Данный материал из винтажного выпуска журнала «Моделист-конструктор» выкладывается на сайт в продолжение темы мускулолетов, поднятой в статьях «Крути педали, пилот», «Педалелёты», «Педалелёты-2».
«Отец с сыном надели крылья на руки и легко понеслись. Те, кто видел их полет высоко над землей, думали, что это два бога несутся по небесной лазури… Быстрый полет забавляет Икара. Все смелее взмахивает он крыльями. Икар забыл наставления отца: он не летит уже следом за ним. Сильно взмахнув крыльями, он взлетел высоко, под самое небо, ближе к лучезарному солнцу. Палящие лучи растопили воск, скрепляющий перья крыльев, выпали перья и разлетелись по воздуху, гонимые ветром. Взмахнул Икар руками, но нет больше на них крыльев. Стремглав упал он со страшной высоты в море и погиб в его волнах»
– так рассказывается в древнегреческой мифологии о первом полете человека. Прошли многие века, пока человек поднялся в воздух вначале на шаре, затем на аэроплане. Но всегда его не оставляла мысль о том, чтобы подняться в небо, используя для этого силу лишь своих мышц.
Действительно, как хорошо выкатить из гаража воздушный велосипед со сложенными крыльями, расправить их, разогнаться по шоссе и отправиться в воздушную прогулку, например, по Подмосковью.
Интерес к летательным аппаратам, воздушный винт которых приводится во вращение силой самого пилота, особенно возрос за последние десять лет. Британское аэронавтическое общество даже объявило о призе в 5 тысяч фунтов стерлингов для того, кто на мускулолете совершит полет по «восьмерке» с точками поворота, удаленными друг от друга на расстояние в 800 м при высоте более 3 м над землей. Величина приза увеличилась сейчас до 10 тысяч фунтов стерлингов, но никто пока не стал обладателем его.
В чем же дело? Оказывается, изготовление мускульного летательного аппарата – сложнейшая инженерная задача. Давайте произведем несложный расчет.
Минимальная скорость полета самого легкого планера – около 30 км/час, то есть 8 м/с. Не меньшей скоростью должен располагать и мускулолет, иначе ему не справиться даже с небольшим ветерком. Поэтому, чтобы пролететь заданную «восьмерку» (примерно 2000 м), пилоту потребуется работать в течение 2000 м : 8 м/с = 250 с, или около 5 мин. А на сколько лестничных маршей вы сможете подняться за 100 секунд? Тренированный человек достигает за этот отрезок времени десятого этажа, то есть поднимается по вертикали примерно на 30 м, затратив мощность (примем его вес за 80 кг): (80 × 30) : (75 × 100) = 0,32 л.с. При специальной тренировке такая мощность может быть сохранена в течение 5 мин. и достигать 0,4 л.с..
Представим, что имеется механическая передача от педалей на воздушный винт с к.п.д., равным 0,9. к.п.д. воздушного винта, составляет примерно 0,82. Таким образом, располагаемая мощность в горизонтальном полете составит 0,4 × 0,9 × 0,82 = 0,30 л.с..
Какова потребная мощность для полета мускулолета? Мощность, как известно, определяется работой в единицу времени (в данном случае силой лобовою сопротивления летательного аппарата, умноженной на скорость полета). Скорость полета мы установили раньше: 8 м/с. Определим силу лобового сопротивления, которую способен преодолеть пилот, если будет развивать мощность на винте в 0,3 л. с. Мощность на винте, равная 0,3 л.с., должна быть равна мощности потребной, то есть полученной путем умножения силы лобового сопротивления Q на его скорость V = 8 м сек. При этом мощность следует выражать в лошадиных силах, то есть делить на 75 кгм сек:
N расп. = 0,3 л. с. = N потр. = (Q × V) :75 =(Q × 8) : 75.
Отсюда определяем силу лобового сопротивления:
Q = (75 × 0,3) : 8 = 2,8 кг.
В горизонтальном установившемся полете подъемная сила крыла Р должна равняться полетному весу мускулолета, который складывается из веса летчика я конструкции, то есть порядка 140 кг. Тогда отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления – аэродинамическое качество – выразится:
K = P/Q = 140 : 2,8 = 50.
У лучших современных планеров наибольшее аэродинамическое качество выражается цифрой 48. Для этого приходится принимать специальные конструктивные меры. Используются новейшие ламинарные профили крыльев с особо гладкой, отшлифованной поверхностью, применяют узкое крыло большого удлинения, дающее заметное уменьшение лобового сопротивления за счет так называемого «индуктивного сопротивления». Для снижения лобового сопротивления приходится размещать пилота в полулежачем положении, чтобы уменьшить площадь поперечного сечения фюзеляжа. При этом следует иметь в виду, что вес конструкции планера с аэродинамическим качеством 45–48 составляет около 250 кг, а у мускулолета он не может превышать 60 кг. В такой вес очень трудно уложиться, даже располагая ультралегкими материалами и самым совершенным технологическим оборудованием.
И все-таки человеческий ум настойчиво ищет пути в решении сложной инженерной задачи. Какие же мускулолеты знает история? Какие из них поднимались в воздух? Какие строятся сейчас?
Тридцать шесть лет назад в городе Новочеркасске инженер С. Ченчиковский построил и испытал один из первых мускульных летательных аппаратов. Вместо колесного шасси у этого мускулолета была лыжа. Самостоятельно взлететь он, конечно, не мог: ведь нужно преодолеть треиие лыжи о травяной грунт и разогнать аппарат до взлетной скорости в 50 км/ч. Воздушный велосипед С. Ченчиковского «выстреливался» в воздух шнурами-амортизаторами, как камень из рогатки. После взлета летчик, вращая педальный механизм, создавал воздушным винтом тягу, которая на 30% увеличивала дальность планирования аппарата. Главное, что было проверено на этом мускулолете, – возможность пилотирования аппарата с одновременной работой педалями.
Позднее, в 1938–1939 годах итальянские и немецкие авиаконструкторы построили и испытали еще два планера-мускулолета. У итальянского было два тянущих воздушных винта, вращавшихся в разные стороны, у немецкого – один винт, размещенный в носовой части фюзеляжа. Оба аппарата взлетали также с помощью амортизационных устройств.
Десять лет назад к идее постройки мускулолетов вернулись англичане. Инженеры клуба мускульного полета при университете города Саутгемптон и авиационного завода фирмы «Хаукер-Сиддли» поставили перед собой задачу – обеспечить самостоятельный взлет аппарата. Для этого они применили велосипедное колесо, которое вращало винт. Нововведение существенно облегчило взлет. Кроме того, англичане широко использовали легчайшую древесину – бальзу, склеенную в наиболее ответственных местах с элементами из высокосортной сосны.
В конце 1961 года мускулолет «Сумпак» (сокращенное название клуба) впервые осуществил полет с самостоятельным взлетом. Длина машины составила 45 м, а высота – 1,5 м. Позднее дальность достигла 600 м. Размах крыла «Сумпак» – 24 м при весе в 58 кг.
Детище инженеров фирмы «Хаукер-Сиддли» имел размах крыла 28 м и весил 62 кг без летчика. На «Пуффине» – «Ветерке» – его конструктор Вимпенни совершил около 90 полетов с самостоятельным отрывом от земли. Рекордный перелет достиг 908 м. Интересно, что на финише его Вимпенни был в состоянии полного изнеможения.
Мускулолет «Пуффин» имел совершенную аэродинамику: удлинение его крыла составляет 21,4, профиль крыла – ламинарный, крыло и фюзеляж покрыты легчайшим прозрачным пластиком «мелинекс». Воздушный винт расположен на самом хвосте аппарата, чтобы обдувка фюзеляжа потоком воздуха от винта не увеличивала лобового сопротивления. Для лучшей управляемости на крыле применены элероны большого размаха и специальные воздушные тормозные щитки, отклонение которых связывалось с работой элеронов. Вес конструкции значительно облегчен за счет применения бальзы.
Скорость «Пуффина» составила в среднем 29 км/ч. В своем последнем, 90-м полете мускулолет потерпел аварию: при порыве ветра крыло задело за землю.
Выводы, сделанные английскими инженерами – авторами «Пуффина», сводились к следующему: от пилота требуется очень большое физическое напряжение, так как одновременно с работой педалями нужно и управлять аппаратом; возникают сложности управления из-за большого удлинения крыла; из-за большого размаха велика и деформация крыла, что мешает управлению элеронами; малая скорость позволяет летать при ветре, скорость которого не должна превышать 2 м/с.
Новые проекты аэровелосипеда, над которыми сейчас работают в Англии и Канаде, предусматривают двух человек на борту. Это позволит разграничить обязанности: один из пилотов сможет уделять большее внимание пилотированию. У канадского мускулолета «Оттава» размах крыла – 27,5 м, вес конструкции 94 кг. Оба толкающих винта располагаются на крыле и вращаются в противоположные стороны.
В Англии заканчивается постройка сразу трех мускулолетов. Один, двухместный, монтируют аэронавты города Хартфоршира. «Тукан» имеет размах крыла 27,5 м и вес конструкции 66 кг. Другой, одноместный, строится в городе Вейбридже. Его размах 36,5 м, вес – 59 кг. У вейбриджского мускулолета крылья такие гибкие, что на земле для их поддержки приходится применять специальные шасси. Размах крыла этого мускулолета-гиганта превосходит размах крыла гигантского воздушного лайнера «Боинг-727» (33 м): третий английский воздушный велосипед тоже одноместный. Строят его студенты университета города Ливерпуля. «Ливерпуффин» предназначается для коротких тренировочных полетов. Размах его крыла – 20 м, вес конструкции – 58 кг. У всех трех мускулолетов винты – толкающие.
Американские конструкторы пока успехов не имеют. Единственный их аппарат конструктора Мак-Авоя «МРА-1» – увы! – потерпел аварию перед взлетом и в настоящее время находится в ремонте. Зато многого достигли японцы. Работы над мускулолетами ведутся при Нихонском университете под руководством известного авиаконструктора Хидемаса Кимура.
Японцы построили серию воздушных велосипедов типа «Линнет» – «Коноплянка». Первый экспонировался на национальной выставке в Токио в 1967 году. «Линнет-2» в том же году совершал полеты. А сейчас первые воздушные прыжки совершает «Линнет-3» с размахом крыла 25,5 м и весом конструкции 50 кг.
У всех «Линнет» хвост сильно поднят кверху, винт – толкающий, а крыло расположено низко. Такое расположение позволяет использовать эффект близости земли, уменьшающий индуктивное сопротивление крыла: явление «воздушной подушки».
В Японии построен также мускулолет «ОХ-1» конструкции Сато и Маэда. В первых полетах он пролетает 30 м на высоте 10 см. Размах крыла его – 22 м при весе конструкции 55 кг.
Таким образом, летающий мускулолет спроектировать и построить трудно. Нужны хорошие знания в области аэродинамики, большой конструкторский опыт и, безусловно, легкие, прочные материалы.
Триста лет назад итальянский ученый Джованни Борелли заявил, что полеты с использованием мышечной силы навсегда останутся достоянием птиц, потому что по сравнению с ними человек имеет неблагоприятное соотношение силы и веса. Но Борелли недооценил… изобретательность человека. Верится, что в будущем, когда химия-чудесница создаст более прочные и легкие материалы, мускулолеты станут обычным явлением, новым увлекательным видом авиационного спорта.
И. КОСТЕНКО, кандидат технических наук
источник: И. Костенко «Икары XX века» «Моделист-конструктор» 02-1972
