Столетняя история “летающего крыла” - Дмитрий Соболев

Бесхвостый планер Хилла проявил себя как вполне устойчивый и управляемый. "Я вернулся с места испытаний планера с чувством огромного удовлетворения, что никакой доработки не требуется", — заявил конструктор на докладе в Королевском аэронавтическом обществе.[11]

"Птеродактиль" Mk.I в полете.

В следующем году с помощью сотрудников Авиационного центра в Фарнборо (того самого, где когда-то строились "бесхвостки" Данна) Хилл переоборудовал планер в двухместный самолет. Открытое сидение летчика заменил короткий фюзеляж, обтянутый полотном. В его задней части установили двигатель воздушного охлаждения Бристоль "Черуб" мощностью 33 л.с., предоставленный Хиллу Авиационным министерством. Помимо рулей направления под крылом, на верхней поверхности крыла установили неподвижные вертикальные кили. Конструкция получилась прочная и в то же время легкая: при площади крыла 20,7 м² ее вес составлял всего 209 кг — вдвое меньше, чем у монопланов Данна. Этому способствовало применение конструктором очень легкой породы древесины — бальзы. За свой необычный внешний вид самолет окрестили " Птеродактиль"Mk. 1, по названию доисторического бесхвостого летающего ящера.

2 ноября 1925 г. Д.Хилл совершил первый полет на "Птеродактиле" с аэродрома в Фарнборо. Испытания продолжились, и к маю 1926 г. самолет выполнил 21 полет. Максимально достигнутая скорость равнялась 113 км/ч, а минимальная (скорость срыва) — всего 47 км/ч. Но даже после срыва потока самолет продолжал слушаться рулей и мог лететь на казавшихся немыслимыми ранее углах атаки: 40 — 45 градусов.[12]

Однако разработанная Хиллом система управления имела и недостаток. Он проявлялся в продольной динамической неустойчивости самолета при резком отклонении ручки управления. Большие и тяжелые концевые элевоны, площадь которых составляла 25% от площади крыла, раскачивали самолет. Это затрудняло пилотирование, особенно в ветреную погоду. В 1927 г. самолет, пилотируемый летчиком Л.Опеншоу, вышел из-под контроля, произошла авария. Отреставрированный "Птеродактиль" передали в лондонский Музей науки.

Для проверки выбранной схемы при больших скоростях и больших нагрузках на крыло фирма Вестланд по заказу Авиационного министерства в 1928 г. построила вариант Mk. 1А с обтекаемым деревянным фюзеляжем и с шасси велосипедной схемы. Летчик и пассажир располагались теперь не один за другим, а рядом. Чтобы улучшить обзор из кабины, в корневой части крыла сделали вырез, и теперь самолет стал еще больше походить на доисторического ящера.

"Птеродактиль" Mk.IA. Хорошо видны внешние поворотные части крыла, служащие для управления самолетом.

Изменения коснулись и системы управления: вместо килей на задней кромке крыла установили расщепляющиеся вверх-вниз горизонтальные поверхности — аэродинамические тормоза. Их раскрытие вызывало увеличение аэродинамического сопротивления одного крыла по сравнению с другим, и самолет менял курс. Тормоза могли действовать и одновременно, для снижения скорости и увеличения угла планирования. Испытывал самолет летчик фирмы Вестланд Л.Паже.

В 1930 г. двигатель "Черуб" заменили на 70-сильный "Дженет". В этом варианте самолет назывался "Птеродактиль" Mk.lB. Следующая модификация, Mk.lC, отличалась усовершенствованным шасси с управляемым передним колесом и измененной подвеской колес.

В процессе указанных доработок вес самолета возрос в полтора раза, еще сильнее увеличилась нагрузка на крыло. Диапазон допустимых углов атаки по сравнению с прототипом несколько уменьшился. Но хуже всего было то, что продольная динамическая неустойчивость, вызываемая действием поворотных законцовок, существенно возросла. Путевая устойчивость и управляемость, особенно при взлете, также оставляли желать лучшего.[13]

В результате Хилл был вынужден отказаться от разработанной им системы управления. Следующий его самолет, Вестланд-Хилл "Птеродактиль" Mk.IV (1931 г.), имел обычные элевоны на задней кромке крыла и вертикальные кили с рулями направления на концах крыла. Аппарат сделали трехместным, с полностью закрытой кабиной. На нем стоял двигатель воздушного охлаждения "Джипси" мощностью 120 л.с. Схема шасси и форма крыла остались прежними, из-за возросшего взлетного веса площадь крыла несколько увеличили.

"Птеродактиль" Mk.IV на испытаниях в Фарнборо.

Основной технической "изюминкой" самолета явилось крыло изменяемой в полете стреловидности — идея, запатентованная Хиллом в 1930 г.[14] Конечно, это было сделано не для выбора оптимальной конфигурации в зависимости от скорости, как на современных сверхзвуковых самолетах. Цель была иной: поворотом крыла летчик мог изменять балансировку машины в зависимости от ее центровки и достигать этим оптимальных запаса устойчивости и усилия на ручке управления. Максимальное изменение стреловидности составляло чуть менее 5°. Поворот крыльев осуществлялся с помощью червячной передачи от рукоятки в потолке кабины.

Испытания нового "Птеродактиля" продемонстрировали, что замена поворотных законцовок обычными элевонами устранила прежние проблемы и сделала пилотирование похожим на управление обычным самолетом. Правда и значение максимально допустимого угла атаки стало, как у обычных машин — около 20°. В целом же самолет показал себя неплохо: он был устойчив при полете с брошенной ручкой управления, мог выполнять крутые виражи и даже фигуры высшего пилотажа. Его максимальная скорость была 180 км/ч, скороподъемность у земли — 230 м/мин, практический потолок — 5000 м. Как показали испытания на штопор, у Mk.IV он был возможен только при предельно задней центровке и летчик отклонением рулей легко выводил самолет из вращения.[15]

Проведение испытаний затрудняла плохая работа двигателя: из-за недостаточного притока воздуха он перегревался и недодавал мощности. Возможно именно это помешало использованию самолета в практических целях, например как туристский.

Позднее Хилл создал двухместный бесхвостый истребитель. Об этой машине и других военных "бесхвостках" будет рассказано в одной из следующих глав.

Под влиянием полетов первых "Птеродактилей" соотечественник Джеффри Хилла по фамилии Грейнджер в конце 20-х годов построил стреловидный самолет-"бесхвостку" с рулями в виде подвижных концов крыла. Он окрестил его "Археоптерикс" — так называлась птица, обитавшая на нашей планете несколько десятков миллионов лет назад. В отличие от Хилла Грейнджер установил двигатель и пропеллер перед крылом. Сведений о полетах этой машины я не нашел, но знаю, что она сохранилась до наших дней и находится в одной из частных авиационных коллекций в Англии.

Эффектно раскрашенный "Птеродактиль" во время демонстрационного полета на аэрошоу в Хендоне.

Еще одним представителем "школы Данна" был Александр Зольденхофф. Он родился в Женеве в 1882 г. Художник по профессии, Зольденхофф с молодости проявлял интерес к зарождающейся авиации. Свой первый проект бесхвостого самолета со стреловидным крылом, разработанный после появления сообщений об удачных полетах "бесхвосток" Данна, он запатентовал в 1912 г.[16]

Не имея поддержки со стороны государства, Зольденхофф долгое время ограничивался испытанием моделей. Только в середине 20-х годов он собрал необходимые средства для строительства самолета. Это был одноместный бесхвостый моноплан с таким же, как на "Птеродактиле", двигателем Бристоль "Черуб" и толкающим винтом. Низкорасположенное крыло имело стреловидность около 30° и размах 10 м. Для продольной балансировки оно было сделано с геометрической круткой по размаху. Управление осуществлялось элевонами, киль и руль направления отсутствовали. Шасси имело необычную для того времени схему — с носовым колесом.

Испытания самолета, получившего обозначение Зольденхофф А1, проводились в Швейцарии в 1927 г. Конструктор не имел диплома пилота, поэтому облетывал машину летчик-испытатель Эрнст Гербер.

Вторая "бесхвостка" А.Зольденхоффа — А2.

Первые два полета прошли удачно. В третьем произошла поломка в конструкции, но Герберу удалось посадить самолет.

Сочтя самолет опасным, швейцарские власти запретили полеты. Тогда Зольденхофф перенес свою авиаконструкторскую деятельность в Германию. Там, с помощью инженеров Лангута и Фридмана в 1929 г. он построил новую машину — А2. На этот раз самолет был двухместным. Его испытывал известный немецкий летчик Готтлиб Эспенлауб.

Самолет оказался неплох, и это побудило Зольденхоффа построить еще одну "бесхвостку", АЗ. На этот раз машина имела традиционную схему шасси с хвостовым колесом, старенький "Черуб" заменили на более мощный французский "Сальмсон" (40 л.с.). Интересной особенностью АЗ были необычные органы путевого управления — небольшие расщепляющиеся кили, расположенные примерно на полуразмахе каждого крыла. Они действовали как аэродинамические тормоза, увеличивая сопротивление на том крыле, в сторону которого хотел повернуть летчик. Так как тормоза находились в плоскости, проходящей через центр тяжести самолета, их действие не нарушало продольного равновесия.