Равнобедренный, треугольный и… летает. Проект пассажирского самолета ЦАГИ «Летающее крыло-900». Россия
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Невольно удивляешься, когда в отделе перспективных разработок ЦАГИ видишь эту плоскую, без фюзеляжа, модель летательного аппарата.
— Эффект масштаба, – поясняет заместитель начальника отдела Владимир Денисов, один из авторов новой конструкции. – Модель чуть больше метра, сам аппарат будет в сто раз крупнее. Хватит и для пассажиров, их можно разместить даже на двух этажах – в общей сложности 936 человек…
Во всем мире объем перевозок людей и грузов, в том числе и по воздуху, возрастает: к 2000 году планируется их повышение в 2,5 раза. Ни одна страна в мире не может позволить себе во столько же раз увеличить количество аэропортов и самолетов – для этого недостанет ни территории, ни средств, ни производственных мощностей. Остается идти по пути, намеченному уже сегодня, когда на смену обычным самолетам, вмещающим 100–150 пассажиров, приходят широкофюзеляжные аэробусы, берущие на борт более 300 человек.
Впрочем, проект специалистов Центрального аэрогидродинамического института имени Н. Е. Жуковского интересен не только большой «пассажироемкостью». Рассмотрев на предварительном этапе все возможные варианты, А. Л. Болсуновский, Б. И. Гуревич, В. Е. Денисов, Л. М. Шкадов и Г. И. Загайнов решили использовать в своей разработке так называемое «летающее крыло». Расчеты показывают, что такое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными схемами.
Без хвостового оперения и конструкторы, и пилоты летательных аппаратов давно научились обходиться, управляя ими с помощью элеронов. Примерами могут послужить наш сверхзвуковой авиалайнер Ту-144, зарубежные самолеты «Конкорд» и «Мираж».
Что же касается фюзеляжа, то он, с точки зрения аэродинамиков, лишь ухудшает летные характеристики машины. Но где же еще размещать экипаж, пассажиров и груз?.. И только когда внутри крыла нашлось для этого достаточно места, конструкторы поспешили избавиться от опостылевшего «довеска»
– Срабатывает так называемый закон «квадрата-куба»,– пояснил Денисов.– При увеличении самолета площадь его крыла растет пропорционально квадрату, скажем, длины, объем – кубу. При определенных размерах необходимость в фюзеляже как таковом отпадает.
Это, в свою очередь, позволяет примерно на четверть повысить аэродинамическое качество летательного аппарата: теперь фюзеляж не создает излишнего сопротивления набегающему потоку. Улучшаются и эксплуатационные расходы: если сегодняшние авиалайнеры расходуют примерно 20 г условного горючего на «пассажиро-километр», то «летающее крыло» способно снизить этот показатель до 15.
Свою работу конструкторы начинали не на пустом месте. Еще на заре авиации, в 1876 году, французы А. Пено и Э. Гошо получили патент на летательный аппарат, имевший все характерные признаки «летающего крыла» или «бесхвостки»: отсутствовало хвостовое оперение, центр масс был смещен вперед (на 20% хорды крыла), профиль крыла имел S-образную форму, обеспечивающую нормальную устойчивость и балансировку. Однако из-за финансовых затруднений проект осуществлен не был. Первый самолет «Эол» с паровым двигателем построил в 1890 году другой французский изобретатель К. Адер.
В нашей стране теоретические разработки подобной конструкции были начаты В.В. Котовым, о чем в мае 1896 года он сделал доклад на заседании воздухоплавательного отдела Русского технического общества. В дальнейшем идеи Котова, а также опыт авиаконструкторов Франции, Австрии, Англии использовал в своей работе советский конструктор и изобретатель Б. И. Черановский. Начиная с 1921 года, он конструирует и строит ряд экспериментальных планеров и самолетов данной схемы. Последний из них – одноместный спортивный самолет БИЧ-21 – был представлен к испытаниям в январе 1941 года и совершил несколько вылетов, причем в одном из них достиг рекордной для того времени скорости полета на небольшой высоте с выпущенным шасси – 320 км/ч.
Вторая мировая воина затормозила дальнейшие работы у нас, но, как ни странно, подстегнула немецкого ученого и конструктора А. Липпиша. Начав свои исследования в 1926 году, к концу войны он сумел довести одно из своих детищ до серийного производства. К январю 1945 года на секретных заводах третьего рейха изготовили 370 самолетов-истребителей Ме-163В схемы «бесхвостка» Правда, из-за непомерно большого расхода топлива жидкостными ракетными двигателями дальность полета составляла всего 90 км, и сколько-нибудь серьезного участия в боевых действиях «наисекретнейшее оружие люфтваффе» гак и не приняло.
После войны центр тяжести разработок переместился за океан. В 1946 году американский конструктор Д. Нортроп подводит черту под своими многолетними экспериментами, отправив в первый полет тяжелый четырехмоторный бомбардировщик ХВ-35. Это цельнометаллическое летающее крыло с размахом более 50 м весило около 100 т. Четыре двигателя, по 2200 кВт (3000 л.с.) каждый, вращали по два четырехлопастных воздушных винта противоположного вращения. 9 членов экипажа размещались в двух герметичных кабинах.
В дальнейшем накопленный опыт пригодился Нортропу при проектировании бомбардировщика В-2, выполненного по технологии «стелс».
Наконец, в конце 80-х конструкторы разных стран осуществили несколько перспективных проектов типа «летающее крыло». Среди них стоит, пожалуй, отметить английский «стрельчатый аэробус», рассчитанный на 154 пассажира. Он предназначен для работы на коротких авиалиниях (до 800 км) и позволяет на 20% снизить транспортно-эксплуатационные расходы. Другой пример – американский проект сверхтяжелого грузового самолета с 8 двигателями, способного поднять 250 т груза.
– Однако почему давно опробованная схема так, по существу, и не пошла дальше экспериментов?
– Несмотря на очевидные преимущества, «летающее крыло» имеет и ряд недостатков. Испытания многих из перечисленных выше летательных аппаратов заканчивались аварией. Камень преткновения – малая устойчивость на определенных режимах полета.
Преодолеть этот недостаток удалось лишь В-2. Каким образом? Во-первых, применение быстродействующих ЭВМ в ходе аэродинамических расчетов позволило теперь рассчитать оптимальные формы летательного аппарата, обеспечивающие ему наилучшую устойчивость и управляемость. Во-вторых, та же вычислительная техника позволяет оборудовать нынешние летательные аппараты активными системами обеспечения устойчивости. Компьютер, соединенный с органами управления самостоятельно, независимо от пилота, поддерживает устойчивость машины на всех режимах полета
Все эго и возродило интерес к схеме «летающее крыло». Проведенные в ЦАГИ исследования показывают, что перспективный деятельный аппарат может использовать новые высокоэффективные типы турбореактивных и турбовентиляторных двигателей, которые уже сегодня готовятся к выпуску: в нашей стране – ОКБ Н.Д. Кузнецова, за рубежом – знаменитой фирмой «Пратт энд Уитни». Конфигурация крыла такова, что характер его обтекания позволяет установить эти двигатели над ним в задней части самолета. Таким образом, двигатели будут работать в оптимальном режиме и не станут досаждать своим грохотом ни пассажирам (большая часть акустических колебаний сносится набегающими потоками воздуха назад), ни тем, кто находится на земле, поскольку крыло частично экранирует источники шума от ее поверхности.
– Конечно, проект чрезвычайно трудоемкий и дорогой, – отметил в заключение В. Денисов. – Осуществить его в одной стране, даже в такой, как США, трудно. Необходима международная кооперация. Она тем более выгодна, что самолетов сверхвысокой вместимости нужно не гак уж много и делать их по принципу «каждый для себя» не имеет смысла. А вот все вместе конструкторы и авиастроители мира вполне могут наладить серийный выпуск таких машин к 2010 – 2015 годам. То есть как раз к тому времени, когда нынешние новинки успеют устареть.
К сказанному добавим: проект отечественных конструкторов был с интересом встречен участниками международного конгресса во французском городе Страсбурге. А американские конструкторы подумывают, как запустить подобное «крыло», только еще больших размеров и состоящее из нескольких секций, в беспосадочный полет вокруг Земли. Доставлять пассажиров на его борт и снимать долетевших до места назначения будут небольшие «челноки», базирующиеся на обычных аэродромах. Но это уже следующий шаг. В авиацию XXI века.
источник: Станислав ЗИГУНЕНКО, инженер. Равнобедренный, треугольный и… летает // Техника-молодежи» 11-1993
