Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Представьте себе, что вам предложили отправиться в далекое путешествие по плохим дорогам на… телеге. Как известно, это почтенное, неумирающее и все еще нужное средство передвижения не имеет рессор.
– Нет, – возразите вы, – этот вид транспорта для далеких путешествий не годится. Другое дело – полететь на самолете.
– Но позвольте, самолет, так же как и телега, не имеет рессор. Он опирается в полете о воздух жесткими, твердо закрепленными крыльями.
– Воздух, – найдете вы вновь возражение, – есть среда газообразная, упругая. Кроме того, на воздушных дорогах нет рытвин и ухабов.
Возразите так – и ошибетесь!
Почти всегда состояние атмосферы неспокойно и изменчиво. Тысячи «воздушных ям», невидимых «рытвин» и «ухабов» встречает самолет на своем воздушном пути. Поэтому полет самолета почти никогда не протекает по прямой, а сопровождается бросками и вверх и вниз. Происходит это вследствие динамической неоднородности реальной атмосферы. Восходящие и нисходящие потоки, повинуясь пока еще не вполне изученным физическим законам, образуют сложные перемещения воздушных масс. Их движение неравномерно, и поэтому пассажиры зачастую ощущают резкие, сильные толчки то вверх, то вниз, то вбок самолета.
Эти толчки и удары требуют увеличения запаса прочности конструкции самолета, подобно тому, как телега, рассчитанная для езды по плохим дорогам, имеет усиленные спицы, колеса ее окованы металлическим ободом.
Где же выход? Как уменьшить динамические нагрузки на самолет, устранить толчки и вибрации?
Ответ на этот вопрос дал в своей работе «Образование тяги на машущем крыле» молодой инженер А.Ю. Маноцков. Уже самое название работы говорит о том, что Маноцков защищает идею самолета с машущими крыльями.
Еще в те времена, когда человек не покидал земли, а только с завистью наблюдал за вольным полетом птиц, изобретатели стремились построить летательный аппарат, подобный по устройству крыльям птицы или летучей мыши. Старинные летописи донесли до нас сведения о попытках такого рода, производившихся в древности на Руси. Просматривая наброски и записи великого ученого и художника эпохи Возрождения Леонардо да Винчи, мы находим там наброски летательных аппаратов, крылья которых приводились в движение мускулами ног человека.
Но математические расчеты показали, что по мускульной силе, отнесенной к весу, человек несравненно слабее птицы. И развитие авиации пошло по другому пути.
И нужно ли нам в век реактивной авиации возвращаться к проблеме машущего полета? Ведь реактивные самолеты уже далеко оставили позади лучших природных летунов и по скорости, и по высоте, и по дальности полета.
И все же полет птицы остается мечтой для человека в отношении безопасности и экономичности. Весьма показательно то обстоятельство, что тяга самолета составляет в среднем от 1/5 до 1/15 его полетного веса, а тяга птицы превосходит ее вес в несколько раз.
Неудивительно поэтому, что проблема машущего полета привлекает внимание и теоретиков и практиков летного дела. Решением этой проблемы уже в продолжение ряда лет занимается секция машущего полета при Добровольном обществе содействия армии, авиации и флоту. Одним из энтузиастов машущего полета является и Маноцков. Он решил начать с изучения безмоторного полета с машущими крыльями.
В 1951 году он создал первый вариант своего летательного аппарата – планера, названного им в память о молодогвардейце Олеге Кошевом – «Кащук».
– Это не было изобретением, – подчеркивает конструктор, – мною завершено лишь то, что уже назрело и перешло из стадии эмпирических предположений в стадию математического расчета.
Но нам кажется, что в этом утверждении больше личной скромности автора, чем правоты.
«Кашук» 1951 года – первый в мире летательный аппарат с машущим крылом – поднялся в воздух. За первой конструкцией была осуществлена вторая – 1952 года. Это и был «Кашук-2», налетавший в течение двух последних лет под управлением летчика-испытателя Януша Рудницкого более 100 летных часов.
Летом 1954 года в День авиации планер с машущими крыльями «Кашук-2» пролетел над Тушинским аэродромом. Сотни тысяч людей с любовью и восхищением следили за полетом удивительной машины, не имевшей мотора, но упруго, как птица, взмахивавшей крыльями.
Совершенно с новых позиций, чем прежние изобретатели и ученые, подошел к созданию аппарата с машущими крыльями молодой советский инженер. Не копировать полет птицы поставил он своей целью. Этот процесс, требующий колоссального расхода энергии, в конце концов, не может дать ничего нового авиации. Он решил заставить воздух двигать крылья летательного аппарата, тот самый воздух, в котором летит планер.
Мы уже говорили, с какой силой обрушиваются потоки воздуха на летательный аппарат с жесткими крыльями. Вот эту-то энергию, которая раньше поглощалась за счет деформации частей самолета и перемещений его вверх и вниз, и решил использовать Маноцков для приведения в движение крыльев планера.
На первый взгляд преимущества его планера как будто не очень велики. Всего на 3–4 км увеличилось расстояние, пролетаемое им при планировании с километровой высоты. Но ведь это только первый шаг освоения энергии воздушных потоков, которые прежде доставляли планеристам столько неприятностей, вызывая «болтанку», иногда даже разрушая планер в воздухе.
И, может быть, создание планера с машущими крыльями – это первый шаг в новую область авиации – авиацию будущего. Может быть, мы так хорошо научимся черпать энергию из окружающего самолет воздуха, что сможем совершать, используя только эту силу, такие же стремительные и уверенные полеты, какие сейчас совершаем на винтомоторных и реактивных самолетах.
Может быть, будет создана целая безмоторная авиация индивидуального пользования – дешевая, общедоступная – и самолеты с машущими крыльями станут таким же надежным и широко распространенным видом транспорта, как сегодня велосипеды.
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. При постоянной величине скорости потока и угла атаки силы, действующие на неподвижную модель крыла, помещенную в аэродинамическую трубу, неизменны. Но если заставить крыло колебаться в плоскости, перпендикулярной потоку, го эти силы будут циклически изменяться. При этом среднее значение величины подъемной силы будет практически равно подъемной силе немашущего крыла.
Иначе обстоит дело со средним значением силы вредного лобового сопротивления. У машущего крыла она всегда будет меньше, чем у немашущего крыла. Это уменьшение силы лобового сопротивления зависит, прежде всего, от относительной скорости взмаха. У птиц средняя скорость взмаха так велика, что среднее значение силы лобового сопротивления получается меньше нуля, то есть мaшyщee крыло птицы не только несет ее, но и создает тягу.
Правда, при переходе к режимам полета с большими относительными скоростями взмаха тягу может создать только специальное гибкое крыло, разработка которого интересная и трудная задача ближайшего будущего.
2. Полет на планере или самолете в реальных условиях вследствие динамической неоднородности атмосферы сопровождается непрерывным изменением мгновенных значений истинной воздушной скорости – скорости самолета относительно потока воздуха. В самолетах и планерах обычной конструкции энергия этих импульсов поглощается при деформации элементов конструкции крыла и подбрасывании самолета вверх и вниз.
Если между крылом планера и фюзеляжем ввести упругий элемент, то крылья получат возможность совершать упругие колебания, причем упругий элемент будет при увеличении мгновенной скорости полета поглощать избыток нагрузки с последующей отдачей ее в виде взмаха крыльев вниз. Таким образом, энергия внешних импульсов будет расходоваться на возбуждение колебаний крыльев планера.
Мы уже знаем, что колебание крыльев в плоскости, перпендикулярной потоку, приводит к уменьшению их вредного сопротивления. Следовательно, и в нашем случае аэродинамические качества планера улучшатся.
Правда, в действительности все обстоит гораздо сложнее. До постройки «Кашука» многие сомневались в возможности полета такого планера, так как непрерывное колебание крыльев, по их мнению, должно было лишить его устойчивости и управляемости. Вопрос об аэродинамических характеристиках машущего крыла также очень труден и до конца не изучен еще и сейчас. Удачные полеты «Кашука» помогут разрешить многие из этих задач.
3. Основным элементом упругой подвески крыльев на планере «Кашук» является пневмоцилиндр. Подвижная крышка этого цилиндра связана с рычагами, идущими к машущим консолям. Роль пружины играет сжатый воздух, который при колебаниях крыльев сжимается и расширяется. Расширяясь, он опускает крылья вниз, совершает полезную работу. На планере «Кашук» на трение теряется 10% накапливаемой энергии, а 90% расходуется на движение крыльев.
Испытания показали, что при полете с застопоренным крылом планер «Кашук» на наивыгоднейшей скорости – около 78 км в час – может в тихую погоду пролететь с высоты одного километра 27 км.
С подрессоренным крылом планер может пролететь в тех же условиях 30–31 км. Но, что очень важно, наивыгоднейшая скорость его значительно увеличивается, достигая 110–115 км.
Еще раз хочется подчеркнуть, что планер «Кашук» – это только первый шаг на пути в новую интересную область авиационной техники, развитие которой позволит создать летательные аппараты, доступные каждому.
Инженер А.Ю. МАНОЦКОВ
источник: член секции машущего полета при ЦК ДОСААФ Н. БОБРОВ; Рис. С. ПИВОВАРОВА «На машущих крыльях» // Техника-молодежи 1954-09, с. 12–13
