Летательные аппараты нетрадиционных схем

Глава 14 Летательные аппараты с конструктивной спецификой

На протяжении многих лет некоторые авиационные конструкторы, оставаясь в основном в рамках традиционных технических решений, вносили в свои конструкции некоторые особенности, оставившие свой след в истории авиации. В большинстве случаев необычные решения принимались на этапе проектирования. Некоторые из таких машин выпускались серийно, и эти особенности постепенно становились обычной практикой авиастроения. Другие летательные аппараты не продвинулись дальше стадии испытаний опытного образца и сохранились в истории авиации как курьез.

В некоторых случаях стандартные серийные летательные аппараты модифицировались для решения тех или иных специальных задач (в частности, описанных в гл. 15 сельскохозяйственных задач или рассмотренных ниже специальных транспортных операций). Некоторые из этих модификаций носили обратимый характер - с минимальными трудозатратами самолет можно было вернуть к исходному варианту; другие модификации являлись постоянными. В этой главе описано значительное число летательных аппаратов, имеющих конструктивную специфику.

Воздушные винты в кольцевом канале

На протяжении многих лет авиационным инженерам известно, что кпд воздушного винта может быть повышен путем размещения его в кольцевом канале. В то же время дополнительная масса и аэродинамическое сопротивление канала зачастую способны свести к нулю достигнутое повышение кпд силовой установки. Некоторые конструкторы стремились разрешить эту проблему, превратив в кольцевой канал часть фюзеляжа.

Моноплан Бертрана. Этот построенный в 1910 г. французский «туннельный» самолет обладал рядом уникальных особенностей. Один двигатель мощностью 30 л.с. (22 кВт) приводил в движение два воздушных винта, каждый из которых устанавливался в противоположных концах туннеля (рис. 14.1).

Рис. 14.1. Французский моноплан Бертрана (1910 г.) с двумя воздушными винтами, имеющими несколько больший диаметр, чем туннель между ними.

По аэродинамической схеме самолет представлял собой «утку», оснащенную дополнительным хвостовым оперением. Элероны устанавливались не на крыле (размах 19,05 м), а на законцовках ПГО.

• Моноплан Журдана.

Этот построенный в 1911 г. французский самолет был в меньшей степени «туннельным», чем моноплан Бертрана. Диаметр расположенного за роторным двигателем «Гном» воздушного винта был больше диаметра туннеля, размещенного над относительно традиционным фюзеляжем (рис. 14.2). Мощность двигателя 50 л.с. (36,75 кВт). Другие сведения о самолете отсутствуют.

Рис. 14 2. Французский моноплан Журдана с расположенным за воздушным винтом туннелем, сужающимся к хвостовой части.

• «Туннельный» самолет «Стипа-Капрони».

В 1940 г. Луиджи Стипа возродил идею Бертрана и убедил знаменитую фирму «Капрони» построить «туннельный» самолет, получивший название «Стипа-Капрони». В качестве двигателя был использован «Джипси III» мощностью 120 л.с. (88,2 кВт) фирмы «Де Хевиленд», который приводил один воздушный винт. Так как фюзеляж самолета имел вид туннеля, в нем отсутствовало место для размещения экипажа, и летчики располагались в верхней надстройке (рис. 14.3).

Рис. 14.3. Итальянский «туннельный» самолет «Стипа-Капрони» с воздушным винтом, почти касающимся внутренних стенок туннеля, простирающегося на всю длину фюзеляжа.

В 1932 г. самолет успешно летал, после чего авторские права на него были проданы во Францию. Трудности последовавшего затем военного времени пе позволили продолжить столь необычный эксперимент.

• BD-3 «Беде».

После второй мировой войны в США был проведен ряд экспериментов с воздушными винтами в кольцевом канале. По-видимому, схема с толкающим винтом является наиболее подходящей для самолета с таким типом силовой установки. В этом смысле показанный на рис. 14.4 самолет «Беде» BD-3 является довольно характерным. И снова все закончилось на стадии эксперимента.

Рис. 14.4. Американский самолет BD-3 «Беде» с воздушным винтом в кольцевом канале непосредственно перед поверхностями хвостового оперения.

Воздушные винты разного типа

«Сайклоджайро». Несколько иной подход к решению задачи повышения кпд воздушного винта был использован при разработке самолета «Сайклоджайро». Этот летательный аппарат был построен в Сан-Франциско около 1930 г. Ожидалось, что напоминающая гребное колесо конструкция, получившая название «циклоидный пропеллер», будет создавать и тягу, и подъемную силу (рис. 14.5). Винты такого типа, у которых лопасти расположены в вертикальной плоскости, оказались эффективными только в водной среде, а на летательных аппаратах распространения не получили.

Рис. 14.5. Американский самолет «Сайклоджайро» (~1930 г.) с напоминающей гребное колесо конструкцией, получившей название «циклоидный пропеллер».

Медицинские транспортные самолеты

Если не считать бомбовую нагрузку и почтовые грузы, то первым специализированным «грузом» самолетов были лежачие больные (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Летающая лодка «модель F» фирмы «Кертисс» (1918 г.), использовавшаяся в качестве санитарного самолета. Больной на носилках размещался на верхней поверхности фюзеляжа.

Так как такого больного невозможно разместить в кабине в сидячем положении, возникла необходимость модифицировать конструкцию фюзеляжа. Такие самолеты стали строиться во время первой мировой войны - задние кабины традиционных бипланов удалялись, а на их месте предусматривалась зона для размещения носилок (которые, правда, находились в открытом воздушном потоке). Вскоре для защиты пациента от набегающего потока стали использовать съемные экраны или устанавливать носилки в предусмотренных для этого боковых отсеках фюзеляжа.

• «Де Хевилеид 4».

На самолете «Де Хевиленд 4» была реализована более комфортная для пациента схема (рис. 14.7). По бортам фюзеляжа были предусмотрены два небольших транспортных отсека. Описанную модификацию прошли несколько самолетов DH-4 сухопутных сил и ВМС Великобритании.

Рис. 14.7. Самолет «Де Хевиленд» (1918 г.), выпускавшийся по лицензии в США с размещением одного пациента в специальном отсеке на верхней поверхности фюзеляжа, а другого - в фюзеляже (доступ в отсек через боковой люк).

• НE-1 фирмы «Пайпер».

По такому же пути в годы второй мировой войны пошли конструкторы небольшого госпитального самолета НЕ-1 («Н» означает «госпитальный», а «Е» обозначение фирмы «Пайпер» в классификации ВМС США). Этот самолет был создан на базе трехместного самолета J-5 «Каб Крузер». Задний обтекатель кабины откидывался вверх, а носилки устанавливались, слегка заходя в кабинное пространство (рис. 14.8). ВМС США получили около 100 таких самолетов.

Рис. 14.8. Небольшой госпитальный самолет НЕ-1 ВМС США. Пациент размещается в задней части кабины, доступ к которой обеспечивается через откидываемый вверх задний обтекатель.

Грузовые транспортные самолеты

Грузы, имеющие габариты, превышающие размеры грузового люка, раньше нередко закреплялись на внешней поверхности самолета. Наиболее характерным примером таких перевозок являлась подвеска лодок на самолетах канадских промысловиков. На самолетах-бипланах с открытой кабиной часто не хватает места даже для размещения багажа летчика. В этом случае багаж устанавливают вдоль борта фюзеляжа на нижнем крыле.

После второй мировой войны установка грузов на внешней подвеске становится общепринятой практикой. В частности, широкое применение нашли подфюзеляжные грузовые контейнеры. Такие контейнеры использовались на различных самолетах от маленьких однодвигательных машин и до четырехдвигательных авиалайнеров типа показанного на рис. 14.9 самолета «Констеллейшн» фирмы «Локхид».

Рис. 14.9. Самолет «Констеллейшн» фирмы «Локхид» с укрепленным под фюзеляжем транспортным контейнером.

• ХС-120 фирмы «Фэрчайлд».

Построенный в 1950 г. самолет ХС-120 «Пэкнлейн» являлся модификацией стандартного самолета ВВС США С-119 «Флаинг Бокскар».

Целью такой модификации являлась оценка возможности воздушной транспортировки предварительно загруженных крупногабаритных контейнеров с помощью специализированного самолета. Был разработан грузовой контейнер, близкий по форме к съемной нижней части фюзеляжа. Контейнер подкатывался под двухбалочный ХС-120 и устанавливался непосредственно под кабиной экипажа (рис. 14.10).

Рис. 14.10. Самолет ХС-120 фирмы «Фэрчайлд» со съемным транспортным контейнером.

Самолет мог летать как с контейнером, так и без него. Поскольку при установке грузового контейнера возможность использования носовой опоры шасси исключалась, на основные стойки шасси самолета были установлены дополнительные колеса (по одному на каждой стойке) для обеспечения устойчивости при пробеге и рулежке.

• «Несущий фюзеляж» Бурнелли.

В период с 1922 по 1950 гг. американский авиационный конструктор Винсент Бурнелли работал над созданием уникального самолета, имеющего расширенный фюзеляж, выполненный в форме аэродинамического профиля для создания дополнительной подъемной силы. Кроме подъемной силы, такой фюзеляж позволял получить дополнительные объемы для размещения грузов.

Конструктору удалось построить несколько опытных машин этого типа, причем он постоянно находил новых приверженцев своей идеи и фирмы, согласные строить такие самолеты (рис. 14.11).

Рис. 14.11. Самолет с несущим фюзеляжем RB-2 фирмы «Ремингтон-Бурнелли» (1922 г.). Оба двигателя расположены в широком фюзеляже, построенном в форме аэродинамического профиля.

Ни один из этих самолетов, правда, серийно не строился. Один из них имел большой гpyзовой отсек, способный принять автомобиль. С таким грузом самолет выполнил рекламное турне по США. Последний из семи сконструированных Бурнелли самолетов с иссушим фюзеляжем (CBY-3) был построен в 1947 г. в Канаде (рис. 14.12).

Рис. 14.12. Самолет с «несущим фюзеляжем» Бурнелли, построенный английской фирмой «Канлиф-Оуэн» в 1939 г.

«Беременный Гуппи» фирм «Азроспейе лайнз» и «Боинг». Предельным случаем модификации стандарт ного самолета для обеспечения транспортировки негабаритных грузов можно считать самолет «Беременный Гуппи», созданный на базе самолета

• «Боинг-377» «Стратокрузер» (рис. 14.13).

Рис. 14.13. Самолет «Боинг-377» «Стратокрузер» одной из необычных модификаций (конец 1950-х гг.).

Эту работу провела фирма «Аэроспейс лайнз». Верхняя часть фюзеляжа исходного самолета была значительно увеличена (14.14).

Рис. 14.14. Транспортный самолет «Беременный Гуппи» с турбовинтовыми двигателями и увеличенной верхней частью исходного самолета («Боинг-377»).

Эти самолеты использовались для перевозки негабаритных агрегатов космических летательных аппаратов из заводских цехов на сборочную площадку, а также отсеков фюзеляжей французских «Аэробусов» из агрегатных цехов фирм-субподрядчиков в основные сборочные цеха.

Так как не представлялось возможным вырезать в фюзеляже боковые люки достаточных размеров, для загрузки использовался люк в хвостовой части самолета. На первых моделях этого самолета для облегчения доступа в грузовой отсек отстыковывалась хвостовая часть фюзеляжа. Еще несколько самолетов «Гуппи» оснащались, вместо штатных поршневых двигателей мощностью 3500 л.с. (2570 кВт), турбовинтовыми двигателями мощностью 5700 л.с. (4190 кВт). На этих самолетах весь носовой отсек фюзеляжа (с кабиной экипажа и органами управления) откатывался вбок на носовой стойке шасси, а хвостовой отсек оставался на специальном ложементе (рис. 14.15).

Рис. 14.15. Самолет «Супер Гуппи», весь носовой отсек которого (с кабиной экипажа и органами управления) откатывается вбок на носовой стойке шасси для обеспечения загрузки.

Улучшение обзора из кабины экипажа

Улучшение обзора из кабины экипажа всегда являлось одной из главных задач проектировщиков боевой авиационной техники. Ниже описаны два оригинальных подхода к решению этой задачи.

• D-VI «Кондор».

Этот немецкий истребитель времен первой мировой войны был обычным во всех отношениях, кроме одного. Для улучшения обзора из кабины экипажа вперед и вверх на самолете отсутствовала центральная часть верхнего крыла (рис. 14.16).

Рис. 14 16. Немецкий самолет D-VI «Кондор». Для улучшения обзора из кабины экипажа вперед и вверх «вырезана» центральная часть верхнего крыла.

Такое техническое решение существенно улучшило обзор, но привело к значительному ухудшению аэродинамики самолета (что создатели самолета в то время, вероятно, недооценили).

В частности, отсутствие центральной части верхнего крыла приводило к резкому провалу в эпюре распределения подъемной силы по размаху (обычно зоне фюзеляжа на эпюре распределения соответствует максимум). Кроме потери подъемной силы из-за сходящих концевых вихрей, увеличилось аэродинамическое сопротивление крыла. Вне сомнения, этот способ улучшения обзора из кабины экипажа не был удачным проектным решением.

• BV 141 фирмы «Блом унд Фосс».

В Германии в 1938 г. был специально спроектирован для обеспечения воздушному наблюдателю максимального поля зрения однодвигательный самолет с тянущим винтом. Наблюдатель размещался в отдельной гондоле, установленной справа от фюзеляжа. Для обеспечения удовлетворительного обзора назад правая консоль горизонтального оперения была удалена (рис. 14.17). В целях балансировки самолета фюзеляж был смещен влево относительно осевой линии крыла.

Рис. 14.17. Немецкий самолет времен второй мировой войны BV 141 фирмы «Блом унд Фосс» с несимметричной компоновкой для обеспечения воздушному наблюдателю максимального обзора

Этот самолет нельзя признать особенно удачным. Было построено 13 таких машин. Часть из них проходила заводские испытания, а часть в период 1938–1944 гг. использовалась военно-воздушными силами Германии.

Когда монопланная схема спала входить в моду, многие авиационные конструкторы решили, что они смогут сделать чистыми (в аэродинамическом смысле) традиционные бипланы, исключив из конструкции вызывающие значительное сопротивление подкосы и расчалки. В теории все было прекрасно, на практике вес оказалось гораздо сложнее. Выяснилось, что в полипланных схемах поток, обтекающий смежные крылья, приводит к возникновению значительных по величине нагрузок, которые отсутствуют при обтекании изолированного крыла. Некоторые из самолетов этого типа, спроектированные по свободнонесущей схеме, к началу серийного производства «обрастали» расчалками и подкосами. Ниже описаны три наиболее характерных самолета этого типа.

• Триплан Фоккера V-3

Построенный в 1917 г. опытный самолет V-3 конструкции Фоккера отличался наличием свободнонесущих крыльев (рис. 14.18).

Рис. 14.18. Триплан Фоккера V-3 (1917 г.) с установленным только на центральных подкосах свободнонесущим верхним крылом.

Крутильная жесткость конструкции обеспечивалась путем соединения двух расположенных на малом расстоянии коробчатых лонжеронов фанерными листами. Этот самолет успешно летал, но отсутствие подкосов создавало психологические проблемы для летчиков. Для преодоления этих проблем на серийные самолеты (модели F-1 и DR-1) были установлены тонкие одиночные подкосы. Эти самолеты сделал знаменитыми известный летчик Манфред фон Рихтгофен. Установка подкосов не привела к снижению характеристик, а без расчалок удалось обойтись. Триплан Фоккера совершенствовался и стал одним из самых маневренных истребителей первой мировой войны.

• J-1 фирмы «Юнкерс»

Единственным бесподкосным бипланом, который строился серийно, стал созданный в конце 1917 г. немецкий самолет J-1 фирмы «Юнкерс». Суммарный объем производства этих машин достиг 227 экземпляров. Хотя в конструкции самолета подкосы все же были, они использовались исключительно для поддержки центральной секции крыла и передачи нагрузок от шасси; консоли крыла были выполнены по свободнонесущей схеме (рис. 14.19).

Рис. 14.19. Цельнометаллические самолеты со свободнонесущими крыльями J-1 фирмы «Юнкерс» (1917–1918 гг.).

J-1 стал также первым боевым цельнометаллическим самолетом. Единственными неметаллическими элементами конструкции были полотняная обшивка хвостовой части фюзеляжа и вертикального оперения, обтекатели колес и деревянный воздушный винт.

Самолет J-1 предназначался главным образом для ведения воздушного наблюдения с малых высот на переднем крае фронта. Условия применения самолета обусловили необходимость его бронирования (в немецкой системе обозначений военных самолетов времен второй мировой войны J-бронированный самолет). На данном самолете бронирование выполнялось как интегральный элемент конструкции, а не как набор бронеплит вокруг двигателя и кабины экипажа.

• «Кристмас Буллет»

Одним из новых американских самолетов конца 1918 г. стал бесподкосный полутораплан «Кристмас Буллет». Ожидалось, что он будет достигать высоких скоростей полета, используя двигатель мощностью 200 л.с. (147 кВт). Верхнее крыло самолета имело средства управления кривизной профиля, углами установки и поперечного V. Лонжероны центральной секции изготавливались из пружинной стали, поэтому при стоянке на земле крылья самолета (в районе законцовок) опускались вниз на 0,46 м, а в полете поднимались вверх примерно на такую же величину (рис. 14.20). В первых же полетах два самолета «Кристмас Буллет» потерпели катастрофу. После этого дальнейшие работы были прекращены. По-видимому, крылья этого самолета просто не обладали необходимой жесткостью на кручение.

Рис. 14.20. Американский полутораплан «Кристмас Буллет» (1919 г.) с гибкими свободнонесущими крыльями.

Морским самолетам всегда были свойственны специфические проблемы, в частности увеличение аэродинамического сопротивления из-за наличия поплавков. На некоторых летающих лодках удалось добиться снижения аэродинамического сопротивления за счет уборки поддерживающих крыльевых поплавков, но в целом проблема оставалась. В данном разделе описаны некоторые попытки решить эту проблему, а также несколько нетрадиционных морских самолетов.

• Истребитель с убирающимися поплавками «Урсимус»

Самолет был спроектирован в 1917 г. немецким авиационным конструктором Оскаром Урсимусом. Одной из основных проектных задач при разработке этого самолета было снижение аэродинамического сопротивления стандартных сдвоенных поплавков за счет их уборки в полете (рис. 14.21, 14.22).

Рис. 14.21. Немецкий морской истребитель «Урсимус» (1917 г.) с убирающимися поплавками для снижения аэродинамического сопротивления.

Рис. 14.22. Немецкий истребитель «Урсимус» (1917 г.) с убранными поплавками.

В ходе работ еще раз была подтверждена истина о том, что любое крупное изменение конструкции влечет за собой целый шлейф изменений. Так как носовые части поплавков летающих лодок обычно располагаются впереди воздушного винта для обеспечения устойчивости самолета на воде, уборка поплавков непосредственно вверх привела бы к повреждению винтов. На описываемом самолете воздушный винт был выдвинут вперед и приводился в движение с помощью удлинительного вала, соединенного с двигателем «Бенц» мощностью 150 л.с. (110 кВт).

• S-IV фирмы «Дорнье»

Эта построенная в 1918 г. летающая лодка, как и се предшественница 1917 г. — RS-III, являлась уникальной по своей компоновке. Самолет можно назвать поплавковым потому, что он имел традиционный фюзеляж. В то же время его можно назвать и летающей лодкой из-за того, что лет чик размещался в плавающей части аппарата (рис. 14.23).

Рис. 14.23. Самолет «Дорнье RS-IV» (1918 г.), который можно в равной степени считать и однопоплавковым гидросамолетом, и летающей лодкой.

На этих самолетах впервые были внедрены стабилизирующие поплавки, установленные на корпусе с помощью коротких подкосов (стабилизирующие поплавки использовались вместо обычных подкрыльевых поплавков).

Такое техническое решение впоследствии стало «фирменным» для летающих лодок «Дорнье» вплоть до конца второй мировой войны. Оно использовалось на ряде друг их известных летающих лодок «Чайна Клипнер» фирмы «Мартин» и «модель 314» фирмы «Боинг».

Характерной особенностью RS-IV и RS-III является размещение четырех тянущих и толкающих двигателей в двух гондолах между корпусом и расположенным по схеме «низкоплан» монопланным крылом. Оба самолета пережили мировую войну, но были уничтожены в соответствии с требованиями Версальского договора.

• В-20 «Блэкберн»

Построенный в 1940 г. английский самолет В-20 «Блэкберн» был результатом попытки создать «сверхчистую» в аэродинамическом смысле летающую лодку без необходимости делать корпус большого водоизмещения или устанавливать двигатели над крылом для обеспечения требуемого зазора между воздушными винтами и поверхностью воды. Днище корпуса представляло собой отдельную конструкцию, которая могла опускаться на подкосах, превращая самолет в однопоплавковый гидроплан (рис. 14.24). Крыльевые поплавки также были убирающимися и в полете превращались в законцовки крыла. Был построен один экземпляр этого самолета.

Рис. 14.24. Британский самолет В-20 «Блэкберн» (1940 г.), представляющий собой летающую лодку с днищем корпуса убирающимся поплавком. Во всех остальных отношениях это поплавковый гидросамолет с убирающимися основным и крыльевыми поплавками.

• 231-VI «Арадо»

Маленькие поплавковые разведывательные самолеты (различающиеся принципом складывания) с 1918 г. строились в экспериментальных целях для оценки возможности размещения на подводных лодках. Ни один из этих самолетов, за исключением нескольких японских периода второй мировой войны, не достиг стадии серийного производства. Одним из самолетов этого типа, интересным с точки зрения возможностей транспортировки на подводной лодке, был построенный в 1939 г. немецкий самолет 231-VI «Арадо» (рис. 14.25).

Рис. 14.25. Небольшой поплавковый разведывательный самолет 231-VI «Арадо», спроектированный в расчете на размещение на немецких подводных лодках.

Для складывания консолей крыла в направлении назад центральная секция крыла была выполнена на направляющих, которые позволяли при складывании правой консоли заходить под левую. После этого самолет размещался в водонепроницаемом контейнере на палубе подводной лодки (рис. 14.26). Был построен только один опытный экземпляр этого самолета.

Рис. 14.26. 231-VI «Арадо» в сложенном состоянии. Имеет наклонную центральную секцию и малый габаритный диаметр в сложенном состоянии.

• XF2Y-1 «Си Дарт» фирмы «Конвэр»

Разработанный в 1954 г. фирмой «Конвэр» самолет XF2Y-1 в воздухе выглядит как обычный реактивный истребитель с треугольным крылом. Какие-либо внешние признаки наличия поплавков или лодки-корпуса отсутствовали, что не позволяло идентифицировать самолет как гидроплан. Необходимости в таких элементах конструкции не было, поскольку плавучесть обеспечивалась водонепроницаемой конструкцией крыла и фюзеляжа. Находясь на плаву, самолет напоминал истребитель с треугольным крылом, который просто упал в морс и вот-вот затонет.

Такое инженерное решение позволяло свести к минимуму аэродинамическое сопротивление, характерное для обычной лодки с V-образным профилем днища и реданом. Предполагалось, что «Си Дарт» будет взлетать и садиться на широкие убирающиеся водные лыжи (рис. 14.27).

Как обычный истребитель XF2Y-1 имел достаточно высокие характеристики. Было построено пять опытных и экспериментальных самолетов такого типа. Серией самолет не выпускался.

Рис. 14.27. Истребитель XF2Y-1 фирмы «Конвэр» с треугольным крылом и парой убирающихся водных лыж.

В авиации существуют не только самые скоростные самолеты, но также самые большие и самые маленькие. Постройка крупного самолета обычно связана с большим объемом работ, что может потребовать многих лет и больших средств. Постройка же маленьких самолетов является делом, в котором на успех при минимальных финансовых затратах может рассчитывать любой энтузиаст.

Термин «самый маленький», однако, можно интерпретировать по-разному. Самолет может быть самым маленьким по размаху крыла, а также по массе или по мощности двигателя. В данном разделе описано два самолета, претендующих на титул «самого маленького».

• «Ви Би» К. Коварда

Спроектированный в 1948 г. профессиональным авиационным инженером Кеном Ковардом «Ви Би» в то время был объявлен «самым маленьким самолетом в мире» и по ряду параметров действительно являлся таковым. Имея традиционные пропорции, этот цельнометаллический самолет был настолько мал по размерам, что летчик не мог сесть в него - он размещался сверху в положении лежа (рис. 14.28). Размах крыла составлял 5,49 м, а масса пустого самолета 95 кг. Размеры и необычное положение летчика обеспечили «Ви Би» успех на различных авиационных выставках и показах.

Рис. 14.28. Миниатюрный цельнометаллический самолет «Ви Би» К. Коварда. Летчик не может сесть в него и размещается сверху в положении лежа.

Двухцилиндровый двигатель мощностью 20 л.с. (14,7 кВт) был аналогичен используемым на беспилотных мишенях. Лишь через 25 лет путем установки двухцилиндровых двигателей еще меньших размеров на дельтапланы удалось создать ультралегкие самолеты, имеющие массу пустого аппарата столь малую, что получить такие летательные аппараты масштабированием из традиционных конструкций не представляется возможным.

• «Скай Бэби» Р. Ститса

Одним из несомненных претендентов на звание «самого маленького самолета в мире» является «Скай Бэби» (рис. 14.29).

Рис. 14.29. Самый маленький в мире по величине размаха крыла самолет «Скай Бэби» Р. Ститса (1951 г.). Рядом стоит конструктор.

Построенный Реем Ститсом из Риверсайда (шт. Калифорния) в 1951–1952 гг., этот самолет имел обычный фюзеляж ферменной конструкции, сваренный из стальных труб, деревянные крылья и оперение с полотняной обшивкой. Силовая установка состояла из двигателя С-85 мощностью 85 л.с. (62,5 кВт) фирмы «Континенталь». Летчик размещался в обычной кабине. Крылья самолета, выполненные но бипланной схеме, имели высокую жесткость и были столь небольшими (размах 2,6 м), что подкосы и расчалки не применялись; по сути дела, если бы на обычном месте были установлены подкосы, то летчик просто не смог бы открыть дверь кабины самолета.

Имея площадь крыла всего лишь 3,3 м² и взлетную массу 205 кг, «Скай Бэби» был очень «шустрым» самолетом. Его максимальная скорость составляла 298 км/ч, крейсерская скорость 266 км/ч, а посадочная — 129 км/ч.

Существует множество, в общем, обычных самолетов, имеющих те или иные нетрадиционные конструктивные особенности. Этих самолетов слишком много, чтобы описать все. Рассмотрим только семь конструкций, представляющих особый интерес.

• А-2 «Тяни-Толкай» фирмы «Спад»

К 1916 г. союзники еще не разработали синхронизатор для стрельбы через воздушный винт, что было необходимо для борьбы с немецкими истребителями «Фоккер». Пытаясь создать истреби «ель, обладающий способностью ведения огня в переднюю полусферу, сравнимой с возможностями неуклюжих самолетов с толкающими винтами (в то время как лучшие летно-технические характеристики имели самолеты с тянущими винтами), французская фирма «Спад» разместила стрелка в гондоле, закрепленной перед воздушным винтом. Во всех остальных отношениях это был обычный самолет. Гондола устанавливалась на подкосах, выходящих из стоек шасси, и на двойной балке, соединенной с верхним крылом (рис. 14.30).

Рис. 14.30. Французский самолет А-2 «Спад» (1916 г.), обладающий способностью вести огонь в переднюю полусферу, характерной для самолетов с толкающими винтами, и летно-техническими характеристиками самолетов с тянущими винтами Стрелок размещен в гондоле, закрепленной перед воздушным винтом.

Самолет получил прозвище «Тяни-Толкай» и выпускался ограниченной серией. Его карьера закончилась после того, как союзники разработали синхронизатор и стали строить знаменитые одноместные истребители «Спад» VII и XIII.

• «Бонанза» с V-образным оперением фирмы «Бич»

Начиная с середины 1960-х гг. многие авиационные конструкторы использовали схему с V-образным оперением («бабочка»). Горизонтальные поверхности стабилизатора отклонялись вверх на угол 30° (или даже больший), образуя подобие буквы V. Рули такого оперения выполняют двойную функцию-управления по тангажу и по рысканию.

Считается, что такое техническое решение позволяет снизить массу конструкции и ее аэродинамическое сопротивление, а в некоторых случаях повысить эффективность управления. С другой стороны, летчики, которые летали на самолетах с оперением такого типа, часто отмечают наличие некоторой путевой неустойчивости (самолет «водит»).

Построенные до второй мировой войны самолеты этой схемы были чисто экспериментальными. Только в 1947 г. появился первый массовый самолет такого типа - «Бонанза 35» фирмы «Бич». Впоследствии появилось несколько других серийных машин, главным образом во Франции, но именно V-образное оперение и «Бонанза» сделали друг друга знаменитыми (рис. 14.31).

Рис. 14.31 «Бонанза», модель 35, фирмы «Бич» с характерным V-образным оперением. Создана в 1947 г. и до сих пор находится в серийном производстве.

Помимо своего оперения (были варианты и с традиционной схемой), «Бонанза» имеет еще одну характерную особенность эта машина находится в серийном производстве без перерыва с 1947 г. по сегодняшний день, т. е. больше, чем любой другой самолет за все время существования авиации, и конца этому производству пока не видно. Кое-кто может оспаривать это утверждение па основании того, что знаменитый «Каб» находится в серийном производстве с 1931 г., но этот самолет строился двумя разными фирмами (сначала «Тейлор», а затем «Пайпер»), имел несколько обозначений и не выпускался в течение шести месяцев, когда в 1947 г. фирма «Пайпер» была закрыта. Кроме того, фирма продала авторские права на этот самолет в 1982 г.

• F4U «Корсар» с крылом типа «обратная чайка» фирмы «Воут»

Одним из наиболее эффективных истребителей авиации ВМС США в период второй мировой войны был F4U «Корсар», который часто называли «Птичкой со сломанным крылом». Схема крыла была выбрана не по аэродинамическим соображениям, а по ряду конструктивно-компоновочных причин. На самолете устанавливался двигатель R-2800 «Дабл Уосп» мощностью 2000 л.с. (1470 кВт) фирмы «Пратт-Уитни» с большим воздушным винтом. Попутно конструкторы стремились выполнить требования ВМС по размещению самолета на авианосце, что заставило их укорачивать стойки шасси.

Основные стойки шасси убирались назад с поворотом колес на 90° и размещением их в нишах около задней кромки крыла. В случае крыла без излома из-за большого диаметра воздушного винта стойки шасси пришлось бы сделать слишком длинными, что не позволяло убирать их назад. Поэтому укорочение шасси при сохранении необходимого зазора между воздушным винтом и землей привело к появлению крыла типа «обратная чайка» (рис. 14.32). Отрицательная V-образность корневой части крыла компенсировалась поперечным углом консолей.

Рис. 14.32. Знаменитый F4U «Корсар» фирмы «Воут». Хороший пример использования крыла типа «обратная чайка» для укорочения стоек шасси.

Опытный самолет XF4U-1 выполнил первый полет 29 мая 1940 г. Эти самолеты находились на вооружении вплоть до 1955 г. (и еще несколько лет в резерве). В США самолет был единственным довоенным, производство которого продолжалось и после войны. Последний самолет был поставлен в декабре 1952 г.

• «Экстра Лифт» Дж. Белланка

Американец итальянского происхождения Джузеппе Белланка спроектировал свой первый самолет в 1911 г. К 1922 г. он разработал и построил моноплан с довольно высокими характеристиками, который отличался рядом особенностей. Во-первых, профилированные подкосы крыла имели довольно большую хорду и, действуя как маленькие крылья, создавали дополнительную подъемную силу (рис. 14.33). Во-вторых, верхняя часть фюзеляжа имела форму аэродинамического профиля. По замыслу конструктора фюзеляж также должен был создавать дополнительную подъемную силу.

Рис. 14.33. Самолет «Экстра Лифт» Белланка (1926–1939 гг.). Широкие профилированные подкосы крыла создают дополнительную подъемную силу.

Несущие подкосы работали довольно хорошо. Эта идея была впоследствии использована в период с 1927 по конец 1930-х гг. на самолетах СН, «Пейсмейкер» и «Скайрокет», где обычные стальные подкосы закрывались профилированными обтекателями с большой хордой. Белланка построил несколько других самолетов (наиболее известны из них «Аэробус» R-200 и «Эркрузер» 1931–1935 гг.), у которых подкосы расходились из точки от силового узла в районе заднего лонжерона, а пространство между ними образовывало дополнительную несущую поверхность (рис. 14.34).

Рис. 14.34. На моделях Белланка «Аэробус R-200» и «Эркрузер» подкосы расходились из точки в районе заднего лонжерона, а пространство между ними образовывало дополнительную несущую поверхность.

Аэродинамическая профилировка верхней части фюзеляжа имела скорее рекламный характер. Попробуем проанализировать этот несущий фюзеляж как обычное крыло. Если бы он создал заметную подъемную силу, то любое изменение положения его центра давления влияло бы на балансировку самолета. Кроме того, удлинение несущего фюзеляжа (как крыла) было значительно меньше единицы, что вело к увеличению индуктивного сопротивления. И, наконец, «законцовки» (стенки фюзеляжа) были расположены так близко друг к другу, что вихревое сопротивление свело бы на нет любой прирост подъемной силы.

• В-47 фирмы «Боинг» с тормозным парашютом

Интересный во многих отношениях бомбардировщик В-47 имел тормозной парашют, используемый в качестве воздушного тормоза. Плохая приемистость первых реактивных двигателей привела к тому, что при необходимости ухода на второй круг самолет типа В-47 не мог резко повысить обороты двигателей. Для выполнения посадки при повышенной тяге двигателей на подходе к полосе выпускался специальный тормозной парашют (рис. 14.35).

Рис. 14.35. В-47 с выпущенным для снижения посадочной скорости тормозным парашютом на подходе к взлетно-посадочной полосе.

Его размеры были значительно меньше, чем у обычного тормозного парашюта, который выпускался после касания земли для сокращения пробега. Тем не менее сопротивление этого выпускного устройства было достаточным для стабилизации посадочной скорости при повышенной тяге двигателей. При необходимости ухода на второй круг летчик отцеплял парашют и несколько увеличивал обороты двигателя.

• «Бич с отрицательным выносом» фирмы «Бичкрафт»

Бипланы с отрицательным выносом крыльев (т. е. самолеты, у которых верхнее крыло размещалось несколько позади нижнего) относительно редки; положительный вынос крыльев для бипланов представляется универсальным техническим решением.

Следует отметить, что было построено очень мало бипланов с нулевым выносом крыльев.

Уолгер Бич имел две причины применить отрицательный вынос крыльев на своем самолете «модель 17», построенном в 1933 г. Расположение нижнего крыла несколько впереди обеспечивало хорошую конструктивную опору для крепления основных стоек шасси (которое на ранних моделях самолета было неубирающимся, а на последующих убиралось в специальные ниши). Смешение верхнего крыла назад обеспечивало летчику максимальный обзор из четырехместной кабины (рис. 14.36).

Рис. 14.36. Самолет «модель 17» фирмы «Бичкрафт» (1933 г.) с отрицательным выносом верхнего крыла.

Бипланы в то время являлись наиболее распространенным типом самолетов. Тем не менее неофициальным прозвищем «Бич с отрицательным выносом» авиационная общественность выделила этот самолет из всех бипланов. Интересной лексической особенностью является то, что в процессе употребления из указанного «прозвища» выпало слово «отрицательный», как имеющее негативный характер, и в дальнейшем самолет назывался просто «Бич с выносом».

«Бич 17» выпускался сразу после окончания второй мировой войны, а в настоящее время является одним из самых популярных среди любителей «авиационного антиквариата».

• «Велоплан» Герхарда

Во многих отношениях нетрадиционным самолетом был «Велоплан», построенный Герхардом в начале 1920-х гг. Во-первых, он не имел традиционной силовой установки — воздушный винт приводился в движение летчиком посредством педалей и цепной передачи. Конструктора не смутил тот факт, что попытки создания летательного аппарата с таким приводом, предпринимавшиеся многими авиаторами с начала века, заканчивались неудачей. Он считал, что это связано с плохой аэродинамикой первых мускулолетов, а ему удастся решить эти проблемы. Герхард знал, что крылья большого удлинения имеют низкое индуктивное сопротивление, однако при ограниченном размахе крыльев большое удлинение ведет к уменьшению площади. Поэтому он увеличил число крыльев до девяти, начисто забыв о дополнительном сопротивлении подкосов и расчалок, интерференции соседних крыльев т. е. обо всем, что ограничило в свое время количество крыльев на полипланах до трех. Конструкция «Велоплана» характеризуется легко заметным на рис. 14.37 низким качеством исполнения. В процессе рулежки на высокой скорости или, возможно, при попытке взлета крылья самолета сложились; на лом эксперимент и закончился. Прошло еще более полувека до того, как был успешно осуществлен первый полет летательного аппарата с мускульным приводом.

Рис. 14 37. Семикрылый «Велоплан» Герхарда с воздушным винтом, приводящимся в движение летчиком посредством педалей и цепной передачи.