Помоги проекту - поделись книгой:
Первый гидросамолет Берджес-Данн АН-7 был построен в январе 1914 г. Из- за недостаточного запаса прочности самолет сломался во время попытки взлета с воды. После ремонта и усиления конструкции Клиффорд Вебстер 4 марта 1914 г. выполнил на нем первый успешный полет. Двигатель "Кертисс" мощностью 100 л.с. позволил заметно улучшить летные характеристики машины по сравнению с прототипом. В 1915 г. лейтенант Патрик Белленждер установил на этом самолете новый американский рекорд высоты для гидросамолетов — 3300 м.
Тем не менее, англо-американская "бесхвостка" не нашла в США рынка сбыта. Военные заказали только 3 самолета, один из них — на колесном шасси и два — на поплавках. Еще один самолет приобрело за 5000 долларов канадское правительство. Несколько машин удалось продать частным лицам, но после вступления США в первую мировую войну заказы больше не поступали. Финальную точку поставил пожар, уничтоживший мастерские фирмы Берджес.[7]
В те дни, когда С.Берджес пытался завоевать американский рынок, Д.Данн уже отошел от авиаконструкторской работы. После перенесенного воспаления легких состояние его здоровья ухудшилось и он был вынужден отказаться от любимого дела.
Самолеты Данна были первыми летающими "бесхвостками". Несмотря на отличную устойчивость, они не были популярны и не нашли широкого применения. Причина заключается в их очень плохой маневренности. Некоторые из современников даже характеризовали самолеты Данна как "неуправляемые".[8] Стремясь создать очень устойчивый самолет, летающий почти без участия летчика, Данн увлекся круткой и стреловидностью крыла и не смог найти оптимального соотношения между устойчивостью и управляемостью. Очень большой запас статической устойчивости, обусловленный значительной стреловидностью крыла, позволял хорошо лететь по прямой, но на отклонение органов управления самолет реагировал слишком вяло. Управляемость затруднялась также из-за большой инерционности этих тяжелых самолетов и отсутствия на них рулей направления.[9]
Тем не менее вклад Д.Данна в развитие самолетов схемы "бесхвостка" очень велик. Он был первым, кто разработал теорию самобалансирующегося стреловидного крыла и на ее основе создал аппараты, способные летать без горизонтального оперения. Такие особенности самолетов Данна, как стреловидное крыло прямолинейных очертаний, сочетание аэродинамической и геометрической крутки крыла, управление с помощью элевонов, легли в основу многих будущих "бесхвосток".
Говоря о самолетах Данна, нельзя не упомянуть имя русского изобретателя Сергея Сергеевича Неждановского. Еще в 1898 г. он разработал схему самобалансирующегося крыла, очень напоминающую крылья "бесхвосток" английского конструктора. В то время Неждановский занимался изучением устойчивости полета воздушных змеев. С помощью зажженного на земле фитиля, закрепленного недалеко от основания змея, экспериментатор пережигал нить, и змей переходил в свободный полет. Для устойчивости Неждановский, так же, как и Данн, нередко применял стреловидность и отрицательную крутку крыла. На различных моделях стреловидность составляла от 30° до 45°, крутка — от 4° до 11°. Согласно дневниковым записям исследователя, эти модели демонстрировали хорошую устойчивость и подолгу держались в воздухе.[10] Остается лишь сожалеть, что Неждановский не опубликовал результаты своих интересных экспериментов и они стали известны только сравнительно недавно.
Однако вернемся в XX век. После первой мировой войны работы Данна по стреловидным "бесхвосткам" продолжил его соотечественник Джеффри Хилл. Он родился в 1895 г. в Лондоне в семье профессора математики. В детстве увлекся авиацией и в возрасте 18 лет вместе с братом построил планер. С тех пор вся его жизнь была посвящена авиации. После окончания Лондонского университета Джеффри ушел на войну военным летчиком, воевал во Франции на "Ньюпорах". В 1917 г. вернулся в Англию и стал испытателем на фирме Хендли Пейдж.
Именно в это время у Хилла возникло стремление создать безопасный самолет. В отличие от Данна, пытавшегося достичь этого за счет максимального повышения устойчивости летательного аппарата, он начал работать над проектом самолета, который ни на каких режимах полета не выходил бы из- под контроля летчика. Причина иного взгляда на понятие "безопасность" объясняется тем, что к концу первой мировой войны вопросы обеспечения устойчивости были, по крайней мере эмпирически, решены, тогда как потеря скорости из-за превышения допустимого угла атаки и связанный с этим штопор являлись причиной многих катастроф. В начале 20-х годов только в английских ВВС в результате этого ежегодно гибли десятки летчиков.
Основу концепции безопасного самолета Хилла составляла необычная система управления. Понимая, что хвостовое оперение и элероны теряют эффективность, попадая в зону вихрей, образующихся за крылом на больших углах атаки, изобретатель остановил выбор на самолете схемы "бесхвостка" с "плавающими" рулевыми поверхностями в виде подвижных концов крыла. Хилл назвал их "контроллеры". Эти органы управления представляли собой элевоны, шарнирно прикрепленные к крылу таким образом, что они автоматически, независимо от угла атаки крыла, устанавливались "по потоку". Очевидно, что при такой конструкции они сохраняли работоспособность при любых положениях самолета. Для управления по курсу предусматривались вертикальные поворотные поверхности, расположенные под крылом и поэтому также не теряющие эффективность на больших углах атаки. При одновременном отклонении они работали как аэродинамические тормоза.
Идеи Хилла заинтересовали специалистов. Для начала было решено построить экспериментальный планер. Хилл собирал его во дворе своего дома. В конце 1924 г. аппарат был готов. Это был неуклюжий с виду подкосный моноплан из дерева и полотна. Крыло размахом 13,7 м имело стреловидность 32° по передней кромке. Так же, как на первых машинах Данна, продольная балансировка достигалась отрицательной круткой по размаху (Хилл был знаком с Данном и, по-видимому, консультировался с ним в процессе работы). Отличие заключалось в заметном сужении крыла к концам. Это было сделано для того, чтобы уменьшить хорду поворотных законцовок-элевонов. Снизу к крылу крепились вертикальные рули, сидение летчика и колесное шасси.
Уже наступила зима, но Хиллу не терпелось проверить на практике свои идеи. 13 декабря он впервые поднялся на планере в воздух. Старт осуществлялся с помощью эластичного троса, "выстреливающего" аппарат в полет. От волнения Хилл забыл отсоединить трос от планера, но, тем не менее, успешно пролетел около 150 м и благополучно приземлился. Потом было еще три полета, самый дальний — на 270 м. Перед Рождеством погода стала совсем нелетной, и эксперименты пришлось закончить.
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]
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.
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.
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.
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.
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.
В связи с тем, что Эспенлауб занялся проектированием собственных "бесхвосток", испытания АЗ проводил летчик Антон Ридегер. Первый полет состоялся 30 июля 1930 г. с аэродрома в Дюссельдорфе. Редингер хорошо отозвался о летных качествах машины, но через неделю после начала испытаний во время посадки при сильном боковом ветре самолет потерпел аварию, а летчик получил серьезную травму.
Такая же судьба постигла А4, построенный в начале 1931 г. и почти не отличавшийся от АЗ. Испытания проходили зимой. Подхваченный сильным боковым порывом ветра самолет опрокинулся. Редигер вновь получил ранение, на этот раз не столь серьезное.
Неудачи не обескуражили конструктора и его верного помогцника-испытателя. В том же 1931 г. начались полеты пятого бесхвостого моноплана Зольденхоффа А5. Для улучшения устойчивости на концах крыла установили вертикальные кили, в остальном же конструкция почти не изменилась. После опробования самолета в воздухе Зольденхофф и Редигер решили совершить на нем показательный перелет по городам Европы. Принимая во внимание аварии предыдущих "бесхвосток" Зольденхоффа, это был, безусловно, очень рискованный замысел.
Перелет начался в сентябре 1931 г. В густом тумане, управляя самолетом лишь по показаниям простейших навигационных приборов, Редингеру чудом удалось перелететь через Альпы. Хотя намеченный маршрут так и остался неосуществленным, на А5 было выполнено несколько полетов по городам Швейцарии. В них он проявил себя как вполне устойчивая и нормально управляемая машина. Максимальная скорость самолета равнялась 210 км/ч, посадочная — 67 км/ч.
Общий налет А5 составил весьма внушительную величину — 3400 км. Это, несомненно, был самый удачный самолет Зольденхоффа. Сейчас он находится в Транспортном музее в городе Люцерн (Швейцария).
Не имея технического образования и не получая финансовой поддержки со стороны государства, Зольденхофф располагал значительно меньшими возможностями, чем Данн или Хилл. Поэтому его работы мало что дали в отношении технического развития "бесхвостки". Основное значение его самоотверженной деятельности заключается в том, что она еще раз продемонстрировала возможность создания нормально летающего бесхвостого самолета.
В 1930 г. в США появился самолет "Эрроухед", удивительно напоминавший бипланы Д.Данна. Это сходство не случайно: одним из его создателей был Д.Дэвис, пятнадцать лет назад участвовавший в производстве фирмой Берджес лицензионных самолетов Данна и, по-видимому, все еще находившийся под впечатлением их высокой устойчивости. А именно это качество и было в данном случае главным: ведь самолет создавался как "экономичный и безопасный аппарат, на котором каждый может научиться летать за короткое время и за небольшую плату". Утверждалось, что его посадочная скорость составляет всего 30 км/ч, и что самолет в принципе не может попасть в штопор.[18]
Для своего времени самолет выглядел явно устаревшим. Стреловидное бипланное крыло оканчивалось прикрепленными к стойкам вертикальными килями с рулями направления. Фюзеляж представлял собой короткую одноместную гондолу с открытой кабиной и установленным сзади трехцилиндровым двигателем воздушного охлаждения.
Во время строительства самолета к нему проявлял интерес старейший американский авиаконструктор Гленн Кертисс, полагая, что "Эрроухед" сможет найти массовое применение как дешевый "самолет для каждого". Но вскоре знаменитый конструктор скончался, а других заинтересованных лиц не нашлось. После испытаний самолета во Флориде летом 1930 г. сведения о нем больше не появлялись.
"Бесхвостки" со стреловидным крылом были первыми успешно летавшими самолетами без горизонтального оперения. Стреловидность в сочетании с отрицательной круткой обеспечивала удовлетворительную продольную устойчивость и способствовала улучшению путевой устойчивости. Вместе с тем, такое крыло по сравнению с обычным имело больший вес и меньшую подъемную силу. Поэтому, наряду со стреловидными формами, существовало немало других схем самолетов без горизонтального оперения.
1. J.Dunn. The theory of the Dunn aeroplane // RAS Journal. 1913. Vol. 17. P. 83—102.
2. Данн первым применил элевоны на самолете. Однако сама идея таких органов управления "бесхвосткой" возникла еще в прошлом веке. Впервые она встречается в проекте самолета- моноплана английского изобретателя Ричарда Харта (патент Великобритании № 1469, 21.05.1870 г.).
3. Р.Walker Early aviation at Farnborough. Vol. 2. London, 1974. P. 185.
4. Flight. 18.06.1910. P. 459.
5. Вестник воздухоплавания. 1910. № 17. С. 25.
6. Report on automatic stability trails // RAS Journal. 1911. Vol. 15. P. 15.
7. Подробнее о самолетах Берджес-Данн см.: American Aviation Historical Society Journal. 1967. Vol. 12. № 4.
8. Discussion on stability // RAS Journal. 1913. Vol. 17. P. 235—244.
9. Разворот за счет крена при использовании одних только элеронов (элевонов) обычно сопровождается возникновением неблагоприятных моментов аэродинамических сил, замедляющих поворот вокруг вертикальной оси.
10. Архив Научно-мемориального музея Н.Е.Жуковского. № 2990/3. А. 494—498. И. G.Hill. The tailless aeroplane // RAS Journal. 1926. Vol. 30. P. 528.
12. Там же. С. 537.
13. S.Gates, D.Hirst. Some futures of the earlier Pterodactyl design // ARC Report. 1931. № 1423.
14. Патент Великобритании № 352961, 15.01.1930 г.
15. A.Stephens, I.Gohen. Spinning of Pterodactyl Mark IV // ARC Report. 1934. № 1576.
16. Патент Германии № 279895, 21.09.1912 г.
17. Schwanzloses Flugzeug Soldenhoff // Flugsport. 1931. № 25. S. 536—539.
18. C.Warren. The Arrowhead safety plane. // Southern Aviation. 1930. № 2(4). P. 13.
Поделиться книгой: