Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

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]

Машину оснастили чрезвычайно мощным по тем временам 700-сильным двигателем Фиат А-14. Лететь на ней вызвался известнейший французский ас Шарль Нунжессер. Но закончить самолет к началу состязаний не успели, и больше о нем в печати не упоминалось. Можно предположить, что после аварии Мэдона на "Арну-Симплекс" Ландверлен и Беррен не рискнули испытать свой самолет.

Мотопланер Ш.Фовеля AV-2. Из-за заметного влияния тяги винта на продольную устойчивость аппарата пилотировать его было сложно.

Более счастливая судьба была уготована "бесхвосткам" Шарля Фовеля. Их создатель родился во Франции в 1905 г., в 1924 г. стал военным летчиком. Вскоре он заинтересовался планеризмом и решил построить мотопланер собственной конструкции. Выбор пал на схему "бесхвостка". Сделано это было, очевидно, не без влияния Рене Арну, который консультировал Фовеля при разработке последним в 1929 г. патентной заявки на аппарат.

Из-за постоянных передислокаций части, в которой служил Фовель, осуществить задуманное удалось только в 1933 г. Свой мотопланер AV-2 летчик построил в городе Шаторуа с помощью товарищей по истребительной эскадрильи. Так же, как "бесхвостки" Арну, AV-2 имел крыло с нестреловидной осью. Но если Арну применял на своих самолетах крыло с постоянной хордой, то Фовель предпочел сделать его сужающимся, придав крылу очертания вытянутого в стороны ромба.

Биплан Арну, 1921 г.

AV-2

Симплекс-Арну

AV-10

Ландверлен-Беррер

AV-36

S-образный профиль стоял в центральной части крыла, на концах применялся обычный профиль.

Ромбовидная форма давала целый ряд преимуществ: стреловидность передней кромки улучшала обзор из кабины, а благодаря обратной стреловидности задней кромки имелась возможность сделать раздельные руль высоты и элероны, как на самолете Ландверлена и Беррера. Кроме того, вследствие большей длины корневой хорды самолет становился менее чувствительным к изменениям центровки — недостаток, от которого страдали все самолеты конструкции Арну.[7] Крыло с большим сужением давало также выигрыш в весе по сравнению с прямым, так как равнодействующая аэродинамических сил у ромбовидного крыла находится ближе к продольной оси самолета и вызывает меньший изгибающий момент.

Основной негативной особенностью крыла с сужением является большая вероятность срыва потока на концах. Чтобы сделать это явление менее опасным, Фовель применил элероны необычно большой длины — в полразмаха крыла.

Для путевой устойчивости служили два киля на задней части крыла. Понимая, что из-за малого расстояния от центра тяжести эффективность обычных рулей направления за килями будет мала, Фовель решил применить вместо них аэродинамические тормоза на концах крыла. Они действовали одновременно с элеронами, что облегчало выполнение поворотов. Руль высоты состоял из двух расположенных одна за другой секций. Такая конструкция позволяла более плавно изменять кривизну задней части профиля центроплана. Над крылом на стойках конструктор установил двухцилиндровый двигатель воздушного охлаждения АВС "Скорпион".

Испытания AV-2 показали, что самолет может летать. Его максимальная скорость составляла 140 км/ч, посадочная — 40 км/ч. Однако изменение тяги воздушного винта, расположенного из конструктивных соображений на высоте более метра от крыла, существенно нарушало продольное равновесие аппарата. Поэтому в скором времени двигатель сняли, и AV-2 испытывали дальше как планер.[8]

Лучшая французская довоенная "бесхвостка " AV-10.

На основе AV-2 Фовель в том же году построил планер AV-3. Он оказался очень "летучим", мог не только отлично планировать, но и парил в восходящих потоках воздуха. Конструктор и другие планеристы много летали на нем в 1933—1936 гг. над песчаными дюнами у побережья юго-западной части Франции. По их отзывам, по устойчивости и управляемости AV-3 практически не отличался от обычных планеров.

Убедившись в результативности своих конструкторских решений, Фовель решил начать промышленное производство легкомоторных самолетов-"бесхвосток". Он основал фирму и в 1935 г. выпустил двухместный самолет AV-10 с двигателем "Побджой" мощностью 75 л.с. Как и первые аппараты Фовеля, AV-10 имел деревянную конструкцию с полотняной обшивкой крыла и вертикального оперения. По форме крыло напоминало крылья AV-2 и AV-3, только размах был на 3 м меньше. Фюзеляж — как у обычных самолетов: впереди — двигатель, за ним — закрытая кабина, сзади — киль с рулем направления. Шасси — стандартного типа, с хвостовым колесом.

Напоминая при виде сбоку "нормальный" самолет, AV-10 и летал не хуже. Об этом свидетельствует сертификат о пригодности к полетам, выданный французским летно-испытательным центром.[9] В июне 1936 г. на AV-10 был установлен мировой рекорд высоты для двухместных самолетов с двигателями объемом от 2 до 4 литров — 7162 м. Максимальная скорость полета равнялась 185 км/ч, крейсерская — 164 км/ч, посадочная — 60 км/ч, длина разбега составляла всего 55 м. Отличным высотным и взлетно-посадочным характеристикам самолета способствовала очень небольшая нагрузка на крыло — 29 кг/м².

Тем не менее, покупателей на самолет не нашлось. Единственный построенный AV-10 эксплуатировался до 1940 г.

После окончания второй мировой войны Ш.Фовель продолжил конструирование "бесхвосток". Наибольший успех выпал на долю планера AV-36 "Моноблок", повторявший по схеме довоенный AV-3. Созданный в 1951 г., он производился во Франции, Германии и Англии. Всего было изготовлено более 100 машин: 82 — заводской сборки и около 30 — любительской постройки. Наибольшее аэродинамическое качество планера равнялось 24, что при благоприятных условиях позволяло совершать на нем полеты дальностью до 500 км.

В чем же причины относительного успеха "бесхвосток" Шарля Фовеля? Их, как минимум, три. О двух уже говорилось: это хороший обзор и меньшая, чем на самолетах Арну, чувствительность к изменению центровки. Третья заключается в более совершенной форме профиля. К концу 20-х годов благодаря работам научного сотрудника НАКА[10]Макса Мунка в распоряжении конструкторов "бесхвосток" появились S-образные профили с улучшенными аэродинамическими и моментными характеристиками. Так, использование нового профиля М-6 давало возможность на треть увеличить максимальную подъемную силу крыла и на столько же уменьшить его сопротивление по сравнению с профилями, применяемыми на самолете "Арну-Симплекс".[11]

Планер AV-36 — одна из немногих спортивных серийных ‘‘бесхвосток'.

1. A.Penaud, P.Gauchot. Brevet d'aeroplane // L'Aeronaute. 1877. № 10. P. 284.

2. B.B.Котов. Устройство самолетов-аэропланов // Записки Императорского Русского технического общества. 1896. № 10. С. 53.

3. A.Dumas. Le "Stablavion" R.Arnoux // LAerophile. 1913. № 2. P. 35—37.

4. L'avion sans queue // LAerophile. 1922. № 7—8. P. 98.

5. Абсолютный рекорд скорости в то время составлял 309 км/ч.

6. Бесхвостые самолеты (сборник переводов). М., 1946. С. 13.

7. Поясню это на примере. При ширине крыла 2 м изменение положения центра тяжести всего на 10 см создает относительное перемещение центровки на 5% (что вполне может привести к потере продольной устойчивости), а если длина хорды 4 м, то перебалансировка составляет только 2,5%.

8. C.Fauvel. L'avion а "aile pure" Fauvel // L'Aerophile. 1933. № 10. P. 310—312.

9. Les Ailes. 1936. № 773. P. 11.

10. HAKA (NACA, c 1958 r. NASA) — Национальный консультативный комитет по аэронавтике, аналог нашего ЦАГИ.