Все части статьи

Содержание:

Через Атлантику

Утверждается, что параллельно с описанной в предыдущих частях статьи ведшейся в Европе ранней деятельностью в Соединенных Штатах на авиабазе Райт-филд проводились исследования в области внешнего хвостового оперения. Первые плоды этих исследований проявились в несколько ином контексте. Авиационный инженер Чарльз Хортон Циммерман (Charles H. Zimmerman) работал над СКВП, имевшим дискообразное крыло с установленными на законцовках воздушными винтами. Эти пропеллеры вращались в таком направлении, чтобы противодействовать мощному вихрю, создаваемому воздухом, обтекающим законцовку крыла. Чарльз Циммерман смог заинтересовать руководство компании, и ВМС США профинансировали создание экспериментального самолета Vought V-173 Flying flapjack (летающий блинчик). В конструкции V-173 использовались внешние горизонтальные стабилизаторы, прикрепленные к задней части эллиптического крыла. «Летающий блинчик» успешно летал в 1942 году, опередив Škoda-Kauba SL6 на год или два. Таким образом, это самый ранний известный автору пример полета с внешним хвостовым оперением. Затем Циммерман и компания Vought создали прототип истребителя XF5U. Хотя этот самолет был изготовлен, война была закончена, и в результате послевоенного сокращения программ создания боевой техники программа XF5U была свернута еще до того, как прототип смог взлететь.

опытный истребитель Vought XF5U конструкции Чарльза Циммерманна был дальнейшим развитием его экспериментального самолета V-173 Flying flapjack и имел крыло с очень малым относительным удлинением. Оба самолета имели внешнее хвостовое оперение, как показано на снимке изготовленного XF5U. Самолет оснащался двумя радиальными двигателями воздушного охлаждения Pratt & Whitney R-2000 Twin Wasp, вращавшего установленные на удлиненных валах массивные воздушные винты. Снимок из архива журнала «The Aviation Historian», hdpic.club

Рихард Фогт и подчинявшийся ему руководитель отдела предварительного проектирования Ганс Амтманн (Hans Amtmann) были среди ученых, конструкторов и инженеров, задержанных в ходе операции «Скрепка» (Operation Paperclip) и получивших возможность продолжить свою профессиональную деятельность в Америке. Хотя ни один из них, по-видимому, больше не принимал непосредственного участия в работах по внешнему хвостовому оперению, сообщество авиационных конструкторов, и особенно многие немцы-экспатрианты, по-прежнему были сплочены. В конце 1950-х и начале 1960-х годов инженеры Национального консультативного комитета по аэронавтике (National Advisory Committee for Aeronautics – NACA [НАКА]) в рамках исследовательской программы по разработке конфигураций для сверхзвукового полета исследовали принципы внешнего хвостового оперения, объединённые с результатами немецких аэродинамических исследований военного времени. Необходимость в низком лобовом сопротивлении и чистых, обтекаемых формах была еще более насущной за пределами «звукового барьера».

Группы специалистов НАКА повели целый ряд анализов и испытаний моделей в аэродинамической трубе как на дозвуковых, так и на сверхзвуковых скоростях. В одном направлении работы велось сравнение внешнего хвостового оперения и аэродинамической схемы «утка», отличавшейся передним горизонтальным оперением, в то время как в другом направлении изучалось внешнее хвостовое оперение для использования в конструкции сверхзвукового авиалайнера. Термин «внешнее хвостовое оперение», по-видимому, был придуман сотрудниками НАКА для этого исследования, признавая его как отдельную конфигурацию хвостового оперения, а не вариант самолета-бесхвостки. Однако это все семантика; с самого начала было признано действие стабилизатора в качестве части хвостового оперения.

В 1958 году НАКА вошло в состав нового агентства – Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics & Space Administration – NASA [НАСА]), которое приступило к разработке концепции «несущего тела» в качестве возвращаемого космического корабля. Первый полноразмерный экспериментальный планер агентства M2-F1 отличался внешним горизонтальным стабилизатором, консоли которого были установлены на середине высоты его килей. Последние были расположены на крайних задних оконечностях конусообразного несущего корпуса, их наружные поверхности были установлены заподлицо с бортами корпуса, в то время как сами консоли внешних горизонтальных стабилизаторов выходили непосредственно из килей. M2-F1 впервые поднялся в воздух 16 августа 1963 года. По мере развития конструкции внешний горизонтальный стабилизатор оказался ненужным, и на более поздних самолетах он был удален.

«летающая ванна» NASA M2-F1 представляла собой летательный аппарат концепции «несущее тело», предназначенный для исследования возможности горизонтальной посадки космического корабля после входа в атмосферу. На его килях были установлены консоли внешнего горизонтального стабилизатора. В течение 1963–66 годов NASA M2-F1, поднимаемый транспортным самолетом C-47 на большую высоту, выполнил примерно 77 полетов с планированием и посадкой на взлетную полосу сухого озера Роджерс (Rogers Dry Lake), штат Калифорния. Снимок НАСА, upload.wikimedia.org

В компании Vought также не забыли о внешнем хвостовом оперении. компания, ставшая к 1959 году подразделением Ling-Temco-Vought (LTV), была создана группа во главе с Байроном Р. Уинборном (Byron R. Winborn), целью которой было исследование возможности создания СКВВП с турбореактивным двухконтурным двигателем. Концепция создаваемого самолета получила название Propulsive Wing Airplane (самолет с пропульсивным крылом); в самолете для создания тяги и подъемной силы планировалось использовать вращающийся ротор. Сам проект получил название ADAM (Air Deflection And Modulation – Отклонение воздуха и Модуляция). ADAM отличался несколькими двигателями малого диаметра, установленными на внутренней части крыла или внутри него, за которой находился крупный и мощный закрылок. Вскоре группа разработчиков обнаружила, что условия воздушного потока сделают обычные хвостовые поверхности неэффективными, и поэтому в 1960 году, во многом по той же причине, что и в национальном объединении SNCASE, самолет был оснащен внешним хвостовым оперением. Проведенные в последующие годы многочисленные исследования в аэродинамической трубе привели к постоянно развивающейся форме, которая в целом была сгруппирована в разработках ADAM I, II и III поколений.

предназначенная для испытаний в аэродинамической трубе модель проекта Vought ADAM II, который был оснащен внешними горизонтальными стабилизаторами, установленными на коротких балках, выступающих назад из задней кромки крыла. Компания Vought предложила использовать систему ADAM для всех типов летательных аппаратов, от одноместных истребителей и штурмовиков до крупных военных и гражданских транспортных самолетов. Снимок НАСА. Изображение обработано сайтом lmarena.ai

Помимо прочего группа разработчиков компании LTV исследовала внешнее хвостовое оперение V-образной конфигурации, но затем вернулась к немного более традиционному раздельному стабилизатору с двумя килями. В 1964 году компания LTV запатентовала использование внешнего хвостового оперения в сочетании с закрылками на задней кромке для изменения эффективного размаха крыла. Идея сделала шаг вперед по сравнению с первоначальной концепцией Роже Робера: центр тяжести был смещен еще дальше назад, в обычном полете хвостовое оперение будет создавать подъемную силу и как следствие эффективный размах крыла будет равняться полной ширине самолета. Когда требовался резкий маневр, закрылки частично раскрывались, увеличивая подъемную силу крыла таким образом, чтобы разгрузить хвостовое оперение так, чтобы оно больше не помогало крылу, тем самым уменьшая эффективный размах до балок. К 1965 году LTV была готова запатентовать концепцию Propulsive Wing Airplane.

За время работ по программе в компании LTV было проведено множество проектных исследований как для армии США, так и для ВВС США, включая требования ASR 3-60 для армии и SR-175 для ВВС США, а также собственное проектное предложение V-460. Затем от компании LTV последовало проектное предложение самолета-разведчика и ударного самолета LTV-468 и проектное исследование ближнемагистрального пассажирского самолета после чего в компании вернулись к проектам самолетов непосредственной поддержки и ударным самолетам. Испытания в аэродинамической трубе продолжались до 1970 года.

Британская аэроупругость

С момента дебюта истребителя СКВВП Hawker Siddeley Harrier, состоявшегося в конце 1960-х годов, британские конструкторы работали над его сверхзвуковым преемником. После отмены программы P.1154 разработчики этого проекта в расположенном в Кингстоне конструкторском бюро British Aerospace (BAe, национализирована в 1977 году) на протяжении 1980-х годов разработали длинную серию перспективных истребителей с короткими и вертикальными взлетом и посадкой, кульминацией которых стала серия P.1216. Данная серия проектов основывалась на концепции балок у законцовок крыла, к которым вкрепилось внешнее хвостовое оперение. Это был один из первых проектов в Великобритании, в котором использовались технологии автоматизированного проектирования (САПР) в сочетании с более традиционными методами создания конструкторских чертежей.

По большей части проекты семейства P.1216 не имели полноценных внешних горизонтальных стабилизаторов, поскольку балки располагались только частично вдоль крыла, поэтому внешнее хвостовое оперение находилось в пределах размаха законцовок крыла. Группа разработчиков из Кингстона была осведомлена о более ранних работах с внешним хвостовым оперением – хотя, вероятно, это был случай конвергентной эволюции, когда размах крыла P.1216 был почти идентичен размаху крыла более поздних вариантов проекта ударного самолета ADAM III – и смогла извлечь соответствующие преимущества из того, что можно было бы описать как «полувнешнее хвостовое оперение». Так, например, специально подобранная аэроупругость внутреннего крыла из углеродного волокна позволяла создать хвостовое оперение, усиливающее действие элеронов внешнего крыла. Внешнее хвостовое оперение должно было реагировать на вихревой след элерона, изменяя собственную подъемную силу, поворачивая балку и внутренне крыло с целью выгодно изменить угол атаки внешнего крыла. Таким образом, за счет перемещения законцовки крыла, элеронов, а также хвостового оперения наружу эластичность крыла превратилась из недостатка в преимущество.

Один вариант, кратко исследованный в 1982 году, – P.1219 – обладал полноценным внешним хвостовым оперением. Данный проект фактически представлял собой P.1216 с удаленной для экономии массы внешней секцией крыла. В проекте P.1219 балки были отодвинуты дальше назад, и общий размах крыла с внешним хвостовым оперением лишь незначительно превышал размах крыла проекта P.1216. Однако площадь основного крыла по-прежнему была уменьшена. Это считалось неприемлимым, поскольку отрицательно влияло на взлетно-посадочные характеристики и снижало угловую скорость установившегося разворота. В результате проект не получил дальнейшего развития и был отклонен, поскольку он не соответствовал основной цели проектирования – создание полноценного истребителя. Даже будучи отклоненным данное исследование вызывает особый интерес, поскольку с одной стороны оно представляет собой повторное (вслед за компанией Blohm und Voss) использование внешнего хвостового оперения c целью обеспечения высокой маневренности и с другой стороны представляет нечто противоположное идеям компании Vought/LTV о крыле с изменяемым размахом. Учитывая расчетные характеристики разработок военного времени, очень жаль, что более усовершенствованный вариант P.1219 с большей площадью крыла и более оптимально подобранным внешним хвостовым оперением не был реализован. Его масса и аэродинамическая эффективность обеспечили бы наглядное сравнение с основной линией развития, которая перед тем как быть отмененной продолжалась еще в течение шести лет.

схема проекта истребителя British Aerospace P.1219. Внешнее хвостовое оперение было характерной чертой проектов семейства P.1219, разработанных British Aerospace в 1982 году. Однако целью этих проектных исследований было изучение методов снижения массы, а не внедрение передовых аэродинамических концепций. Рисунок Гая Инчболда © 2022. Изображение обработано сайтом lmarena.ai

источник: Guy Inchbald «Outside edge» «The Aviation Historian» №38, pages 106-118

перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-outside-edge-03