Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

В конструкции самолета предполагалось применить множество новаторских технических идей. Крыло должно было иметь металлическую обшивку, участвующую в восприятии аэродинамических нагрузок, в застекленной двухместной пилотской кабине планировалось установить разнообразные навигационные приборы: магнитный компас, барометрический указатель высоты, указатель скорости полета, указатель угла тангажа и даже автопилот, состоящий из датчиков (компас и контактный трос, подвешенный под фюзеляжем и сигнализирующий о близости земли) и электромеханизма, отклоняющего рули самолета. Четырехколесное шасси с амортизацией могло убираться в полете. Винты, вращаемые с помощью расположенного в фюзеляже-лодке двигателя, имели металлические лопасти, причем в зависимости от режима полета пилот мог изменять угол их установки.

Чертеж самолета из патента А.Пено.

"Ахиллесовой пятой" этого удивительного проекта было отсутствие подходящего двигателя. Предусмотренная Пено паровая машина мощностью 20 — 30 л.с. была, конечно, слишком слаба для полета многоместного самолета. Это вызвало критику проекта.

Разочарованный негативным отношением специалистов и угнетенный быстро ухудшающимся состоянием здоровья (в конце 1870-х годов он уже не мог передвигаться без костылей), Пено в возрасте 30 лет покончил жизнь самоубийством.

Между тем, опыты с моделями, проводимые в разных странах, подтверждали возможность устойчивого полета "бесхвостки" с нестреловидным, но особым образом спрофилированным крылом. Так, российский экспериментатор В.В.Котов, докладывая в 1896 г. о результатах своих опытов, сообщал: "Центр тяжести в самолетах должен находиться впереди центра фигуры (крыла — Д.С.)... В моделях самолетов — аэропланов, на коих не сделано особых рулей (горизонтального оперения — Д.С.), употребляется мною равносильный постановке последних "на повышение" загиб тыльного края несколько вверх по всему его протяжению или только в некоторых местах его половин симметрично, или только в средней части."[2]

Принцип самобалансирующегося крыла, предложенный А.Пено, первым воплотил в практику его соотечественник Рене Арну. Арну в течение многих лет состоял вице-президентом Технической комиссии Французского аэроклуба и, без сомнения, был хорошо знаком с проектом Пено.

Первую "бесхвостку" Арну построили на заводе "Астра" в 1909 г. Это был биплан с прямоугольными крыльями, имеющими S-образный профиль. Он не имел аэродинамических рулей, так как Арну предполагал управлять самолетом, изменяя наклон оси винта. В кабине находился так называемый "авиационный флюгер Арну" — комбинированный прибор, показывающий скорость и скороподъемность, угол атаки и угол крена. Сведений о полетах не обнаружено.

В 1912 г. Арну создал новый самолет, на этот раз — моноплан. Его конструкция была предельно простой. Он как бы весь состоял из прямых углов. Крыло не имело ни крутки, ни сужения. Короткий прямоугольный фюзеляж заканчивался у задней кромки крыла. Впереди был установлен двигатель, за ним находилось место пилота. Шасси представляло обычную для тех лет комбинацию лыж и колес.

Арну "Стабльавион" на парижской выставке 1912 г.

В отличие от биплана, моноплан Арну имел рули (элевоны). Они занимали всю заднюю кромку крыла. Для предотвращения разбалансировки при отклонении рулей вниз их перемещение ограничивалось упорами, не позволяющими нарушить S-образную форму профиля. Эта идея, изложенная Арну в докладе перед специалистами в ноябре 1912 г., нашла затем применение в конструкции других "бесхвосток". Киль находился под фюзеляжем — расположение, более подходящее для морской яхты, чем для самолета.

На Парижской авиационной выставке, проходившей в октябре 1912 г., демонстрировался еще один бесхвостый моноплан Арну — "Стабльавион", с двигателем "Шеню" мощностью 55 л.с. Он отличался низкорасположенным крылом, применением толкающего пропеллера, усиленным четырехколесным шасси и двухместной кабиной.

Самолет привлек внимание специалистов, о чем свидетельствует статья о нем в журнале "Аэрофил". Ее автором был авиационный обозреватель Александр Дюма — полный тезка знаменитого французского романиста.[3]

В 1913 г. другой моноплан Ар ну с ротативным двигателем "Гном" испытывался в авиационном центре в Исси-ле-Мулино. Хороших результатов добиться не удалось.

После перерыва, вызванного войной, Рене Арну продолжил работу. В качестве исходного материала для новой "бесхвостки", построенной в 1921 г., конструктор выбрал учебный биплан Кодрон С-60 с двигателем "Клерже" мощностью 130 л.с. Хвостовую часть фюзеляжа вместе с оперением отстыковали, вместо нее по бокам к укороченному фюзеляжу присоединили два киля с рулями направления. Кроме того увеличили размах нижнего крыла, а вместо хвостовой опоры (так называемого "костыля") установили небольшое колесо. И, конечно же, изменили профиль крыльев, отогнув вверх заднюю кромку. Сзади вдоль всего размаха находились элевоны. Как и на прежних конструкциях Арну, были предусмотрены ограничители их отклонения вниз.[4]

Моноплан Арну с двигателем "Гном" на аэродроме под Парижем.

Самолет испытывался весной 1922 г. на аэродроме фирмы Фарман в Этампе. Управлял им летчик Фетю. Первые 12 полетов прошли вполне успешно. Самолет не только уверенно держался в воздухе, но и мог выполнять виражи. Однако в тринадцатом полете аппарат потерял равновесие и упал, при этом пилот получил тяжелое ранение. Ходили слухи, что в аварии виноват сам Фетю — перед полетом он, желая улучшить управляемость машины, снял ограничители отклонения элевонов.

В том же 1922 г. Арну основал авиастроительную компанию "Авиационное общество Симплекс". В качестве летчика-испытателя он пригласил французского аса Жоржа Мэдона, который в годы войны одержал в воздухе 41 победу.

Первым самолетом новоиспеченной компании был бесхвостый гоночный моноплан "Симплекс-Арну". Он предназначался для участия в воздушных гонках 1922 года на приз Дейтш де ля Мер — наиболее престижных в то время состязаниях на скорость полета. В создании самолета Арну помогал инженер Кармье. Двигатель водяного охлаждения мощностью 300 л.с. должен был, по расчетам, обеспечить самолету скорость 380 км/ч.[5]

"Симплекс-Арну" был выполнен целиком из дерева. Для того, чтобы свести сопротивление машины к минимуму, конструкторы применили свободнонесущее крыло с гладкой фанерной обшивкой, обтекаемый фюзеляж плавно переходил в небольшой вертикальный киль с рулем направления. Новшеством было использование симметричного профиля крыла. Такой профиль обладал небольшим коэффициентом подъемной силы, но зато создавал меньшее лобовое сопротивление. К тому же на небольших углах атаки он имел постоянное положение центра давления, что должно было способствовать устойчивости самолета. Продольная балансировка в этом случае достигалась небольшим отклонением вверх элевонов, занимавших, как и на других самолетах Арну, всю заднюю кромку крыла.

Недостатком машины был очень плохой обзор из кабины: смотреть вниз летчику мешало широкое крыло, а впереди все загораживал радиатор цилиндрической формы. Но, учитывая специфическое назначение самолета и высокое мастерство летчика, на это решили не обращать внимания.

Ж.Мэдон около гоночного моноплана Арну. Недостатком самолета был плохой обзор из кабины из-за расположенного впереди большого бочкообразного радиатора.

Последняя "бесхвостка " Рене Арну.

Это было ошибкой. 24 сентября 1922 г., всего за 6 дней до начала состязаний, Мэдон, опробуя самолет, не смог правильно рассчитать посадку. От удара шасси сломалось, и машина опрокинулась. На этот раз летчик почти не пострадал, но об участии в состязаниях, конечно, не могло идти и речи.

Две тяжелые аварии за один год нанесли урон репутации конструктора. Чтобы спасти положение, в 1923 г. Арну построил еще один самолет, наподобие биплана 1921 г. Это был модифицированный под "бесхвостку" самолет Анрио HD-14 с укороченным вдвое фюзеляжем и большим килем за кабиной. Подвижные поверхности на верхнем крыле могли перемещаться только на очень небольшой угол и служили исключительно для регулировки продольной балансировки в полете, элевоны располагались на нижнем крыле.

Самолет проходил испытания, летал на нем Ж.Мэдон. Скорее всего, пробные полеты не дали положительных результатов, так как вскоре компания "Симплекс" прекратила свое существование. Мэдон покинул Арну и поступил на военную службу. Он погиб в 1924 г. во время показательных полетов в Бизерте (Тунис), когда у его самолета на малой высоте отказал двигатель.

Гоночный "Арну-Симплекс" был не единственной "бесхвосткой", предназначавшейся для участия в состязаниях 1922 г. Два французских инженера Жорж-Мари Ландверлен и Жорж Беррер в одном из цехов фирмы Анрио строили еще более необычный с полет. По схеме он представлял собой как бы самолет Данна наоборот. Крыло имело отрицательную стреловидность, а для продольной балансировки применялась положительная крутка (угол установки профилей увеличивается к концам крыла). Благодаря такой форме появлялась возможность разделить органы управления на элероны, установленные на концах крыла вблизи поперечной оси, проходящей через центр тяжести самолета, и рули высоты у основания крыла, позади центра тяжести. Другим преимуществом этой схемы была большая подъемная сила крыла по сравнению с крылом обычной стреловидности, так как из условия продольного равновесия балансировочная сила на концах крыла направлена вверх. Это было весьма существенно — в крыле стоял симметричный профиль с невысоким коэффициентом подъемной силы. Аэродинамические испытания модели показали, что при углах атаки до 10° самолет должен обладать удовлетворительной устойчивостью.[6]