История самолётов 1919 – 1945 - Д. Соболев

Рис. 2.3. Изменение полезной мощности при использовании различных типов винтов: 1 — винт фиксированного шага: 2,3 — винт изменяемого шага

В 1934 г. фирма Гамильтон-Стандарт произвела опытный образец ВИШ с автоматическим изменением положения лопастей и после двух лет испытаний и доводок начала их серийный выпуск. Автоматизация освободила пилота от утомительной необходимости регулировки режима работы мотора и винта, повысила точность выбора угла установки лопастей.

Конкурентом ВИШ с гидроприводом были винты с электроприводом изменения шага. По сравнению с гидроприводом электропривод имел свои плюсы и минусы: ВИШ с электроприводом не требовал установки дополнительных агрегатов на двигателе (насос и др.), но возникали трудности размещения электромотора внутри втулки винта. В связи с этим внедрение ВИШ с электроприводом происходило параллельно внедрению винтов с гидравлическим управлением, один тип не вытеснял другой.

Первый удачный ВИШ с электроприводом построил канадский инженер У. Терн- булл в 1927 г. В 1928 г. американская фирма Кертисс-Райт купила права на производство таких пропеллеров и стала основным конкурентом Гамильтон-Стандарт. После замены деревянных лопастей алюминиевыми и ряда мелких усовершенствований Кертисс-Райт начала промышленный выпуск ВИШ. Винты с ручным управлением скоро были заменены ВИШ-автоматами. В 1935 г. фирма произвела первые 50 регулируемых пропеллеров для «летающих лодок» ВМС США Консолидейтед PBY «Каталина», с 1937 г. ВИШ фирмы Кертисс-Райт применялись на американских пассажирских самолетах Локхид-14 [7, с. 76].

В 30-е годы ВИШ с электроприводом стали выпускать также европейские компании. Немецкая фирма VDM занялась разработкой такого типа пропеллера в 1933 г., а в 1937 г. начала его промышленное производство. Большинство немецких военных самолетов периода второй мировой войны имело ВИШ фирмы VDM. В отличие от винтов фирмы Кертисс-Райт на немецких самолетах электромотор системы регулировки лопастей был расположен в моторном отсеке, а не во втулке винта. Во Франции выпуск авиационных винтов-автоматов с электроприводом в 1935–1938 гг. наладила фирма Ратье.

Появление винтов изменяемого шага было последним крупным нововведением в конструкции самолетов первой половины 30-х годов — эпохи перехода к скоростной авиации.

Таблица 2.3. Даты внедрения некоторых технических новшеств в авиастроении

Значительный временной интервал между изобретением и его практическим использованием (табл. 2.3) можно объяснить тем, что указанные изобретения были сделаны раньше, чем возникла потребность в них. Применение гладкой металлической обшивки, убираемого шасси, посадочной механизации и т. д. могли дать заметный эффект только на скоростных самолетах, развивающих 300 и более км/ч, а в начале 20-х годов таких самолетов еще не было.

Тот факт, что коренные изменения в конструкции самолетов начались, прежде всего, в гражданской авиации США, объясняется тем, что американская пассажирская авиация, в отличие от военной авиации и авиастроения в других странах, не получала государственных субсидий, и в борьбе за выживание авиационные фирмы незамедлительно применяли любые новшества, способные улучшить качество продукции и повысить се конкурентноспособность на мировом рынке.

ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ САМОЛЕТОВ В ПРЕДВОЕННЫЕ ГОДЫ

Первые скоростные пассажирские самолеты

В предыдущей главе была изложена история некоторых изобретений в области самолетостроения. В данном разделе будет описано как они воплощались в практику мировой авиации и какое влияние оказали на конструкцию и характеристики самолетов.

Таблица 3.1. Технические новшества в конструкции скоростных гражданских самолетов конца 20-х — первой половины 30-х годов

Примечание: ЧД — число двигателей, MK — металлическая конструкция; СК — свободнонесущее крыло; НК — низкорасположенное крыло; ПМ — посадочная механизация; УШ — убираемое шасси. КД — закапотированный двигатель воздушного охлаждения ВИ — винт изменяемого шага; N — число пассажиров.

Как уже отмечалось, технические новшества впервые нашли практическое применение в гражданской авиации. В таблице 3.1 показана динамика нововведений. На основе этих данных можно выделить 3 этапа в развитии модернизированных пассажирских самолетов (до середины 30-х годов):

— конец 20-х годов-1932 г, — создание одномоторных скоростных самолетов- монопланов с частичным использованием изобретений, направленных на улучшение обтекаемости летательных аппаратов;

— 1933–1934 гг. — появление двухмоторных пассажирских скоростных самолетов. В конструкции большинства из них применены все описанные выше технические изобретения;

— 1934–1935 гг. — создание двухмоторных пассажирских самолетов с повышенной пассажировместимостью.

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов.

Инициатором постройки первых хорошо обтекаемых коммерческих самолетов был молодой американский конструктор Д. Нортроп. В 20-е годы Нортроп работал в мало кому известной тогда авиастроительной фирме Локхид. По собственной инициативе он начал проектировать почтово-пассажирский самолет «Вега» с только что появившимся двигателем воздушного охлаждения Пратт-Уитни «Уосп» мощностью 420 л.с. В 1927 г., состоялся первый полет этого самолета.

Локхид «Вега» представлял собой деревянный свободнонесущий моноплан с верхнерасположенным крылом. От других гражданских самолетов тою времени он отличался гладкой работающей обшивкой и хорошо обтекаемым фюзеляжем цилиндрической формы. Фюзеляж имел полумонококовую конструкцию и был выполнен из нескольких слоев фанеры, склеенных друг с другом под большим давлением.

Не закрытый капотом двигатель, неубираемое шасси, отсутствие посадочной механизации не позволяют отнести Локхид «Вега» к классу пассажирских машин нового поколения. Тем не менее, благодаря хорошему двигателю и обтекаемым формам фюзеляжа, скорость этого самолета была примерно на 50 км/ч больше, чем у других коммерческих самолетов второй половины 20-х годов. Не случайно он получил название «Воздушный экспресс». Самолет мог перевозить 5 человек на расстояние окаю 1000 км с крейсерской скоростью 243 км/ч.

В 1929 г. фирма Локхид выпустила вариант «Вега» 5С (рис. 3.1.), который ознаменовал собой новый шаг в развитии аэродинамически совершенного самолета. На этой машине впервые применили капот NACA, позволивший значительно уменьшить аэродинамическое сопротивление звездообразного двигателя воздушного охлаждения. Уменьшению лобового сопротивления содействовали также обтекатели колес шасси, форма которых, как и форма капота, была выбрана на основе аэродинамических исследований в NACA. В результате указанных мер «Вега» 5С развивала на 30 км/ч большую скорость, чем «Вега» образца 1927 г. Это был первый пассажирский самолет, способный летать со скоростью более 300 км/ч. Коэффициент лобового сопротивления «Веги» 5С равнялся 0.0278, а максимальное аэродинамическое качество составляло 11,4 — величина, мало отличающаяся от аэродинамических параметров современных самолетов с неубираемым шасси [1, с. 83].

Высокие летные характеристики самолета Локхид «Вега» 5С продемонстрировали авиационные перелеты. В 1931 г. летчик В. Пост и штурман Г. Гэтти облетели на «Веге» вокруг земного шара за 8 дней 15 часов и 51 минуту, установив новый рекорд скорости. Через два года В. Пост на том же самолете в одиночку выполнил кругосветный перелет, на этот раз за 7 дней 18 часов 49 минут. В 1932 г. американская летчица Э. Эрхарт пересекла на «Веге» Атлантический океан во время полета из США в Европу и стала первой женщиной, повторившей достижение знаменитого Ч. Линдберга [2, с. 609].

Рис. 3.1. Локхид «Вега» 5С

Дальние перелеты принесли самолету известность. Локхид «Вега» стал применяться для перевозок пассажиров на внутренних американских авиалиниях. Он брал на борт 6 человек и мог перевозить их на расстояние 890 км с невиданной по тем временам скоростью.

Между тем Д. Нортроп основал самостоятельную самолетостроительную фирму и занялся проектированием скоростных самолетов-монопланов. В 1930 г. появился самолет Нортроп «Альфа», предназначенный для перевозки пассажиров и почты (рис. 3.2). Он имел два важных усовершенствования по сравнению с описанными выше самолетами марки «Вега». Это, во-первых, цельнометаллическая конструкция с работающей обшивкой. Как известно, в 30-е годы металлическое самолетостроение почти полностью вытеснило деревянное. На смену тихоходным металлическим самолетам с гофрированной обшивкой пришли скоростные монопланы с гладкой работающей обшивкой, имеющие намного меньшее лобовое сопротивление. Нортроп «Альфа» стал первым в ряду этих машин.