Результаты «блестящих идей» – будут ли эти самолеты летать?
Результаты «блестящих идей» – будут ли эти самолеты летать?
Винтажная статья из октябрьского выпуска 1930 года журнала «Modern Mechanix and Inventions», которая, думаю, заинтересует коллег.
Предисловие редакции: станут ли самолеты будущего дальнейшим развитием конструкций, созданных сегодня под влиянием «блестящих идей» и являющихся причудливым отклонением от общепринятых принципов? Как указывает г-н Миллер вполне возможно, что самолет будущего будет полностью отличаться от обычных типов, к которым мы привыкли.
КАК будет выглядеть самолет будущего?
Будут ли летательные аппараты тяжелее воздуха продолжать развитие в нынешнем направлении с небольшими уточнениями деталей или же будет создано что-то радикально иное, что окажется лучше, чем существующие самолеты?
Когда впервые автожир Хуана де ла Сиервы (De la Cierva) впервые появился в Англии большая часть проживавших в данной стране специалистов в области авиации осудили этот летательный аппарат на том основании, что он «не похож на самолет», и поэтому он не может быть очень хорошим.
показанный выше автожир Хуан де ла Сиерва или самолет-«ветряная мельница» после своего первого появления на публике рассматривался как типичное чудачество или, в некоторых кругах, а качестве результата «блестящей идеи». Однако летательный аппарат зарекомендовал себя практичной машиной, способной совершать посадку на удивительно малую по своим размерам площадку. Изображенный справа шестиплан является менее удачным проектом. Это изобретение У. Ф. Герхардта (W. F. Gerhardt) и было испытано на авиабазе Райт-Филд, Дейтон, штат Огайо
Другой авторитет возразил, спросив: как должен выглядеть самолет? По его словам, самолеты развиваются по определенным направлениям, и нет никаких оснований полагать, что эти направления являются самыми лучшими, безопасными или наиболее эффективными. За исключением нескольких машин, оснащенных новым дизельным двигателем компании Packard, силовая установка самолета данного типа является прямым потомком оригинального четырехцилиндрового бензинового двигателя братьев Райт. Хотя по сравнению с первым своим вариантом пропеллер изменился мало, есть основания полагать, что тип воздушного винта, который радикально отличается от своих предшественников и который обладает большей эффективностью, обязательно появится. Сама конструкция самолета по-прежнему базируется на ранних моделях.
этот самолет-парасоль представляет собой кульминацию десятилетней работы его изобретателя Р. Х. Ван Ви (R. H. Van Wie) из Сан-Франциско. Эта машина является таким же значительным отходом от обычных конструкций, что и остальные описанные в данной статье летательные аппараты. Обратите внимание на размещенные под крылом-парасолем сдвоенные винты
новейший по конструкции и обладающий большой скоростью самолет компании Bellanca с тандемной силовой установкой. Обратите внимание на второй пропеллер, установленный сзади там, где раньше продолжался фюзеляж. Пилот сидит между двумя моторами. На данном снимке хорошо показаны подкосы крыла и схема крепления хвостового оперения. Хвостовое оперение опирается на землю, придавая машине приземистый вид
Вертолеты, такие как недавно построенный в Лонг-Айленде на заводе компании Curtiss, орнитоптеры и ортоптеры – представляют собой попытки уйти от стандартных конструкций и создать что-то новое и лучшее. Вертолет, как вы, вероятно, знаете, – это машина, предназначенная для вертикальных подъема и спуска и для зависания над любым заданным местом. Орнитоптер – это машина с машущими крыльями, которые должны быть механическими копиями крыльев птиц, а ортоптер – это летательный аппарат с машущими крыльями, который по мнению изобретателя является усовершенствованием птицы. Известный авиационный редактор однажды описал орнитоптер как идею изобретателя о том, как работает птичье крыло, а ортоптер как идею конструктора о том, как должно работать птичье крыло, если бы Создатель знал что-нибудь об аэродинамике.
ни один орнитоптер или летательный аппарат с машущими крыльями, как тот, что представлен на данной фотографии, никогда не совершал успешный полет
Вертолет Curtiss-Bleecker уникален тем, что не имеет пропеллера для движения вперед и оснащен только предназначенными для подъема вращающимися крыльями. Теория состоит в том, что летательный аппарат будет двигаться вперед, наклоняя центр тяжести вперед; летательный аппарат должен упасть, но фактически из-за подъемного эффекта, создаваемого вращающимися крыльями, он будет падать не вниз, а вперед.
Вы можете легко продемонстрировать эту теорию. Держите одной рукой доску или кусок картона, наклоните свободный конец вниз и начните скатывать карандаш. Карандаш покатится и будет терять высоту, но если вы одновременно поднимаете руку и поднимаете доску, вы можете сделать так, чтобы карандаш, даже падая, сохранял свою высоту или даже увеличивал ее.
вертолет или вертикально взлетающий самолет является предметом интереса множества изобретателей. Представленный на снимке вертолет был разработан г-ном Пескара (Pescara) и показан во время короткого полета, совершенного с парижского аэродрома. Соседние винты вращаются в противоположных направлениях
Изобретатель из Чикаго пошел еще дальше, чем Бликер, потому что он строит летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого нет крыльев. Это самолет представляет собой сигарообразное металлическое тело длиной около тридцати футов (9,1 м), по обеим сторонам которого размещены небольшие убирающиеся флюгерные воздушные винты. Лопасти вращаются в барабанах, которые частично расположены внутри корпуса. По мере того как каждая из лопастей выходит из внутренней части фюзеляжа, она с помощью кулачкового механизма поворачивается, затем устремляется вниз, переводится в режим флюгерирования и снова уходит внутрь корпуса. С каждой стороны имеется по восемь лопастей, площади поверхностей которых чрезвычайно малы.
этот самолет с гребным винтом является изобретением Эрнеста Шредера (Ernest Schroeder) из Сан-Франциско. Двигатель вращает 16 лопастей посредством цепного привода
Теоретическая основа данного самолета такова – и испытания в аэродинамической трубе показали некоторые основания полагать, – что маленькие специальной формы высокоскоростные лопасти будут сметать воздух сверху вниз и создавать над самолетом частичный вакуум. Нормальное давление воздуха под летательным аппаратом в 15 фунтов на кв. дюйм (10546 кг/м²) плюс повышенное давление вытесненного воздуха заставят самолет подняться в этот вакуум. Достигнув высоты, центр тяжести самолета был изменен перемещением массы, и летательный аппарат будет двигаться вперед, пытаясь упасть.
изобретатель Эрнест Шредер со своим гребным винтом
Разумеется, если двигатель остановиться, то бескрылый самолет упадет вниз как камень. Чтобы компенсировать эту опасность изобретатель планирует установить маховик, вращающийся с чрезвычайно большой частотой и способный накапливать миллионы футо-фунтов энергии для использования при аварийной посадке. Маховик весом около 25 фунтов (11 кг), вращающийся с очень высокой скоростью, может использоваться для накопления энергии, достаточной для вращения винтов в течение пяти или десяти минут во время выполнения посадки.
Идея, которая заинтриговала множество изобретателей и которую нельзя назвать непрактичной, – это комбинация самолета и дирижабля, использующая газ для обеспечения подъемной силы, которая эквивалентна части массы самолета, и крыло для создания дополнительной подъемной силы. Такая комбинация, если она окажется практичной, уменьшит опасность несчастного случая за счет увеличения угла скольжения летательного аппарата как минимум вдвое по сравнению с обычным значением.
Некоторые изобретатели предложили использовать толстое крыло моноплана в качестве газового баллона, но простые расчеты показывают, что величина подъемной силы, создаваемой данным объемом размещенного в крыле газа, будет чрезвычайно мала. Чистый водород весит 5 фунтов (2,3 кг) на тысячу кубических футов (28,3 м³), а воздух на уровне моря весит около 80 фунтов (36,3 кг), так что 1000 кубических футов химически чистого водорода будут создавать на уровне моря подъемную силу 75 фунтов (34 кг). Но чистый водород нецелесообразен в коммерческой эксплуатации, а водород, используемый на дирижаблях, имеет подъемную силу около 70 фунтов (31,8 кг) на тысячу кубических футов. Гелий имеет подъемную силу от 60 до 64 фунтов (27,2-29,0 кг) на тысячу кубических футов.
Если предположить, что используется водород, то объем среднего монопланного крыла составит 350-400 кубических футов (9,9-11,3 м³), из которого под размещение газовых баллонов можно будет выделить не более 150-200 кубических футов (4,2-5,7 м³) и как следствие эффект создания дополнительной подъемной силы будет почти нулевым. Нет никаких оснований полагать, что когда-либо будет найден газ, который будет создавать превосходящую водород подъемную силу, но даже если такой газ будет найден, то он не будет лучше идеального вакуума. На уровне моря этот вакуум при своей нулевой массе будет иметь разницу с воздухом всего 80 фунтов (36,3 кг) на 1000 кубических футов – это абсолютный максимум, который может быть достигнут и который всего на 5 футов (2,3 кг) на 1000 кубических футов лучше чистого водорода.
Следовательно, если самолет и дирижабль будут объединены, то газовые баллоны должны быть размещены с наружной стороны летательного аппарата.
Если взять Stinson Detroiter – моноплан с шестиместным пассажирским салоном, – за основу при создании летательного аппарата, представляющего собой комбинацию самолета и дирижабля. В результате может быть разработано что-то вроде следующего:
Detroiter с 300-сильным двигателем Wright J-6, массой пустого 2614 фунтов (1186 кг) и массой 4300 фунтов (1950 кг) с топливом и полезной нагрузкой, к верхним частям крыла и фюзеляжа которого прикреплен сигарообразная металлическая оболочка для несущего газа, своей формой напоминающая дирижабли ВМС США. Если предположить, что объем размещенного в оболочке газа создает подъемную силу, равную половине массы комбинированного летательного аппарата, то общая его масса составит около 5000 фунтов (2268 кг), а объем оболочки, необходимый для создания подъемной силы в 2500 фунтов (1134 кг) – 35714 кубических футов (1011 м³).
Оболочка для несущего газа емкостью 35714 кубических футов (1011 м³) будет эквивалентен параллелепипеду с квадратным основанием со стороной 10 футов (3,05 м) и высотой 35,7 футов (11,4 м). Поскольку лобовое сопротивление, которое создает оболочка, может быть значительным, то ее диаметр должен быть как можно меньше. Предполагается, что наибольший диаметр обтекаемой металлической оболочки составит 12 футов (3,7 м), а длина – примерно 50 футов (15,2 м). В зависимости от степени обтекаемости длина может сильно изменяться.
в самолетах будущего возможна комбинация крыла и оболочки для несущего газа. Комбинация аэродинамических профилей и газовых баллонов в действующем самолете давно интересовало изобретателей. Вверху в круге представлен проект, который подробно описан в этой статье и в котором фюзеляж самолета оснащен газовым баллоном для улучшения подъемных качеств летательного аппарата. В центре показан изобретатель из Лос-Анджелеса Клод Х. Фриз (Claude H. Freese) со своей моделью дирижабля, оснащенного крыльями самолета. Внизу-слева показан Bonney Gull – самолет обычной схемы, но с крылом и хвостовым оперением, которые похожи на птичьи. Самолет разбился во время пробного полета, убив своего создателя
Detroiter, который имеет размах крыла 47 футов 1 дюйм (14,35 м), высоту 8 футов 11,5 дюймов (2,73 м) и длину 32 фута 8 дюймов (9,96 м). Следовательно, оболочка для несущего газа длиной 50 футов (15,24 м) превысила бы существующую длину самолета на 17 футов 4 дюйма (5,28 м). Однако нос может выступать вперед за пропеллер, а маленький хвост оболочки, находящийся в нескольких футах над хвостовым оперением самолета, может выступать назад, так что это не вызовет особых проблем.
Комбинированный летательный аппарат из-за создания газом подъемной силы будет иметь результирующую массу 2500 фунтов (1134 кг) вместо 4300 фунтов (1950 кг), как у обычного самолета, и поэтому для перемещения машины потребуется силовая установка меньшей мощности. Однако с другой стороны, создаваемое оболочкой сопротивление стало бы настолько большим, что летательному аппарату, вероятно, потребовалась бы более мощная силовая установка. 300-сильный двигатель J-6 весит 530 фунтов (240 кг), а масса нового 500-сильного авиамотора Cyclone – примерно 620 фунтов (281 кг). Поэтому первоначально установленный авиамотор может быть заменен на более мощный двигатель с дополнительными 200 л.с., который позволит летательному аппарату оторваться от земли. Когда комбинированный летательный аппарат окажется в воздухе, то при всего 2500 фунтах (1134 кг) результирующей массы плюс сопротивлении оболочки для несущего газа, мощность силовой установки в целях экономии топлива можно снизить.
В случае отказа двигателя комбинированный летательный аппарат массой 2500 фунтов (1134 кг) и с крылом, рассчитанным на 4300-фунтовый (1950 кг) самолет, совершит более пологое глиссирование и, следовательно, машина будет обладать гораздо более высокой степенью безопасности.
Разумеется, при объединении оболочки для несущего газа и самолета может привести к радикальному изменению конструкции самого самолета. Самой большой проблемой будет хвостовое оперение. Самолеты могут резко наклоняться, выполнять фигуры высшего пилотажа и легко маневрировать, поскольку хвостовое оперение находится в воздушном потоке за винтом. Дирижабль с его рулями высоты и направления, установленными в хвостовой части оболочки для несущего газа и движущимися с гораздо меньшей скоростью, медленно реагирует на органы управления и может нарезать только самые широкие круги.
Комбинированный летательный аппарат из-за сопротивления оболочки для несущего газа будет медленно реагировать на отклонения рулей, хотя это не является недостатком для коммерческих полетов, выполняемых без каких-либо сложных маневров. Поэтому вполне возможно, что хвостовая часть фюзеляжа может быть изогнута вверх и прикреплена к оболочке, к задней части которого присоединялось хвостовое оперение.
Также разработан еще один проект летательного аппарата, представляющий собой обычный самолет с тканевым мешком, который размещается в нише вдоль верхней части фюзеляжа и который в чрезвычайной ситуации заполняется газом из расположенного в кабине баллона. Также в данном летательном аппарате в случае возникновения чрезвычайной ситуации предусмотрен выпуск парашюта. Идея данного летательного аппарата состоит в обеспечении безопасности в случае выхода из строя силовой установки. В случае аварии выпускается парашют, который имеет достаточно большие размеры для спуска самолета, и заполняются тканевые мешки в бортах, позволяя самолету выполнить плавную глиссаду с выбором места посадки.
Проблема данного летательного аппарата заключается в том, что масса газовых баллонов была бы чрезмерной. Стандартный водородный баллон больших размеров весит 135 фунтов (61 кг) и содержит 191 кубический фут (5,4 м³) газа, сжатого под давлением 2000 фунтов (907 кг). Потребовалось бы 181 баллон массой более двенадцати с половиной тонн чтобы обеспечить достаточное количество газа для создания подъемной силы в 2500 фунтов (1134 кг).
Десятки изобретателей работают над проблемой сочетания подъемного эффекта газа с подъемной силой движущегося крыла. Данные, приведенные в этой статье, указывают на то, что если будет найдено удачное решение, то это будет комбинация самолета и дирижабля, в которой не более половины всей нагрузки будет поддерживаться газом. За пределами этой величины размеры оболочки для несущего газа и ее лобовое сопротивление становятся препятствиями роста показателей скорости и маневренности – двух характеристик, которые сделали самолеты успешными.
Успешный самолет, если он будет создан, может оказаться совсем не таким, как тот летательный аппарат, который был предложен изначально. Он может иметь консоли крыла, расположенные по обеим сторонам оболочки для несущего газа, а не под ним, силовая установка и пропеллер могут находиться в передней оконечности оболочки, либо силовая установка будет разделена на два двигателя, которые будут установлены в подвешенных под консолями крыла гондолах. Разделение силовой установки имеет свои преимущества в маневрировании, поскольку для ускорения разворотов один двигатель может быть замедлен, а другой – ускорен. Также с помощью одного двигателя летательный аппарат может поддерживать свою высоту, при этом половину массы полезной нагрузки будет поддерживать газ.
будут ли самолеты будущего выглядеть подобным образом? Кто может дать ответ наверняка?
В любом случае, это интересная проблема, и активность различных изобретателей показывает, что вскоре она может быть серьезно изучена и, возможно, решена. Вполне вероятно, что самолеты, разработанные в настоящее время, – это далеко не последнее слово в истории летательных аппаратов тяжелее воздуха.
