Проект экспериментального самолета Martin P.M.3. США
Винтажная статья более чем вековой дальности из журнала «Flight» (выпуск от 28 апреля 1921 года), которая, думаю, заинтересует читателей и коллег.
ИНТЕРЕСНЫЙ ПРОЕКТ САМОЛЕТА
Проект Martin P.M.3 обсуждается редактором
Данная статья является несколько необычной для рубрики «The Aircraft Engineer» (Авиационный инженер) и представляет собой экспертизу проекта американского авиаконструктора Джеймса Мартина. Для читателей, не слишком хорошо знакомых с ранней историей полетов в Великобритании, можно указать, что до войны Джеймс Вернон Мартин в течение длительного периода времени был летчиком и был связан с компанией Grahame-White Company, Хендон. Работая на компанию Клода Грэм-Уайта, Джеймс Мартин создал небольшой биплан с толкающим винтом типа «коробчатый воздушный змей» – того типа, который бал столь популярен в Хендоне в те годы. Г-н Мартин вернулся в Соединенные Штаты, где и продолжает работы до сих пор. Несколько лет назад Джеймс Мартин нанес визит в Великобританию и посетил редакцию журнала «Flight». С собой г-н Мартин привез эскизный проект крошечного самолета, шасси которого складывалось в фюзеляж. Особенностью конструкции было то, что пилот должен был лежать ничком в фюзеляже, выглядывая наружу через иллюминаторы – такое своеобразное расположение летчика было выбрано для того, чтобы свести площадь поперечного сечения фюзеляжа к минимуму. В свое время этот эскизный проект был опубликован в журнале «Flight».
На протяжении многих лет Джеймс Мартин занимался достижением аэродинамической эффективности своих самолетов и был одним из первых, кто запатентовал убирающуюся ходовую часть. Поэтому неудивительно, что убирающиеся основные стойки шасси были включены в конструкцию опубликованного здесь его последнего проекта. Хотя конструктор конкретно не заявляет об этом, но можно предположить, что среди прочих причин двухфюзеляжная компоновочная схема была выбрана из-за большей простоты, с которой можно установить убирающиеся стойки шасси.
К чертежам общего вида, диаграммам результатов испытаний в аэродинамической трубе и диаграммам характеристик, присланными нам г-ном Джеймсом Мартином, была представлена написанная на доступном языке статья «Как заставить коммерческий самолет окупить себя» (How to Make the Commercial Aeroplane Pay). Однако эта статья была написана с целью объяснить нетехническим языком деловому человеку, не знакомому с техническими аспектами воздушного транспорта, методы, с помощью которых можно улучшить аэродинамические характеристики самолетов, и эффект, выраженный в долларах и центах, который такое улучшение влияет на способность машины приносить дивиденды. Данная статья показалась не совсем подходящей для публикации в рубрике «The Aircraft Engineer», и редактор решил описать машину с несколько более технической точки зрения, процитировав из статьи г-на Мартина такие отрывки, которые носят технический характер и соответствуют тематике рубрики.
Чтобы понять причину существования Martin P.M.3 следует знать, что г-н Мартин в течение многих лет был сторонником двояковыпуклого аэродинамического профиля крыла, придерживаясь мнения, что этот тип аэродинамического профиля обещает хорошее аэродинамическое качество в сочетании с достаточно высоким максимальным коэффициентом подъемной силы. Г-н Мартин разработал несколько проектов самолетов с крыльями, имеющими такие профили, и проект, который обсуждается в данной статье, обладает двояковыпуклым аэродинамическим профилем с очень острым «носом». Для самолета была выбрана монопланная схема и, как уже упоминалось, еще одной особенностью конструкции машины являются два фюзеляжа, каждый из которых несет двигатель и вмещает в себе пассажиров и/или грузы.
Первой остановкой в разработке проекта Martin P.M.3 стали испытания модели в аэродинамической трубе Геттингена. Ниже приводится фотография этой модели. У нас имеются опубликованные в статье фотостатные копии оригинальных геттингенских, на которых указано, что площадь крыла модели составляла 0,2385 кв.м. (2,37 кв. футов), а ось тангажа самолета проходила через переднюю точку плоскости хорд крыла. Как указано на диаграмме с результатами испытаний в аэродинамической трубе Геттингена модель испытывалась с шасси и без него, а также с углами установки стабилизатора 0, -10 и +10 градусов. Максимальное полученное значение аэродинамического качества составило 17. По словам г-на Мартина с поправками на масштаб это значение увеличилось до 18, что действительно является очень хорошим результатом. Если обратиться к диаграмме с результатами испытаний в аэродинамической трубе, то следует понимать, что построена в обычном немецком стиле, где коэффициент подъемной силы Ca отображается в зависимости от коэффициента сопротивления Cw и коэффициента момента Cm. Поскольку немецкие единицы измерения отличаются от наших и, кстати, Ca = 100Ca), коэффициенты, показанные на диаграмме, можно преобразовать в британские «абсолютные» коэффициенты, разделив их на 200. Таким образом, в «абсолютных» единицах максимальный коэффициент подъемной силы модели самолета Martin P.M.3 составит примерно 0,5, что не очень высокое значение, в то время как минимальный коэффициент лобового сопротивления модели всей машины составит 0,01.
MARTIN P.M.3: Фотография модели для испытаний в аэродинамической трубе
По сравнению с обычными коммерческими самолетами максимальное значение аэродинамического качества равное 18, является, конечно, чрезмерно высоким. Если рассматриваемая в статье полноразмерная машина сможет иметь такую же высокую эффективность, то аспект коммерческой авиации должен существенно измениться, и значительно приблизится тот день, когда авиация сможет окупить себя без государственных субсидий. Эта тема настолько важна, что нынешний проект, как представляется, заслуживает тщательного изучения.
MARTIN P.M.3: Диаграмма с кривыми значений подъемной силы, сопротивления, и т.д., полученные по результатам испытаний в аэродинамической трубе Геттингена. Максимальное значение аэродинамического качества равно 18
В своей написанной на общедоступном языке статье г-н Мартин говорит:
«Вдумчивый деловой человек будет удивлен, обнаружив, что более половины сопротивления современных самолетов, или самолетов типа «птичья клетка» (birdcage), являются бесполезными.»
Затем он продолжает объяснять, что такое высокое лобовое сопротивление приводит к потере скорости и грузоподъемности, а также к увеличению расхода топлива. Сокращая название машины типа «птичья клетка» до BC (неизвестно, должна ли эта аббревиатура передавать тонкую иронию!), г-н Мартин сравнивает экономичность машины BC с P.M.3. Вкратце его аргументация сводится к следующему:
Если сравнить мощность силовых установок двух машин в лошадиных силах, т.е. мощность, необходимую для движения двух машин с одинаковой скоростью, скажем, 110 миль в час (177 км/ч), то тяга машины BC, которая, по утверждению г-на Мартина, при такой скорости имеет аэродинамическое качество всего 4, должна составлять одну четверть общей массы. При той же скорости аэродинамическое качество P.M.3 составляет 20, и необходимая тяга составит всего одну двадцатую часть общей массы. По словам г-на Мартина, если сравнить полезную нагрузку, то окажется, что машина BC весит примерно столько же, сколько она перевозит, т.е. если и масса машины без топлива составляет 10000 фунтов (4536 кг), то ее общая масса с нагрузкой составит 20000 фунтов (9072 кг). При аэродинамическом качестве 4 этой машине потребуется мощность в лошадиных силах для тяги 5000 фунтов (2268 кг) на скорости 110 миль в час (177 км/ч) и количество топлива, пропорциональное этой мощности. С другой стороны, самолету P.M. при той же скорости потребуется мощность только для создания тяги в 1000 фунтов (454 кг). Если машине P.M. требуется 200 фунтов (91 кг) топлива в час чтобы двигаться с такой скоростью, то самолету BC потребовалось бы 1000 фунтов (454 кг) топлива в час, или примерно 7000 фунтов (3175 кг) кг) топлива для полета по маршруту Нью-Йорк – Чикаго, оставляя 3000 фунтов (1361 кг) для оплачиваемой нагрузки. Если предположить, что небольшая масса машины P.M. будет такой же, как и у BC, то более эффективная машина в полете по тому же маршруту с той же скоростью полезная нагрузка составит 8600 фунтов (3901 кг). Г-н Мартин указывает, что это предположение о массе было бы неверным, если бы двигатели P.M.3 были рассчитаны только на скорость 110 миль в час (177 км/ч), потому что в этом случае масса силовой установки составила бы четверть массы двигателей, необходимых для самолета типа BC. Г-н Мартин утверждает, что эта разница в массе силовых установок в сочетании с более простой конструкцией машины P.M. будет равна массе топлива, и таким образом на линии Нью-Йорк – Чикаго при скорости 110 миль в час (177 км/ч) пассажирская нагрузка и масса топлива составят 10000 фунтов (4536 кг). Машина P.M. имеет в четыре раза большую мощность и, как утверждается, способна развивать скорость до 140 миль в час (225 км/ч) в полете на одном из двух его 800-сильных моторов. При этом избыток мощности может быть использован на то, что невозможно для машины BC, а именно: достижения скорости 185 миль в час (298 км/ч) или полета по маршруту Нью-Йорк – Чикаго за 3,75 часа.
MARTIN P.M.3: Диаграмма с кривыми летно-технических характеристик, основанные на результатах испытаний в аэродинамической трубе Геттингена. Основные используемые данные: Площадь крыла 1785 кв. футов (165,8 м²); мощность двигателя 1600 л.с.. Общая масса с полной нагрузкой 17000 фунтов (7711 кг)
Даже если допустить небольшую ошибку со стороны г-на Мартина в использовании максимального значения аэродинамического качества 20 вместо 18, указанного в результатах испытаний в аэродинамической трубе, то его рассуждения достаточно здравы. Единственным сомнительным моментом является то, можно ли снизить массу машины P.M. до массы самолета типа BC. Изучение чертежей показывает, что общий размах крыла P.M.3 составляет 102 фута (31,1 м), хорда 17 футов (5,2 м), а площадь крыла 1700 квадратных футов (158 м²) или около этого.
MARTIN P.M.3: Чертеж общего вида
Итак, свободнонесущее крыло тех же размеров, вероятно, будет намного тяжелее бипланной коробки той же площади. (Мы предполагаем, что упоминая про «птичью клетку» г-н Мартин имеет в виду биплан с обычными межкрыльевыми и центропланными стойками и с тросовыми расчалками.) В данных, приведенных на присланном нам чертеже общего вида, подробная масса крыла не указана, но даны следующие расчетные массы: два пропеллера 170 фунтов (77 кг); два двигателя 2280 фунтов (1034 кг); два пилота и приборы 400 фунтов (181 кг); две стойки шасси 600 фунтов (272 кг); баки, элероны, радиаторы, консоли крыла (@ – фунтов на кв. фут) 4200 фунтов (1905 кг); два фюзеляжа 1000 фунтов (454 кг); горизонтальное оперение 220 фунтов (100 кг); два руля направления и полозья 130 фунтов (59 кг). Общая масса пустого самолета 9000 фунтов (4082 кг). Мы не можем сказать, достижимы ли эти цифры на практике. Нам это кажется несколько сомнительным. Большая часть аргументов г-на Мартина несостоятельна, поскольку серьезное увеличение массы крыла оказало бы заметное влияние на массу полезной нагрузки. В своей статье г-н Мартин упоминает 5000 фунтов (2268 кг) в качестве полезной нагрузки своей машины для беспосадочного полета по маршруту Нью-Йорк – Чикаго. Поскольку он, очевидно, использовал аэродинамическое качество 20 вместо 18, и если мы предположим, что масс а пустого самолета P.M.3 окажется несколько больше расчетной, то разница между полезной нагрузкой машины BC в 3000 фунтов (1361 кг) и полезной нагрузкой, которой может обладать самолет типа P.M., может оказаться не такой большой, как показывают расчеты.
Тем не менее, Martin P.M.3 – это очень интересная машина, и графики летно-технических характеристик заслуживают внимания. Достичь значения аэродинамического качества 18 – это своего рода достижение, особенно с учетом того, что высокая эффективность сопровождается распределением массы, которое, предположительно, помогло бы в некоторой степени достичь лучшей массы пустого самолета, чем это было бы возможно в одномоторной однофюзеляжной машине с грузом, масса которого сосредоточена в центре. (Кстати, расстояние между двумя фюзеляжами по осевым линиям составляет 17 футов [5,2 м].)
Было бы интересно узнать мнение британских конструкторов о P.M.3. и мы уверены, что г-н Мартин приветствовал бы обсуждение его проекта.
источник: Edited by C. M. Poulsen «The aircraft engineer. Martin P.M.3» «Flight» April 28, 1921, pages 262a-262d
перевод впервые опубликован – https://vk.com/@710541705-proekt-eksperimentalnogo-samoleta-martin-pm3-ssha
