Летательные аппараты нетрадиционных схем

Глава 12 Летающие автомобили

Одним из главных препятствий на пути широкого использования небольших самолетов для деловых поездок или развлечений является необходимость базирования их в аэропортах, которые обычно находятся довольно далеко от дома и пункта назначения. Доставка самолета к любому из этих мест из аэропорта создает целый ряд трудностей. Эти проблемы достаточно хорошо осознавались на всех этапах развития авиации; в частности, технические условия Армии США 1908 г., разработанные для первого самолета, требовали, чтобы был обеспечен быстрый демонтаж летательного аппарата для его транспортировки.

Наметились два основных подхода к решению описанной проблемы. Первый состоит в том, чтобы строить аппарат с основным назначением в качестве автомобиля, а затем оснащать его крылом и оперением; второй - в том, чтобы сделать более или менее обычный самолет пригодным для движения по дорогам. Каждый из этих подходов имеет свои преимущества и недостатки. Являясь во многом компромиссными аппаратами, как летающий автомобиль, так и автодорожный самолет теряют ряд желательных характеристик, присущих как тому, так и другому транспортному средству.

ДОСТОИНСТВА

Если владелец может хранить летающий автомобиль у себя дома, он экономит

затраты на аренду ангара и приобретение автомобиля или другого транспортного средства, на котором он мог бы добраться до аэропорта. Кроме того, в случае неблагоприятных погодных условий он может приземлиться непосредственно на шоссе либо на примыкающие к нему дороги и продолжать движение по земле.

НЕДОСТАТКИ

Недостатки летающих автомобилей существенно превосходят их достоинства. Первым из них, конечно, являются конструктивная сложность и высокая стоимость, которыми приходится платить за объединение функций двух принципиально различных транспортных средств. Далее, резко усложняется проблема полезной нагрузки этих аппаратов - в большинстве построенных на сегодняшний день летающих автомобилей расчетная масса полезной нагрузки относительно мала по сравнению с мощностью силовой установки и стоимостью. Кроме того, летающие автомобили характеризуются относительно низким уровнем технических характеристик для располагаемой мощности. Ни один из созданных аппаратов этого класса не обладает характеристиками, близкими (в том числе и по экономичности) к самолетам или автомобилям такой же массы или мощности.

Еще одним недостатком является обязательность малой массы конструкции в конфигурации автомобиля, так как в конфигурации самолета аппарат все равно оказывается перетяжеленным. Без довольно тяжелого шасси, характерного для автомобилей, гибридный аппарат может получить серьезные повреждения в дорожных происшествиях, в которых обычный автомобиль практически не пострадал бы. Малая масса конструкции также резко затрудняет передвижение самолета по дорогам (особенно в том случае, если при движении по дороге крыло остается на аппарате). Сильные порывы ветра могут легко сдуть такой аппарат с дороги.

Кроме того, существует еще одна группа проблем, которые (правда, редко) обсуждаются применительно к летающему автомобилю. Это проблемы, связанные с регламентацией движения такого транспортного средства. Существующая практика состоит в том, чтобы включать в перечень требований к ним все государственные требования, предъявляемые к обоим типам транспортных средств.

Более того, в настоящее время допускаются полеты таких аппаратов только со специально оборудованных аэродромов. Законом запрещено приземляться на дороги и шоссе. Любая посадка вне пределов аэропорта может вызвать ряд проблем.

Среди других недостатков можно отметить, что ремонтные средства обыкновенного гаража не позволяют отремонтировать планер, сертифицированный двигатель самолета или какую-либо другую из его систем. Нельзя обучать кого-либо летать на таком аппарате, если в правах обучающего не проставлена квалификация летного инструктора. Кроме того, аппараты со съемным крылом, оставляемым на хранение, не могут приземлиться, проехать некоторое время по земле, а затем снова подняться в воздух. Поэтому лишь незначительное количество из созданных к настоящему времени летающих автомобилей способны нормально ездить по земле.

Наиболее простым (и на сегодняшний день наиболее популярным) подходом к решению проблемы является монтаж крыла и оперения на легкий автомобиль. В таком случае крылья являются временным вспомогательным оборудованием автомобиля. Обычно эти крылья демонтируются и остаются в аэропорту, когда автомобиль отгоняется домой. Это, конечно, является недостатком, так как требуется место в аэропорту для хранения крыльев, а также необходимо тратить время и усилия на монтаж и демонтаж крыльев и оперения. Не исключено, что для такого транспортного средства потребуется работа квалифицированных механиков, связанная с установкой и нивелировкой этого оборудования.

Некоторые из крылатых автомобилей имеют силовую установку, состоящую из двух двигателей — одного для наземной эксплуатации, а другого для летной. Это, несомненно, приводит к увеличению массы аппарата и его стоимости, а также требует применения двух видов бензина обычного автомобильного и бензина авиационных сортов (обязательно для сертифицированных летательных аппаратов). Лишь несколько аппаратов этого типа используют один двигатель для наземной и летной эксплуатации. Обычно это делается путем отсоединения воздушного винта и передачи мощности двигателя колесам. Однако и такое решение создает ряд проблем, так как требуемая для полета мощность существенно выше, чем для передвижения по земле. Более того, у самолетных двигателей воздушного охлаждения возникают серьезные проблемы охлаждения при их установке в корпус автомобиля и работе в автомобильном режиме (даже на режиме малого газа в условиях отсутствия охлаждающего скоростного напора воздуха).

Другой подход состоит в том, чтобы модифицировать более или менее обычный самолет таким образом, чтобы он мог двигаться по дорогам, не мешая другому транспорту. Кроме складывания крыльев, для такого транспортного средства необходимо предусмотреть и ряд других систем и агрегатов, например, более эффективные тормоза и механизмы разворота колес, тормозные огни и сигнализаторы поворота, звуковой предупреждающий сигнал и бамперы. Кроме тою, воздушный винт не только неэффективен при движении по земле, но и может создавать многочисленные помехи. Некоторые конструкторы таких транспортных средств на время движения по дороге устанавливают на воздушный винт защитные сетки, но все же воздушный поток, сходящий с винта, создает неудобства для пешеходов, а также других транспортных средств. В некоторых аппаратах воздушный винт просто отключается, а крутящий момент от двигателя передастся непосредственно на колеса. Это, как мы уже упоминали, увеличивает сложность и стоимость такого самолета.

Несмотря на то, что различные крылатые автомобили и пригодные для движения по дорогам самолеты были построены, а некоторые даже сертифицированы, ни один иj них не выпускался серийно.

Первой серьезной попыткой создать автомобиль, способный летать, стал проект фирмы «Кертисс аэроплейн энд мотор» (США). Созданный фирмой автоплан выставлялся на Панамериканской авиационной выставке в Нью-Йорке в феврале 1917 г.

Корпус этого трехместного автомобиля был изготовлен из алюминиевых сплавов. Летчик-шофер находился в передней части кабины, а за ним рядом друг С другом два пассажира. Самолетный двигатель ОХХ фирмы «Кертисс» мощностью 100 л.с. (73,5 кВт) располагался в носовой части автомобиля и приводил задние колеса через коробку передач и карданный вал. Выходящий с другой стороны из двигателя удлинительный вал через ременные и цепные передачи приводил в движение четырехлопастный воздушный винт. Другой интересной особенностью конструкции было переднее горизонтальное оперение над передними колесами. (ПГО не использовалось Кертиссом с 1912 г.)

Способность Кертисса приспосабливать агрегаты того или иного самолета на других летательных аппаратах нашла свое применение в конструкции данного автомобиля, где использовались стандартные крылья с триплана «модель L» (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Самолет Кертисса (1917 г.) с корпусом автомобильного типа и стандартным трипланным комплектом крыльев от самолета «модель L».

Так как самолет оснащался толкающим винтом, поверхности хвостового оперения устанавливались на двух расчалочных балках.

Автоплан, получивший обозначение «модель II», выполнил несколько полетов, но летал не очень удачно, и работы по нему были прекращены.

Интерес американцев к летающим автомобилям не угасал с 1917 г. вплоть до 1938 г., когда Уолдо Уотермен, известный авиационный конструктор, построил свой новый аппарат «Эрроубиль». Этот аппарат являлся модификацией созданного в 1935 г. бесхвостого аппарата с толкающим винтом «Эрроуплейн», который участвовал в объявленном американским правительством конкурсе на создание дешевого персонального самолета.

Аппарат Уотермена 1935 г. не стал победителем конкурса, поэтому конструктор решил разработать на его основе некое более универсальное транспортное средство. В результате был создан «Эрроубиль»,

фюзеляж которого, отстыкованный от крыльев, мог выполнять функции автомобиля. Этот аппарат оснащался автомобильным двигателем фирмы «Студебеккер» мощностью 100 л.с. (73,5 кВт), установленным за двухместной кабиной (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Пригодная для движения по дорогам модификация бесхвостки «Эрроуплейн» (1935 г.) «Эрроубиль» (1937 г.).

Кроме большой массы, этого постоянного изъяна автомобильных двигателей, устанавливаемых на самолетах, Уотермен столкнулся с еще одной проблемой скоростью вращения вала автомобильного двигателя, которая существенно превышала потребную для привода воздушного вита. Уотермен использовал в своей конструкции разработанный Кертиссом принцип смещения оси воздушного винта относительно вала двигателя и уменьшение скорости вращения винта за счет использования ременной передачи (отношение скоростей воздушного винта и вала двигателя составляло 1:1,94).

Фюзеляж аппарата Уотермена напоминал скорее корпус самолета, чем автомобиля; он оснащался трехколесным шасси, которое больше было предназначено для того, чтобы добраться из аэропорта до дома, чем для нормального движения по дорогам (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Уолдо Уотермен и «автомобильная» часть его «Эрроубиля».

Было построено шесть «Эрроубилей». Впоследствии Уотермен восстановил один из этих аппаратов и в 1961 г. передал его в музей Смитсонского института.

Первой крупной американской фирмой, после фирмы Кертисса, приступившей к созданию летающего автомобиля, стала фирма «Питкэрн авиэйшн оф. Уиллоу-Гров» (шт. Пенсильвания). Эта фирма являлась ведущим в США изготовителем автожиров, начиная с 1928 г., и внесла существенный вклад в развитие летательных аппаратов этого типа. Фирма работала в тесном контакте с изобретателем автожира Хуаном дс ла Сьервой. В 1939 г. фирма «Питкэрн» построила автожир РА-36 «Уэрлвинг» (в носовой части аппарата устанавливался традиционный тянущий винт). Двигатель аппарата размещался в цельнометаллическом фюзеляже за кабиной; привод воздушного винта осуществлялся через удлинительный вал (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Автожир «Уэрлвинг» фирмы «Питкэрн» со складывающимися лопастями ротора. Этот аппарат на земле приводился в движение за счет передачи крутящего момента от двигателя к хвостовому колесу.

Часть мощности при взлете поступала к ротору для предварительной раскрутки, а остальная мощность передавалась на заднее колесо, обеспечивая, таким образом, движение аппарата по дороге (в режиме наземной эксплуатации лопасти ротора складывались). Начало второй мировой войны положило конец работам фирмы «Питкэрн» над этим, вообще говоря, удачным автожиром, способным передвигаться по автомобильным дорогам.

С 1930 г. знаменитый американский конструктор Уильям Стаут пытался создать простой в пилотировании «самолет для всех». Аппараты этой серии получили название «Скайкар». В конце второй мировой войны Стаут начал работать совместно с Джорджем Спреттом (сотрудником исследовательского отдела Стаута на фирме «Конвэр»), который на протяжении нескольких лет занимался самолетами с подвижными крыльями. Спроектированный в сотрудничестве аппарат, получивший название «Скайкар IV», был построен фирмой «Конвэр» в 1946 г., когда фирма стала проявлять повышенный интерес к летающим автомобилям.

«Скайкар IV» имел сходство с одним из старых самолетов — «летающей блохой» Минье. Так же, как и в «летающей блохе», крыло служило главным органом управления по тангажу; установка крыла на шарнире позволяла изменять кренящий момент для ввода самолета в разворот. Крыло устанавливалось над удлиненным корпусом автомобильного типа, в котором размещался двигатель, предназначенный для привода установленного в хвостовой части толкающего винта через удлинительный вал (рис. 12.5).

Рис. 12.5. «Скайкар IV» Стаута и Спретта, построенный фирмой «Конвэр» в 1946 г.

Концевые шайбы на оперении использовались только для повышения устойчивости и не являлись органами управления. Установка подвижного крыла исключала необходимость использования традиционных органов управления - рулей высоты, рулей направления и элеронов.

Этот аппарат являлся, по существу, экспериментальным, так что в ходе отработки больше внимания уделялось принципиальным аэродинамическим решениям, чем доводке аппарата как эффективного транспортного средства. Хотя работы по проекту были прекращены. Дж. Спретт продолжает работать над созданием летательных аппаратов с подвижным крылом. Технические данные описанного выше аппарата, к сожалению, полностью отсутствуют.

Первым американским летающим автомобилем после «Автоплана» Кертисса, который действительно был похож на автомобиль. стал аппарат «Эрфибиан», построенный в 1946 г. Этот аппарат сконструировал Роберт Фултон-мл., основавший в г. Дэнбери, шт. Коннектикут, фирму «Континенталь инкорпорейтед» в надежде разработать, а впоследствии и производить свое изобретение на продажу.

Так же, как Кертисс и Уотермен, Фултон предполагал оставлять летный комплект в аэропорту. Двигатель «Франклин» мощностью 165 л.с. (121 кВт) был установлен в носовой части этого двухместного автомобиля. Для движения по дорогам трехлопастный воздушный винт демонтировался и прикреплялся сбоку корпуса аппарата. Наземный и летный комплекты оснащались быстроразъемными соединениями. Демонтаж и монтаж винта можно было выполним, за 3 мин, а установку летного комплекта за 7 мин (рис. 12.6, 12.7).

Рис. 12.6. Амфибия Р. Фултона с крыльями, подготовленная к вылету.

Рис. 12.7. Амфибия Р. Фултона с выпущенными поддерживающими опорами в процессе расстыковки и выкатки «автомобильной» части аппарата.

Колеса с небольшими подкосами, установленные под крылом, обеспечивали стояночное положение летного комплекта после того, как автомобиль отстыковывался и уезжал. Первый полет этого аппарата был выполнен 7 ноября 1946 г. После доводки и постройки второй опытной машины она была сертифицирована по категории АТС.

Несмотря на то, что аппарат «Эрфибиан» можно считать этапным в развитии авиационной техники, он так и не нашел своих покупателей. Проект был продан фирме «Тейлоркрафт», производящей легкомоторные самолеты, которая не предприняла дальнейших попыток доработки и производства этого транспортного средства.

После окончания второй мировой войны несколько крупных американских самолетостроительных фирм стали искать пути конверсии производства военных самолетов на гражданскую технику, в том числе и автомобильную. Существенного успеха в этом направлении достигла фирма «Конвэр», которая провела испытания нескольких опытных машин, спроектированных другими организациями, а также разработала сама две опытные машины, получившие название «Конвэркар» (модель 118).

Автомобильная часть аппарата представляла собой более или менее обычный двухместный автомобиль (рис. 12.8) с двигателем водяного охлаждения мощностью 26 л. с. (19,1 кВт).

Рис. 12.8. «Конвэркар» (1947 г.) — небольшой автомобиль, на который устанавливался «самолетный» комплект.

Цельнометаллический летный комплект представлял собой практически целый самолет, который устанавливался на крышу автомобиля и крепился через три несущих узла, а также блок подсоединения агрегатов системы управления. Силовая установка летного комплекта включала самолетный двигатель «0-435» мощностью 180 л. с. (132 кВт) фирмы «Лайкоминг».

Одним из принципиальных новшеств этого транспортного средства являлось то, что наземная и летная части поставлялись отдельно. Фирма «Конвэр» объявила, что стоимость автомобиля будет составлять 1500 долл. (при производстве серии из 160000 шт.). Летный комплект предполагалось представлять владельцам таких автомобилей на арендных условиях - вы приезжаете в аэропорт на автомобиле, берете в аренду летный комплект, а по достижении пункта назначения оставляете комплект в аэропорту (т. е. примерно так же, как это делается с арендуемым трайлером).

Первый успешный вылет «Конвэркара» состоялся 15 ноября 1947 г. Однако аппарат потерпел аварию в третьем полете после того, как летчик взлетел практически с пустым топливным баком. После аварии фирма потеряла интерес к дальнейшему продолжению работ. Отделение «Стинсон», которое разрабатывало «Конвэркар», было продано фирме «Пайпер эркрафт», впоследствии ликвидировавшей его.

О созданном в 1947 г. «Плейнмобиль» известно очень немного. Остались лишь несколько фотоснимков этого транспортного средства и воспоминания тех, кто его видел. Аппарат был больше похож на самолет, чем на автомобиль. Каркас фюзеляжа сварен из стальных труб и обтянут тканевой обшивкой. Довольно старый двигатель А-40 фирмы «Континенталь» мощностью 37 л.с. (27 кВт) выпуска 1937 г. устанавливался в носовой части аппарата. Двигатель посредством вала приводил в движение (по земле) переразмеренное хвостовое колесо. Проблема размещения крыльев при движении по дороге была разрешена путем складывания крыла. Таким образом, аппарат всегда был готов к одному из двух режимов своей эксплуатации (рис. 12.9, 12.10).

Рис. 12.9. «Плейнмобиль» (1947 г.) скорее пригодный для движения по дорогам самолет, чем крылатый автомобиль. На земле аппарат приводился в движение за счет передачи крутящего момента от двигателя к хвостовому колесу.

Рис. 12.10. «Плейнмобиль» со сложенными крыльями.

На одном из сохранившихся фотоснимков, сделанных в апреле 1947 г., запечатлен момент движения аппарата по дороге. Его технические данные не известны.

Наиболее удачным до сегодняшнего дня летающим автомобилем, несомненно, является «Аэрокар», созданный Молтоном Тейлором из Лонгвью (шт. Вашингтон). При его создании изобретатель использовал практически обычный автомобиль, который при движении по дороге вез за собой крылья, хвостовую част ь и оперение на прицепе (рис. 12.11).

Рис. 12.11. «Аэрокар» М. Тейлора с самолетным комплектом, подготовленный для движения по дорогам в виде трайлера.

Первый полет аппарата состоялся в октябре 1949 г. На протяжении нескольких последующих лет было построено еще 7 таких машин. В 1956 г. аппарат был сертифицирован Федеральным авиационным управлением США.

На аппарате «Аэрокар 1» использовался самолетный двигатель «0-290» мощностью 125 л.с. (92,9 кВт) фирмы «Лайкоминг», а на усовершенствованный «Аэрокар 1C» устанавливался двигатель «0-320» той же фирмы, мощность которого была увеличена до 143 л.с. (105 кВт). Воздушный винт располагался позади Y-образного оперения; винт соединялся с двигателем посредством длинного вала (рис. 12.12).

Рис. 12.12. «Аэрокар», подготовленный для полета. Первая удачная конструкция этого класса. Воздушный винт устанавливается за оперением и приводится в движение с помощью удлинительного вала.

Реализуя

это техническое решение, Тейлор разработал очень хорошую систему, которая удобна не только для «Аэрокара», но и для всех самолетов с длинными приводными валами. Ему удалось устранить постоянно существующую проблему крутильных вибраций, установив муфту сухого трения между двигателем и валом, что позволяло валу несколько проворачиваться при реверсировании нагрузки. В прошлом некоторые конструкторы, включая братьев Райт, использовавших цепные приводы, устраняли эту проблему путем использования маховиков, которые обеспечивали ускоренное вращение примыкающего к двигателю конца вала (по сравнению с тем концом вала, на котором устанавливался воздушный винт), однако значительная масса маховиков неприемлема для легких самолетов.

Одним из интересных самолетов, пригодных для движения по дорогам, является любительский аппарат «Родейбл Брайан II». В этом проекте весьма удачно разрешена проблема хранения в домашних условиях. Аппарат был создан в 1960 г. из агрегатов стандартного самолета «Эркуп». По своей схеме это — двухбалочный самолет с толкающим винтом. Крыло самолета было модифицировано: введены два узла складывания один непосредственно за основной стойкой шасси (поворот на 90°), а другой - около законцовки (также поворот на 90°). Конфигурация, состоящая из толкающего воздушного винта между балками, а также короба, образуемого сложенным крылом, считалась вполне подходящей для транспортировки воздушного винта при движении аппарата по дороге (рис. 12.13).

Рис. 12.13. Любительский аппарат «Родейбл Брайан II» с толкающим винтом, используемым в качестве движителя и при наземной эксплуатации.