Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

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.

11. Д.А.Соболев. Анализ развития самолетов особых схем. Дисс. канд. техн. наук. М" 1981. С. 51.

4

"Параболы" и "Трапеции" Бориса Черановского

Начало работ по самолетам-"бесхвосткам" в нашей стране связано с именем Бориса Ивановича Черановского. Черановский не имел инженерного образования, по профессии он был скульптор, но, обладая врожденными конструкторскими способностями, создал немало оригинальных летательных аппаратов, в том числе — первые в мире планеры и самолеты типа "летающее крыло". Возможно, именно художественное образование и обусловило интерес Черановского к "летающему крылу" — наиболее совершенному в аэродинамическом отношении и красивому по форме летательному аппарату.

Одним из теоретических достоинств схемы "бесхвостка" является меньшее сопротивление в полете из-за отсутствия горизонтального хвостового оперения. Если устранить фюзеляж, аэродинамическое совершенство аппарата станет еще выше, он приблизится к идеальной с точки зрения аэродинамики форме, в которой нет частей, не участвующих в образовании подъемной силы. Это и есть "летающее крыло".

Борис Иванович Черановский.

Первым, кто предложил разместить основные агрегаты самолета внутри крыла, был уже знакомый читателю С.С.Неждановский. Он высказал эту идею еще в 1883 г., занимаясь теоретическими изысканиями такой формы летательного аппарата, которая при наименьшем сопротивлении давала бы наибольшую подъемную силу (или, выражаясь современным языком, имела бы максимальное аэродинамическое качество). На страницах его рукописи есть рисунок крыла с расположенным внутри двигателем и запись: "Ясно, что удовлетворительное устройство летательной машины зависит от ее легкости и формы (наклонная плоскость (крыло — Д.С.) должна быть гладкой) и от силы двигателя".[1]

Для того, чтобы "спрятать" в крыле летчика, двигатель и грузы, оно должно быть достаточно толстым. Между тем, первые самолеты и планеры имели крылья с тонким изогнутым профилем, как у птицы. Прочность таких крыльев обеспечивали внешние силовые элементы — стойки, подкосы, растяжки. Только с появлением монопланов со свободнонесущим крылом толстого профиля идея "летающего крыла" обрела реальные перспективы.

Пионером в развитии свободнонесущих монопланов был немецкий конструктор Гуго Юнкерc. Ему же принадлежит первый в мире патент на "аппарат, не имеющий частей, не создающих подъемной силы".[2] Летчик, двигатели, горючее — все должно было находиться внутри крыла. Вместе с тем, Юнкерc не планировал устранить вместе с фюзеляжем и горизонтальное оперение, поэтому называть его проект "летающим крылом", как это часто делают зарубежные историки авиации, не вполне корректно. Скорее, его можно назвать проектом бесфюзеляжного самолета.

Проект самолета "Виталия". Рисунок из рабочей тетради Черановского.

Это предыстория. Практические работы по самолетам типа "летающее крыло" начались в 20-е годы в СССР по инициативе убежденного сторонника этой схемы Б.И.Черановского.

Б.И.Черановский родился в 1896 г. на Западной Украиние в селе Павловичи. Его отец был школьным учителем. В возрасте 14 лет в Киеве Борис наблюдал полеты одного из первых русских летчиков С.И.Уточкина. Скорее всего эти юношеские впечатления и зародили в нем интерес к авиации. После окончания Киевского художественного училища Черановский вместе с братом переехал в Москву и там в 1920 г. сделал первый эскиз самолета-"летающее крыло", который назвал латинским словом "Виталия".[3]

Предложенный Черановским самолет резко отличался от других "бесхвосток". Крыло, из которого, собственно, и состоял самолет, имело форму параболы, основание которой было примерно равно высоте. Выбор крыла параболической формы с малым удлинением был продиктован стремлением увеличить хорду и этим обеспечить такую высоту центральной части крыла, чтобы там уместились экипаж и пассажиры. Для продольной балансировки задняя часть крыла была отогнута вверх, как на французских "бесхвостках".

Свою идею Б.И.Черановский заявил в форме патента. В нем предлагался самолет, который "...с целью уменьшения общего веса и лобового сопротивления имеет несущую поверхность, образованную лишь из одного крыла, т.е. самолет является "бесхвостым", летающим крылом... Толщина крыла берется достаточной для того, чтобы вместить в нем моторы, баки с горючим, груз, людей и механизмы управления".[4]

В 1921 г. при Академии воздушного флота (теперь это Военно-воздушная инженерная академия им.проф.Н.Е.Жуковского) был организован планерный кружок "Парящий полет". Б.И.Черановский стал одним из его активных членов. В январе 1923 г. он начал строить там планер-"летающие крыло" БИЧ-1, уменьшенный вариант "Виталии". Крыло размахом 5,7 м представляло собой пространственную ферму из сосновых нервюр и планок, обтянутую полотном.

Каркас планера БИЧ-1. Человек почти целиком находился внутри толстого крыла.

Параболическая форма, малое удлинение и толстый, 20-процентный профиль позволяли при небольших размерах аппарата так расположить внутри крыла человека, что за обводы выступала только голова. Летчик как бы надевал планер на себя: он влезал в крыло сверху через специальное отверстие, которое потом зашнуровывалось. Единственными органами управления были элевоны, идущие вдоль всей задней кромки. Они имели перевернутый профиль (выпуклой стороной вниз), чем и достигалась S-образная форма продольного сечения крыла. Из-за довольно высокого колесного шасси аппарат стоял на земле под большим углом к горизонту. Это было сделано специально, так как эксперименты с моделями, проведенные Черановским в аэродинамической лаборатории Московского высшего технического училища в 1921 — 1922 гг., показали, что при малом удлинении крыла для создания той же подъемной силы оно должно иметь больший угол атаки, чем обычно.[5]

Построили БИЧ-1 весной 1923 г. и 16 апреля провели первые наземные испытания, протащив его на буксире за аэросанями по аэродрому Московской школы авиации.[6] Осенью необычную машину привезли в Коктебель, где проходили Всесоюзные планерные состязания (их тогда называли "планерные испытания"). Из-за очень малого удлинения крыла летчику В.Ф.Денисову не удалось поднять аппарат в воздух.

В 1924 г. Б.И. Черановский построил новый планер — БИЧ-2. Чтобы повысить его "летучесть", конструктор почти вдвое увеличил размах крыла и применил более привычный профиль — "Геттинген-436" с относительной толщиной 11%. Сзади установили вертикальный руль, двухколесное шасси заменили оригинальным одноколесным, с дополнительными опорами на концах крыла. Для уменьшения сопротивления колесо закрыли обтекателем.

Машина получилась на удивление легкой — при размахе крыла 10 м вес конструкции оказался всего 46 кг. Это объяснялось не только отсутствием фюзеляжа и горизонтального оперения, но и параболической формой крыла. При этой форме распределение аэродинамических сил таково, что их равнодействующая находится близко к основанию, изгибающий момент меньше, чем на обычном крыле, и, следовательно, конструкцию можно сделать более легкой. Как показали расчеты, при одинаковом запасе прочности вес 1 м² параболического крыла вдвое меньше, чем у обычного, прямоугольного.[7]

БИЧ-1 в лагере планеристов в Коктебеле.

Планер БИЧ-2 имел увеличенный размах крыла и вертикальное оперение.

На вторых Всесоюзных планерных испытаниях в сентябре 1924 г. БИЧ-2 успешно прошел "воздушное крещение". Б.Н.Кудрин поднимал его в воздух 27 раз. Очевидец полетов, летчик Г.А.Шмелев, писал: "Выдающимся событием на испытаниях были успешные полеты с пологих склонов летчика Кудрина на оригинальном планере "БИЧ И-Парабола" ("АВФ-15"). Несмотря на все сомнения этот планер, имеющий оригинальную форму параболического толстого крыла без хвостовой части, совершил с летчиком Кудриным на Кара-Оба и на пологом нижнем северном склоне горы Клементьева ряд весьма удачных и чрезвычайно эффектных, благодаря оригинальной форме планера, полетов. В ряду полетов минутной продолжительности наибольший продолжался 1 м. 20 сек., причем планер, планируя весьма полого, неоднократно проходил расстояние до 570 м и временами парил. Наблюдение над полетами "параболы" дало ряд ценнейших заключений о качестве крыла подобной формы и управляемости и устойчивости бесхвостого планера. Положительные стороны "параболы" вытекают хотя бы из того, что отсутствие фюзеляжа и хвостового оперения уменьшают вредное лобовое сопротивление; кроме того, в конструктивном отношении получается уменьшение внешних размеров и веса по сравнению с обычными аппаратами той же площади. Удачные полеты "параболы" дают возможность фантазировать на тему постройки самолета-крыла, в пустотелом пространстве коего помещались бы и моторы, и команда."[8]