Помоги проекту - поделись книгой:
Он отказывался сохранять линию полета и все время "скакал" вверх и вниз. На отклонение горизонтальных рулей самолет реагировал вяло и не сразу. К продольной неустойчивости добавлялась плохая путевая устойчивость: не обдуваемые винтом кили недостаточно хорошо выполняли свое назначение. Сделав над аэродромом два круга, Кудрин с трудом посадил самолет. Весь полет продолжался 15 минут.
Причины столь неожиданного поведения ХАИ-4 заключались, прежде всего, в том, что самолет обладал значительно большим продольным моментом инерции, чем его безмоторные прототипы. Чтобы сохранить центровку после установки двигателя, конструкторы перенесли кабину вперед, и теперь фюзеляж на метр выступал за крыло. Это, наряду с почти втрое увеличившейся нагрузкой на крыло из-за возросшего до 880 кг взлетного веса, коренным образом изменило характеристики устойчивости и управляемости машины.[4] Свою лепту внес и расположенный выше центра тяжести винт, влияющий при изменении оборотов на продольную балансировку самолета (напомню, что с этим же явлением столкнулись при испытаниях "бесхвосток" AV-2 и РП-1). Трудность взлета объясняется конструкцией шасси ХАИ-4 с общей гидравлической связью между опорами, сделанной с целью одновременного касания земли всеми колесами при посадке. Под действием силы тяги винта передние стойки просаживались, задняя же, наоборот, увеличивалась в высоту, и в результате во время разбега самолет наклонялся носом вниз.
В августе 1934 г. Кудрин выполнил на ХАИ-4 еще два полета, затем испытания продолжил Рыжков. По рекомендациям летчиков в конструкцию самолета внесли изменения: двигатель переместили на 100 мм вниз, поменяли положение оси вращения рулей направления, впереди установили управляемый предкрылок, действующий как дополнительный руль высоты. Но проку от этих доработок было немного. 12 июля 1937 г. во время попытки взлета ХАИ-4 потерпел аварию и ремонтировать его не стали.
Несравненно лучше оказался другой харьковский самолет-"бесхвостка" ХАИ-АВИАВНИТО-3 "Сергей Киров". Он даже поработал некоторое время в Гражданском Воздушном Флоте (ГВФ), первозил грузы и пассажиров.
История появления этого самолета такова. В середине 30-х годов ГВФ объявил конкурс на создание планеролета. Под этим термином понимался большой транспортный планер, снабженный относительно маломощным двигателем. Считалось, что эти недорогие, нетребовательные к аэродромам и экономичные летательные аппараты смогут решить проблему массовых воздушных перевозок, облегчат доставку грузов в районах бездорожья. По условиям конкурса, планеролет должен был перевозить тонну груза или 10 пассажиров со скоростью 120 км/ч.
Члены Харьковского отделения Всесоюзного авиационного научно-инженерного технического общества (Авиавнито) решили взяться за постройку такого самолета. Так как проектно-конструкторские работы велись на базе Харьковского авиационного института, планеролету дали обозначение ХАИ-АВИАВНИТО-3. Руководили проектированием А.АЛазарев и А.А.Кроль.
Для достижения высокого аэродинамического качества, так необходимого планеролету, аппарат решили делать по типу "летающего крыла". При постройке использовался весь опыт создания предыдущих харьковских "бесхвосток". Крыло размахом 22,2 м имело S-образный профиль с относительной толщиной у основания 14% и отрицательную геометрическую крутку. Чтобы увеличить длину центроплана, заднюю кромку сделали прямой. На ней располагались элевоны, а для управления по курсу кроме обычного руля направления на поверхности крыла установили пластины-интерцепторы. Они действовали дифференцированно, отклоняясь вверх одновременно с поворотом руля и вызывая крен, облегчающий выполнение разворота. Оригинально была решена проблема регулирования продольной балансировки. Для этого концы крыла сделали подвижными: с помощью штурвальчика в кабине их можно было поворачивать вокруг оси вверх и вниз на угол 10°.
В центре крыла размещались две 5-метровые кабины на 6 человек каждая. Передние места обеих кабин предназначались для экипажа и были оборудованы штурвалом и педалями, но обычно самолет летал с одним летчиком, в правой кабине. Посадка осуществлялась через откидывающиеся вбок фонари кабин. В центре, между кабинами, находился серийный 100-сильный мотор М-11. Центральная часть крыла была выполнена из стальных труб. Внешние части — как на планере "Безлонжеронка ХАИ": деревянные, кессоные, с фанерной обшивкой. Толщина стенок кессона изменялась по размаху: от 8,5 мм у корня, где значение изгибающего момента максимально, до 1,5 мм на конце.
Летные испытания ХАИ-АВИАВНИТО-3 начались 23 сентября 1936 г. В этот день летчик ГВФ Э.И.Шварц выполнил 30-минутный полет "по коробочке". Потом было еще много полетов при взлетном весе аппарата от 1750 до 2000 кг. Выяснилось, что планеролет развивает максимальную скорость 130 км/ч, его посадочная скорость — 65 км/ч, длина разбега — 180 м, потолок — 2000 м, дальность полета — 180 км. "Во время испытаний, — вспоминал А.А.Лазарев, — выявилась хорошая устойчивость и управляемость планеролета. Выполнение посадки и виражей на "ХАИ-3" было несколько необычным благодаря своеобразной системе управления. Однако после того, как летчик осваивался с самолетом, пилотировать его становилось совсем не трудно."[5]
Таким образом, ХАИ-АВИАВНИТО-3 стал вторым, после БИЧ-7А, вполне удачным отечественным самолетом-"бесхвосткой". Значительно лучшие летные свойства харьковского планеролета по сравнению с ХАИ-4 показывают, какое большое влияние имеют длина носовой части фюзеляжа и величина продольного момента инерции на устойчивость и управляемость "бесхвостки". Полеты продемонстрировали также целесообразность применения интерцепторов для улучшения управляемости "летающего крыла".
После окончания испытаний в конце 1936 г. Бородин и Шварц перегнали ХАИ-АВИАВНИТО-3 в Москву. В первый день перелета летчики достигли Тамбова, преодолев без посадки 470 км.
В 1937—1938 гг. самолет использовался на местных авиалиниях Московской области, перевозя грузы, реже — пассажиров. Это был первый случай применения бесхвостого самолета в практических целях.
В 1936— 1937 гг. в ХАИ строили вариант с двумя двигателями М-11. Он назывался ХАИ-АВИАВНИТО-8. Однако работа не была доведена до конца. Как выяснилось, идея планеролета в целом оказалась непрактичной. Маломощность этих аппаратов, как правило, не позволяла им совершать самостоятельный взлет, требовалась помощь самолета-буксировщика. Кроме того, полет на небольшой высоте при очень малой нагрузке на крыло, характерной для планеролетов, сопровождался сильной "болтанкой", что делало его неприятным как для пассажиров, так и для экипажа.
1. В.С.Савин. Авиация в Украине. Харьков, 1995. С. 152.
2. В.С.Савин. Планета "Константин". История авиации и страны сквозь призму жизни конструктора Калинина. Харьков, 1994. С. 203.
3. П.Бенинг. На пути к "летающему крылу" // Самолет. 1934. Ху 13—14. С. 18.
4. В то время еще не знали, что увеличение нагрузки на крыло отрицательно влияет на устойчивость летательного аппарата, в первую очередь — динамическую.
5. А.Лазарев. ХАИ-3 // Юный моделист-конструктор. 1964. Вып. 10. С. 10.
6
"Бесхвостkи" Александра Липпиша
В предыдущих главах было рассказано о первых работах по бесхвостым самолетам и планерам в СССР, Великобритании, Франции, Швейцарии, Дании и Австро-Венгрии. Увлечение этой схемой не миновало и Германию. Наибольший вклад в развитие "бесхвосток" в этой стране сделал исследователь и конструктор Александр Аиппиш (1894—1976 гг.).
Первое знакомство Александра с авиацией произошло в 1909 г. Позднее он писал: "У меня, четырнадцатилетнего берлинского школьника, остались незабываемые впечатления о демонстрационных полетах Орвилла Райта в сентябре 1909 г. Я жадно набросился на всю доступную мне литературу о первых опытах летания. Больше всего меня интересовали сообщения об успешных полетах аппаратов с самоустойчивыми крыльями."[1]
Затем грянула война. Сначала Аиппиш служил в пехоте, а в 1918 г. получил назначение в авиационный отдел завода Цеппелина. Там он занимался вопросами аэродинамики самолетов. Но это продолжалось недолго: в ноябре 1918 г. Германия капитулировала, и, по указанию стран-победительниц, выпуск любых самолетов, которые могли быть использованы в военных целях, запретили.
"Отдушиной" для немецких летчиков и конструкторов, стал планеризм. Как и многие другие, Аиппиш занялся постройкой планеров, в том числе планеров-"бесхвосток". "Мой интерес к конструкциям типа "летающее крыло", — писал он, — возродился после успешных полетов планеров "Вельтензеглер", спроектированных техническим директором фирмы Вельтензеглер доктором Фрицем Венком. Крыло этих аппаратов напоминало крыло чайки. Мои длительные дискуссии с Фрицем Венком о путях достижения самоустойчивости крыла привели к пониманию основных законов устойчивости и очень помогли мне в дальнейшей конструкторской работе."[2]
Планер "Вельтензеглер", полеты которого пробудили в Липпише интерес к "бесхвосткам", имел необычную форму. Центральная часть крыла была нестреловидная, с постоянной хордой, а концы крыла отведены назад и вниз. С помощью этих наклонных законцовок и должна была обеспечиваться балансировка и управляемость планера. Шасси не было, для взлета несколько человек поднимали планер за крылья и бежали с ним против ветра.
В 1920 г. летчик Пешкес осуществил на "Вельтензеглере" первый в мире парящий полет, продержавшись две минуты над местом старта без потери высоты. Этому способствовала удивительная легкость аппарата: при размахе крыла 16 м он весил всего 42 кг.
Как оказалось, легкость была достигнута за счет прочности. Это кончилось трагедией во время Ронских планерных состязаний 1921 г.: при полете у "Вельтензеглера" от порыва ветра обломились концы крыла и неуправляемый аппарат упал с высоты около 100 м, летчик погиб.[3]
Такую же, как у "Вельтензеглера", форму крыла имел планер "Шарлотта", построенный в 1922 г. студентами Берлинского технологического университета под руководством профессора А.фон Парсеваля. Планер участвовал в Ронских состязаниях 1922 г., но особых достоинств не показал. Его модификации 1923 и 1924 гг. отличались усиленной конструкцией и аэродинамическими тормозами на концах крыла вместо обычного вертикального руля направления. В 1924 г. на последнем варианте "Шарлотты" осуществлялись парящие полеты продолжительностью до 7 минут.
Таковы факты, на фоне которых началась авиаконструкторская деятельность А.Липпиша. Критически проанализировав опыт предшественников, Липпиш не стал копировать их конструкции. Он отверг чайкоподобное крыло "Вельтензеглера" из-за конструктивной сложности и прочностных недостатков. Крыло большой стреловидности, как у Данна, также было отвергнуто по причине его меньшей подъемной силы и большего веса. Самобалансирующееся прямое крыло с S-образным профилем страдало чрезвычайной чувствительностью к изменению центровки. Оптимальными свойствами, решил конструктор, будет обладать крыло небольшой стреловидности (15° — 20°) со специальным профилем, обеспечивающим неизменность точки приложения подъемной силы.
Свой первый бесхвостый планер "Е2" Липпиш спроектировал в 1921 г. Ни средств, ни летного опыта у молодого конструктора не было, поэтому строил и испытывал аппарат летчик Готтлиб Эспенлауб. Это был верхнеплан с колесным шасси, на котором находилось сиденье пилота. Крыло размахом 10 м имело симметричный профиль "Геттинген-410", а балансировочную силу создавали слегка отклоненные вверх элевоны. Для улучшения путевой устойчивости под крылом установили кили.
Результаты испытаний были неважными. "Е2" мог летать, но летал плохо из-за небольшой подъемной силы симметричного профиля. Во время одного из полетов планер потерпел аварию, и Липпиш предпочел не восстанавливать малоудачный аппарат. Несколько лет конструктор занимался планерами обычной схемы, но в 1924 г. вновь обратился к схеме "бесхвостка".
Новый планер Липпиш не случайно назвал "Эксперимент". Его крыло было составлено из разнообразных профилей. В центральной части находились
обычные искривленные профили, обладающие большой подъемной силой, которые сменялись симметричными, а на концах стояли профили обратной кривизны. Благодаря этому приему конструктор обеспечивал продольную балансировку и одновременно уменьшал обусловленные стреловидностью крутящие нагрузки на крыло.[4]
Липпиш сам испробовал "Эксперимент" в воздухе. Планирующие свойства улучшились, однако из-за небольшой стреловидности аппарат слабо реагировал на отклонение расположенных близко к центру тяжести рулей высоты (элевонов). В конце концов планер снабдили обычным хвостовым оперением.
Итак, первые опыты не внушали оптимизма. Но Липпиш продолжал работать. В 1925 г. для этого открылись новые возможности — конструктор получил назначение на пост главы Авиационного отдела Научно-исследовательского института Рон-Розиттенского общества содействия парящему полету (впоследствии — Германский научно-исследовательский институт изучения парящего полета, DFS).
В рамках научных исследований института Липпиш провел серию экспериментов с большими свободнолетающими моделями и опыты в аэродинамических трубах. В результате он пришел к выводу о целесообразности применения в конструкции "бесхвосток" новых профилей с увеличенной кривизной и большей относительной толщиной, отличающихся значительной подъемной силой. Такие профили называются "профили Жуковского", так как были разработаны в России Н.Е.Жуковским.
Следующим этапом стало создание в институтских мастерских семейства бесхвостых планеров "Шторх". Первый "Шторх" построили в 1927 г. Он был значительно совершеннее первых "бесхвосток" Липпиша. Кроме нового профиля, планер отличался большим размахом крыла с более прочной двухлонжеронной конструкцией, усиленной подкосами, закрытой гондолой с прикрепленной снизу посадочной лыжей, новой формой элевонов. Балансировка, как и прежде, обеспечивалась аэродинамической круткой вдоль размаха.
Для лучшей устойчивости относительно продольной оси консоли крыла были отклонены вверх (на языке специалистов это называется "поперечное V крыла"). Крыло имело размах 12,2 м, а его площадь равнялась 22 м².
Испытывал "Шторх-I" опытный немецкий планерист Б.Неринг. Чтобы избежать частых поломок при посадке расположенных под крылом килей, в следующей модели, "Шторх-I", их поставили на крыле. На этот раз на планере летал Фриц Штаммер. Летчики отмечали плохую путевую устойчивость в полете и недостаточную эффективность элевонов — следствие малой стреловидности крыла. Устранение поперечного V крыла не дало заметных результатов.
В 1928 г. появился "Шторх-III", с новой гондолой с вертикальными стенками и с жестко закрепленными килями на крыле.[5] Для большего эффекта кили имели изогнутый профиль наподобие крыльевого, обращенный выпуклой стороной внутрь.
Указанные меры позволили, наконец, улучшить путевую устойчивость планера. Однако на отклонения элевонов "Шторх" по прежнему реагировал вяло. Проблему удалось решить в 1929 г. на следующей модели — "Шторх-IV". По совету ветерана планеростроения И.Этриха Липпиш таким образом переделал конструкцию этих рулевых поверхностей, что их ось вращения стала перпендикулярна продольной оси аппарата. Одновременно были изменены профиль элевонов и центровка планера. Гюнтер Гроенхоф, испытавший "Шторх-IV", остался очень доволен его качествами. Аппарат отличался хорошими планирующими свойствами, был устойчив и управляем на всех режимах полета. Так, шаг за шагом, Липпиш пришел к удачной конструкции планера-"бесхвостки".
В конце лета 1929 г. за крылом планера установили мотоциклетный двигатель DKW с толкающим винтом и вентилятором для лучшего охлаждения цилиндров. Мотопланер получил обозначение "Шторх-V". Восьми лошадиных сил, развиваемых двигателем, было недостаточно для взлета, поэтому "Шторх-V" стартовал по-планерному, с помощью резинового шнура-амортизатора, а затем уже совершал полет как самолет.
Несмотря на маломощный двигатель, летал "Шторх-V" хорошо. Об этом свидетельствует многочасовой перелет 25 октября 1929 г. Гроенхофа из Вассеркуппе, где работал Липпиш, в Берлин. В надежде на получение государственных субсидий для дальнейших работ по "бесхвосткам" на "Шторхе-V" был выполнен ряд демонстрационных полетов над берлинским аэродромом Темпельхоф. Субсидий не последовало, но необычной машиной неожиданно заинтересовалось руководство издательства "Улынтейн". Оно учредило специальный приз за 300-километровый беспосадочный полет на легкомоторном бесхвостом самолете типа "Шторх".
Липпиш и его коллеги ухватились за эту возможность и по возвращении в Вассеркуппе занялись подготовкой мотопланера к перелету. Для этого увеличили объем топливных баков, а чтобы уменьшить нагрузку на ручку управления элевоны снабдили триммерами.
К этому времени о бесхвостом мотопланере узнал летчик Герман Коль, прославившийся перелетом на "Юнкерсе" через Атлантический океан в 1928-г. Он попросил показать "Шторх" в полете. Несмотря на ненастную зимнюю погоду, Гроенхоф все же рискнул подняться в воздух. Из-за порыва ветра при посадке произошла авария. Гроенхоф не пострадал, но "Шторх-V" пришел в негодность.
Все еще надеясь выиграть приз, Гроенхофф на собственные средства начал строить новый самолет — "Шторх-VII". Для лучшей устойчивости и управляемости "бесхвостки" он увеличил стреловидность крыла до 35°, применил S-образные крыльевые профили Мунка. Крыло было сделано свободнонесущим, без подкосов, с фанерной обшивкой. Расположенную под крылом кабину пилота увеличили, сзади установили новый двигатель мощностью 24 л.с. Для взлета и посадки как и прежде служила лыжа: таково было одно из условий призового перелета.
Постройка и доводки машины заняли почти два года. Срок полета на приз истекал в конце 1931 г. и, хотя уже надвигалась зима, Гроенхоф решился лететь. На этот раз все закончилось благополучно. Стартовав в Вассеркуппе, Гроенхоф через 1 час 55 мин. приземлил "Шторх-VU" на Темпельхофском аэродроме и получил обещанную награду.
Демонстрация возможностей "Шторхов" вызвала появление аналогичных по конструкции "бесхвосток", таких как планер "Марабу" Э.Филлиппа и планер Бейера (1932 г.). Это явление не миновало и нашу страну. В 1933— 1934 гг. в Ленинградском аэроклубе И.К.Костенко и Б.В.Раушенбах построили по схеме "ТТТторха" планеры ЛАК-1 и ЛАК-2. ЛАК-2, появившийся на год позже, чем ЛАК-1, отличался от него свободнонесущим крылом и модифицированными элевонами с нестреловидной осью вращения, как на "Шторхе-IV". Оба аппарата участвовали во Всесоюзных планерных состязаниях. ЛАК-1 летал лучше и даже мог парить; на ЛАК-2 выполнили только один полет, так как из-за неправильной центровки управлять им было очень сложно.
Но вернемся к работам Липпиша. После знакомства с Колем они получили совершенно новое направление. Так же, как Липпиш, Коль видел будущее авиации в создании гигантских "летающих крыльев", способных преодолевать огромные расстояния. Несмотря на неудачную демонстрацию мотопланера "Шторх-V", Коль все же решил заключить контракт с Рен-Розиттенским обществом на проектирование и постройку "летающего крыла" и внес деньги, чтобы начать работу.
Для достижения максимальной толщины крыла, которое должно было вмещать пассажиров и грузы, Липпиш решил придать ему форму трапеции, как на БИЧ-8 Черановского. Самолет должен был иметь два двигателя, расположенные по оси самолета, один с тянущим, другой с толкающим винтом.[6]
Проектирование началось в 1930 г. Возглавляемая Липпишем конструкторская группа состояла всего из шести человек, причем одним из них был канадец, работавший бесплатно, "из любви к идее". Как и прежде, к цели шли последовательными шагами: сначала были опыты с моделями, затем — постройка и испытания планера и, наконец, создание экспериментального одномоторного самолета — уменьшенного варианта трансконтинентального "летающего крыла".
Безмоторный прототип построили летом 1930 г. Его окрестили "Дельта-1", так как крыло по форме напоминало греческую букву "дельта". Конструкция крыла — двухлонжеронная, с фанерной обшивкой передней части. На задней кромке находились рули высоты и элероны, вертикальные кили с рулями направления стояли на концах крыла. Как на прежних "бесхвостках" Липпиша, продольная балансировка обеспечивалась особым набором профилей.
Испытывал "Дельту" неизменный Гюнтер Гроенхоф. После нескольких успешных полетов на планере решили установить двигатель. Это был английский Бристоль "Черуб" мощностью 30 л.с. — собственность капитана Коля. Его поставили сзади, так как считалось, что "бесхвостка" с толкающим винтом будет обладать лучшей путевой устойчивостью, а сам винт — большим КПД.[7] Для уменьшения высоты шасси крыло опустили вниз. Шасси было трехколесным, с управляемым носовым колесом — очень редкая в то время схема. Короткий фюзеляж имел закрытые кабины летчика и пассажира. Из- за значительной толщины профиля он был больше чем наполовину "погружен" в крыло. Летчик вместо привычной ручки пользовался штурвалом, как на тяжелых машинах — ведь самолет проектировался "с прицелом" на будущее большое "летающее крыло". Так как машина строилась на средства Коля, она была названа в его честь — "Дельта-1 Герман Коль".
Первые полеты "Дельты-1" с двигателем прошли в июне 1931 г. в Вассеркуппе. В воздухе самолет вел себя превосходно. Гроенхоф даже выполнял на нем "мертвые петли". Максимальная скорость самолета составляла 150 км/ч, потолок — 4000 м, посадочная скорость — около 50 км/ч.
Затем наступило время показать самолет в столице. Демонстрация полетов состоялась 25 сентября 1931 г. на Темпельхофском аэродроме. Гроенхоф превзошел сам себя. Он не только выполнял на "Дельте" сложнейшие маневры, но и специально вводил самолет в штопор и затем легко выходил из него.
На "Дельте" летал также капитан Коль. Один из его полетов едва не закончился трагедией. "Во время разбега, — вспоминал Липпиш, — "Дельта" вдруг подскочила в воздух и вновь коснулась полосы. От удара передняя стойка шасси сломалась. Коль сумел справиться с управлением и взлетел. Не подозревая о повреждении, он совершил продолжительный полет и заходил на посадку. Мы жестами пытались сообщить ему, что случилось, показывали оторвавшееся колесо. Он понял и со второй попытки благополучно приземлил самолет на заднюю пару колес и хвост."[8]
Во время дальних перелетов выяснилось, что на многих режимах рулевые поверхности создают большое усилие на ручке, которое утомляет пилота. Чтобы устранить этот недостаток, Липпиш установил подвесные рули с обратной кривизной профиля, как делал на своих "параболах" Черановский. По словам конструктора, модификация дала положительный эффект, и такие же рули стали применяться на других самолетах семейства "Дельта".[9]
Как и в случае со "Шторхом", демонстрационные полеты "Дельты-1" привели к появлению ее "двойников". Это, прежде всего, французский самолет Абриаля и Ожера с двигателем мощностью 95 л.с. и более тяжелый трехместный Ньюпор-941Т со 175-сильным "Сальмсоном". Сведения о полетах первого не публиковались, "Ньюпор" испытывался[10], но, по-видимому, так и не получил государственного свидетельства о пригодности к эксплуатации.
Поделиться книгой: