса строжайшей секретности просто не давала возможности представить миру рекордные результаты наших новейших реактивных самолетов. И только в 1959 году советский самолет Е-66 впервые (официально) установил мировой рекорд скорости. Однако и после этого практически не публиковался подробный отчет о развитии гоночных и рекордных самолетов — этих поистине первопроходцев мировой авиации.
В первые годы XX века к самолетам относились как к средству развлечения публики. Однако это довольно быстро прошло. Уже в 1909 году талантливый французский пилот и конструктор Луи Блерио на аэроплане собственной постройки «Блерио» XI совершил поистине исторический перелет из Франции в Великобританию через Ламанш. Этот день, 25 июля, вошел в историю. Человечество стало смотреть на самолет другими глазами. Возможность преодоления больших расстояний поставила самолет в ряд наиболее перспективных видов транспорта, а также превратила его в высокоэффективное средство, предназначенное для ведения боевых действий.
Естественно, что основными требованиями к самолетам стали грузоподъемность, дальность, высота и скорость. С самого зарождения авиации по всем этим параметрам идет соревнование как среди крупнейших авиационных фирм, так и между ведущими мировыми державами. Однако на протяжении всей истории развития авиации именно скорость полета являлась основным показателем достижений авиационной промышленности той или иной страны мира, ибо скоростные характеристики прежде всего были обусловлены развитием моторостроения, достижениями аэродинамики, прочности, технологии и целым рядом других направлений авиационной науки и техники.
Само собой разумеется, что начиная с 17 декабря 1903 года — дата первого полета самолета братьев Райт — практически каждый полет можно назвать уникальным по всем показателям, в том числе и по скорости. Правда, первый международный рекорд был зарегистрирован только 26 октября 1907 года, когда Анри Фарман показал на своем аэроплане результат 52,7 км/ч.
Анри Фарман устанавливает первый мировой рекорд скорости. 1907 год
Официальным началом международных соревнований можно считать 1909 год, когда издатель газеты «Нью-Йорк Геральд» Джеймс Гордон-Беннетт учредил приз-кубок тому, кто быстрее всех преодолеет на самолете расстояние в 20 км. (Параллельно разыгрывался и приз Гордон-Беннетта для дирижаблей.)
Первый розыгрыш кубка состоялся 23 августа 1909 года во французеком городе Реймсе. Победа досталась американцу Глену Кертиссу. Он на своем коробчатом биплане «Голден Флайер» пронесся по мерной дистанции с поразившей всех скоростью о9.82 км/ч, оставив позади более изящные французские монопланы «Блерио» и «Антуанетт». Такого результата не мог ожидать никто.
Казалось очень странным, что американский неказистый биплан, имеющий гораздо большие размеры, чем его соперники (площадь крыла почти вдвое превосходила площадь крыла самолета «Блерио» XI), и весь как бы состоящий из сплошных подкосов, стоек и расчалок, мог показать столь высокий результат. Но секрет «Голден Флайера» раскрылся довольно быстро. Конечно, самолет не обладал какими-то необыкновенными летными качествами, как думали многие в то время. Просто Кертисс буквально накануне соревновании заменил 35-сильный двигатель 70-сидьным. Мощность, приходящаяся на квадратный метр крыла, возросла до 2,7 л. с. то есть до величины, которой не обладали самолеты-соперники (так, например, на «Блерио» XI стоял двигатель мощностью 25 л.с. и, следовательно, величина удельной мощности составляла всего 1,6 л.с./м²). Одним словом, более мощный двигатель просто вытащил самолет Кертисса на себе.
«Блерио» XI готовится к воздушным гонкам. 1910 год
Результат первых международных гонок показал, что основным направлением в достижении высокой скорости полета может стать разработка более мощной силовой установки. Учитывая это, известный французский пилот Леон Делагранж установил на «Блерио» XI новый 50-сильный мотор «Гном» и 30 декабря того же года спокойно побил рекорд Кертисса, превзойдя его на 10 км/ч. Однако исходный самолет не был рассчитан на такие скорости, а соответственно и на более высокие аэродинамические нагрузки. Произошла катастрофа, Леон Делагранж трагически погиб на своем самолете спустя всего пять дней после установления рекорда.
Тем не менее успех и смерть Делагранжа подсказали другим конструкторам еще один путь создания скоростных самолетов…
В 1910 году на очередные состязания на кубок Гордон-Беннетта, проходившие в Америке (по условиям конкурса гонки проводились на родине победителя предыдущих состязаний), Луи Блерио выставил модифицированный вариант своей машины «Блерио» XI с мотором мощностью 100 л. с! А для того, чтобы уменьшить аэродинамические нагрузки на конструкцию, площадь крыла нового самолета была уменьшена на 2 м2. В результате мощность на квадратный метр крыла достигла 7,5 л. с. По этому параметру гоночный самолет Блерио не имел себе равных. Кстати, еще за три месяца до гонок, в июле 1910 года, пилот Леон Моран на этом самолете преодолел стокилометровый рубеж скорости, показав результат 106,508 км/ч (т. е. почти на 30 км/ч больше чем результат Делагранжа). И вот, во время розыгрыша приза Гордон-Беннетта 29 октября этот самолет, пилотируемый Лебланом, устанавливает новый мировой рекорд — 109,756 км/ч.
Однако, несмотря на столь хороший результат, Леблана ждало сильное огорчение. Хотя его самолет и вырвался вперед, показав при этом рекордную скорость, нехватка бензина не позволила ему дотянуть до финиша, и кубок достался англичанину Грэхэму Уайту, летевшему также на самолете конструкции Блерио и показавшему скорость 98,25.км/ч. Неудача Леблана объяснялась тем, что гоночная дистанция в 1910 году была увеличена с 20 до 100 км. Самолеты буквально с каждым месяцем летали не только быстрее, но и дальше. Пожелав дальнейших успехов Уайту, Леблан мог гордиться лишь тем, что быстрее его не летал еще ни один человек в мире. В дальнейшем ему удалось выжать из своего самолета дополнительно еще 2 км/ч.
Тем не менее, рекорды Леблана показали, что одним из важнейших параметров, влияющих на скорость полета, является так называемая удельная нагрузка на крыло, которая определяется как отношение массы самолета к площади его крыла. И чем выше удельная нагрузка на крыло (при прочих равных условиях), тем большую скорость может достичь летательный аппарат. Так, если у «Голден Флайера» удельная нагрузка на крыло составляла 15 кг/м2, то v гоночного «Блерио» она достигала уже 42кг/м . Забегая несколько вперед, скажем, что и в дальнейшем величина удельной нагрузки на крыло гоночных самолетов постоянно увеличивалась и являлась одним из основных показателей скоростных возможностей машины. Правда, здесь требуется небольшое уточнение.
Простое увеличение массы самолета, что также приводит к возрастанию удельной нагрузки на крыло, естественно, не дает никакого прироста скорости. Зато уменьшение площади крыла (в результате чего уменьшаются аэродинамическое сопротивление и аэродинамические нагрузки, действующие на него, способствует возрастанию скорости полета. Из двух самолетов одинаковой массы и оснащенных одинаковыми двигателями, более скоростным окажется тот, у которого меньше площадь крыла, а следовательно, выше и удельная нагрузка на него. Именно этим путем и пошел Луи Блерио, создавая гоночный вариант своего самолета.
Однако в следующем, 1911 году, произошло событие, заставившее удивиться не только любителей авиации, но и многих специалистов. Дело в том, что 11 мая Эдуард Ньюпор на самолете собственной постройки «Ньюпор» II достиг скорости 119,76 км/ч. При этом самолет был оснащен двигателем мощностью всего 30 л. с. (2 л. с. на квадратный метр крыла) и имел удельную нагрузку лишь 23 кг/м². казалось, здесь что-то не так. Однако при более близком знакомстве с «Ньюпором» все встало на свои места. Конструктор сделал основную ставку не на мощность двигателя, а на хорошую аэродинамику. Ньюпор первым понял, что на скоростях более 100 км/ч сопротивление воздуха возрастает настолько быстро, что такие элементы конструкции, как фюзеляж, оперение и шасси, начинают сильно влиять на общую аэродинамику летательного аппарата. Убрав все лишние элементы из набегающего потока, Ньюпор настолько снизил лобовое сопротивление своей машины, что обеспечил ей преимущество в скорости перед другими самолетами, оснащенными двигателями мощностью 70—100 л.с.
Интересно отметить и тог факт, что при создании этого гоночного самолета Ньюпогзу помогал известный французский инженер Эйфель (создатель знаменитой Эйфелевой башни в Париже), который продувал модели самолета в своей только что сооруженной аэродинамической трубе. Благодаря рекомендациям Эйфеля, Ньюпор применил в конструкции своего самолета целый ряд нововведений.
Во-первых, обтянул материей весь фюзеляж до самого хвоста и разместил в нем пилота так, что из фюзеляжа выступала только его голова. (В то время у гоночного самолета Блерио фюзеляж был выполнен в виде фермы, а пилот почти по пояс находился в воздушном потоке). Во-вторых, на самолете «Ньюпор» II было установлено трапециевидное крыло с закругленными концами, имеющее тонкий профиль и крепящееся к фюзеляжу с помощью минимального количества растяжек (в 2—3 раза меньше чем на других аппаратах). В-третьих, Ньюпор уделил внимание дажу таким «мелочам», как стойки, которые имели в сечении хорошо обтекаемую форму. Коэффициент лобового сопротивления машины оказался в 3—4 раза меньше чем у друг их самолетов того периода (0,045 вместо обычных 0,15—0,2).
Таким образом, благодаря Ньюпору было успешно реализовано еще одно важнейшее направление в создании скоростных самолетов — качественное улучшение их аэродинамики.
«Ньюпор» II. 1911 год
Естественно, что результат Ньюпора произвел огромное впечатление на других авиаконструкторов. Так. Луи Блерио тоже обтягивает материей ферменный фюзеляж своего самолета и ставит на него новое, более обтекаемое оперение. Уже одно это снизило коэффициент лобового сопротивления самолета в три раза, что позволило Блерио обойтись мотором вдвое меньшей мощности и установить новый мировой рекорд. 12 июня 1911 года летчик Леблан на новом гоночном самолете Блерио достиг скорости 125 км/ч.
Гоночный самолет «Блерио». 1911 год
Однако Ньюпор не позволил Леблану долго наслаждаться славой чемпиона. Используя уже известньк принципы, он ставит на свой «Ньюпор» двигатель мощностью 50 л. с, увеличивает нагрузку на крыло до 31 кг/м², и всего через четыре дня появился новый мировой рекорд скорости, равный 133,136 км/ч, который продержался до конца 1911 года. Еще два самолета Ньюпора — двух- и трехместный, оснащенные более мощными двигателями в 70 и 100 л. с. соответственно, хотя и не смогли перейти этот рубеж, выиграли и вернули во Францию кубок Гордон-Беннетта, который разыгрывался 29 октября в Лондоне. Именно эти машины стали прототипами известных впоследствии серийных самолетов «Ньюпор» IV, на одном из которых Петр Нестеров выполнил «мертвую петлю».
К большому сожалению, в том же 1911 году основатель фирмы и ее главный конструктор Эдуард Ньюпор разбился по время военных маневров. Чуть позже в авиакатастрофе погиб и его брат Шарль. С этого момента фирму возглавил получивший впоследствии мировую известность талантливый авиационный инженер Густав Деляж.
Несмотря на целый ряд трудностей, начало нового 1912 года ознаменовалось очередным рекордом скорости, причем на сей раз лидером оказалась основанная в 1910 году французская фирма Армана Депердюссена, получившая впоследствии название СПАД. Ее главный конструктор — инженер Луи Бешеро стал известен не только как автор гоночных самолетов, но и создатель знаменитых истребителей СПАД периода первой мировой войны.
Еще в 1910 году, работая над созданием своего гоночного самолета, Бешеро применил в его конструкции перспективную технологию. В отличие от широко распространенной в то время угловатой ферменной конструкции фюзеляжа, он сделал корпус самолета по схеме монокок, выклеив его из тополевого шпона и придав ему хорошо обтекаемую веретенообразную форму. На этом самолете, оснащенном двигателем мощностью 100 л. с. и имеющем удельную нагрузку на крыло 43 кг/м², шеф-пилот фирмы Жюль Ведрин значительно улучшил рекорд Ньюпора, развив 13 января на дистанции 150 км скорость 145,161 км/ч.
Но Бешеро не остановился на этом и построил второй, улучшенный самолет с мотором мощностью в 140 л. с. Кроме того, он почти на метр уменьшил размах крыла, что увеличило удельную нагрузку до 55 кг/м², и покрыл обшивку крыла только что появившимся тогда аэролаком. Он же первым поставил на свой самолет большой кок — обтекатель втулки воздушного винта. На этом гоночном «Депердюссене» Ж. Ведрин 7 сентября достиг скорости 174,1 км/ч, а в июне 1913-го другой французский летчик Морис Прево на том же самом самолете — 179,82 км/ч.
На гоночной трассе «Денердюссен». 1913 год
Готовясь к гонкам на приз Гордон-Беннетта 1913 года, Бешеро построил два новых самолета. Внешне они почти не отличались от «Депердюссена» выпуска 1912 года за исключением нового кока винта и специального обтекателя, установленного за головой пилота. Зато габаритные размеры этих машин были уменьшены, так что удельная нагрузка на крыло достигла 70 кг/м². Кроме того, Бешеро поставил на самолеты новейшие авиационные двигатели «Гном» и «Рон» — оба мощностью по 160 л. с, благодаря чему мощность на квадратный метр крыла достигла 15,8 л. с.
29 сентября 1913 года в г. Реймсе состоялись очередные состязания. Было ясно, что основная борьба будет идти между известными гонщиками Ведрином и Прево, выступавшими на однотипных «Депердюссенах». Во время гонок удача сопутствовала Прево, который прошел всю дистанцию со скоростью 200,5 км/ч. При этом на одном из пятикилометровых участков он смог развить скорость 203.85 км/ч, которая и была зарегистрирована как новый мировой рекорд.
Но самым интересным было то, что во время состязаний вторым к финишу пришел не Жюль Ведрин на таком же «Депердюссене», а его брат Эмиль, летевший на совершенно новом и мало кому известном самолете Анрио-Паньи. Этот самолет, сконструированный инженером Паньи, внешне сильно напоминал гоночные самолеты Ньюпора, но был оснащен 160-сильным двигателем «Гном» — таким же, какой стоял и на «Депердюссене» Прево. И хотя фюзеляж Паньи имел более высокий коэффициент лобового сопротивления, площадь его крыла была на целый квадратный метр меньше чем у «Депердюссена». При этом количество растяжек, крепящих крыло к фюзеляжу, насчитывалось в два раза меньше, что давало этой машине в целом неплохую аэродинамику.
Но самым главным достижением Паньи было то, что его самолет весил на 100 кг меньше (масса пустого составляла всего 350 кг) и при той же удельной нагрузке на крыло, равной 70 кг/м², мощность двигателя, приходящаяся на квадратный метр крыла, возросла до 17,7 л.с.
Вполне вероятно, что Эмиль Ведрин, пилотирующий этот самолет, мог выиграть приз Гордон-Беннетта, если бы не одно но…
Дело в том, что этот самолет был закончен буквально накануне состязаний, и пилот, естественно, просто не успел его освоить. Вполне вероятно, что на очередных гонках 1914 года самолет Анрио-Паньи мог бы стать победителем, если бы не первая мировая война, надолго прервавшая все международные конкурсы и состязания.
источник: Виктор БАКУРСКИЙ "ГОНКА ЗА ПРИЗРАКОМ СКОРОСТИ. ОПЫТ С УДЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ (1903—1914 гг.)" Крылья Родины 10-1991
