Взгляд в будущее. Проекты концерна Lockheed
Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной.
Профессия конструктора самолётов одновременно является задачей и дилеммой: он должен разрабатывать на своей чертёжной доске самолеты, которые переносили бы реальное самолётостроение в будущее. Если конструктор выполняет это требование, используя в данной области свои знания и фантазию, разработанные им футуристические проекты вызывают не только удивление, но также нередко заставляют покачать головой. Однако это не должно пугать, поскольку, где бы была авиация без смелости при достижении инноваций, поиска новых путей, сочетающихся с предприимчивостью и политикой предвидения в области исследований?
Наши современные самолёты с высокими техническими характеристиками имеют совсем мало что общего с Flyer-ом братьев Райт. Поэтому как можно верить в то, что конечный пункт уже достигнут?!
С 1964 года управление передовых разработок (Advanced Concepts Department) выдал концерну Lockheed Georgia Company заказ на исследования в области передовых технологий, которые можно было бы использовать при разработке новых транспортных самолётов. Ниже мы расскажем о некоторых из этих разработках.
Сначала Ханс Юстус Майер (Hans Justus Meier) был занят разработкой круглого крыла. В ходе исследований выяснилось, что данный вариант крыла уже разрабатывался ранее. Петер Прейловски (Peter Preylowski) представил еще ряд разработок, которые так же исходили от Lockheed Georgia.
Самолёт с круглым крылом
В проекте двухмоторного турбореактивного авиалайнера концерном Lockheed было предусмотрено использование круглого крыла. Крыло с постоянной длиной хорды и положительной стреловидностью должно быть значительно легче нормального крыла, снижать потери, возникающие в пограничном слое, и выполнять одновременно функции несущих плоскостей и горизонтального оперения. Оба двигателя силовой установки предполагалось размещать примерно по обе стороны фюзеляжа на одной с ним высоте под углом наружу. Реактивная струя, исходящая от силовой установки, должна была усиливать несущие свойства крыла. Новый тип самолёта должен был получить крыло круглой формы с положительной стреловидностью. Крыло должно было достигать задней части самолёта и выполнять функции горизонтального оперения. Выглядела данная конструкция довольно курьёзно. Остаётся вопрос: обеспечивала ли данная конструкция концерна Lockheed преимущества в сравнении с обычными конструкциями, и, если это было так, то что это были за преимущества.
При исследованиях, которые предположительно были связаны с разработкой в США летательного аппарата ROC, было установлено, что показатели несущих свойств круглого крыла почти не отличаются от показателей обычного крыла. Но это касалось только самого крыла без элементов механизации крыла и рулей что для гражданских самолётов не имело существенного значения. Пожалуй, можно представить себе, что при использовании круглого крыла сопротивление пограничного слоя воздуха можно было бы снизить примерно до 5-10% от общей величины сопротивления или даже полностью избавиться от него. Пока остается неизвестным: ожидали ли в концерне Lockheed снижения на 50%веса круглого крыла в сравнении с обычным крылом вследствие прямого соединения фюзеляжа и этой «закрытой» формой конструкции.
Новая конфигурация имела и некоторые недостатки: изготовление круглого стреловидного крыла для транспортного самолёта большого размера было значительно сложнее и дороже, чем крыло обычной конструкции. В то же время, если обычное крыло большого размаха могло быть оборудовано необходимыми вспомогательными средствами и рулями, у круглого крыла всё это могло быть использовано в ограниченном виде. При этом более сложное управление создавало бы большие технические проблемы. В части в системе управления можно было бы попробовать использовать что то более новое. Соединяющие хвост и крыло самолёта стойки можно было бы выполнить наклонёнными вперёд с рулями, расположенными в верхней части стоек аналогично тому, как это было выполнено для крепления круглого диска антенны на самолётах дальнего радиолокационного обнаружения и управления AWACS созданных концерном Boeing. Аналогичную конструкцию (рис.5) еще в 1963 году исследовал американец Рой Л. Клаф (Roy L. Clough).
Благодаря меньшему чем у обычных самолётов размаху крыла транспортному самолёту с круглым крылом удобнее маневрировать когда он находится на аэродроме. Однако размещать такие самолёты в уже построенных ангарах из-за большей высоты невозможно, и это требует дополнительных и значительных капиталовложений. Преимуществу самолётов с круглым крылом в виде снижения индуктивного сопротивления пограничного слоя воздуха крыла и некоторого снижения веса конструкции противостоят ряд весомых недостатков, поэтому шансы появления новых самолётов с круглым крылом рассматриваются скептически.
Летающее крыло
Транспортный самолёт данного типа способен перевозить груз в своем большом дельтаобразном крыле. Преимущество данной платформы, представляющей собой большое крыло, заключается в снижении веса конструкции и применения большого количества композитных материалов.
Основа идеи таких Spanloader-ов (крыльев, предназначенных для размещения в них грузов) заключается в снижении веса и сопротивления воздуха, снижении удельной нагрузки на несущую поверхность, которое обеспечивается распределением полезной нагрузки по всему размаху крыла. Предложенный к рассмотрению самолёт при взлётном весе, превышающем 800 тонн, мог бы перевозить груз массой примерно 350 тонн на расстояние примерно 6000 км. Вопросом остаётся возможность постройки аэропортов для этих гигантов.
Турбовентиляторные двигатели
Заказ NASA послужил причиной разработок и испытаний Lockheed Georgia Company так называемых турбовентиляторных двигателей. Итогом этих работ должно было стать значительное снижение расхода топлива в сравнении с современными силовыми установками подобного типа без снижения скоростей полёта летательных аппаратов и уровня комфорта.
От обычного самолёта с турбовинтовыми двигателями данный новый самолёт будет отличаться применением турбинных силовых установок с большим количеством – 8-10 – лопастей. Эти очень тонкие лопасти будут иметь определенным образом выполненный изгиб в направлении назад и будут позволять силовой установке развивать большие обороты. При этом аэродинамические проблемы, которые известны при использовании обычных воздушных винтов, должны оказывать значительно меньшее влияние.
Это предложение в сравнении с другими предложениями такого типа и с обычными применявшимися ранее силовыми установками имеет большие шансы на реализацию уже в ближайшем будущем. Это особенно важно в связи с всё более увеличивающимися ценами на топливо. Кроме того уже имеющиеся самолёты можно модернизировать, установив на них такие силовые установки. Уже сейчас самолёт Lockheed C-140 Jetstar с новыми, с большим количеством лопастей, воздушными винтами малого диаметра Hamilton Standard проходит лётные испытания.
Самолёт с ядерной силовой установкой
Самолёты с ядерной силовой установкой позволили бы ограничить дальность беспосадочного полёта только количеством находящихся на борту самолёта смазочных материалов. Ядерный реактор такого самолёта работал бы только во время полёта по маршруту, в то время как при взлёте и посадке использовалось бы обычное топливо, которое используют обычные силовые установки. При современных технологиях ядерное топливо в подобный реактор было бы необходимым загружать только через каждые 10000 полёта.
Самолёт с такими летными характеристиками имело бы смысл применять в вооруженных силах, например в качестве самолёта-разведчика для осуществления наблюдения или в качестве платформы, способной нести стратегические системы вооружения типа межконтинентальных или крылатых ракет. В настоящее время возможность практической реализации такого проекта выглядит малореальной, так как средств для реализации подобного проекта на фоне неприятия всего того, что связано с ядерной энергетикой, получить вряд ли удастся. И нет необходимости в убеждении в отношении того, что при падении такого самолёта в результате аварии удастся обеспечить безопасность ядерного реактора, и это не вызовет загрязнения окружающей среды.
Летающая лодка
Большая летающая лодка с максимальным взлётным весо 290 тонн способна перевозить более 50 тонн различного вооружения или электронного оборудования. Летающие лодки в настоящее время способны выполнять взлёты и посадки при волнении моря до пяти баллов. Типичный полёт подобного самолёта мог бы выглядеть примерно таким образом: полёт до необходимой точки примерно 5200 км, до пяти посадок на водную поверхность, до 10 часов ожидания на поверхности моря и в общей сложности 1600 км полёта в поисках вражеских подводных лодок.
Двойной фюзеляж
Постройка самолётов с двумя фюзеляжами не является чем то новым: достаточно вспомнить Heinkel He 111 Z или North American F-82 Twin Mustang. Такое решение проблемы с высокой долей вероятности будет и более дешевым, чем эксплуатация двух отдельных обычных самолётов. Изготовление такого самолёта по расчетам компании Lockheed будет на 9-15 % дешевле, а стоимость эксплуатации снизится на 11%. К тому же такой летательный аппарат более оптимален с точки зрения грузоподъёмности и времени, необходимого на погрузо-разгрузочные операции. однако размеры и вес самолёта созданного в соответствии с данной концепцией не позволяют использовать подобные самолёты с большей части аэропортов.
Логистический транспортный самолёт
Для перевозки больших грузов по морю на большие расстояния на приемлимых с экономической точки зрения условиях можно использовать эффект экрана, возникающего благодаря поверхности земли. С подобными транспортными средствами, получившими название экранопланы (англ. «Wing-in-Ground»-Effect – [WIG]) экспериментировали и в Германии (компании Rheinflugzeugbau/MBB предлагали экраноплан для флота).
Концерн Lockheed предлагал подобный летательный аппарат: размах крыла примерно 33 метра, длина 72,5 метра. При весе примерно в 620 тонн данный летательный аппарат мог бы перевозить с экономической скоростью 482 км/ч груз массой более 200 тонн.
Подобные транспортные средства могли найти применение только в вооруженных силах, так как транспортировка грузов от одного берега к другому при помощи кораблей обходится дешевле. В качестве скоростных транспортных средств можно использовать самолеты, которые кроме большей скорости могли бы лететь и над сушей и доставлять грузы точно к месту назначения, что было серьёзным преимуществом. В вооруженных силах экранопланы можно было бы использовать в качестве десантных средств, приспособленных для высадки десанта вне гаваней.
Плоский фюзеляж
Особо примечательными эти транспортные средства были бы для перевозки свободно лежащих грузов, которые могли бы перевозиться на открытых площадках. Эта концепция позволяет сравнительно недорого перевозить самые разные грузы. На свободном пространстве такого транспортного средства можно было бы применять специальные модули, и транспортные средства могли бы применяться как отдельно для перевозки пассажиров или грузов, и их различные комбинации. Контейнеры для перевозки грузов могли бы быть как открытыми, так и закрытыми и при посадке их при необходимости можно было бы защищать так называемыми коконами из стекловолокна.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Самолёты с круглым крылом созданные ранее. Первую попытку создания самолета с круглым крылом на моделях предпринял Лоуренс Хэйгрейв (Lawrence Hagrave) в 1890 году (фото 1). В 1906 году знаменитый французский конструктор Луи Блерио на своих опытных образцах № 3 и № 4 так же решил опробовать эту идею. Крылья имели овальную форму (фото 2). Небольшой успех у самолетов Блерио был, но связан он был с более прямыми участками крыла. В 1909 году еще один француз, Гивадан (Givaudan) создал самолёт с круглыми крыльями (фото 3). И тут успехи были не велики.
В патентной литературе того времени (фото 4, патент Л. Дж. Бердолл [L. J. Berdoll], 1913) имеется еще одно упоминание о попытке использования круглых крыльев на самолёте.
Только после появления первых самолётов с реактивными силовыми установками вновь начались попытки применить крыло круглой формы. Так в Германии в 1942 году был зарегистрирован летательный аппарат, круглое крыло которого поддерживалось тремя стойками. Стойки были расположены у фюзеляжа и имели хорошо проработанную аэродинамику. Как и в новом предложении концерна Lockheed (фото 6) в данном проекте не предусматривалась какая-либо особая система управления по высоте. После Второй Мировой войны американцы изготовили летательный аппарат с круглым крылом (ROC), в котором были использованы немецкие идеи и который отличался от немецкой разработки только в части системы управления с круглыми стабилизаторами, элементы которой были расположены в хвостовой части (фото 7). Как и прочие подобные разработки и эта планирующая бомба вскоре была забыта.
В 50-е годы Хельмут фон Зборовски (Helmut v. Zborowski) в своём известном «Coieoptere» (фото 8) тоже решил использовать подобное ранним разработкам круглое крыло. Имелись и другие разработки и предложения подобного типа.
К ним относится и представленный в 1963 году проект концерна Lockheed (фото 9). У данного самолета с круглым крылом применялась реактивная силовая установка, вращавшаяся вокруг центрального фюзеляжа, благодаря чему обеспечивалась стабилизация летательного аппарата в полёте. В передней части фюзеляжа располагалась кабина экипажа. Расположенные рядом стабилизаторы позволяли кабине не врезаться вместе с летательным аппаратом.
Сегодня – через 20 лет после описываемых событий всё еще не порвана красная нить данной истории воздухоплавания, тянущаяся с начала столетия, свидетельством чему новые проекты концерна Lockheed.
источник: Peter Preylowski "Huckepack ins All. Mini-Shuttle von Boeing" Luftfahrt international 2/83
