Проект трансокеанской летающей лодки, оснащенной системой динамического управления
Проект трансокеанской летающей лодки, оснащенной системой динамического управления
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Трансокеанский авиалайнер с системой динамического управления
В настоящее время в самолетостроении наблюдается тенденция к постоянному увеличению размеров летательных аппаратов. Вероятно все, кто связан с авиастроением, понимают, что появление гигантских самолетов дело не очень далекого будущего. От самого раннего самолета братьев Райт, который весил приблизительно 1/8 тонны, до нынешнего рекордсмена Do-X, который весит пятьдесят тонн, потребовалось около 26 лет. Таким образом, если на шкале времени сделать аппроксимацию, то 10000-тонный самолет должен появиться не позднее 1952 года. Однако, учитывая характер современной на данный момент техники, вполне возможно, что 10000-тонный самолет будет создан гораздо раньше.
Уже сейчас становится очевидным, что идеи обычных океанских лайнеров все больше и больше воплощаются в самолетостроении, и, по всей вероятности, эта тенденция сохранится и в последующие годы. Другими словами, у нас будет летающий океанский лайнер, который будет не только пригодным к полетам, но и будет обладать хорошими мореходными качествами. Также напрашивается вывод, что когда 10000-тонный самолет будет построен, он не будет самолетом наземного базирования и по понятным причинам будет совершать посадку на воду. Взлет с воды и посадка на воду намного проще и практичнее, потому что 10000-тонному летательному аппарату трудно взлетать с земной поверхности.
Может возникнуть вопрос, почему будет создан такой большой летательный аппарат? Тот же принцип, который действует в отношении больших океанских лайнеров, применим и для больших самолетов. Во-первых, чтобы сделать летательный аппарат максимально экономичным, он должен перевозить достаточное количество груза и пассажиров и в то же самое время быть достаточно быстрым, и если воспользоваться опытом из истории авиации, то обнаружится, что необходимы все более высокие трансатлантические скорости. Новый французский скоростной пароход «Нормандия» пересекает Атлантику по маршруту Шербур – Нью-Йорк менее чем за четыре дня. Чтобы конкурировать со скоростными океанскими лайнерами самолет будущего должен пересекать Атлантический океан менее чем за сутки. Это требует высокой скорости, а также безопасности, которая может быть достигнута только на больших скоростях.
Я представляю себе авиалайнер будущего следующим образом:
У нас будет что-то вроде летающего крыла шириной от шести до семи сотен футов (183-213 м) и с такой же или большей длиной. Авиалайнер будет примерно треугольной формы. Чтобы свести к минимуму аэродинамическое сопротивление самолет должен иметь максимально обтекаемую форму.
В ноябрьском выпуске 1932 года журнал «Повседневная наука и механика» (Everyday Science and Mechanics) представил гигантский авиалайнер, который оснащен двумя огромными поплавками для поддержки верхней конструкции. Лайнеры подобного типа строятся в настоящий момент, хотя и не таких больших размеров, как я представлял себе в 1932 году. Однако самолеты постепенно достигнут этих габаритов.
Однако у этого типа есть один недостаток: два поплавка создают огромное аэродинамическое сопротивление. В конструкции, которая представлена мной в данной статье, используются поплавки, но я сделал их убирающимися. Таким образом, когда самолет выполнит взлет, они будут убраны внутрь фюзеляжа авиалайнера и больше не будут создавать аэродинамического сопротивления. Это достигается за счет пневмогидравлического воздействия, когда машина посадку на воду.
Однако выдающимся нововведением моего нынешнего проекта является динамическое управлением авиалайнером. В обычном самолете у нас есть подвижные поверхности крыла или элероны для выполнения самолетом виражей и разворотов, равно как и стабилизатор и руль направления для поворота в различных направлениях. В данном проекте я полностью покончил с этим и для управления самолетом использовал пропеллеры. Несколько небольших «контурных» рисунков иллюстрируют этот принцип. Хвостовое оперение заменяется огромным 75-футовым (22,9 м) пропеллером, который установлен таким образом, что может быть направлен вперед, в стороны, вверх и вниз. Разумеется, управление направлением вращения винта осуществляется с мостика управления авиалайнера. Точно также в проекте авиалайнера я отказался от элеронов. Вместо них для виражей и разворотов используются огромные пропеллеры с двигателями, которые могут быть подняты вверх и повернуты вниз, в стороны и в любом направлении, которое пилот сочтет необходимым.
1) боковой динамически управляемый пропеллер; 2) кормовой динамически управляемый пропеллер (управляется отдельным двигателем); 3) боковой динамически управляемый пропеллер; 4) две силовые установки, способные действовать одновременно или по отдельности
Благодаря такому «динамическому управлению» такая машина сможет летать в любую погоду и даже в шторм, потому что самолет будет слишком тяжелым, чтобы на него смогло повлиять что-либо за исключением, может быть тайфуна. Любой обычный ветер или шторм не сильно повлияют на находящуюся в воздухе 10000-тонную машину. Как следует из приведенных ниже небольших иллюстраций кормовой и боковые пропеллеры будут использоваться для облегчения авиалайнеру взлета и посадки. При обеспечении заднему винту возможности выполнять реверсирование, т.е. изменять направления тяги на противоположное, можно использовать этот пропеллер наиболее полно: при посадке в качестве тормоза и контролировать все участки полета машины.
взлет: 1) оба боковых винта и передние винты направлены вперед; 2) хвостовой винт опускает заднюю часть самолета вниз, увеличивая угол атаки
набор высоты: 1) все пропеллеры направлены вперед; 2) поплавки убраны
как работает система динамического управления (разворот налево): 1) боковые динамически управляемые пропеллеры вращаются в противоположных направлениях вниз и верх соответственно; 2) передние пропеллеры направлены вперед; 3) кормовой динамически управляемый пропеллер повернут вниз для удержания самолета в горизонтальном полете и вбок для разворота
снижение перед посадкой: 1) передние пропеллеры и боковые динамически управляемые пропеллеры направлены вперед; 2) кормовой динамически управляемый пропеллер повернут вперед и вверх, уменьшая угол атаки
посадка: 1) передние пропеллеры и боковые динамически управляемые пропеллеры направлены вперед; 2) поплавки выпущены; 3) кормовой динамически управляемый пропеллер направлен назад и вниз для удержания самолета в горизонтальном полете и снижения посадочной скорости
В организации внутреннего пространства авиалайнера мы снова используем принципы, заимствованные в кораблестроении. Вместо того, чтобы каждый огромный двигатель вращать отдельным двигателем, в проекте 10000-тонного авиалайнера используются две основные силовые установки, размещенные в передней части летательного аппарата. Эти силовые установки, как будет показано ниже, через понижающие редукторы соединены с набором пропеллеров. Таким образом, каждая силовая установка отвечает за подачу энергии на один комплект пропеллеров, и если одна из них выходит из строя, то будет использовано устройство, которое будет распределять мощность с работающей силовой установки на все пропеллеры. Из-за своих больших размеров задний винт требует собственной силовой установки и, следовательно, не зависит от передних винтов.
1) наружная обшивка, которая нагревается выхлопными газами двигателей с целью предотвращения образования на поверхностях самолета льда; 2) пропеллер диаметром 80 футов (24,4 м); 3) каюты членов экипажа; 4) мостик управления; 5) радиорубка; 6) место для прогулок; 7) гимнастический зал; 8) каюты пассажиров; 9) большой салон; 10) обеденный зал; 11) лифты; 12) кухня; 13) запас воды; 14) отсеки для почты и грузов; 15) кормовой динамически управляемый пропеллер, заменяющий хвостовое оперение; 16) моторы для динамически управления кормовым пропеллером; 17) гараж; 18) грузовые лифты; 19) двигатели привода лифтов; 20) поплавки; A) сравнительные размеры океанского авиалайнера и линкора; B) убранные поплавки
убирающиеся поплавки полностью скрыты в корпусе авиалайнера
мостик управления
причал
Теперь несколько слов о самих пропеллерах. Чтобы поднимать в воздух и осуществлять управление самолетом данного типа необходимо использовать огромные пропеллеры. В настоящее время диаметр самого крупного воздушного винта составляет около 12 футов (3,7 м). Авиалайнер требует поистине гигантских пропеллеров, которые имеют диаметр от 75 до 80 футов (22,9-24,4 м). Сейчас даже если вращать такой огромный винт с частотой даже 1000 оборотов в минуту, то скорость его вращения будет настолько велика, что он разлетится бы на части. Причина этому – отсутствие на сегодняшний момент материалов, которые могли бы выдержать огромное давление, создаваемое на таких скоростях. Однако не обязательно и даже не желательно выводить эти гигантские пропеллеры на такие большие скорости. Если задать гигантским пропеллерам частоту вращения от 200 до 250 оборотов в минуту, мы можем получить скорость 2000 миль в час (3218 км/ч), что хорошо сопоставимо со скоростью наших современных винтов и что эффективность подобных винтов будет такой же как у 15-футового (4,6 м) винта или даже больше.
В целях уменьшения массы винтов я предлагаю воздушные винты будущего авиалайнера будут изготовлены по принципу консольного моста, как это показано на рисунке. Пропеллер будет выполнен в виде каркаса из самого прочного из известных на сегодняшний день материала – хромомолибденовая сталь. Также может быть использован какой-либо другой сплав, который пока не производится в промышленных масштабах, например, бериллий. Делая пропеллер полым, можно сэкономить значительную массу. Это становится важным при огромных скоростях, с которыми вращаются эти пропеллеры, даже если частоты их вращения с помощью редукторов снижены до 200-250 оборотов в минуту. Когда силовой набор пропеллера будет изготовлен, он будет покрыт листами вольфрамово-молибденовой стали, которые к каркасу будут приварены таким образом, что сделают все элементы конструкции воздушного винта единым целым. По сути пропеллер становится почти сплошным винтом пропеллером огромной прочности. Также необходимо, что бы винты могли во время взлета могли изменять свой шаг; технически это возможно. В полете шаг винтов изменяется для обеспечения максимальной эффективности.
1) силовой каркас 80-футового (24,4 м) пропеллера; 2) приваривание листов обшивки
Основная обшивка летающей лайнера представляет собой двойную стенку, похожую на двойную обшивку, которая в настоящее время используется на пароходах. Двойная обшивка необходима по следующим причинам: Самолеты данного типа будут летать скорее на больших высотах, сем на низких. На больших высотах мы имеет неприятную и надоедливую ситуацию, когда снег или иней оседают на поверхностях крыла, опасно нагружая машину. Если на океанском авиалайнере не будет предусмотрено никаких мер по ликвидации образования снега и льда, то на огромную поверхность самолета может быть добавлен опасный груз, который потянет машину вниз. Ответом на это является двойная обшивка. Создаваемые силовыми установками выхлопные газы и тепло будут нагнетаться в пространство между двумя слоями обшивки с помощью оригинального метода подачи, при котором (благодаря сложной конструкции) горячие газы вступают в контакт практически с любой частью двойной обшивки. Данное решение должно повысить температуру до величины, которая будет достаточной чтобы растопить любое наслоение снега и льда.
Также двойная обшивка выполняет и другую задачу: обеспечивает авиалайнеру достаточную плавучесть в случае его внезапной посадки на воду. Даже если поплавки не будут выпущены достаточно быстро, авиалайнер все равно покоился бы на волнах с присущей ему плавучестью и, следовательно, не тонул.
Чтобы быть коммерчески успешным будущий авиалайнер данного типа должен летать на скорости не менее 200 миль в час (322 км/ч) или же, возможно, с более высокими скоростями. Для достижения максимальной эффективности он будет летать на высотах более 20000 футов (6096 м). Это, разумеется, делает необходимым кондиционирование всего самолета, т.е. машина не должна иметь утечек и внутри неё должно поддерживаться нормальное давление воздуха.
Другие незначительные усовершенствования связаны с обеспечением удобства пассажиров на борту, удобства перевозки грузов и т.д. показаны наглядно и не нуждаются в дальнейших комментариях. Излишне говорить, что должны использоваться все известные науке виды защитных устройств, и, разумеется, машина будет постоянно поддерживать связь с обеими сторонами океана по радиотелеграфу и по коротковолновому телефону.
Нет никаких сомнений в том, что в будущем авиалайнер данного типа окажется грозным конкурентом пароходам. Хотя поначалу тарифы на пассажирские и грузовые перевозки будут высоки, со временем из-за более быстрого перемещения с континента на континент они будут намного ниже, чем сейчас.
Самое важное в данном проект, о чем, разумеется, не стоит подробно говорить, заключается в том, что каждое правительство будет стремиться использовать один из этих лайнеров для быстрой доставки своих людей и почты.
То же самое касается и ускоренной доставки грузов, что потребует более высокой скорости перевозки.
