Все больше и больше. Проекты американских гигантских трансатлантических летающих лодок
Все больше и больше. Проекты американских гигантских трансатлантических летающих лодок
Интересная винтажная статья, которая выкладывается на сайт в продолжение темы, поднятой в статье ««Самолет мечты» Чарльза Линдберга» и которая, думаю, заинтересует коллег.
Все больше и больше
Что у американских авиастроительных компаний есть на чертежных досках для решения задачи трансокеанского полета: как авиаконструкторы отвечают на новые вопросы в деле создания очень крупного самолета
Содержание:
Пока страны мира готовятся к войне, покупая все новые и новые боевые самолеты, кажется, что в энтузиазме, касающемся будущих трансатлантических авиалайнеров, наступило временное затишье.
В течение некоторого времени среди американских авиаконструкторов царила суета, связанная с выдвинутой авиакомпанией Pan-American Airways спецификацией на 100-местный пассажирский самолет с дальностью полета 5000 миль (8050 км). За это время почти все авиастроительные компании приняли участие в этом конкурсе, но в основном только для рекламы. Если бы усилия авиапроизводителей были бы объединены, то был бы представлен целый ряд машин от 175000-фунтового (79380 кг) самолета до крылатого варианта лайнера «Куин Мери».
Помимо проектов гигантских самолетов, разработанных европейскими компаниями (предложения компаний Short, Fairey и Dornier), исследования в области крупных пассажирских машин проводят и американские компании: Sikorsky, Martin, Boeing, Consolidated, Curtiss-Wright и Douglas. Говорят, что на стапелях компании Гленна Л. Мартина есть летающая лодка, которая представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с лодкой, недавно построенной для СССР. Очень близким по размерам к трансокеанскому авиалайнеру является бомбардировщик с размахом крыла 250 футов (76 м), изготовлением которого сейчас активно занимается компания Douglas.
Пока авиакомпания Pan-American Airways не объявила о размещении заказов на производство новой летающей лодки, хотя четыре участника конкурса – компании Douglas, Consolidated, Boeing и Sikorsky – все еще участвуют в работах по выданной авиакомпанией спецификации.
проект данной «летающей суперлодки» является ответом компании Sikorsky на спецификацию авиакомпании Pan-American
Следующим шагом после завершения изготовления летающей лодки Boeing 314 станет создание гидросамолета с размахом крыла в диапазоне от 175 до 200 футов (от 53 до 61 м) и весом около 180000 фунтов (81650 кг). Что касается силовой установки, то в компаниях Sikorsky, Douglas и Boeing считают, что для перелета со ста пассажирами на дальность 5000 миль (8050 км) потребуется шесть двигателей, в то время как в Consolidated уверены, что для решения этой задачи достаточно четырех авиамоторов. Двигатели, вероятно, будут в классе 2160 л.с., и будут значительным шагом вперед по сравнению с 1600-сильными двигателями, которыми оснащаются недавно прошедшие испытания двух- и четырехмоторные американские самолеты.
Разрабатываемые сейчас новые гигантские машины не будут отмасштабированными вариантами своих предшественников и будут включать в свои конструкции множество радикальных и интересных особенностей. В следующих абзацах мы рассмотрим эти конструктивные особенности. Хотя эти особенности были разработаны для того, чтобы обеспечить огромному самолету громкий успех, они также будут иметь влияние на конструкцию самолетов с меньшими размерами.
Для того, чтобы создать отличный самолет с размахом крыла 200 футов (61 м) также должны быть доведены до требуемого уровня надежности 2300-сильные авиадвигатели. Сейчас, когда подобный самолет начинают строить, к двигателям предъявляются очень жесткие требования. В настоящее время проходят испытания двигатели с мощностью более 2000 лошадиных сил, и как только они будут установлены на трансатлантических летающих лодках, разработчики самолетов-преследователей (истребителей) и боевых самолетов других категорий начнут исследовать вопрос установки таких больших двигателей в свои машины. Однако на этом пути есть проблемы. При переходе в класс высокомощных двигателей возникнет необходимость установить воздушный винт на некотором расстоянии от авиамотора, чтобы избежать исходящих от 2000-сильного двигателя резонансных эффектов, в противном случае будет вероятно разрушение воздушного винта. В случае с истребителем двигатель должен быть установлен неподалеку от центра тяжести или на значительном расстоянии от хвостовой части, в то время как пилот должен сидеть рад длинным валом, вращающих расположенные впереди соосные винты противоположного вращения. Таким образом, мы делаем переход к идеям компании Koolhoven (и Westland). В настоящий момент в Соединенных Штатах проходил испытания истребитель компании Bell, изготовленный в соответствии с данным принципом. Вал воздушного винта проходит между ног пилота. Для трансокеанской летающей лодки применение длинных валов будет очень уместно, поскольку они позволят разместить двигатели в крыле в районе наибольшей высоты аэродинамического профиля.
внутри одной из четырнадцати новых камер для проведения испытаний, установленных компанией Wright Aeronautical Corporation. В данной камере будут размещаться двигатели мощностью до 3000 л.с.
Жидкостное охлаждение
Есть основания полагать, что следующие лодки, которые будут построены для авиакомпании Pan-American Airways, будут оснащены 24-цилиндровыми двигателями компании Allison, каждый из которых на взлете развивает по 2300 л.с.. Эти двигатели могут быть Х-типа или они могут состоять из четырех блоков цилиндров в «вентиляторном стиле» (установленные бок о бок два V-образных двигателя, работающих на один коленчатый вал). Мы не знаем удельного расхода топлива, которым обладают двигатели данного класса компаний Allison, Wright ил Pratt and Whitney, но возможно этот показатель будет в диапазоне от 0,35 до 0,37 фунтов/л.с.×ч (от 0,159 до 0,168 кг/л.с.×ч). У двигателей, которые на данный момент установлены на авиалайнерах, этот показатель равен 0,45 фунтов/л.с.×ч (0,204 кг/л.с.×ч), в то время как во многих случаях было зарегистрировано «низкое» потребление – 0,40 фунтов/л.с.×ч (0,181 кг/л.с.×ч). Для новых пассажирских летающих лодок средний общий вес будет сравнительно больше, чтобы сочетать меньший удельный расход и большую прочность. Добавленный вес силовой установки не будет иметь большого значения, поскольку машины будут иметь огромные размеры и массу. На снижение влияния добавленного веса двигателей будет влиять тот факт, что более низкий удельный расход топлива значительно снизит вес топлива, особенно при полете на дальность 5000 миль (8050 км). К тому времени, когда большие лодки будут изготовлены, с большой долей вероятности будут разработаны более совершенные виды топлива, что еще больше снизит удельное потребление топлива.
Ходит множество слухов о том, что в Соединенных Штатах изготавливаются двигатели с гильзовым распределением и известно что г-н Джек Нортроп заинтересовался дизельными двигателями. Однако его интерес, возможно, не носит первостепенный характер, поскольку мы слышим, что г-н Нортроп сейчас создает новую компанию по производству самолетов. По мнению автора, дизельный двигатель еще долго не будет использоваться при выполнении регулярных полетов через Атлантический океан.
До конца этого года первый из ряда плоских двигателей с оппозитно расположенными цилиндрами будет в пригодном для эксплуатации состоянии. Данные двигатели найдут хорошее применение в крупных летающих лодках.
Сегодня самым узким местом в разработке самолетов является, несомненно, воздушный винт. Что касается конструкции нового самолета, то многое зависит от производителей пропеллеров. В ближайшем будущем только вес винтов будет ограничивать способность самолета удовлетворительно летать на скоростях свыше 40000 футов (12190 м) или на данной высоте, поскольку конструкторы уже были хорошо осведомлены о перспективах будущего, и ведут работы над четырех- и шестилопастными винтами, а также над флюгерными, реверсивными воздушными винтами, винтами постоянной скорости и соосными винтами противоположного вращения.
У большинства типов винтов имеются стальная втулка с полыми алюминиевыми лезвиями, и для разрабатываемых гигантских трансатлантических авиалайнеров были предложены винты диаметром приблизительно 21 фут (6,4 м)! Поскольку крыло летающей лодки будет находиться чрезвычайно высоко над водой, то такие большие диаметры допустимы, что в свою очередь позволит использовать три лопасти вместо четырех или шести. Трехлопастной воздушный винт, вращающийся с частотой 800 оборотов в минуту является наиболее эффективным, в то время как ограничение размеров самолетов заставляет использовать шестилопастные винты или соосные винты противоположного вращения. Оснащение воздушного винта системой зафлюгирования будет совершенно необходимо для предотвращения авторотации винта в случае неисправности двигателя или при его ремонте в крыле во время полета. Тем не менее, конструкторы, вероятно, пойдут еще дальше и сделают лопасти полностью реверсивными по шагу, чтобы замедлить скорость при посадки в бурной воде. На четырех- и шестимоторном самолетах воздушные винты двигателей, установленных на одной консоли, могут быть реверсированы для быстрых и легких скольжений на крыло при посадке на небольшие площадки. В настоящий момент реверсивные винты уже используются для замедления скорости в конструкции пикирующих бомбардировщиков ВМС США.
Поскольку трансокеанские самолеты должны летать на высоте 20000 футов (6100 м), то будут использоваться воздушные винты с широкими лопастями, которые при установке малого шага повысят эффективность при взлете.
Наддув
Упоминание о полете на больших высотах понимает вопрос о турбонагнетателях. Несмотря на то, что в течение нескольких лет они использовались на истребителях Consolidated PB-2A, всего несколько месяцев назад производители смогли предотвратить разрушение турбонагнетателя, работавшего с очень мощным двигателем. До сих пор не было много упоминаний о том, что турбонагнетатели используются на пассажирских гидросамолетах.
Маловероятно, что в ближайшее время можно увидеть два двигателя, работающих на один общий винт, хотя компании Vega Aircraft и Dornier потратили немало времени на реализацию этой идеи. Более вероятным появление системы винт – два двигателя будет тогда, когда будут созданы крылья с размахом 300 или 400 футов (91 или 122 м). В Соединенных Штатах, если не во всем мире, ведущими разработчиками воздушных винтов являются компании Hamilton Standard и Curtiss, которые, вероятно, будут поставлять пропеллеры для будущих гигантских воздушных кораблей. Однако ходят слухи, что компания, руководимая Фредом Вейком (Fred Weick) и известная носовой стойкой шасси, и Генри Берлинер (основатель концерна Berliner-Joyce) разработали для двигателей большой мощности очень легкий воздушный винт, в конструкции которого используется пластик.
схематичное изображение в виде спереди нового 2000-сильного четырехрядного двигателя жидкостного охлаждения компании Allison. Фактически это комбинация двух V-образных двигателей
Еще одним важным фактором является удельная нагрузка на крыло. Разрабатываемые летающие лодки должны иметь удельную нагрузку на крыло 45 фунтов на кв. фут (220 кг/м²). Данную удельную нагрузку гидросамолет должен иметь на взлете с частично выпущенными закрылками. В конце полета после выработки значительной части топлива удельная нагрузка будет намного меньше. Из-за больших размеров летающей лодки, посадочная скорость в районе 80 миль в час (129 км/ч) не будет представлять опасности. Высокая удельная нагрузка на крыло означает большую дистанцию взлета, но поскольку это летающая лодка больших размеров, то она, несомненно, будет эксплуатироваться с больших акваторий (возможно, что выход в открытый океан с большим разбегом перед отрывом от воды), то это не будет являться серьезным препятствием. Что же касается самолетов наземного базирования, то для быстрого увеличения взлетной скорости необходима катапульта или использование ракетных ускорителей.
В настоящее время в США в процессе разработке находятся несколько средств повышения подъемной силы. Хотя выдвижные закрылки Фаулера обрели коммерческий успех на грузопассажирских самолетах Lockheed 14, щелевые закрылки по-прежнему пользуются популярностью и их последние версии на множестве новых небольших самолетах обеспечивают удельную нагрузку на крыло не более 30 фунтов на кв. фут (146 кг/м²). Удельная нагрузка на крыло у Lockheed 14 составляет 27 фунтов на кв. фут (132 кг/м²); следует сказать, что замена щелевых закрылков на закрылки Фаулера связана с необходимостью установки на самолет горизонтального оперения большей площади. Одной из новых разработок является обтекаемый закрылок Гранта, который по-настоящему является одним из устройств создания переменной кривизны аэродинамической поверхности. Этот закрылок впускается из задней кромки и его каждая секция оснащена слотами, что обеспечивает очень хорошие результаты и не сильно увеличивает стоимость производства. Конструктор утверждает, что с его закрылком доступны значения удельной нагрузки на крыло в районе 40 фунтов на кв. фут (195 кг/м²) и что его закрылки подходят для самолетов средних размеров.
Увеличение подъемной силы
Еще одним новшеством является сдвигающийся вперед слот, который совместно со сдвигающимися назад закрылками Фаулера может пойти дальше, чем 40 фунтов на кв. фут (195 кг/м²). Для большой летающей лодки эти закрылки могут быть применены с большой эффективностью и конструктивных трудностей с размещением закрылков Фаулера будет меньше чем у небольших самолетов, в крыле которых мало места. Новые типы закрылков могут также влиять на изменение сечения аэродинамического профиля крыла. Хотя в прошлом серия аэродинамических профилей NACA-23000 была самой эффективной использование новых закрылков может стимулировать появление новых профилей с увеличенной по отношению к высоте длиной хорды. По всей вероятности, у крыльев большой площади аэродинамический профиль будет симметричным. В проекте летающей лодки компании Consolidated Aircraft предусматривается использование модифицированного М-профиля.
Чтобы построить самолет, способный с хорошей коммерческой нагрузкой совершить полет протяженностью 5000 миль (8050 км), на снижение лобового сопротивления не может быть потрачено мало времени. Для достижения максимальной эффективности основную часть полета летающая лодка будет выполнять на высоте 20000 футов (6100 м), в то время как внутри герметичного салона будет поддерживаться давление эквивалентное высоте 8000 футов (2240 м).
В ближайшем будущем для летающих лодок представляется непрактичным использование выдвигающейся на взлете и посадке глиссирующей поверхности днища летающей лодки, как это предусмотрено в проекте двухкорпусного гиганта компании Seversky и однокорпусной лодки компании Consolidated. В создаваемых для авиакомпании Pan-American Airways проектах гигантских летающих лодках компаний Boeing и Sikorsky корпуса являются более или менее обычными, в проекте компании Consolidated глиссирующее днище резко заканчивается после второго редана, а хвостовое оперение установлено на балке, выступающей далеко назад за корпус. Концепция установки хвостового оперения на одиночную балку используется на двухмоторном патрульном бомбардировщике компании Martin.
схема двухкорпусной летающей лодки, которую компания Seversky разработала под использование двигателей Allison. Одной из особенностей данной лодки являются выдвигающиеся на взлете и посадке глиссирующие поверхности днищ
Применение спонсонов или водяных крыльев по-видимому не является выходом из ситуации. Они создают слишком большое сопротивление и при огромной разнице в пустом и полном весе больших летающих лодок трудно спроектировать их так, чтобы они были эффективными при любых весе и размещении полезной нагрузки. На летающих лодках будут использоваться убирающиеся подкрыльевые поплавки, складывающиеся в моторные гондолы или в самом крыле. Следует отметить, что компания Consolidated отказалась от установки подкрыльевых поплавков на свои трансокеанские лодки.
В Соединенных Штатах мало говорилось об уменьшении сопротивления за счет выдвигающейся глиссирующей поверхности днища летающей лодки, в то время как в Европе этой идее уделяется значительное внимание. Еще одним моментом, в котором Европа и особенно Франция, победила Соединенные Штаты, является использование больших обтекателей втулок винтов, покрывающих большую часть фронтальных поверхностей радиальных двигателей. Однако многие американские авиастроительные компании работают над самолетами, такими как Seversky Executive, которые имеют полностью закрытый радиальный двигатель. Поскольку крайне сомнительно, что радиальный двигатель может быть спроектирован таким образом, чтобы развивать такую же высокую мощность, как и новейшие рядные двигатели, то смысла в установке на летающих лодках больших обтекателей втулок винтов не будет.
Лодочные корпуса из нержавеющей стали
Еще одним способом снижения сопротивления будет использование нержавеющей стали, обеспечивающей очень гладкую внешнюю поверхность при отсутствии заклепок и соединения внахлест листов металла. То, что крупные летающие лодки будут изготавливаться из нержавеющей стали, является уже решенным делом. Во время экспериментов со стальными крыльями для истребителей компании Seversky было установлено, что при равных размерах самолетов удалось добиться снижения веса. Использование в авиации нержавеющей стали стремительно продвигается вперед, поэтому не удивляйтесь, увидев до конца года несколько цельностальных самолетов.
На крупных летающих лодках конструкция крыла должна быть сравнительно немного тяжелее, но конструкция корпуса лодки будет почти вдвое легче. Высвободившийся вес можно использовать для размещения пассажиров со всей роскошью и дополнительного бортового оборудования. Такие предметы как радиостанция имеют примерно одинаковый вес как на больших, так и на малых самолетах; таким образом, крупный самолет имеет в этом плане пропорциональное своим размерам преимущество. Общий вес может достигать 200000 фунтов (90700 кг).
С находящимися в небе машинами, стоимость которых исчисляется несколькими миллионами долларов, эксплуатирующая авиакомпания позаботится о том, чтобы их экипажи имели необходимые комфорт и состав оборудования, которые обеспечат безопасную эксплуатацию крупных самолетов. Разумеется, в этих крупных гидросамолетах будет предусмотрена рубка механика для обслуживания двигателей, также как это делается сегодня на состоящих на вооружении ВМС США маленьких двухмоторных летающих лодках компании Consolidated. Будут предприняты усилия, чтобы максимально упростить пилотажное оборудование. Возможно в работах в данном направлении будет использована система, которая сейчас применена в пассажирском самолете Curtiss «20». В этой машине за счет использования новой контрольной панели, которая проверяет приборное оборудование для взлета и посадки, число приборов было сокращено на 37 процентов. В состав необходимого оборудования должны обязательно войти башенки с непреломляемым стеклом для астронавигации и указатель линии положения компании Fairchild-Maxson.
Отклоняемые поверхности на разрабатываемых гигантских летающих лодках станут настолько большими, что будет невозможно управлять ими вручную без помощи моторов. Вероятно, на этих машинах будут использованы системы, которые аналогичны системами, используемым сейчас на крупных пароходах. На разрабатываемых авиалайнерах с размахом крыла 200 футов (61 м) вряд ли будет использовано мощностью механическое управление. Говорят, что некоторое время назад в компании Sikorsky была разработана гидравлическая система для управления всех отклоняющихся поверхностей.
Пилот гигантской летающей лодки должен быть очень осторожен в своих маневрах. Так как длина корпуса лодки будет составлять сотни футов, то будет формироваться очень длинное плечо пары, и если пилот очень резко выйдет на глиссаду, то на любом конце этого плеча можно получить серьезную встряску. Скорее всего, каждая часть внутреннего объема корпуса до носа и к хвосту, равно как и большая часть крыла, будут использоваться для размещения грузов и пассажиров. В то же самое время авиаконструктор должен стремиться сделать машину настолько компактной, насколько это возможно, чтобы все пассажиры и грузы находились как можно ближе к центру тяжести, чтобы обеспечить пассажирам более комфортный перелет и облегчить пилоту управление самолетом.
Конструкция крыла
Для получения отличного аэродинамического качества крылья разрабатываемых летающих лодках должно будут иметь относительное удлинение крыла с коэффициентом 10, но с другой стороны данное относительное удлинение уменьшит высоту хорды и ухудшит или сделает невозможным размещение кают пассажиров внутри крыла. Тем не менее, максимальная высота аэродинамического профиля составит около 7 футов (2,1 м), что позволит разместить внутри крыла небольшой столовой или застекленной прогулочной палубы.
Что касается скорости, то представляется маловероятным, что максимальная превысит величину 250 миль в час (400 км/ч), а минимальная крейсерская скорость составит 200 миль в час (320 км/ч).
вероятно самой быстрой летающей лодкой в мире является новый гидросамолет компании Consolidated, оснащенный двумя 2000-сильными двигателями Duplex Cyclone. Ожидается, что эта машина обладает большой дальностью полета
Хотя почти наверняка в будущем для беспосадочных перелетов через океан будут использоваться летающие лодки, не стоит самолетам наземного базирования отказывать от выполнения данной задачи. С появлением носовой стойки шасси (или трехопорное шасси) авиаконструкторы стали задумываться о путях и средствах избавления своих самолетов от висящего сзади массивного хвостового оперения. Недавно в компании Lockheed были проведены всесторонние испытания 35-местного пассажирского самолета с горизонтальным оперением в носу и смещенным назад крылом. Данное техническое решение обеспечивает идеальные пропорции для использования трехопорного шасси. У этого самолета вертикальное оперение по-прежнему находится в хвостовой части. Несмотря на то, что носовая стойка была испытана множество раз, эксперименты компании Lockheed не имеют ошеломляющего успеха, что можно расценивать как случайность.
В заключение мы хотели бы сказать, что особенности конструкции, которые были рассмотрены в данной статье, не являются мечтами или случайными видениями, а достоверными фактами. В большинстве случаев они уже являются реальностью.
ПРИЛОЖЕНИЕ
источник: ROBERT C. MORRISON «BIGGER and BIGGER» «FLIGHT» JUNE 29, 1939, стр.647-650
