Гонки 1933 года на кубок Дётч-де-ла-Мёрт Часть 1 Гоночный самолет Potez 53

Уважаемые коллеги!

На просторах интернета мне попался очень интересный технический меморандум NACA (№724), посвященный гонкам 1933 года на кубок Дётч-де-ла-Мёрт. Данный меморандум представляет собой переводы на английский язык статей из французских авиационных журналов 1933 года и его можно условно разделить на три основных блока:

• • самолеты, принявшие участие в гонках (статьи Пьера Лёглиза (Pierre Leglise) из журнала “L'Aeronautique” за июль и август 1933 года);
• • двигатели самолетов (статья Л. Хиршауэра (L. Hirschauer) из журнала “L'Aerophile” за июнь 1933 года);
• • уроки, извлеченные из гонок (статья Раймонда Саладина (Raymond Saladin) из журнала “La Nature” за август 1933 года). 

Данный меморандум был переведен мной и сегодня на сайте размещается его первая часть, посвященная победителю гонок — самолету Potez 53. Качество распознавания размещенного в сети документа было откровенно плохим и как следствие большая часть фотографий представляет собой черные пятна. Поиск замены в сети был неудачен и я буду очень признателен, если кто-то сделает его лучше меня.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ КОНСУЛЬТАТИВНЫЙ КОМИТЕТ ПО АЭРОНАВТИКЕ

ТЕХНИЧЕСКИЙ МЕМОРАНДУМ №724

«САМОЛЕТЫ, ПРИНЯВШИЕ УЧАСТИЕ В ГОНКАХ 1933 ГОДА НА КУБОК ДЁТЧ-ДЕ-ЛА-МЁРТ»

Пьера Лёглиза

Неотъемлимыми правилами гонок 1933 года на кубок Дётч-де-ла-Мёрт являлись: максимальный рабочий объем цилиндров 8 литров (488 кубических дюймов), длина трассы 2000 километров (1242,7 миль), обязательная остановка на 1 час 30 минут после прохождения 1000 километров (621,4 км), посадки разрешены, но их время не должно вычитаться при расчете средней скорости. Эти нежесткие ограничения позволили конструкторам прийти к очень удачным результатам. Новые самолеты и двигатели были разработаны менее чем за год (в некоторых случаях всего за шесть месяцев).

Кажется в некоторых случаях времени было недостаточно для нанесения окончательных штрихов, что делало соревнования недостаточно серьезными для остальных самолетов. Остались только машины производства Potez-Potez и Caudron-Renault, которые были хорошо приспособлены к условиям гонок и методично занимались исследованиями в этом направлении, которое для Франции является относительно новым.

ВСТУПЛЕНИЕ

Самолеты были сделаны из дерева (за исключением, конечно, соединителей, моторам, шасси и т.д.). Было одно примечательное исключение — “Kellner-Bechereau” — который был цельнометаллическим и который является разработкой самолета-истребителя. Предпочтение было отдано самолетам из дерева, которые могли быть изготовлены в малых количествах в короткие сроки. Крылья самолетов были свободнонесущими (за исключением “Farman-Renault”, оснащенного внешними подкосами) с фанерной обшивкой. Их относительной толщины в корне была небольшой — у “Caudron 360” она составляла 12,8% длины хорды.

Вредное сопротивление в значительной степени устранено. Шасси было уделено особое внимание. В гонках приняли участие самолеты с убирающимися стойками шасси (Potez и Kellner-Bechereau), шасси только с одной одноколесной стойкой (убирающейся или фиксированной) и подкрыльевыми полозьями (Farman) и неубирающиеся шасси с тонкими обтекаемыми стойки (Caudron).

Другие части были также заметно улучшены: расположенные внутри самолета элементы управления, закрытые кабины, обтекаемые ветровые стекла, капоты двигателей с минимальными размерами створок и места сопряжения крыла, разработанные с учетом исследований в аэродинамической трубе (Potez, Kellner-Bechereau). Желательное уменьшение площади крыла привело некоторых участников к квеличению подъемной силы за счет использования закрылков (Caudron) или элеронов (Potez). Следующие описания будут указывать на новые отличительные особенности каждого самолета.

Взлеты были как правило трудными, а иногда даже мучительными. Это было, несомненно, из-за недостаточной функциональности винтов, адаптированных скорее для скоростей в 300 км/ч (136,4 миль/ч) и более, чем к уменьшению площади крыла. Кроме того, на наш взгляд, необходимость использования колес малого диаметра, только которые и могут войти в крылья, площадь которых составляет от 3 до 4 м² (от 32,3 до 43,1 фт²) (колеса Bechereau, например, должны были укладываться в ниши, расположенные в крыле ближе к его передней кромке и прилегающие к местам сопряжения с фюзеляжем) не облегчали взлет.

Самолеты будущих соревнований на кубок Дётч-де-ла-Мёрт

Какие усовершенствования могут быть сделаны для самолетов, которые примут участие в будущих гонках на кубок Дётч-де-ла-Мёрт? Мы думаем, что в первую очередь самолеты будут оснащены убирающимися стойками шасси и винтами с изменяемым, предпочтительно автоматически, в полете шагом. Исследования должны быть направлены в сторону разработки систем механизация крыла.

Можно предположить, что в связи с сокращением веса двигателя диапазон скоростей может быть увеличен в среднем до 4 и что в скором времени ценой посадочной скорости 120 км/ч (75 миль/ч) будет достигнута максимальная скорость 500 км/ч (310 миль/ч). Если проблемы с механизацией крыла до сих пор удавалось избежать, то на более высоких скоростях она вернется. Характер гонок непременно приведет к самолетам с переменной полярой профиля крыла. Таким образом, откроются три области исследований: кривизна профиля, угол атаки и площадь.

Пока еще мы ничего не можем сказать об этой области. Результаты предыдущих испытаний, несомненно, весьма обманчивы; прогресс, достигнутый в этой области, был небольшим или даже незначительным. В настоящее время было использовано только изменение в кривизне профиля с помощью закрылков. Похоже, что в данной ситуации у систем Запа (Zap) и Фаулера (Fowler) появляются новые возможности, о которых мы пока поочти ничего не знаем.

Переменный угол атаки, поворачивающийся посредством воздействия группы приборов контроля работы двигателя и координирующийся (автоматически или нет) с углом установки стабилизатора кажется может иметь будущее. Кроме того, данная система будет не очень сложной с точки зрения механики. В связи с этим уже был выдан ряд патентов. В данном выпуске некоторые из них (компаний Caudron и Levassour) будут проанализированы. Эти патенты были внимательным образом изучены итальянским инженером Пенья (Pegna) и в компании Bernard. Кроме того, ничего не мешает установке винта как компонента  непосредственного создания подъемной силы и демпфирующему действию наклонного потока воздуха в течение всего времени взлета. Это предполагает, конечно, использование регулируемого шага винта, который способен создавать значительную тягу на низких скоростях. Данная система должна подразумевать возможность риска при просадке в случае отказа двигателя.

Таким образом, в вопросе скорости можнос большой долей вероятности выделить несколько областей, исследования в которых могут привести к полезным результатам. Отрадно видеть, что наши научно-исследовательские институты занимаются данными работами.

ПОБЕДИТЕЛЬ ГОНОК POTEZ 53

Аэродинамика

Potez 53 был объектом очень тщательных исследований в аэродинамической трубе с почти полной ликвидацией интерференции (рис. 1,2 и 3). Сопротивление самолета оценивается следующим образом:

• крыло — 34%,
• фюзеляж и капот двигателя — 39%,
• хвостовое оперение — 9%,
• разное (маслорадиатор, пустоты, неровности и т.д.) — 6%,
• увеличение вследствие зоны пониженного давления — 12%.

полностью оснащенный самолет во время испытаний в аэродинамической трубе имел Cx min 2,15. Эта величина была получена путем изменения конструкции и сохранения требуемых характеристик для относительных толщин крыла в диапазоне от 6% до 22% (см. поляры профиля крыла). Крыло имеет трапецевидную форму. У корневых частей крыла профиль P.9 с относительной толщиной 18%; этот же профиль у законцовок снижает своб относительную отлщину до 5%. Угол установки крыла равномерный по всему размаху.

Конструкция

Низкорасположенное свободнонесущее крыло состоит из двух консолей и центральной части, являющейся единым целым с фюзеляжем. Консоли прикреплены специальным крепежем с коническими гайками, которые устраняют все люфты и не выступают за пределы несущей поверхности. В состав консолей крыла входят коробчатые лонжероны, еловые нервюры и фанерная обшивка. Переход крыло-фюзеляж имеет зализы. Зализы (на самолетах, принимавших участие в гонках, были установлены зализы двух типов) увеличивали подъемную силу на 12% по сравнению с крылом без зализов. Фюзеляж в передней части имеет круглое поперечное сечение, а в задней части — яйцеобразное; шпангоуты фюзеляжа — еловые, обшивка — фанерная. Убирающееся шасси увеличивает скорость примерно на 40 км/ч (около 25 миль/ч).

Двигатель — 310-сильный Potez 9 B, оснащенный нагнетателем и кольцевым капотом. Самолет оснащен одним топливным баком емкостью 320 литров (84,5 амер. галлонов); маслобак расположен в передней части фюзеляжа в специальном хорошо вентилируемом отсеке.

На Potez 53 пилот Детре (Détré) выиграл гонку со скоростью 322,8 км/ч (200,6 миль/ч). Из-за выплеснувшегося масла Лемуан (Lemoine) на мгновение потерял ориентировку и сбился с курса. Оправившись, он сделал один круг на очень высокой скорости в 356 км/ч (221,21 миль/ч), но обрыв маслопровода вынудил его сойти с дистанции на пятом круге.

Решение компанией Potez двойной проблемы самолета и силовой установки принесла ей заслуженный успех. Великолепно разработанный Potez 53 с относительной легкостью поднял запас топлива, необходимый для пролета первых 1000 километров гоночной трассы. Полет по трассе проходил с хорошим постоянством. Самолетом управлял Детре, который производил впечатление человека, берегущего свою машину.

Экспликация с подробным описанием

РИС.1 — Самолет Potez 53 (Обратите внимание: положение шасси, нарисованное художником, может быть неточным) 

Характеристики

РИС.2 — Potez 53 с 310-сильным двигателем Potez 9B; вид ¾ спереди

РИС.3 — Potez 53; вид ¾ сзади

РИС.4 — Продольный разрез самолета Potez 53. “P” — воздухозаборник нагнетателя; “R” — масляный радиатор; “r” — колеса, на которые намотаны кабели уборки стоек шасси; “L” — механизм управления колесом “V” и откелонения в том же направлении элеронов; “M” — ручка управления; “P” — приборная панель; “p” — парашют. Все элементы управления являются жесткими и ни одна их часть не выступает за пределы обшивки. Кабина пилота находится позади крыла. Ветровое стекло вытянуто вперед и может быть отсоединено, чтобы пилот мог иметь возможность воспользоваться парашютом; облегчению применения парашюта способствует также расположенный на фюзеляже поручень.

    
РИС.5 — Испытания моделей с разным составом оборудования
РИС.6 — Графики характеристик для крыла с относительным удлинением 5 и профилем Potez P9

Эффект различных комбинаций факторов определен слева и обозначен справа:

Решение A (т.е. стойки шасси убраны, крыло соединено с фюзеляжем с помощью зализов, кабина закрытая и колеса с обтекателями) было выбрано для Potez 53. Выигрыш в Cx min по сравнению с решением B, которое отличается от A выпущенными стойками шасси и незакрытой кабиной, более чем на 4%. Увеличение Czmax по отношению к решению C, которое отличается от решения A только отсутствием зализов в местах соединения крыла с фюзеляжем, составляет около 12%.

РИС.6, на котором изображены поляра относительного удлинения и кривые Cm для двух относительных толщин (12% и 30%) профиля крыла P9, показывает, что Cz max уменьшается одновременно с относительной толщиной “e” и что относительное удлинения увеличивается при уменьшении “e”. 

РИС.7 — Управление элеронами

Действие в качестве элеронов. — Если колесо “V” не поворачивается (соединения фиксируются по отношению к корпусу “C”) и перемещения ручки управления воздействуют непосредственно на корпус и как следствие на всю систему управления.

Действие в качестве закрылков. — Колесо “V” управляет парой конических шестерен “c” с помощью длинного вала, расположенного внутри трубы, на концах которой установлены ручка управления и корпус “C”. Вращение “V” перемещает гайку “e” на винте “v”. Идущие к элеронам стержни “T” крепятся в “a” к своего рода деформируемого четырехугольнику, стороны которого (“b” и “T'”) соединяются при помощи шарниров к корпус  и гайке “e”. Когда, например, “e” поднимается по направлению к верхней части корпуса на расстояние “АВ”, “b” и “T'” приближаются друг к другу, и соединения “a” выводятся наружу на расстояние “l” и, тем самым, одновременно отклоняя оба элерона в этом направлении.

РИС.8 — Шасси Potez 53 в различных фазах уборки

На рисунке видно, что при уборке стоек шасси внутренние обтекатели колес образуют два довольно больших выступа на нижней стороне крыла. По результатам испытаний, проведенных компанией Potez, такие выступы на нижней стороне крыла оказывают незначительное влияние. Правдивость данного факта, в частности, подверждается тем, что, как известно, у некоторых американских самолетов шасси неполностью убраны в крыло  (в частности Boeing “Monomail”).

В Этамп-Мондезире (Etampes-Mondesir) перед конструктором самолета мы высказали мнение, что убирающиеся части стоек шасси во время взлета можно увеличить, что тем самым сильно увеличит угол атаки относительно ветра.

После этого компания Potez братил наше внимание на то, что длина разбега, по сути, является функцией тяги винта и как следствие его диаметра. Было отмечено, что Детре с его Potoz 53 №10, оснащенном винтом с большим чем у №12 диаметром, взлетал всякий раз с полным запасом топлива также, если не лучше, как и другие участники гонок, которые несли только половину запаса топлива.  

РИС.9 — Один из двух типов соединения крыла и фюзеляжа Potez 53

РИС.10 — Слева — соединения шасси; справа — воздухозаборник и маслорадиатор

РИС.11 — Убираемые стойки шасси Potez 53 с амортизаторами Мессье (Messie). Вверху слева — схема выпуска шасси при виде спереди. Справа вверху: виды спереди и сверху на убранные в крыло стойки шасси. В середине слева —  схема, показывающая направление перемещения колеса при выпуске.    Внизу — детали втулки “C” и проушины “Q” для крепления кабеля “c”

Убирающиеся стойки шасси Potez 53 установлены таким образом, что в выпущенном положении центр каждого колеса перемещается на расстояние “d” по отношению к своему положению в крыле. Механизм уборки добавляет к весу шасси всего около 6 кг (13,2 фнт).

Стойка “J”, которая несет вилку и амортизатор Мессье, шарнирно соединена с втулкой “B” посредством проушины “C”. Эта втулка может самостоятельно скользить и приводить в действие фиксированную трубку “T”, установленную позади переднего лонжерона. Вокруг “B” поворачивается кольцо “a”, на котором проушина “O” служит креплением для рабочего кабеля “c”. Последний приводится в действие передачей “R”, управляемой пилотом. “J” удерживается V-стойкой, вершина которой крепится к “J” чем-то вроде универсального шарнира “A а противоположные концы к нижней части фюзеляжа за осью XX. Горизонтальная и вертикальная проекции оси XX образуют углы α и β соответственно, и, таким образом,  что все оси сходятся в заднем направлении и расходятся в переднем направлении. Именно эти особенности позволяют при выпуске переместить колесо на достаточное расстояние относительно центра тяжести, в то время как в убранном положении стойки надежно защищены, размещаясь между двумя лонжеронами.

источник: "TECHNICAL MEMORANDUMS NATIONAL ADVISORY COMMITTEE FOR AERONAUTICS No. 724. 1933 CONTEST FOR THE DEUTSCH DE LA MEURTHE TROPHY"