Д. Соболев - История самолётов 1919 – 1945

Спектр технических мер, направленных на расширение безопасных режимов полета, может быть подразделен на две основные группы: применение щелевого крыла и применение специфических аэродинамических схем.

Идея щелевого крыла возникла еще в годы первой мировой войны. В 1917 г. немецкий летчик и ученый-аэродинамик Густав Лахманн потерпел аварию в результате того, что пилотируемый им самолет попал в срыв и упал. Находясь в больнице после аварии, Лахманн обдумал причины происшедшего с ним летного происшествия и пришел к выводу, что в случае, если крыло будет иметь одну или несколько щелей вдаль размаха, воздух сможет перетекать с нижней поверхности на верхнюю, уменьшая там разрежение и препятствуя, тем самым, отрыву обтекающего потока. Своими соображениями он поделился с известным аэродинамиком Людвигом Прандтлем. Выполненные в аэродинамической лаборатории Прандтля опыты доказали верность суждений Лахманна: при наличии продольных щелей подъемная сила крыла на больших углах атаки возрастала более, чем в полтора раза. В 1918 г. Лахманн получил патент на свое открытие [37, с. 80–81; 24, с. 404].

Независимо от Лахманна и практически одновременно с ним к выводу о преимуществах щелевого крыла пришел известный английский авиаконструктор Фредерик Хендли Пейдж. В 1918 г. он провел серию опытов на моделях и убедился, что продольный разрез вблизи передней кромки крыла позволяет увеличить допустимый угол атаки и добиться 60 % прироста подъемной силы [37, с. 80–81]. Благодаря богатому конструкторскому опыту Хендли Пейдж сумел быстро превратить теоретическую идею в пригодное для практических целей механическое устройство. В 1919 г. он запатентовал конструкцию предкрылка, ставшего известным под названием «предкрылок Хендли Пейдж» [27, с. 104]. Для того, чтобы предкрылок не увеличивал аэродинамическое сопротивление крыла при полете на большой скорости, на малых углах атаки он плотно прилегал к поверхности крыла, образуя единый профиль, а на больших углах атаки выдвигался вперед, образуя щель вдаль передней кромки крыла (рис. 1.81). Вначале управление предкрылком осуществлялось летчиком с помощью тяг, но вскоре появились автоматически выпускаемые закрылки. Они выдвигались за счет разрежения воздуха над крылом на больших углах атаки.

Говоря о начале применения предкрылков в авиации, нельзя не упомянуть о Сергее Алексеевиче Чаплыгине. В 1921 г. он дал теоретическое обоснование работы щелевых крыльев и разработал общие формулы для их расчета, что позволило определять эффективность таких крыльев на различных режимах обтекания профиля [53, с. 258–288].

Рис-1.80 Пожарные снимают самолет, упавший на крышу дома на ул. Полянка в Москве

Рис. 1.81- Предкрылок Хендли Пейдж. Рисунок из патента

Крыло с предкрылками впервые было опробовано в Англии в начале 20-х голов на одномоторных самолетах DH-9 и DH-60 «Мосс». В 1926 г. Лахманн установил предкрылки на немецком одномоторном биплане Альбатрос С-72 [54, с. 137; 55, с. 62]. Полеты показали, что применение предкрылков позволяет увеличить максимально допустимый угол атаки с 10–15 4 ° до 27–37°, намного снижает вероятность попадания самолета в срыв и штопор. Этот успешный опыт способствовал широкому применению крыла с предкрылком в авиастроении. В 1928 г. Военное министерство Англии даже ввело указ об обязательном применении предкрылков на самолетах 127, с. 104 1. Вообще же предкрылки чаще всего устанавливались на маневренных самолетах — спортивных, самолетах для воздушного боя.

Значительный вклад в развитие безопасности полета внесла деятельность двух американских меценатов — Даниэля и Гарри Гуггенхеймов. В 1926 г. они основали фонд содействия развитию авиации, главной целью которого являлось уменьшение числа летных происшествий. В 1929 г. на деньги этого фонда был проведен специальный конкурс на самый безопасный самолет. Главный приз составлял 100 тыс. долларов — очень большую в то время сумму. Почти все самолеты, принимавшие участие в конкурсе, имели щелевое крыло той или иной конструкции [54, с. 132–133].

Некоторые авиаконструкторы в поисках путей создания «безопасного самолета» решили отойти от общепринятой в авиастроении схемы и создали экспериментальные самолеты схем «бесхвостка», «утка», «тандем». Они считали, что применение нестандартных аэродинамических схем позволит значительно повысить безопасность полета, т. к. при указанных компоновках рули высоты расположены на крыле или перед ним и, следовательно, не теряют эффективность из-за срыва потока за крылом, как случалось на самолетах классической схемы на больших углах атаки.

Конструкция экспериментального самолета «Птеродактиль-1» с двигателем мощностью 30 л.с. (рис. 1.82) была подчинена принципиально новой концепции системы управления, разработанной английским ученым и конструктором Г. Хиллом. Понимая, что обычное хвостовое оперение подвержено влиянию завихренного потока за крылом, а элероны часто теряют эффективность на больших углах атаки, Хилл остановил свой выбор на самолете схемы «бесхвостка» с «плавающими» поверхностями управления на концах крыла. Эти органы управления представляли собой элероны большой площади, шарнирно соединенные с крылом таким образом, что сами, независимо от положения самолета, устанавливались «по потоку». Понятно, что такие рулевые поверхности работоспособны при любых углах атаки крыла. Управление направлением полета осуществлялось с помощью поворотных килей, расположенных под крылом и также не терявших эффективность на больших углах атаки.

«Птеродактиль-1» испытывался в 1925 г. В целом, он летал неплохо. Самолет не выходил из- под контроля летчика даже при углах атаки в 45°, имел широкий диапазон скоростей полета. Вместе с тем, ощущались колебания самолета при отклонении элевонов — ведь их площадь и момент инерции были в несколько раз больше, чем у обычных органов управления. При валете из-за небольшой скорости и малого плеча действия рулевых поверхностей машина недостаточно хорошо слушалась рулей [56, с. 17–18]. Другим необычным самолетом 20-х годов был F-19 немецких конструкторов — Генриха Фокке и Георга Вульфа. Он имел схему «утка» (рис. 1. 83). Расположение горизонтального оперения впереди крыла должно было устранить опасность попадания самолета в срыв и штопор, т. к. при превышении допустимого угла атаки срыв наступал не на крыле, как у обычных самолетов, а на горизонтальном оперении, остановленном, из условия продольной балансировки аппаратов схемы «утка», под большим, чем крыло, углом. Возникающий при этом пикирующий момент автоматически выводил самолет из опасного положения.