Винтажная статья более чем полувековой давности, которая, думаю, заинтересует коллег.
Содержание:
Статья эта – рассказ о сложной судьбе одного необычного движителя. Сделанный по образу и подобию рыбьему и птичьему, он долго использовался для судов и тольrо недавно нашел применение и для летательных аппаратов.
ТЕРНИСТЫЙ ПУТЬ ИСКАНИЙ
Француз Мартен еще в 1703 году сконструировал судовой руль-движитель. Это был простой цилиндрический сектор. При повороте (вручную) с борта на борт он своими плоскими поверхностями создавал силу упора. Словом, то было как бы усовершенствованное галанение веслом (прием венецианских гондольеров). Качающееся весло отдаленно напоминало рыбий хвост. Интересно, что поморы на своих яликах и по сей день пользуются кормовым веслом, сочетающим в себе свойства руля и движителя. В 1848 году англичанин Р. Фоулес модернизировал устройство. Несколько плоских лопастей располагались горизонтально одна над другой в корме судна и крепились шарнирно к движущимся вертикальным стойкам. Лопасти совершали колебательное движение в вертикальной плоскости, подобно хвосту кита или дельфина, и судно шло вперед.
Теперь самое время упомянуть об открытиях аэродинамиков. Немецкие профессора Р. Кноллер в 1909 и А. Бетц в 1912 году исследовали планирующий полет птиц в волновом потоке. Они обдували крыло под углом (то сверху, то снизу) и обнаружили, что возникала тянущая сила. Это явление получило название «Кноллер-Бетц эффекта».
В начале нашего века профессор Н. Кабачинский взялся за модернизацию колесных пароходов. Он предложил поставить сзади колеса направляющее крыло, которое упорядочивало бы колеблющийся поток воды и, спрямляя его, увеличивало тягу колеса. Тем самым Н. Кабачинский практически использовал эффект Кноллера-Бетца.
Инженерный поиск шел и в других направлениях. В 1925 году американец Ф. Кирстен придумал крыльчатый движитель, работающий по принципу «только лопасть». Перпендикулярно к плоскости вращения (вертикально) закреплены лопасти. При работе они поворачиваются так, чтобы отталкиваться от воды в одном направлении. Поначалу новым движителем заинтересовался известный американский авиаконструктор Боинг. Он задумал использовать его для дирижаблей. Был построен и испытан опытный экземпляр устройства, показавший на стендовых испытаниях силу упора 900 кг при мощности двигателя 400 л. с. Однако дирижабль «Шенандоа», на котором должны были смонтировать движители Кирстена, погиб, на том деле и закончилось. Улучшенный вариант крыльчатого движителя, разработанный австрийским инженером Э. Шнейдером, фирма «Фойт» установила на катера.
Интересные работы проделали и наши соотечественники. В 40-х годах Альберт Вейник, ныне член-корреспондент АН БССР, предлагал устанавливать вместо самолетных крыльев два движителя Шнейдера. Они могли создавать тягу и подъемную силу. Художник Петр Митурич с 1921 года занимается разработкой судовых волновых движителей. На 9 из 12 заявок он получает авторские свидетельства, конструирует и испытывает необычные модели. Гибкий корпус корабля извивается словно рыба при плавании, то есть совершает колебания в горизонтальной плоскости. Движители Митурича («рыбьи хвосты») универсальны, пригодны для любой упругой среды: будь то жидкость или газ. Именно поэтому их можно применить на корабле, подводной лодке, самолете и дирижабле.
А инженер Александр Болдырев исследовал характеристики несимметричного крыла с колеблющимся предкрылком. Последний формировал волновой поток и, следовательно, создавал тягу согласно эффекту Кноллера-Бетца. Кроме того, увеличивая скорость воздушного потока над верхним профилем крыла, предкрылок приводил к приращению подъемной силы. Оптимальный угол его колебаний был всего 30°.
На это изобретение Болдыреву в 1936 году выдали авторское свидетельство № 54789. Позднее сам Болдырев и его последователи (известный московский изобретатель Б. Блинов, новосибирский авиамоделист П. Солодов и другие) строили летающие модели самолетов с колеблющимся предкрылком, которые показывали неплохие результаты. Многим студентам МАИ 50-х годов, вероятно, памятны демонстрации полетов оригинальных моделей Болдырева и Блинова. Однако дальнейшего развития в самолетостроении эти работы не получили, зато обрели вторую жизнь в несколько другой интерпретации.
ИДЕЯ ИНЖЕНЕРА ШМИДТА
Дрезденский инженер Вильгельм Шмидт, экспериментируя с различными телами вращения и профилями, в 1942 году установил, что симметричное крыло, обдуваемое волновым воздушным потоком, приобретает тягу по известному эффекту Кноллера-Бетца. В распоряжении ученого была несложная ротативная машина. На ней он испытал модели с ударным рулем, каплевидные тела, плоскости каплевидного сечения и т. д. Однако в то время было вовсе не до науки. Лишь спустя 15 лет Шмидт смог вернуться к своим опытам. На сей раз работа была доведена до конца. Шмидту удалось определить оптимальные параметры профиля и, самое главное, заменить колеблющийся предкрылок вращающимся. Позднее модернизированный предкрылок окрестили волновым пропеллером, но от этого суть не меняется – две плоскости симметричного каплеобразного сечения совершают плоскопараллельное вращение. Волновой пропеллер Шмидт задумал установить спереди дирижабля с корпусом крыльчатого профиля. Пропеллер обдувает корпус синусоидальным потоком воздуха. Поэтому вектор скорости V попеременно действует на дирижабль то сверху, то снизу (см. вкладку). Перпендикулярно к V на корпус действует возмущающая сила А, продольная составляющая которой S создает тягу.
Развивая эту идею, В. Шмидт и его коллега У. Квек снабдили аппарат оригинальными конструкциями – так называемыми шайбами, установленными по бокам корпуса. В результате увеличилось отношение тянущей силы к воздушному сопротивлению. Корпус, стоящий за волновым пропеллером, действует одновременно и как гаситель волны. Причем геометрия корпуса, его длина и соотношение длины и толщины должны согласовываться с частотой работы пропеллера. Только тогда будут получены наилучшие тяговые характеристики волнового движителя (пропеллер плюс корпус).
Чтобы дирижабль развил большую скорость, нужно отсасывать пограничный слой воздуха. И Шмидт и Квек предусмотрели сзади второй волновой пропеллер. По замыслу он должен создать требуемый отсос. В результате корпус корабля обтекается ламинарным потоком. А чтобы лучше использовать задний пропеллер (и тем самым увеличить тягу движителя), за ним был установлен гаситель волны, состоящий из нескольких симметричных профилей. Кроме всего прочего, такое конструктивное ухищрение позволило снизить требования к обтекаемости корпуса и применить чрезвычайно короткие (с отношением толщины к длине, равным 0,5) корабли. Дальнейшее исследование работы, проделанной учеными из ГДР, вряд ли уместно, однако разберемся, почему проект нового дирижабля назван «Дельфином»…
Дело в том, что дельфины «извиваются» в вертикальной плоскости, а рыбы – в горизонтальной. Соответствующей формы и движущий их волновой поток. Поскольку дирижабль Шмидта и Квека толкает «вертикальный» волновой поток, он и назван «Дельфином». Повернув движители на 90°, то есть заставив волновой поток колебаться в горизонтальной плоскости (как это делал П. Митурич), мы с полным правом могли бы именовать корабли «Тунцами» или «Акулами».
«ДЕЛЬФИН» ПРОСИТСЯ В НЕБО
Изображенного на вкладке воздушного корабля пока еще нет. Однако нет и особых причин, которые помешали бы его рождению, тем более что проект основывается на здравых идеях, а потребность в подобных лайнерах вскоре возрастет. Итак, что же такое летающий «Дельфин»?
Продольное сечение двухкорпусного дирижабля напоминает профиль крыла. По бокам аппарата – шайбы, которые служат как бы направляющими для воздушного потока. Уменьшается перетекание воздуха с нижней поверхности «крыла» на верхнюю. Задние волновые пропеллеры (ВП) отсасывают пограничный слой. За ними закреплены плоскости, увеличивающие тягу аппарата и спрямляющие поток. Струи воздуха, возмущенные передними ВП, без отрыва обтекают корпус и создают по эффекту Кноллера-Бетца тягу. Затем поток подхватывается задними ВП и отбрасывается, при этом возникает дополнительная тяга.
Волновые пропеллеры шумят гораздо меньше, чем обычные винты. В шайбах в несколько ярусов располагаются каюты, как на трансокеанских лайнерах. Там же ресторан, телеграф, кинозал, бассейн. В нижней части «Дельфина» – машинный зал, багажное отделение, капитанская рубка и пр.
Корабль исключительно верток. Маневр в горизонтальной плоскости осуществляется с помощью передних и задних рулей курса и изменением числа оборотов, реверсом тяги и попеременным включением и выключением волновых пропеллеров. Дирижабль может лететь вперед, назад и вбок, кружиться или неподвижно висеть на месте.
Аппарат будет перемещаться в вертикальном направлении за счет сжатия, охлаждения или нагрева газа, за счет динамической подъемной силы и дифферента (наклонения корпуса вниз или вверх при включенных маршевых движителях). «Дельфин», словно вертолет, поднимется прямо вверх без всякого разгона и опустится на любую, даже неподготовленную, площадку.
У «Дельфина» по сравнению с обычным дирижаблем парусность меньше. Это также облегчит управление им.
В качестве газа-носителя – пожаробезопасный гелий. Грузовые дирижабли будут строить многокорпусными. Этот вывод, в частности, подтверждается такими соображениями. Тяга волнового привода ограничена. И вот почему. Поднять мощность движителя увеличением числа оборотов (что допускает винт), вероятно, не удастся. Путь один – установить больше самих движителей, а следовательно, и корпусов. Так думают конструкторы сегодня…
Аппараты типа «Дельфин» смогут освоить не одну небесную профессию. Пассажирские на 500-1500 мест отправятся в дальнее путешествие за 3-15 тыс. км. Туристские вместимостью 1500-3000 человек проложат трассы до 500-3000 км. Грузовые: контейнерные, насыпные, наливные и другие – возьмут на борт по 400-600 т.
Представим себе «Дельфин» над городом недалекого будущего. Бесшумно подплывает к небоскребу огромный воздушный корабль. Плавно садится на крышу. Открываются люки. Из одних выходят пассажиры и, пересев в скоростной лифт, опускаются прямо в центр города. На тех же лифтах в корабль поднимаются отъезжающие. Из других люков выгружается багаж. Прошло всего 5 мин., и корабль снова готов к старту…
По оптимистическому мнению Шмидта и Квека, аппараты типа «Дельфин» разовьют скорость до 500 км/час. Пессимисты снижают эту цифру до 300. Но так ли это существенно?
«Дельфины» неоценимы, если нужно быстро перебросить крупногабаритные грузы: детали мостов, опоры линий электропередачи и т. д. Такие дирижабли станут хозяевами на средних дистанциях аэрофлота (300-3000 км), а на дальних расстояниях (3000-15000 км) этому исключительно дешевому транспорту конкурентов не будет.
Так пожелаем немецким ученым творческой удачи. Верится, их идея пробьет себе дорогу, и нам посчастливится увидеть рождение еще одного транспортного средства, дополняющего современную авиацию.
источник: http://zhurnalko.net/=nauka-i-tehnika/tehnika-molodezhi/1971-10—num14
