Проект гигантской двухкорпусной летающей лодки доктора Эдмунда Румплера
Интересная винтажная статья из журнала «Flight» (выпуск от 26 декабря 1930 года)
ДВУХКОРПУСНАЯ ЛЕТАЮЩАЯ ЛОДКА ЭДМУНДА РУМПЛЕРА
Грядет появление гигантского трансокеанского самолета?
Автор: ЭДВИН П. А. ХАЙНЦЕ
Уже в течение нескольких лет в немецких авиационных кругах обсуждались планы д-ра Румплера по изготовлению гигантской цельнометаллической летающей лодки, предназначенной для трансокеанских полетов. Все детали конструкции этого самолета были доработаны в течение десяти лет последовательной работы, и одновременно с проектными работами в знаменитом Аэродинамическом научно-исследовательском институте в Геттингене и в Гамбургском научно-исследовательском институте судостроения были проведены бесчисленные модельных испытаний и выполнен огромный объем расчетов. Д-р Румплер получил несколько необычное удовольствие от того, что ведущие немецкие авиационные эксперты с международной репутацией дали отличные отзывы о его новой конструкции после ее тщательного изучения со всех сторон. Несмотря на бесспорно положительный прием идей д-ра Румплера, ему не удалось найти в Германии необходимую финансовую поддержку для постройки этого самолета.
Поэтому д-р Рамплер обратился за помощью к Америке. и теперь, вероятно, получит денежные средства, поскольку был приглашен в Соединенные Штаты группой финансистов для проведения предварительных переговоров. Если эти переговоры увенчаются успехом, то, согласно предложению д-ра Румплера, самолет будет построен в Германии, где затраты на изготовление будут ниже, чем в Америке, а компания, которая будет основана для его изготовления, будет эксплуатировать самолет, выполняющий полеты между Европой и Северной Америкой.
Конструкция гигантского самолета д-ра Румплера защищена во всех странах патентами, нарушение которых грозит серьезными последствиями. Главная особенность конструкции самолета д-ра Румплера заключается в том, что полезная нагрузка и все тяжелые элементы, такие как двигатели, распределяются равномерно по всей поверхности крыла, так что каждый сектор крыла несет непосредственно лишь часть всей массы. То есть нагрузка децентрализована. Хорошо известно, что невозможно увеличить размеры самолетов обычного типа без непропорционального большого ущерба грузоподъемности. Причина заключается в том, что лонжероны крыла должны быть чрезвычайно прочными, чтобы выдерживать изгибающие напряжения, возникающие при централизованной нагрузке. Это имеет огромное значение, и немецкие специалисты подсчитали, что самолет таких размеров, что и самолет, спроектированный д-ром Румплером, но с теми контурами, которые сегодня являются общепринятыми, будет весить на 8-10 тонн больше.
схема двухкорпусной летающей лодки Rumpler. Для сравнения в правом нижнем углу показан самолет Taube конструкции д-ра Румплера
Машина представляет собой свободнонесущий моноплан, и в крыле, опирающемся на два корпуса, размещены двигатели и жилые помещения для пассажиров и экипажа, в то время как топливо размещено в лодочных корпусах. Использование этих двух корпусов отличную поперечную остойчивость в бурном море и поперечную устойчивость при боковом ветре.
Крыло самолета должно быть собрано из стальных труб и усилено плоскими алюминиевыми стержнями, Крыло самолета представляет собой единую жесткую конструкцию, покрытую обшивкой из дюралюминия. Общий размах крыла составляет 289 футов (88,0 м), а длина хорды – 41 фут (12,5 м). Внешние консоли, имеющие заметный угол поперечного V м размах примерно по 58 футов (17,7 м) каждая, вмещают в себя внутри несколько вспомогательных топливных баков, которые находятся в непосредственной близости от двигателей, а также рядом с помещениями для пассажиров и экипажа. Центральная часть крыла с размахом 173 фута (52,7 м) имеет нулевой угол поперечного V. В то время как центроплан имеет одинаковую по всему размаху длину хорды, внешние консоли в виде сверху трапециевидные с небольшой стреловидностью передней кромки. Законцовки крыла закруглены и переходят в элероны, задние кромки которых расположены на одном уровне задней кромкой центроплана. Размах элеронов примерно такой же как и размах внешних консолей крыла. Максимальная высота центроплана крыла составляет 8½ футов (2,59 м).
масштабная модель двухкорпусной летающей лодки Rumpler, вид сверху. Размах крыла полноразмерной машины составит 289 футов (88 м), а площадь крыла 10764 кв. футов (1000 м²)
Трубчатый каркас крыла выполнен таким образом, что вдоль всего размаха крыла проходят два особо прочных ферменных лонжерона. Задний лонжерон расположен на расстоянии 21 фут (6,4 м) от передней кромки и между передним и задним лонжеронами установлены десять двигателей мощностью по 1000 л.с. каждый. Эти двигатели равномерно распределены по 173-футовому (52,7 м) размаху центроплана крыла и соединены с десятью четырехлопастными винтами, расположенными вдоль задней кромки крыла.
масштабная модель двухкорпусной летающей лодки Rumpler, вид ¾ снизу. Обратите внимание на десять четырехлопастных толкающих винтов
Перед двигателями находится проход шириной 3 фута (0,9 м) и высотой 7½ футов (2,3 м). С каждой стороны этого прохода, протянувшегося по всему размаху крыла, находятся перегородки с шумоизоляционной обшивкой. Перед передней перегородкой расположены пассажирские салоны. Они просторны и вмещают в себя по шесть посадочных мест; размеры каждого из салонов соответствуют немецким железнодорожным стандартам для размещения пассажиров первого класса. Каюты членов экипажа, кухня и т.д. расположены слева и справа от машинного отделения, а штурманская кабина выступает вперед из центра передней кромки.
Сзади к ней примыкают штурманская рубка и радиорубка, а также служебные помещения для командного состава. В общей сложности в крыле могут разместиться 135 пассажиров и 35 членов экипажа (командный и рядовой состав). также в крыле достаточно места для размещения для груза, почты и багажа.
Каждый из двух корпусов имеет длину 160 футов (48,8 м); осадка двухкорпусной летающей лодки на воде составляет 9½ футов (2,9 м). Корпуса крепятся к крылу с помощью обтекаемых пилонов. В пилонах имеются двери, выходящие на палубы корпусов, и лестницы, ведущие к крылу.
Форма корпусов была тщательно проработана с помощью бесчисленных буксировочных испытаний в опытовом бассейне Гамбургском научно-исследовательском институте судостроения. Нижняя часть каждого из лодочных корпусов в передней части имеет плоскую V-форму и по мере прохождения к задней части постепенно переходит в два установленных друг за другом редана. За реданами корпус выходит из воды, поднимается вверх и принимает овальное поперечное сечение, которое постепенно становится все более и более узким пока, наконец, не образует большой вертикальный киль с прикрепленным к нему рулем направления.
масштабная модель двухкорпусной летающей лодки Rumpler, вид ¾ спереди
Кили двух корпусов находятся на расстоянии 59 футов (18 м) друг от друга, а их задние части соединены друг с другом крупным стабилизатором, проходящим слева и справа от килей. К задней части стабилизатора крепился разделенный на три части руль высоты. Как и крыло, корпуса изготовлены из стали и дюралюминия. Как уже упоминалось ранее, в корпусах находятся основные бензобаки, которые расположены таким образом, что их можно было осмотреть, для чего предусмотрены трапы. Корпуса также могут нести такие оборудование и принадлежности как якоря, канаты и т.д..
Масса полностью загруженного и готового к полету самолета составляет 250000 фунтов (113400 кг), из которых 143000 фунтов (64865 кг) являются полной грузоподъемностью, а 44000 фунтов (19958 кг) являются полезной нагрузкой. Помимо 170 человек самолет может перевозить 13000 фунтов (5897 кг) почты или грузов. Ожидается, что самолет будет развивать крейсерскую скорость 185 миль в час (298 км/ч). Данный показатель представляется вероятным ввиду того факта, что аэродинамическое сопротивление значительно снижено за счет размещения двигателей внутри крыла, а стойки и колеса не подвергаются воздействию воздушного потока. Предполагается, что взлетная скорость составит около 68 миль в час (109 км/ч), при этом воздушный корабль будет совершать посадку на воду со скоростью приблизительно 55-56 миль в час (88-90 км/ч). планируется, что самолет будет выполнять полеты в диапазоне высот от 8000 до 13000 футов (от 2438 до 3962 м). Максимальная высота полета будет составлять примерно 16500 футов (5029 м). Общая площадь несущей поверхность крыла составляет 10764 кв. фута (1000 м²), и при полной загрузке удельная нагрузка на крыло составит 23 фунта на кв. фут (113 кг/м²).
Самолет может совершить беспосадочный перелет протяженностью более 3700 миль (5950 км), при этом расход топлива предполагается таким, какой сейчас является нормальным для стандартных авиационных двигателей. Следует отметить, что д-р Румплер надеется, что в конечном итоге сможет использовать дизельные двигатели. Данные авиамоторы являются более экономичными, а используемое ими тяжелое топливо снижает риск возгорания. Опыт работы с передачей такой большой мощности от двигателей к воздушным винтам отсутствует. В самолете Junkers G 38 используется подобный тип передачи мощности, но у «юнкерса» валы короткие, а мощность двигателей значительно ниже. Валы, передающие мощность на воздушные винты, в самолете д-ра Румплера будут иметь длину около 60 футов (6,1 м), и это представляется единственной реальной трудностью во всей конструкции машины. Д-р Румплер разработал специальную трансмиссию, включающую в свой состав полые валы большого диаметра, вращающиеся в самоцентрирующихся шариковых подшипниках и имеющие на своих концах эластичные муфты. Их масса не имеет большого значения, поскольку при использовании этой специальной трансмиссии системы опор для размещения двигателей над крылом или моторные рамы для размещения под крылом отсутствуют, что позволяет сэкономить массу.
10000-сильная силовая установка предоставляет большой запас мощности, поскольку самолет способен совершать полеты на высоте 13000 футов (3962 м) при мощности силовой установки менее 7000 л.с.. В начале полета запас мощности может даже достигать 31 процента, так что самолет может продолжать полет даже при отказе трех двигателей. Эти данные для 13000 футов (3962 м) и при снижении высоты полета на 3000 футов (914 м) запас мощности составит целых 40 процентов. Поскольку из-за расхода топлива машина становится легче по мере того, как она дольше летит, запас мощности постоянно возрастает и к концу полета достигает 60 процентов. Д-р Румплер составил интересную диаграмму, демонстрирующую поведение самолета в случае последовательного отказа нескольких двигателей. Предположим, самолет летит на высоте 13000 футов (3962 м), и не менее четырех двигателей перестают работать до того, как будут пройдены первые 300 миль (483 км) – разумеется, это очень пессимистичный сценарий! – затем снизится до высоты 8000 футов (2438 м) и потом, после прохождения расстояния 620 миль (998 км), снова постепенно наберет высоту 11500 футов (3505 м). Если бы вышел из строя пятый двигатель, то самолет опустится на высоту 5000 футов (1524 м) и снова поднимется на высоту 11500 футов (3505 м) после прохождения 1500 миль (2414 км). Если бы к этому времени вышел из строя шестой двигатель, то безопасность самолета не снизится без необходимости машине совершать посадку на воду. В этом случае самолет с оставшимися четырьмя работающими двигателями вновь опустится на высоту 5000 футов (1524 м), затем снова может подняться на высоту 8000 футов (2438 м). Такое большое количество отказов двигателей вряд ли когда-либо можно ожидать, так как двигатели, доступ к которым очень хороший со всех сторон, можно ремонтировать во время полета. Таким образом, представляется, что вопрос безопасности проработан очень хорошо.
ПРИЛОЖЕНИЕ
НЕКОТОРЫЕ КОММЕНТАРИИ О САМОЛЕТЕ RUMPLER
доктор Эдмунд Румплер с моделью двухкорпусной летающей лодки Rumpler
Это день крупных самолетов, и в связи с ведущимися здесь, там и повсюду переговорами о трансокеанской авиапочтовой службе, проблема создания действительно больших и по-настоящему мореходных морских самолетов становится все более актуальной. Летающая лодка Do.X была изготовлена и облетана, но несмотря на этот чрезвычайно интересный эксперимент в части размеров, эта машина в ее нынешнем виде вряд ли представляет собой решение данной проблемы. У нас есть намного больше веры в некоторые крупные машины (хотя и небольшого веса по сравнению с Do.X), которые сейчас строятся такими британскими компаниями, как Blackburn, Short и Supermarine.Великобритания является явным лидером в области создания мореходных морских самолетов и хотя было бы неразумно довольствоваться тем, чего мы уже достигли, нам не следует впадать в панику и пытаться бежать до того, как мы научимся ходить. Британская политика в отношении летающих лодок была направлена на неуклонное развитие, каждый последующий шаг имел в своей основе прошлый опыт. Журнал «Flight» последовательно отказывался быть ослепленным простыми размерами и делал все возможное, чтобы по-настоящему оценить связанные с этим реальные проблемы. В конце концов, после всего сказанного и сделанного, можно сделать вывод, что критерий соответствия машины поставленной задаче заключается не в том, насколько большую машину мы можем поднять в воздух, а в том, каких наибольших размеров мы можем достичь (в наших поисках мореходных качеств), прежде чем полезная нагрузка уменьшится до такой степени, что полученная машина не будет иметь практической ценности в качестве коммерческого транспортного средства.
Публикуя статью нашего немецкого корреспондента о предлагаемой двухкорпусной летающей лодке Rumpler, мы хотели сообщить читателям журнала «Flight», что делают или предлагают сделать в других странах. Не обязательно считать само собой разумеющимся, что мы верим в успех концепции этого самолета. По сути, у нас имеются очень серьезные сомнения по ряду пунктов. Но поскольку представляется вероятным, что д-р Румплер найдет в Соединенных Штатах необходимый капитал для реализации своего амбициозного проекта, то было бы хорошо напомнить читателям, что Великобритании в самом ближайшем будущем придется столкнуться с серьезной конкуренцией в области летающих лодок. У нас имеется хорошее преимущество по сравнению с нашими конкурентами. От нас зависит, чтобы это преимущество не было утрачено.
Обращаясь к цифрам, приведенным г-ном Хайнце для двухкорпусной летающей лодки Rumpler, следует иметь в виду, что д-р Румплер является одним из пионеров немецкой авиации и что он не будет давать свое имя ни одному проекту, в осуществимости которого он лично не был убежден. Более того, наш корреспондент отмечает, что ему было разрешено ознакомиться с мнениями ряда немецких ученых, среди которых были профессоры Прандтль и фон Карман, которые высказались в пользу конструкции летающей лодки Rumpler. Таким образом, мы с большим недоверием предлагаем следующие комментарии к предложенному д-ром Румплером гигантскому самолету.
Размеры летающей лодки Rumpler просто ошеломляют. Например, размах крыла составляет 289 футов (88,0 м), или почти в два раза больше размаха крыла летающей лодки Domier Do.X, а расчетная общая масса составляет 250000 фунтов (113400 кг) или в 2½ раза больше максимальной массы, с которой самолет Do.X поднялся в воздух. Площадь крыла летающей лодки Rumpler составляет 10764 кв. фута (1000 м²) по сравнению с 5225 кв. футами (485 м²) у Do.X.
Критерием полезности самолета является количество полезной нагрузки, которую он может нести, принимая во внимание мощность его двигателей. Наш немецкий корреспондент утверждает, что «полная грузоподъемность» составляет 143000 фунтов (64865 кг). Мы принимаем это за расходуемую нагрузку, поскольку масса коммерческой нагрузки составляет 44000 фунтов (19958 кг). Это означает, что собственная масса самолета составит 250000 фунтов (113400 кг) — 143000 фунтов (64865 кг) = 107000 фунтов (48535 кг). Это дало бы соотношение полной массы самолета к его собственной массе как 2,338. Это является ошеломляющим показателем, если вспомнить, что средний показатель для британских машин всех классов составляет около 1,6.
Не подлежит сомнению, д-р Румплер сделал все возможное, чтобы «обмануть» закон квадрата-куба, распределив массу по всему крылу и тем самым сэкономив очень значительную часть массы конструкции. Но то, что он смог достичь такого соотношения общей массы к массе собственной, представляется невероятным. Распределив двигатели по размаху крыла и разместив пассажиров внутри крыла, д-р Румплер, несомненно, смог снизить нагрузку на крыло во время полета, но несмотря на двухкорпусную компоновку, нагрузки при посадке все равно должны оставаться значительными. Можно согласиться с тем, что они меньше, чем у однокорпусной машины.
Если проанализировать показатели удельных нагрузок на крыло и мощность, то обнаруживается, что обе они высоки. Более того, они намного выше тех показателей удельных нагрузок, на которые был бы готов пойти любой британский авиаконструктор. Удельная нагрузка на крыло составляет 23,2 фунта на кв. фут (113,2 кг/м²), а на мощность будет равна 25 фунтов на л.с. (11,3 кг/л.с.) – при условии, что д-р Румплер сможет получить двигатели мощностью 1000 л.с. каждый. Хотя вполне вероятно, что сами размеры машины могут помочь сделать такие нагрузки менее невыносимыми чем они были бы у машины меньших размеров, их нельзя рассматривать иначе как непомерно высокие. С другой стороны, если бы разработчик удовлетворится либо меньшей полезной нагрузкой, либо меньшим радиусом действия, либо и тем, и другим, показатели удельных нагрузок могли бы уменьшиться до разумных размеров. Вполне вероятно, что машина, если она когда-либо будет построена, будет предназначена для трансатлантических полетов, и в этом случае потребуются значительные дальности полета. Большие размеры и двухкорпусная компоновка должны обеспечивать мореходные качества, но не следует забывать, что использование двух корпусов приведет к возникновению разрушающих напряжений в крыле при движении машины под углом к волнам. Разумеется, у машины д-ра Румплера большая высота крыла, но размеры корпусов также значительны.
Помимо этих соображений относительно того, что можно рассматривать в качестве основных элементов конструкции летающей лодки Rumpler, нетрудно найти другие несколько проблемные особенности. Например, очень длинные карданные валы, каждый из которых передает мощность в 1000 л.с. от двигателя к расположенному за задней кромкой крыла воздушному винту, являются несколько рискованным предприятием. Проблемы с резонансом возникали и раньше при гораздо менее амбициозных компоновках и, безусловно, потребуется много экспериментов, прежде чем можно будет с уверенностью предположить, что такие валы реализуемы.
Распределение массы по крылу, несомненно, уменьшит нагрузки на крыло и массу конструкции в соответствии с расчетами д-ра Румплера, но они также, очевидно, увеличат момент инерции относительно продольной оси и поэтому вопрос управляемости машины не является тем, который можно игнорировать.
В целом, трудно не испытывать определенные опасения по поводу новой гигантской машины конструкции д-ра Румплера. Но, как мы уже сказали в начале этих комментариев, мы проинформированы, что данный проект был чрезвычайно тщательно изучен некоторыми из лучших умов Германии, и критические замечания, которые мы предложили, представлены со всей скромностью. Они просто выражают реакцию умов, привыкших мыслить в терминах британских размеров и удельных нагрузок.
источник: Edwin P. A. Heinze «The Rumpler Twin-Hull Flying Boat» «Flight» December 26, 1930, pages 1475-1477
перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-dvuhkorpusnaya-letauschaya-lodka-edmunda-rumplera
