Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

Первым шагом к созданию сверхзвукового пассажирского самолета в Англии стала организация в 1956 г. Комитета по сверхзвуковым транспортным самолетам. В него вошли представители министерства авиации, научно-исследовательских организаций, самолетостроительных фирм и транспортных авиакомпаний. Создание СПС рассматривалось как важная государственная задача. "...Не было возможности конкурировать в области дозвуковой пассажирской авиации. Мы должны были освоить сверхзвуковой диапазон скоростей или покинуть рынок", — заявил в 1956 г. секретарь министерства авиации К.Масгрейв.[1]

За основу схемы будущего сверхзвукового авиалайнера был взят первый английский сверхзвуковой самолет Фейри FD.2. После рассмотрения ряда предложений Комитет в 1961 г. выбрал проект ВАС-Бристоль 223 — "бесхвостку" с треугольным крылом и четырьмя турбореактивными двигателями.

Во Франции в конце 50-х годов Национальный центр авиакосмических исследований и авиастроительные фирмы Сюд авиасьон, Нор авиасьон и Дассо также работали над проектами СПС. Их совместный проект "Супер Каравелла" (1961 г.) по общей концепции был весьма близок к проекту самолета ВАС-Бристоль 223.

Так как создание сверхзвукового пассажирского самолета являлось принципиально новой и весьма сложной задачей, требующей вложения огромных средств, Англия и Франция в октябре 1962 г. решили объединить усилия. Координацию всей деятельности возложили на фирмы ВАС и Сюд авиасьон. Было намечено, что 67% объема работ по двигателям и 40% работ по планеру самолета (носовая и хвостовая части фюзеляжа, вертикальное оперение, воздухозаборники, электрооборудование, противообледенительная, кислородная и противопожарная системы) выполнит английская сторона, а 60% работ по планеру (центральная часть фюзеляжа, крыло, шасси, система управления, гидравлическая система, радиолокационное и навигационное оборудование) и 33% работ по двигателю сделают французские специалисты. Совместный англо-французский проект получил название "Конкорд", что в переводе на русский язык означает "Согласие". Полет первого образца был намечен на 1966 г.

"Конкорд" проектировался для полетов со скоростью М = 2,2 — большая скорость потребовала бы применения в конструкции специальных жаропрочных материалов, что значительно удорожило бы самолет (вспомните "астрономическую" стоимость SR-71). Он должен был обладать дальностью, позволяющей осуществлять перевозки через Атлантический океан — ведь только на дальних маршрутах сверхзвуковая скорость могла дать заметный выигрыш во времени по сравнению с полетом на обычном реактивном самолете. Экономические расчеты показывали, что пассажирский салон должен вмещать не менее 100 человек.

При разработке схемы самолета основное внимание уделялось повышению аэродинамического качества на сверхзвуке, так как это был основной режим полета СПС. Кроме традиционных мер для уменьшения сопротивления — применение схемы "бесхвостка" с крылом малого удлинения и очень тонкого профиля, заостренного вытянутого вперед фюзеляжа — в конструкции "Конкорда" было воплощено немало новых технический идей. Так, форма крыла отличалась плавным изменением стреловидности передней кромки (такое крыло получило название "оживального"). Это сделали для того, чтобы использовать достоинства крыла типа "двойная дельта" и, в тоже время, удовлетворить "правилу площадей" без поджатия центральной части фюзеляжа. По хорде и размаху крыло изогнули таким образом, чтобы при переходе на сверхзвук на нем возникали силы, хотя бы частично уравновешивающие продольный момент от подъемной силы. Таким образом, через два десятилетия конструкторы вновь вернулись к идее геометрической и аэродинамической крутки крыла на "бесхвостке". На улучшение аэродинамики "работали" и прикрепленные под крылом гондолы двигателей с регулируемыми воздухозаборниками: возникающие на входе скачки уплотнения увеличивали давление на нижней поверхности крыла. В результате всех этих мер удалось добиться в полтора раза большего аэродинамического качества на сверхзвуке, чем у бомбардировщика В-58.

HP. 115 предназначался для изучения характеристик треугольного крыла на больших углах атаки.

Постройке "Конкорда" предшествовали испытания в Англии двух экспериментальных самолетов. Первый из них, Хендли Пейдж HP. 115, появился еще до объединения проектов СПС английских и французских фирм. Он был предназначен для исследования характеристик треугольного крыла при малых скоростях и больших углах атаки, т.е. на режимах, соответствующих взлету и посадке СПС. Крыло отличалось необычно большой стреловидностью (74,7°) и очень малым удлинением.

HP. 115 имел металлическую конструкцию, только носок крыла был из фанеры. Его сделали легкосъемным: подбирая форму носка, можно было исследовать свойства крыла с различной конической круткой. Кабина летчика представляла собой яйцевидную гондолу, расположенную у основания крыла. Турбореактивный двигатель Бристоль Сиддли "Вайпер" находился в нижней части киля. Установленные в крыле топливные баки обеспечивали самолету получасовую продолжительность полета.

Так как расчетная максимальная скорость HP. 115 была всего 400 км/ч, шасси сделали неубирающимся, а систему управления — безбустерной. Органы управления состояли из двух больших элевонов и обычного руля направления.

Испытания HP. 115, как и большинства экспериментальных самолетов, проходили в авиационном научно-исследовательском центре в Фарнборо. Первый полет, продолжительностью 31 минута, выполнили 17 августа 1961 г. Управлял самолетом Джек Хендерсон. По словам испытателя, "HP. 115 оказался очень простым и приятным в пилотировании. ...Его качества превзошли наши самые оптимистические ожидания."[2]

Для наблюдения за обтеканием крыла в полете на киле установили скоростную кинокамеру, фиксирующую движение приклеенных к крылу тонких шелковых нитей; позднее вместо нитей использовались разноцветные струйки дыма, выходящие из специальных отверстий в передней кромке.

Испытания продолжались несколько лет. Общий налет HP. 115 составил 493 часа. Полеты проходили в различных погодных условиях при скоростях от 175 до 325 км/ч. Накопленный опыт позволил получить исчерпывающие представления о характере обтекания "сверхузкого" крыла и был использован при выборе формы корневых наплывов крыла "Конкорда". Отработавший же свое HP. 115 в 1975 г. передали на вечное хранение на один из английских военных аэродромов.

ВАС.221 — второй экспериментальны й прототип сверхзвукового пассажирского самолета.

Другая экспериментальная "бесхвостка", ВАС.221, предназначалась для изучения свойств оживального крыла. Ее сконструировали как модификацию самолета FD.2. Для этого первый экземпляр FD.2 расконсервировали, совершили пробный облет и, убедившись, что все в порядке, переделали под прототип "Конкорда". Переделки заключались в замене треугольного крыла оживальным, удлинении передней части фюзеляжа, увеличении высоты шасси и изменении формы воздухозаборников. При этом площадь крыла возросла с 33 до 46 м², а длина самолета — с 15,7 до 17,5 м. Двигатель оснастили форсажной камерой.

Реконструкция самолета закончилась в 1963 г., а 1 мая 1964 г. состоялся его первый полет. В отличие от HP. 115, ВАС.221 был рассчитан на широкий диапазон скоростей — от 212 до 1700 км/ч. Летчики-испытатели отзывались о нем, как о "ничем не примечательной машине"[3], что, учитывая необычность схемы самолета, следует расценивать как комплимент. ВАС.221 имел неплохие взлетно-посадочные характеристики и сохранял управляемость на углах атаки до 22°.

Когда в СССР стало известно, что за рубежом работают над созданием сверхзвукового авиалайнера, лозунг Хрущева "догнать и перегнать Запад!" еще воспринимался всерьез. Ведь удалось же советскому человеку первым побывать в космосе, так почему бы Советскому Союзу не стать пионером и в области сверхзвуковой пассажирской авиации? И вот, 16 июля 1963 г., ЦК КПСС и Совет Министров СССР издали постановление № 798 — 271 "О создании дальнего сверхзвукового пассажирского самолета". В нем, в частности, говорилось:

"Обязать опытный завод № 156 (генеральный конструктор т. Туполев) Государственного комитета по авиационной технике СССР разработать самолет

Ту-144 с четырьмя реактивными двигателями со следующими основными данными:

скорость полета — 2300 — 2700 км/час

число пассажиров — 80—100 человек

практическая дальность полета:

а) нормальная (при взлетном весе не более 120—130 т) — 4000 — 4500 км

б) в перегрузочном варианте (с числом пассажиров 30 — 50 человек и подвесными баками) — 6000 — 6500 км.

Эксплуатация самолета с нормальной нагрузкой — с аэродромов первого класса, а в перегрузочном варианте — с внеклассных аэродромов.

Проработать вопрос о возможности выполнения самолетом специальных рейсов из Советского Союза в США без посадки.