Иван Махонин. Создатель национального чуда – телескопического крыла. Часть 1
Предисловие редакции: В начале двадцатых годов он начал свои работы. Этот осевший во Франции уроженец России сначала изобрел трудновоспламеняющееся топливо, однако основной его идеей было обеспечение высокой безопасности авиации. К сожалению, он ничего не выиграл и, потратив все, что у него было, разработал способ изменения геометрии крыла, который оказался далеким от оптимального.
Иван Махонин родился в Санкт-Петербурге в 1895 году. Будучи молодым инженером, Махонин еще до начала Первой Мировой войны продемонстрировал изобретательность и широту взглядов. Затем во время войны он разработал крупнокалиберный снаряд, серийное производство которых было начато на лианозовском заводе в Петрограде. В годы гражданской войны Иваном Махониным был создан «электропоезд», который 19 октября 1919 года совершил переезд из Петрограда в Москву и затем курсировал между этими двумя городами. Фактически это был мотовагон с дизельным двигателем и электрической трансмиссией, что само по себе не было экстраординарной новинкой.
Как и многие современники, после потрясений Октябрьской революции Иван Махонин покинул Россию и обрел на французской земле свой новый дом. Приехав в Париж в ноябре 1921 года со значительным капиталом, он смог покинуть советское общество. 1 августа 1924 году молодой инженер-химик, недавно окончивший в Петрограде политехнический институт, представил Управлению промышленной собственности (Direction de la Propriété Industrielle) патент № 584228 на
«способ питания двигателя внутреннего сгорания нефтью и тяжелыми минеральными маслами, растительными маслами и другими жидкими углеводородами и на двигатель внутреннего сгорания, позволяющий применить данный способ питания» [1].
В описании патента было сказано, что
«особенность способа состоит в том, что топливо предварительно превращается в пар при испарении под давлением (равным атмосферному или бóльшим) подается виде пара или же после конденсации в жидком состоянии подается с воздухом, поступающим в двигатель».
Следующий патент (№605209 от 28 января 1925 года) Махонина вновь был связан с системой подачи питания в дизельный двигатель, функционирующий с системой автоматического зажигания.
Еще в те дни, когда самолет был в состоянии оставаться в воздухе не больше, чем несколько минут, Иван Махонин увидел опасность в возгорании двигателя в воздухе. Данная опасность была связана с высокой горючестью бензина. Любая небольшая утечка – независимо от ее причины – могла привести к трагедии на борту самолета. В годы Первой Мировой войны было очень много примеров, показавших, насколько эти опасения не были напрасными. С одной стороны, это не был вопрос защиты топливных баков, поскольку их химической защиты еще не было (она появилась к 1940 году), а с другой стороны не могло быть и речи о том, чтобы окружить баки толстым металлическим щитом, который был бы слишком тяжелым для самолетов. Хотя были разработаны и испытаны несколько моделей надежных огнетушителей (Béchard, Bouillon, Lévy и т.д.) и системы сброса резервуаров с топливом были широко распространены, все эти усилия были направлены на борьбу с уже вспыхнувшим горючим. Примерно в это время начались работы по использованию в авиации двигателей, работающих на дизельном топливе (тяжелая нефть [huile lourde]), которое было гораздо труднее поджечь, чем бензин.
Именно в этом контексте действовал Иван Махонин, получивший 27 января 1926 года патент №622036 на механический способ переработки тяжелых топлив, смол (гудрона) и углей в легкое топливо, которое можно было использовать для подачи в двигатели внутреннего сгорания.
18 февраля 1926 года начались первые испытания топлива Махонина, которому изобретатель постарался обеспечить ряд преимуществ: увеличение мощности, низкая летучесть и как следствие огнестойкость. Помимо этого, применение данного вида топлива позволило бы отказаться от закупок иностранной нефти, поскольку его можно было изготавливать из сырья, имевшегося во Франции в изобилии.
Эти испытания были проведены флотом на маленьком охотнике за подводными лодками, а затем на двигателе грузовика и, наконец, на летной материальной части.
Эти опыты начались в апреле 1926 года и продолжались до 9 ноября следующего года с использованием летающей лодки FBA (номер гражданской регистрации F-AIMA) компании Normandie-Aviation. Двигатель этой летающей лодки был оснащен новым карбюратором с форсунками конструкции Махонина (патент №673653 от 11 августа 1928 года). Самолет был приобретен компанией Compagnie des Carburants Makhonine, которая с уставным капиталом в 12 миллионов франков была создана с целью производства и распространения соответствующей продукции.
Во вторник 7 декабря 1926 года пилот компании Air Union Поль Кодос (Paul Codos) поднял в небо синий самолет с закрытой кабиной компании CIDNA (Compagnie franco-roumaine de navigation aérienne), оснащенный 250-сильным двигателем Salmson и заправленный топливом Махонина. Несколько представителей авиации, военно-морского флота и компании по производству топлива поднялись на борт самолета. Дальнейшие испытания были проведены с самолетом Salmson 2A2 (номер гражданской регистрации F-FRCO), принадлежавшим той же компании. Затем 11 декабря испытания топлива Махонина были проведены на принадлежавшем компании Air Union самолете Farman Goliath; руководил испытаниями Анри Бардель (Henri Bardel). В это день в самолете, управлял которым Поль Кодос, в один двигатель подавалось обычное топливо, а в другой топливо Махонина.
Вокруг этого вида топлива в прессе разгорелась шумиха и некоторыми изданиями оно было провозглашено
«национальным топливом» [2],
поскольку считалось, что вскоре оно заменит бензин в топливных баках самолетов. Вопрос о топливе Махонина был даже поднят в Палате депутатов, что спровоцировало так называемые
«различные движения».
По результатам испытаний в августе 1929 года президентом комиссии по горному делу (Commission des mines) Шарлем Бароном (Charles Baron) был подготовлен доклад, согласно которому топливо Махонина имело ограниченную ценность вследствие полного отсутствия рентабельности.
Было установлено, что топливо Махонина имело плотность 0,995, что было значительно больше, чем плотность бензина, составлявшая 0,78.
В условиях пониженных температур был необходим подогрев топлива. При температурах ниже 0°C в топливных баках образовывались твердые отложения. Кроме того, в ходе испытаний возникла необходимость запуска двигателя при помощи обычного бензина, что привело к размещению дополнительных бака и трубопровода. Однако в те годы не было редкостью использование при запуске бензина лучшего качества.
При использовании топлива Махонина возникали другие, не менее серьезные проблемы. Свечи и клапаны быстро засорялись, мощность двигателя снижалась на 17%, сопровождаясь нарушениями в его работе и проблемами на холостом ходу и, наконец, потребление по весу увеличивалось на 14%. Единственным серьезным достоинством топлива Махонина стала более высокая по сравнению с авиационным бензином температура воспламенения.
В то время как Махонин «раскрыл» без указания точных пропорций и всех ингредиентов состав «чудо-топлива» (carburant-miracle), заявив, что это был экстракт низкокачественных углей с добавлением растительных смол, инженер-пилот из расположенного в Виллакублэ центра о испытаниям авиационной техники (centre d’expérimentation du matériel aéronautique – CEMA) посредством дискретной выборки произвел анализ состава продукта. Анализ показал, что речь идет о фактически легком бензине, в котором были растворены парафин и нафталин, ставшие причиной появления кристаллических отложений в баке карбюратора и коагуляции в холодную погоду.
Отказав в официальном утверждении топливу Махонина [3], CEMA запретило последнее. Это привело к возбуждению компанией Compagnie des Carburants Makhonine, акции которой к тому времени котировались на бирже, судебной процедуры о несостоятельности. Банкротство этой компании должно привести к падению авиастроительной компании Guerchais-Henriot, которая в финансовом отношении была объединена с ней.
Запас топлива был выведен из эксплуатации и в дальнейшем использовался в ремонтных мастерских CIDNA для … очистки и промывки деталей механизмов. Несмотря на то, что позднее Махонин разработал новый способ обработки углеводородного топлива для двигателей внутреннего сгорания (патент №820899 от 21 мая 1937 года) и оно было применено на некоторых автомобилях во время оккупации об этом новом варианте «чудо-топлива» быстро забыли.
После провала с топливом Иван Махонин обратился к авиастроению, разработав самолет с переменной площадью крыла, которая должна была увеличить безопасность летательных аппаратов тяжелее воздухе во время полетов на малых скоростях.
До идеи с раздвижным крылом различными конструкторами был предпринят ряд попыток увеличения подъемной силы за пределы предельного угла атаки: предкрылки, закрылки, выпуск вспомогательных поверхностей. В начале двадцатых годов во Франции последний вариант был опробовал Полем Джеймсом (Paul James) и на самолетах Gastambide-Levasseur и Bellanger-Bille. Все эти попытки не увенчались успехом, поскольку уменьшить посадочную скорость (уже низкую) удавалось не более чем на 15 км/ч. Эксперименты были возобновлены Жаком Жерином (Jacques Gérin), которму на своем биплане Varivol удалось уменьшить посадочную скорость в пять раз.
Самолет Ивана Махонина должен был быть монопланом и получить крыло с консолями типа «выдвижной тромбон». Крыло самолета имело переменные размах и площадь с втягиванием концевых частей крыла внутрь его центральной части. В развернутом состоянии крыло должно было уменьшить скорости взлета и посадки, в то время как после втягивания концевых частей ожидалось увеличение максимальной скорости. Теоретически при равной массе чем меньше площадь крыла и выше удельная нагрузка, тем максимальная скорость полета будет выше и, соответственно, наоборот: чем больше площадь крыла и ниже удельная нагрузка, тем больше можно снизить скорость полета. Кроме того, увеличение скорости, полученное за счет уменьшения площади крыла и, как следствие, уменьшения лобового сопротивления, могло обеспечить увеличение дальности полета без мер по сокращению расхода топлива. Махонин объявил, что его самолет оборудован для выполнения сверхдальних перелетов («grand raid») и при общей взлетной массе в пять тонн с полным запасом топлива и раскрытым крылом машина сможет пролететь 12 000 километров. Фактически идея Махонина представляла собой (возможно непреднамеренно) воскрешение старой идеи самолета Carolin, который был оснащен выдвигающимися консолями крыла.
Патент на выдвижные консоли крыла был подан Иваном Махониным на рассмотрение 24 сентября 1929 года, был выдан 28 сентября 1930 года и опубликован лишь 3 февраля 1931 года. В течение трех лет – с 14 февраля 1930 года по 5 августа 1932 года – Махонин к этому патенту внес пять дополнений, касавшихся незначительных изменений.
Экспериментальный самолет M 10
Инженер авиастроительной компании Avions Albert Франсуа Рей (François J. Rey) был ответственным за чертежи самолета. Двухместный цельнодеревянный самолет Makhonine M 10 имел монококовый фюзеляж, свободнонесущее крыло и двенадцатицилиндровый W-образный редукторный 450-сильный двигатель жидкостного охлаждения Lorraine 12Eb.
Центральная часть крыла была сформирована двумя панелями, соединявшимися между собой при помощи двух блочных лонжеронов. Первый лонжерон образовывал переднюю кромку центральной части крыла; второй лонжерон был вспомогательным и, устанавливаясь сзади в центральной части крыла, служил для прикрепления элеронов, которые были оснащены регулируемыми на земле компенсаторами.
Внутри центральной части крыла были расположены подвижные панели, перемещавшиеся по направляющим, установленным на стальных балках. Перемещение осуществлялось при помощи роликов, установленных на концевых частях подвижных и неподвижных панелей. Перемещение подвижных панелей осуществлялось посредством механизма, расположенного в фюзеляже и имевшего в своем составе шевронную шестерню и электрический двигатель. Данная шестерня приводила в действие две другие шестерни, каждая из которых находилась на своей стороне самолета, и связанные с ними цепные передачи, осуществлявшие выпуск и втягивание подвижных частей крыла. Таким образом, площадь крыла M 10 могла изменяться в диапазоне от 19 до 32 м². Тем не менее, перед начальными испытаниями электрический привод был заменен на установленный справа от пилота более привычный механический привод с кривошипной рукояткой.
Шасси M 10 состояло из двух основных стоек и хвостовой стойки. Основные стойки были неубирающимися; для уменьшения сопротивления они покрывались обтекателями. Ширина колеи основных стоек составляла 4,12 метра. Изготовление самолета обошлось инициаторам его постройки в шесть миллионов франков, но его двигатель питался обычным бензином, а не топливом Махонина.
В рамках проводимой в тридцатые годы «политики прототипов» Иван Махонин получил контракт, согласно которому в случае соответствия его самолета заданным требованиям выплаченная премия составит один миллион франков. Первый полет на прототипе Иван Махонин попросил выполнить пилота гражданской авиации и главного летчика (chef pilote) компании CIDNA Гастона Дюмона (Gaston Durmont). По словам прессы тех лет, Дюмон «пожертвовал» месяцем своего отпуска, чтобы выполнить летные испытания. Тестирование M 10 началось 11 августа 1931 года с двух прямых пробежек по земле.
Первый полет состоялся на следующий день, 12 августа; по некоторым данным это произошло в Ле-Бурже, но согласно другим это было в Виллакублэ. При взлетном весе 2800 кг, втянутых подвижных панелях и удельной нагрузке на крыло в 150 кг/м² самолет взлетел после разбега по траве длиной 350 метров и продержался в воздухе в течение пятнадцати минут. После полета Дюмон заявил, что управление элеронами было очень жестким (невозможно было отклонить!) и что сам самолет имел четкую тенденцию к развороту влево. Также пилотом было сказано, что при полностью открытой дроссельной заслонке у самолета была тенденция к затягиванию в пикирование. Левая часть капота двигателя была плохо закреплена и под давлением воздуха имела тенденцию к подъему и, наконец, во время посадки длина рулежки по земле была довольно значительной.
После первых испытаний в конструкцию самолета были внесены изменения, направленные на устранение обнаруженных недостатков: наладка элеронов, установка отрицательного угла атаки стабилизатора и установка дефлектора на киль. 14 августа полеты возобновились и выполнялись уже в разных конфигурациях: взлет и посадка выполнялись с площадью крыла 25 м², а затем с площадью 19 м². Взлет и посадка с полным раскрывом подвижных панелей крыла; при взлете были обнаружены проблемы при боковом ветре, а при посадке было долгое скольжение. Самолет по-прежнему разворачивало влево, а управление элеронами было все еще жестким. Во время четвертого полета, состоявшегося 17 августа 1931 года, Дюмон в полете активировал устройство выпуска/втягивания подвижных панелей. После выполненных в этот день полетов, включавших испытания на управляемость, часть элеронов была удалена и площадь дефлектора киля была увеличена.
Шестой полет (18 августа) показал, что регулировка самолета была выполнена хорошо. Подвижные панели крыла легко выдвигались и втягивались, и Дюмон впервые получил возможность оценить влияние изменения площади крыла на скорость самолета. Воздушный винт фиксированного шага увеличивал число оборотов, когда самолет ускорялся (панели втягивались), и уменьшал, когда подтормаживал (панели выпускались): при втягивании панелей тахометр показал увеличение частоты вращения винта на 30–40 об/мин.
19 августа во время седьмого полета были проведены измерения скорости на трехкилометровой трассе (самолет летал в одну и затем в другую стороны), показавшие 270 км/ч. На следующий день во время восьмого полета были выполнены испытания маневренности с крылом, имевшим максимальную и минимальную площади.
22 августа деревянный винт был заменен металлическим компании Levasseur. Поворотливость самолета была слишком большой и не увеличилась, но по результатам следующего полета (24 августа 1931 года) была сочтена недостаточной. Несмотря на плохую приспособленность винта, в состоявшемся 26 августа одиннадцатом полете M 10 на трехкилометровой трассе при 2000 об/мин разогнался до 290 км/ч. Предполагается, что 27 августа во время своего двенадцатого полета самолет Махонина был представлен начальнику главного технического управления (Directeur général technique) министерства авиации Альберу Како (Albert Caquot).
2 сентября 1931 года в ходе выполнения пятнадцатого полета, предназначенного для проведения общей проверки и измерения скорости на мерной базе, обрыв водяной трубы вынудил пилота совершить аварийную посадку на аэродроме Виллакублэ. Полеты возобновились 5 сентября после испытаний двигателя. 8 сентября (семнадцатый полет) самолет со взлетной массой 2950 кг и крылом с максимальным раскрывом подвижных пластин крыла осуществил набор высоты 1000 метров за 4 минуты 2 секунды. После выполнения общей проверки (10 сентября) Дюмон 13 сентября 1931 года выполнил свой последний на M 10 полет в Ле-Бурже. Это была возможность продемонстрировать маневренность; к этому времени общий налет M 10 составил 8,5 часов.
После долгого перерыва в апреле 1933 года летные испытания были возобновлены. Сопровождаемый механиком Карре (Carré) специалист по прототипам и единичным экземплярам Теодор Клейн (Théodore Klein) за скромное вознаграждение согласился сесть в кабину самолета [4]. В течение более чем полуторагодового перерыва 450-сильный двигатель Lorraine был заменен на 600-сильный мотор той же компании, емкость топливных баков, но в первую очередь была модифицирована система управления подвижными панелями крыла. Электрический двигатель был заменен пневматической системой, соединенной с воздушным цилиндром стартера; выпуск панелей осуществлялся простым нажатием кнопки, в то время как втягивание панелей выполнялось вручную при помощи ручки.
Следует сказать, что во время летных испытаний был показан парадоксальный результат: самолет с втянутыми подвижными панелями показал меньшую скорость, чем с панелями выпущенными! Причину этого любопытного явления, вероятно, легче объяснить с сегодняшних позиций. Это было обусловлено изменением относительного удлинения крыла. В принципе, то, что произошло, можно объяснить следующим образом: при равной хорде крыла чем больше размах, тем выше удлинение и, соответственно, меньше становилось аэродинамическое сопротивление крыла… Таким образом, при постоянной мощности двигателя M 10 ускорялся, когда размах крыла увеличивался, и в то же самое время когда подвижные панели незаметно убирались, на законцовках возникали серьезные аэродинамические нарушения, что в свою очередь вело к возникновению дополнительного аэродинамического сопротивления. Кроме того, когда панели были убраны, пилот должен был в целях компенсации падения подъемной силы немного увеличить угол атаки, что также сопровождалось увеличением лобового сопротивления!
Ухудшало ситуацию то, что из-за небольших размеров элеронов, которые не покрывали заднюю кромку у корневых частей крыла, малых размеров хвостового оперения (хроническая «болезнь» самолетов того времени) и из-за отсутствия закрылков самолет было проще посадить с втянутыми внутрь панелями крыла! Короче говоря, M 10 демонстрировал прямо противоположное желаемому…
Пресса тех лет писала, что когда самолет втягивал подвижные панели крыла внутрь,
«на небольшой базе и с убранными панелями самолет давал зрителям полное ощущение большой скорости».
К сожалению, пресса не писала, что перед прохождением этой «небольшой базы» M 10 был введен пилотом в легкое пикирование.
После первых полетов, показавших вполне обнадеживающие результаты, Махонин от министерства авиации получил контракт №294/3 от 19 июня 1933 года. Выполнять полеты на моноплане Махонина был назначен Пьер Лемуань (Pierre Lemoigne), «позаимствованный» у авиастроительной компании Romano вместе с механиком Лепином (Lépine). В июле 1933 года самолет получил прототип винта с изменяемым шагом конструкции Гоберо (Gobereau) и продолжил летные испытания. Однако характеристики, необходимые для получения премии, не были достигнуты несмотря даже на все высказанные «авторитетные советы». В свою очередь Иван Махонин запросил министерство авиации снизить, если это возможно, требуемое значение коэффициента разницы в скорости до 0,46 [5]. Многие самолеты с неподвижным крылом имели коэффициент разницы в скорости 0,60 или выше, и потому прошение было отклонено.
Зная о недостаточной мощности силовой установки своего M 10, Махонин в 1934 году решил оснастить самолет более мощным двигателем. На смену мотору Lorraine пришел Gnome-Rhône K 14 «Mistral Major», который теоретически развивал 930 л.с. (на практике 800 л.с.). Также новый самолет был оснащен основными стойками шасси, убиравшимися назад в расположенные под крылом обтекатели. Самолет также оснащался трехлопастным винтом переменного шага Gnome-Rhône и застекленным фонарем кабины.
В полете экспериментальный самолет Makhonine M 10; рисунок Луцио Перинотто (Lucio Perinotto)
Экспериментальный самолет Makhonine M 10 с втянутыми подвижными панелями крыла (снимок из коллекции музея авиации и космонавтики)
Экспериментальный самолет Makhonine M 10 с выдвинутыми подвижными панелями крыла (снимок Нью-Йорк Таймс; коллекция Харма Дж. Хэзевинкеля [Harm J. Hazewinkel])
Иван Махонин (слева) и пилот Гастон Дюмон (справа) у крыла (снимок Нью-Йорк Таймс; коллекция Харма Дж. Хэзевинкеля)
Экспериментальный самолет Makhonine M 10 с двигателем Lorraine в Виллакублэ. В 1931 году внешний вид самолета включал его в число самых современных машин Франции (снимок Нью-Йорк Таймс; коллекция Харма Дж. Хэзевинкеля)
Экспериментальный самолет Makhonine M 10. Заднее сиденье закрыто полотном (снимок из коллекции музея авиации и космонавтики)
Неподвижная часть крыла. На верхней и нижней частях четырех усиленных нервюр были размещены ролики для перемещения подвижных панелей (снимок из коллекции музея авиации и космонавтики)
Элероны крепились к неподвижной части крыла. На их законцовках, кажется, были установлены компенсаторы (снимок из коллекции музея авиации и космонавтики)
Экспериментальный самолет Makhonine M 10 выполнил несколько полетов с двумя людьми на борту (снимок из коллекции музея авиации и космонавтики)
Экспериментальный самолет Makhonine M 10 в полете с частично выдвинутыми панелями
В верхней части – схемы экспериментального самолета Makhonine M 10. Снизу показан профиль M 123.
Полные характеристики самолетов Махонина остаются неизвестными. Известные, но не являющиеся надежными характеристики M 10:
- • размах крыла от 13 до 21 метра;
- • площадь крыла от 19 до 33 м²;
- • вес пустого 2350 кг;
- • максимальный вес 3250 кг.
Еще меньше известно о характеристиках Makhonine 123. Даже мощность двигателя BMW 801 (1800 л.с.) не была сертифицирована. Площадь крыла изменялась от 20 до 36,5 м². В некоторых документах, которые, впрочем не вызывают полного доверия, указывается, что вес пустого и максимальный составляли 7 и 10 тонн соответственно.
В отличие от M 10 экспериментальный самолет Makhonine 101 оснащался более мощным 950-сильным двигателем компании Gnome et Rhône. Кабина пилота была полностью закрыта фонарем. Авторы статьи полагают, что как и M 10 он был выкрашен в красный цвет. Подвижные панели крыла были, вероятно, белыми (DR)
- [1] в своих патентах Махонин использовал в качестве синонимов имена Иван (Ivan) и Жан (Jean)
- [2] топливо было испытано на принадлежавших CGEA самолетах Breguet 14 №№192 и 203 (номера гражданской регистрации F-AFAQ и F-AFBC)
- [3] примерно в это же время инженер по разработке морских сооружений Рауль Ферье (Raoul Ferrier) также разработал взрывобезопасный бензин. Для его применения было необходимо лишь внести изменения в карбюратор (или форсунки инжектора). Проведенные Air Union испытания подтвердили невоспламеняемость топлива, но и необходимость иметь идеально контролируемое распределение воздуха в цилиндры двигателя
- [4] в июле 1933 года Дюмон заменил Клейна (Klein), который нашел стабильный (хотя и временный) заработок в компании Weymann (Weymann Fabric Bodies)
- [5] разница в минимальной скорости с устройством и без него (прим. ред.)
источник: JEAN LIRON ET PHILIPPE RICCO «Yvan Makhonine Du CARBURANT MIRACLE NATIONAL AUX … AILES TÉLESCOPIQUES» // Le Fana de l’Aviation 2000-04 (365)
