Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

Практические работы в этом направлении начала английская фирма Армстронг Уитворт. Их возглавил конструктор Джон Ллойд. Замысел состоял в создании 6-двигательного трансконтинентального пассажирского самолета с размахом крыла около 50 м и весом 80 — 90 тонн. Благодаря применению схемы "летающее крыло" с ламинарным обтеканием, которое достигалось бы отсосом пограничного слоя, конструкторы рассчитывали добиться трехкратного снижения аэродинамического сопротивления по сравнению с обычным самолетом.

Первым шагом в создании авиалайнера стала постройка безмоторного прототипа AW.52G с размахом крыла 16,4 м. Он предназначался для замера аэродинамических характеристик и изучения пилотажных свойств будущего самолета.

Проектирование двухместного планера началось в 1942 г., постройка — в марте 1943 г. Для экономии средств AW.52G решили сделать, в основном, из дерева. Крыло состояло из трех частей: центроплана с прямой задней кромкой и двух стреловидных консолей с отрицательной круткой по размаху. Профиль — ламинарный, разработанный в НАКА. Продольное и поперечное управление осуществлялось с помощью элевонов, которые крепились не к крылу, как обычно, а к другим подвижным поверхностям — "корректорам". Корректоры служили для достижения оптимальной продольной балансировки планера в полете и для уравновешивания момента от закрылка при посадке. В дополнение к элевонам, корректорам и посадочному закрылку, на крыле, ближе к основанию, установили спойлеры — расположенные вдоль размаха пластины, выдвигаемые вверх для уменьшения подъемной силы и создания крена. Путевое управление обеспечивалось рулями направления на килях.

Для того, чтобы элевоны могли эффективно действовать на больших углах атаки, был применен отсос пограничного слоя с концов крыла (использование обычных предкрылков нарушило бы ламинарное обтекание). Воздух засасывался в щели в крыле насосами с приводом от винтов, установленных на основных стойках шасси и вращающихся в полете под действием набегающего потока.

Одним из основных условий ламинарного обтекания является высокая гладкость поверхности. Поэтому на AW.52G для обшивки крыла применялся специальный материал "плаймакс", представляющий собой фанеру с наклеенным сверху тонким металлическим листом.

Испытания планера начались весной 1945 г. Бомбардировщик "Уитли" затягивал его на буксире на высоту 6000 м, после чего планер совершал свободный полет продолжительностью около получаса. AW.52G оказался достаточно устойчив и послушен управлению.

Опыты с планером позволяли изучить особенности схемы только на сравнительно небольших скоростях; чтобы выяснить поведение машины в скоростном полете, требовалось создание экспериментального реактивного самолета. В конце войны фирма заключила контракт на постройку двух таких машин — AW.52. Они должны были представлять собой копию трансконтинентального "летающего крыла" в масштабе 1:2.

AW-52 был создан как прообраз пассажирского "летающего крыла".

Первый AW.52 был снабжен двумя ТРД Роллс-Ройс "Нин" тягой по 2270 кгс, второй — двигателями Роллс-Ройс "Дервент" (2x1590 кгс). Двигатели находились внутри центроплана крыла, по бокам от выступающей вперед двухместной кабины экипажа. Там же, в крыле, располагались восемь топливных баков, вмещающих 7700 литров керосина. Система управления — как на AW.52G.

Самолеты имели цельнометаллическую конструкцию. Крыло — с ламинарным профилем, относительная толщина которого менялась от 18% в центре до 15% на концах. В связи с тем, что даже незначительная деформация поверхности под действием аэродинамических нагрузок привела бы к нарушению ламинарного обтекания, обшивка крыла имела большую толщину, а с внутренней стороны подкреплялась гофром. Отсос пограничного слоя перед элевонами осуществлялся с помощью турбореактивных двигателей, причем система отсоса включалась автоматически, в зависимости от положения ручки управления и дросселя двигателей.

Так как AW.52 был рассчитан на полеты с большой скоростью и на большой высоте, шасси сделали убирающимися, а кабину экипажа — герметичной, с катапультируемым сидением летчика. Для защиты от обледенения передняя кромка крыла изнутри подогревалась газами от двигателей.

Летные испытания первого AW.52 начались 13 ноября 1947 г., второй самолет, с ТРД "Дервент", вышел на испытания 1 сентября 1948 г. Необычные самолеты произвели большое впечатление на публику во время полетов на аэрошоу в Фарнборо в сентябре 1948 г. Однако специалистов результаты испытаний разочаровали. Скорость полета была достаточно велика — около 800 км/ч, но аэродинамическое качество оказалось намного ниже, чем ожидалось. Последнее свидетельствовало о том, что, несмотря на все усилия, ламинарного обтекания крыла достигнуть не удалось. Одной из причин этого, по мнению конструктора самолета Д.Ллойда, было искривление потока в пограничном слое из-за стреловидности крыла.[24]

Другим недостатком AW.52 являлась большая дистанция взлета и посадки по сравнению с обычным самолетом с такой же нагрузкой на крыло. Это было вызвано характерной для всех "бесхвосток" неэффективностью применения посадочной механизации крыла. О причинах этого явления я уже писал. Здесь же отмечу, что коэффициент подъемной силы при посадке с выпущенным закрылком у AW.52 составлял 1,6 — в полтора раза меньше, чем у самолета классической схемы с такой же механизацией крыла.

30 мая 1949 г. во время испытательного полета AW.52 № 1 произошла авария. Пилотировавший самолет Джон Ланкастер заметил, что крыло самолета, летевшего на большой скорости, начало вибрировать — возник флаттер. Несмотря на снижение тяги двигателей, вибрация усиливалась, и на высоте 1500 м летчик решил оставить самолет. Катапультное кресло фирмы Мартин-Бейкер не подвело, Ланкастер благополучно приземлился. Это было первое катапультирование с самолета в Англии.

После того, как летчик покинул кабину, флаттер почему-то прекратился, самолет перешел в планирование и приземлился со сравнительно небольшими повреждениями. Это третий из известных мне случаев самостоятельной посадки "бесхвосток".

После случившегося фирма Армстронг Уитворт решила отказаться от создания транспортного "летающего крыла". Оставшийся экземпляр AW.52 передали в испытательный центр в Фарнборо. Он использовался там для экспериментальных целей вплоть до 1954 г. Во избежание флаттера скорость полетов была ограничена величиной 460 км/ч.

В заключение — о двух экспериментальных "бесхвостках", созданных по инициативе профессора Джеффри Хилла, того самого конструктора "Птеродактилей", о котором говорилось во второй главе нашего повествования.

Во время второй мировой войны Д.Хилл занимал пост представителя Великобритании в Национальном научном комитете Канады (NRC). В эти годы он разработал проект трансатлантического пассажирского "летающего крыла" "Птеродактиль" Mk.VIII. Для изучения предложенной им схемы в NRC. в 1946 г. построили двухместный планер с размахом крыла 15 м. Он имел две кабины на крыле, как на ХАИ-3. Отзвуком первых "Птеродактилей" были цельноповоротные концевые части крыла, служащие для улучшения поперечной управляемости на больших углах атаки. Шасси могло убираться в полете.

Испытания продолжались до конца 40-х годов, было выполнено более 100 полетов. Все они прошли без происшествий. Однако из-за недостаточной эффективности рулей направления на малых скоростях и большой нагрузки на ручку управления пилотировать планер было непросто, и дальнейшего развития он не получил.[25]

Планер Д.Хилла "Птеродактиль "Mk. VIII был построен в Канаде.

Тем временем Хилл возвратился на родину и там сумел увлечь руководителя отдела проектов фирмы Шорт Д.Кейт-Лукаса новой идеей. Суть ее заключалась в применении на "бесхвостке" стреловидного крыла особой конструкции — "изоклинического крыла".

Недостатком обычного стреловидного крыла является то, что его изгиб, происходящий под действием аэродинамических сил, сопровождается скручиванием, т.е. уменьшение углов атаки на концах. Это ведет к потере подъемной силы и ухудшению работоспособности расположенных на крыле рулей. В изоклиническом крыле данный недостаток преодолевается размещением контура кручения как можно ближе к задней кромке.

Новое крыло с цельноповоротными законцовками-элевонами предполагалось применить на бесхвостом реактивном бомбардировщике Шорт P.D.I. Прототипом боевой машины стал уменьшенный в три раза планер S.B.I. Он имел деревянную конструкцию, размах крыла составлял 11,6 м, угол стреловидности — 42,5°.

14 октября 1951 г. во время взлета S.B.1 попал в струю от винтов самолета-буксировщика и потоком воздуха его ударило о землю. В ходе восстановительных работ аппарат оборудовали двумя небольшими турбореактивными двигателями Турбомека "Палас" у основания крыла и топливными баками. Тяга каждого двигателя равнялась всего 160 кгс, но этого было достаточно, чтобы машина могла совершать самостоятельный взлет и 50-минутный полет со скоростью около 200 км/ч. Взлетный вес составлял 1500 кг.