Летательные аппараты нетрадиционных схем

Глава 2 Самолеты с крыльями схемы «тандем»

Большинство созданных в процессе развития авиационной техники самолетов с тандемными крыльями имели два крыла, которые устанавливались на противоположных концах фюзеляжа. Каждое из этих крыльев создавало, как правило, примерно половину суммарной аэродинамической силы. В истории авиации известно несколько самолетов с крыльями схемы «тандем», у которых в центральной части фюзеляжа устанавливалось третье крыло. Некоторые из этих самолетов летали, но высокие характеристики ни на одном из них достигнуты не были.

ДОСТОИНСТВА

Одной из побудительных причин создания самолетов с тандемными крыльями является представление о том, что таким, образом можно получить большую площадь несущей поверхности, чем в случае использования одного крыла и небольшого горизонтального оперения на самолете той ' же геометрической размерности (в пределах тех же размаха крыла и длины фюзеляжа).

Одним из первых практических выводов, который сделали создатели первых летательных аппаратов, стало понимание принципиальной важности такого параметра, как удельная нагрузка на крыло - число килограммов массы самолета, приходящихся на квадратный метр площади крыла. Средние персональные самолеты сегодняшнего дня типа «Цессна-152» имеют нагрузку на крыло порядка 50–60 кг/м². На заре авиации величина этого параметра обычно составляла 6–7 кг/м²; несмотря на это, пионеры авиации боролись за экономию каждой унции массы своих летательных аппаратов. Маломощные силовые установки тех лет делали каждый лишний килограмм массы конструкции самолетов серьезным препятствием на пути к желаемой цели.

Одним из путей снижения нагрузки на крыло является увеличение его площади. В прошлом, когда самолеты были относительно легкими, можно было достичь большего темпа увеличения площади крыла по сравнению с массой его конструкции, поэтому превращение обычного горизонтального оперения в крупную несущую поверхность, аналогичную крылу, было очень естественным делом. Кроме того, при использовании крыльев схемы «тандем» гораздо проще получить заданную площадь крыла при небольшом размахе без необходимости преодолевать конструктивные сложности и снижать сопротивление интерференции, характерное для бипланных схем.

НЕДОСТАТКИ

В приведенных выше рассуждениях обычно не учитывается тот факт, что создание самолетов с крыльями схемы «тандем», помимо описанных выгод, сопровождается увеличением массы планера; наряду с увеличением подъемной силы возрастают аэродинамическое сопротивление и моменты инерции, что в результате ведет к необходимости использования более мощной силовой установки.

В первых самолетах тандемной схемы, крылья которых были построены с использованием несовершенных профилей, характеризующихся значительным изменением положения центра давления при изменении угла атаки (из-за изменения скорости), обычно возникали серьезные проблемы с продольной балансировкой летательного аппарата. Обычно по мере увеличения скорости и уменьшения угла атаки центр давления большинства профилей сдвигается назад. Так как оба крыла имеют примерно одинаковую несущую способность, центр масс самолета должен находиться примерно посередине между ними (а не вблизи центра давления, как это обычно делается на самолетах традиционных схем). По мере того, как центр давления на обоих крыльях сдвигается назад, создаваемый передним крылом момент (на плече, равном расстоянию от центра давления до центра масс) уменьшается, а создаваемый задним крылом момент увеличивается. Такое неблагоприятное изменение моментов обычно превышает возможности балансировочных поверхностей (рулей высоты или триммеров), и самолет начинает пикировать. Самолеты с узким диапазоном полетных скоростей (типа планеров и ультралегких летательных аппаратов) или современные самолеты, на которых используются профили с нулевым сдвигом центра давления, как правило, не сталкиваются с этой проблемой, но в то же время и не демонстрируют существенных преимуществ, которые могли бы перевесить присущие данной схеме недостатки.

Еще одной характерной для таких схем проблемой является более высокий по сравнению с традиционными схемами момент инерции в канале тангажа (при движении относительно поперечной оси самолета). На самолетах традиционных схем эта ось находится довольно близко к центральной линии крыла, и момент инерции в канале тангажа ограничивается массой фюзеляжа.

На самолетах с тандемными крыльями ось движения тангажа находится примерно посередине между крыльями. В дополнение к необходимости поднять фюзеляж, например, вверх в движении тангажа, необходимо переместить вверх массу переднего крыла и вниз-массу заднего крыла. Таким образом, возникает необходимость перемещения значительной дополнительной массы; кроме того, требуется и большая по величине управляющая сила. Возникает и еще один недостаток с точки зрения аэродинамики значительно увеличивается балансировочное сопротивление.

На некоторых самолетах с крыльями схемы «тандем» используются рули высоты, размещенные непосредственно на крыльях (на других самолетах этой схемы органы управления по тангажу размещены на традиционном горизонтальном оперении). В некоторых случаях рули направления находятся в пределах размаха крыльев (обычно заднего); в других же случаях рули направления устанавливаются в хвостовой части самолета.

В целом можно сказать, что самолеты с крыльями схемы «тандем» оказались наименее удачными из всех нетрадиционных схем летательных аппаратов, но технические возможности сегодняшнего дня дают этой схеме еще один шанс доказать свою жизнеспособность и целесообразность.

Первым (и, без сомнения, знаменитым) самолетом с крыльями схемы «тандем» стал построенный в 1903 году самолет «Аэродром» (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Самолет с тандемными крыльями «Аэродром» С. Лэнгли, установленный для катапультного старта на р. Потомак в октябре 1903 г.

Профессор Сэмьюэл Пирпойнт Лэнгли был выдающимся ученым и секретарем просветительской организации «Смитсонский институт», которая финансировала в 1890-х гг. его исследования в области авиации и воздухоплавания. Подход Лэнгли к решению проблемы полета отличался высокой научной систематичностью. Он построил и провел в 1896 г. успешные летные испытания модели (в масштабе 1/4 с силовой установкой на основе парового двигателя) предложенного им проекта самолета «Аэродром». В 1903 году он испытал аналогичную модель с бензиновым двигателем. По своей конструкции эти модели представляли собой летательные аппараты с тандемными крыльями и крестообразным оперением, расположенным за задним крылом. Крестообразное оперение имело вертикальные и горизонтальные поверхности, расположенные под прямым углом. На самолете Лэнгли (и некоторых других самолетах) все вертикальное оперение устанавливалось на шарнире, относительно которого обеспечивался поворот для выполнения функции либо руля направления, либо руля высоты. Самолет Лэнгли не имел органов управления в канале крена. Устойчивость обеспечивалась за счет использования V-образности крыльев. Было осуществлено несколько прямолинейных полетов на дальность до 1300 м. Для взлета использовалась катапульта.

В 1903 г. Лэнгли построил натурный образец своего самолета «Аэродром». Размах крыла самолета составлял 14,77 м, длина 15,99 м, взлетная масса 340 кг, а площадь крыла 96,75 м², что обеспечивало получение удельной нагрузки на крыло — 0,17 кг/м².

Подобрать подходящую силовую установку не удалось, и летчик самолета Чарльз Мэнли спроектировал и построил замечательный для того времени пятицилиндровый радиальный двигатель воздушного охлаждения мощностью 52 л. с. (39,2 кВт) массой 56,2 кг. Двигатель устанавливался поперек фюзеляжа. Выходящие по обе стороны двигателя валы вращали конические шестерни, которые приводили в движение валы с установленными на них воздушными винтами. Вращение винтов осуществлялось в противоположных направлениях для нейтрализации крутящего момента.

Самолет не имел шасси. «Аэродром» должен был катапультироваться с крыши ангара, а затем приводняться на водную поверхность. Первый полет был запланирован на 7 октября 1903 года. В случае успеха «Аэродром» стал бы первым летательным аппаратом тяжелее воздуха с человеком на борту, совершившим управляемый полет с силовой установкой. Однако этого не произошло.

До сих пор не ясно, что же случилось на самом деле в день первого полета. Вероятнее всего, одна из расчалок конструкции зацепилась за катапульту, что привело к падению «Аэродрома» в реку. Повреждения самолета были невелики и он снова был готов к полету 8 декабря.

И вновь произошла неудача по столь же неопределенным причинам. Некоторые члены группы испытателей утверждали, что расчалка снова зацепилась за катапульту, другие же говорили, что заднее крыло разрушилось под воздействием воздушной нагрузки вследствие неправильной установки расчалок и недостаточной прочности. Так или иначе, самолет был разрушен, и Лэнгли прекратил работы по этому проекту.

В 1914 году авиационный промышленник Гленн Кертисс вел свою знаменитую судебную кампанию против братьев Райт, целью которой было доказательство неправильности выдачи им патента на их самолет. В попытках доказать свою правоту Г. Кертисс приводил в качестве примеров все типы летательных аппаратов, созданных до братьев Райт и способных совершать управляемый полет с силовой установкой. В результате этой деятельности Кертисс получил разрешение от Смитсонского института восстановить разрушенный самолет Лэнгли «Аэродром».

Кертисс ввел ряд принципиальных изменений в конструкцию крыла и систему расчалок (что впоследствии подверглось острой критике со стороны Орвилла Райта) и установил самолет на поплавки. В процессе этих усовершенствований площадь крыла была уменьшена до 92 м², а масса самолета увеличена до 530 кг, что привело к увеличению нагрузки на крыло до 0,24 кг/м². 28 мая 1914 года «Аэродром» выполнил короткий полет (со своими исходными двигателем и винтомоторной группой), но затем Кертисс установил более мощный двигатель V-8 и одиночный винт в носовой части фюзеляжа. На этом самолете он провел исследования тандемных крыльев (рис. 2.2, 2.3).

Рис. 2.2. После первых неудач «Аэродром» был переделан Г. Кертиссом в гидросамолет. На показанном снимке самолет оснащен двигателем и воздушным винтом в исходном варианте (образца 1914 г.).

Рис. 2.3. «Аэродром» с двигателем Кертисса и размещенным в носовой части одиночным винтом.

Смитсонский институт затем восстановил «Аэродром», приведя его к тому виду, который самолет имел в 1903 г., и выставил в своей экспозиции, сопроводив надписью, гласящей, что это «первый в мире летательный аппарат тяжелее воздуха, способный выполнять полет с человеком на борту». Это заявление так рассердило Орвилла Райта, что в 1928 г. он отправил свой восстановленный «Флайер» 1903 года не в американский, а в английский авиационный музей. Этот самолет так и находился в Англии до конца второй мировой войны, когда надпись около самолета Лэнгли была изменена и «Флайер» вернулся в Америку.

Австрийский изобретатель Вильгельм Кресс занимался проблемой пилотируемого полета, продвигаясь по тому же, что и Лэнгли, пути, даже не подозревая о существовании своего американского коллеги. Так же, как и Лэнгли, он выполнил летные испытания моделей в 1898-99 гг., однако вращение воздушных винтов этих моделей осуществлялось с помощью приводной ленточной передачи.

Затем Кресс построил натурный образец морского самолета с тремя расположенными тандемномонопланными крыльями и крестообразным хвостовым оперением. Бензиновый двигатель был размещен в центральной части фюзеляжа и приводил два толкающих воздушных винта, которые устанавливались над корпусом (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Австрийский самолет «Кресс» с тремя тандемными крыльями (1901 г.)

Первые испытания были проведены в октябре 1901 года, но аппарат перевернулся при маневрировании на воде перед взлетом. Самолет получил значительные повреждения, и Кресс прекратил работы над проектом.

Даже в том случае, если бы самолет взлетел, представляется весьма сомнительным, что он смог бы летать. Его конструкция не имела средств управления в канале крена, а угол поперечного V крыла равнялся 0°, что недостаточно для обеспечения устойчивости по крену, в отличие от самолета Лэнгли. Кроме того, конструкция крыла явно не обладала достаточной прочностью. Поэтому, может быть, и не так плохо, что этот самолет все же не поднялся в воздух. Аналогичные замечания можно было бы высказать и о нескольких других конструкциях тех лет, которые имели вполне удовлетворительную для выполнения полетов аэродинамику, но явно не подходящую для этой цели конструкцию.

На заре развития авиации в различных странах мира многие изобретатели практически одновременно работали над проблемами пилотируемого полета, не зная, что делают другие. Успех, который увенчал работу братьев Райт в декабре 1903 года, прошел практически незамеченным, и все остальные авиаторы продолжали проводить свои исследования независимо.

Во Франции Габриэль Вуазен строил летательные аппараты собственной конструкции и по проектам других авиаторов. В 1905 г. он построил для Луи Блерио (по его проекту) летательный аппарат, оснащенный передним горизонтальным оперением и тандемными бипланными крыльями и оснастил его двумя поплавками. Впоследствии эта машина получила обозначение «Блерио-II».

По схеме планер представлял собой «чистый» тандем; его заднее крыло имело лишь несколько меньший размах, чем переднее. В передней части летательного аппарата устанавливалось небольшое ПГО (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Тандемный планер «Вуазен-Блерио» с поплавковым шасси (1905 г.).

Планер выполнил ряд успешных полетов над Сеной. Буксировка планера осуществлялась скоростной моторной лодкой. Следует отметить, что планер фактически не обладал путевой устойчивостью. Он летал на привязи, а путевая устойчивость планера обеспечивалась вертикальными панелями, действие которых усиливалось мощным тянущим усилием буксирного троса.

Хотя «Блерио-II» так и не выполнил свободных полетов, он считается первым пилотируемым летательным аппаратом, взлетевшим с поверхности воды.

Одной из наиболее серьезных, хотя и неудачных, попыток разработки конструкций для пилотируемого полета являлся «тандем» Ч. Джонса (рис. 2.6) — аппарат весьма оригинальный даже по понятиям 1905 г.

Рис. 2.6. Тандемный биплан Джонса (1905 г.).

Этот самолет был спроектирован и построен Чарльзом Оливером Джонсоном из г. Дейтон (шт. Огайо). В качестве силовой установки использовался разработанный Гленном Кертиссом двигатель воздушного охлаждения мощностью 25 л. с. (18,37 кВт). Кертисс был организатором производства велосипедов и мотоциклов; в то время он еще не занимался авиастроением, хотя и поставлял некоторые из своих легких двигателей создателям дирижаблей. Аппарат Джонса был первым летательным аппаратом тяжелее воздуха, который увидел Кертисс (на фотографии рис. 2.6 он изображен слева и держится рукой за расчалку).

Двигатель, размещенный в средней части самолета, через систему валов и шестеренок приводил в действие два воздушных винта. Схема силовой установки напоминала разработанную Лэнгли для своего самолета. Самолет Джонса не взлетел - он оказался настолько тяжел, что двигатель мощностью 25 л. с. мог разогнать его даже на земле только до скорости около 14 км/ч. Крылья самолета были лишены профилировки и представляли собой одиночные плоские поверхности, поэтому, вероятно, самолет смог бы летать лишь как воздушный змей при больших углах атаки.

Существенной по тем временам конструктивной особенностью самолета являлось его шасси, которое оказало значительное влияние на разработанные Кертиссом конструкции - шасси состояло из трех колес, позволявших увеличивать угол атаки при взлете, что являлось заметным шагом вперед по сравнению в полозковым шасси самолетов братьев Райт.

Наиболее интересным из первых летательных аппаратов с крыльями схемы «тандем», несомненно, являлся планер, построенный в 1905 году профессором университета Св. Клары в Калифорнии Джоном Д. Монтгомери. Этот летательный аппарат был основан на технических принципах, разработанных Лэнгли. За тандемными крыльями располагалось крестообразное хвостовое оперение, а управление в канале крена обеспечивалось путем отклонения аэродинамических поверхностей, связанных с телом летчика тросовой проводкой (рис. 2.7), что несколько напоминало систему управления на самолетах братьев Райт.

Рис. 2.7. Удачный тандемный планер Монтгомери (1905 г.).

Монтгомери не был летчиком, поэтому полеты на планере выполнял профессиональный акробат Дэниэл Мэлони. Планер подвешивался под аэростатом. Затем Мэлони должен был освобождать планер, демонстрировать выдающуюся по тем временам маневренность аппарата и совершать посадку. К сожалению, во время отделения планера от аэростата одна из расчалок зацепилась за трос, а после того, как летчику удалось ее освободить, сложилось одно из крыльев. В результате катастрофы летчик погиб. Монтгомери впоследствии прекратил работы но тандемным схемам и строил самолеты традиционных схем с тянущим винтом. На одном из них в 1911 г. разбился и он.

В начале века во Франции происходил настоящий авиастроительный бум. Одним из лидеров французского авиастроения тех лет стала фирма «Вуазен». Созданный в 1907 г. тандемный биплан был достаточно характерным для своего времени. Этот самолет можно относить к схеме «тандем», так как горизонтальное оперение было увеличено по размаху и имело профилировку, обеспечивающую создание значительной по величине подъемной силы. С таким же успехом этот самолет можно считать и «уткой» ввиду наличия на нем переднего руля высоты (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Французский тандемный биплан (1907 г.). Отметим опущенный вниз носок поверхности ПГО.

Для обеспечения балансировки аппарата в горизонтальном полете приходилось сильно отклонять вниз руль высоты; вероятно, установочный угол переднего крыла был слишком велик по отношению к углу установки заднего крыла, из-за чего необходимую балансировку можно было обеспечить лишь отклонением руля высоты, расположенного в носовой части фюзеляжа.

Такая схема отклонения поверхностей приводит к возникновению значительного балансировочного сопротивления, что становится серьезным препятствием при выполнении полетов для самолетов, оснащенных маломощными силовыми установками.

Следует сказать, что и сегодня потери на балансировку зачастую вызывают снижение скорости создаваемых самолетов.

О французском тандемном биплане «Цезарь» известно очень немногое. Для историков авиации осталась лишь фотография (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Французский тандемный самолет «Цезарь»

Этот самолет является характерным для ряда проведенных в 1907–1911 гг. экспериментов, которые окончились неудачей и были забыты. Создавшие эти самолеты авиаторы стали строить аппараты других типов, а финансировавшие их фирмы потерпели крах.

В ранних вариантах летательный аппарат «Цезарь» оснащался двумя воздушными винтами, приводимыми в движение с помощью цепной передачи от двигателя, установленного в центральной части фюзеляжа. Показанная на фотоснимке модель оснащалась одним воздушным винтом с непосредственным приводом, причем спутный след винта проходит через зону размещения летчика. Оба крыла имеют профилировку на участке от носка до заднего лонжерона, а за ним представляют собой плоскую поверхность. Главной особенностью самолета является наличие двух крыльев для уменьшения размаха при заданной площади. Управление самолетом по крену осуществлялось с помощью элеронов (аналогично тому, как это делается на самолете Кертисса 1909 года); для управления по тангажу самолет оснащался передним горизонтальным оперением. Позади заднего крыла были установлены сдвоенные рули направления.

В отличие от сложного по своей конструкции самолета «Цезарь» небольшой французский летательный аппарат «Кёшлэн», построенный в 1908 г., представляет собой предельно упрощенный вариант той же самой принципиальной схемы. В то же время «Кёшлэн» обладал рядом довольно интересных конструктивных особенностей.

Пространство между передним и задним верхними крыльями было также заполнено несущей поверхностью. Применительно к этому самолету можно было говорить о тандемном расположении только нижних крыльев (рис. 2.10).

До нас дошло очень мало сведений об этой машине; представляется маловероятным то, что она когда-либо летала во-первых, из-за явно недостаточной мощности двигателя с толкающим винтом, а во-вторых, из-за отсутствия профилировки несущих поверхностей.

Рис. 2.10. Маленький французский тандемный самолет «Кёшлэн» (1908 г.).

Одной из наиболее удачных конструкций самолетов с тандемными крыльями раннего периода развития авиации стал немецкий самолет «Эртц W.6 Шунер», созданный в 1916 г. (рис. 2.11). Этот самолет летал в течение довольно длительного времени и был принят военно-морскими силами Германии на вооружение в качестве самолета воздушной разведки.

Рис. 2.11. Самолет авиации ВМС Германии «Эртц W.6 Шунер» (1916 г.)

В конструкции этого самолета реализован принцип Лэнгли, состоящий в использовании раздельных поверхностей оперения, расположенных за коротким корпусом и состоящих из традиционного неподвижного стабилизатора и вертикального оперения с рулями высоты и направления. Элероны были размещены на переднем верхнем крыле.

В фюзеляже располагались два двигателя фирмы «Мейбах» мощностью 240 л. с. (176.4 кВт); каждый из них приводил в движение толкающий винт, расположенный за передним крылом. «Эртц W.6» имел размах крыла около 20 м и довольно значительную взлетную массу 5020 кг, поэтому максимальная скорость полета самолета составляла всего 117 км/ч. Управление по крену не отличалось высокой эффективностью, поэтому на задних крыльях впоследствии также были установлены элероны.

Голландский авиационный конструктор Ангони Фоккер открыл авиастроительный завод в Германии в 1913 г. и стал одним из основных производителей немецких самолетов-истребителей вплоть до 1918 г. Широко известен его небольшой триплан Dr-1, принятый на вооружение в середине 1917 г. На этом самолете успешно летали такие знаменитые летчики, как Манфред фон Рихтгофен по прозвищу «Красный барон».

Фоккер являлся одним из наиболее талантливых конструкторов авиационной техники. В период с 1913 по 1918 гг. он построил более 50 различных моделей самолетов.

Небольшой триплан Фокксра, как и все остальные машины его конструкции, имел ряд модификаций, наиболее необычной из которых стал «тандем», получивший название V.8. Самолет имел удлиненный фюзеляж, а звездообразный двигатель мощностью 110 л. с. был заменен на рядный двигатель водяного охлаждения мощностью 160 л. с. (117,6 кВт). Стандартный комплект трех крыльев прямоугольной формы был установлен в носовой части самолета, а новый бипланный комплект таких же крыльев - в центральной части; наконец, штатное для самолета Dr-1 хвостовое оперение располагалось в хвостовой части фюзеляжа (рис. 2.12).

Фоккер сам испытывал все новые модели; сообщалось, что он выполнил один полет на этом своеобразном пятикрылом самолете, безопасно приземлился, после чего приказал разобрать аппарат.

Рис. 2.12. Немецкий самолет «Фоккер V.8» конца 1917 г. с тандемными крыльями и хвостовым оперением.

Наиболее амбициозным проектом летательного аппарата с тандемным крылом за всю историю авиации стал итальянский «летающий плавучий дом» СА-60 фирмы «Капрони», созданный в 1920 г. Фирма «Капрони» была известна своими гигантскими двухфюзеляжными бомбардировщиками в период первой мировой войны. Масштабы СА-60 наилучшим образом выражаются на итальянском языке словом «капрониссимо».

«Летающий плавучий дом» СА-60 оснащался тремя комплектами трипланных крыльев, оставшихся от бомбардировщиков времен первой мировой войны. Эти крылья устанавливались над стоместным корпусом, который действительно больше напоминал плавучий дом, чем любой из известных самолетов (рис. 2.13). Суммарная площадь девяти крыльев составляла 837 м² (лишь один самолет в истории авиации имел большую площадь крыла - гигантская летающая лодка «Хьюз Н-4», построенная в 1947 г.).

Рис. 2.13. 100-местный самолет СА-60 фирмы «Капрони» (1920 г.). По счастливой случайности был поврежден в первом непродолжительном полете, после чего не использовался.

Центральные крылья каждого трипланного набора соединялись двумя параллельными коробчатыми конструкциями, напоминающими фюзеляжи. В каждой из таких конструкций (передней и задней) размещался двигатель «Америкен Либерти» мощностью 400 л. с. (294 кВт). Дополнительные силовые установки, состоящие из одного толкающего и одного тянущего двигателей, были расположены между фюзеляжами в переднем и заднем трипланных наборах крыльев. Таким образом, самолет оснащался восемью двигателями. На всех девяти крыльях были установлены элероны, но задние элероны выполняли также функции рулей высоты. Вертикальные кили и рули направления были установлены с внешней стороны фюзеляжей между всеми задними крыльями.

СА-60 выполнил лишь один непродолжительный прямолинейный полет; к счастью, в конце полета самолет был настолько поврежден, что это послужило достаточным основанием для прекращения дальнейших работ.

Наиболее успешной реализацией концепции летательного аппарата с тандемным крылом был французский планер Пейре, построенный в 1923 г. Планер был спроектирован в то время, когда послевоенную Европу вновь захлестнула волна увлечения планерным спортом. Это движение сначала возродилось в Германии, которой было запрещено по условиям Версальского договора иметь военную и, частично, гражданскую авиацию. Популярность планерного спорта затем распространилась на Францию и Англию, и вскоре стали проводиться международные соревнования по этому виду спорта.

В ходе первых соревнований планеры просто стартовали от точки запуска (обычно на каком-нибудь холме) и приземлялись в расположенную внизу долину. В соревнованиях оценивалась дальность или продолжительность полета. В любом случае наиболее коротким путем к успеху было создание планера с минимальной нагрузкой на крыло. Проектировщики быстро обнаружили, что увеличение площади крыла за счет использования бипланной схемы не дает желаемых результатов: сопротивление интерференции крыльев значительно превосходило любое преимущество, связанное с малой нагрузкой на крыло, которое, как предполагалось, будет уменьшать скорость снижения летательного аппарата. Дополнительное сопротивление действовало как раз наоборот - увеличивало скорость снижения.

Пейре уменьшил нагрузку на крыло, используя чистую тандемную схему с монопланными крыльями. Оба крыла были расположены перед традиционным вертикальным оперением с рулем направления. Впереди было установлено шасси самолетного типа (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Французский тандемный планер «Пейре» (1923 г.).

Планер Пейре имел необычную систему управления. В дополнение к стандартному рулю направления в хвостовой части фюзеляжа имелись элевоны, размещенные на всем размахе каждого крыла. Эти органы управления выполняли функцию рулей высоты и элеронов. При маневрировании по крену элевоны отклонялись диффренциально, как элероны. При выполнении маневров по тангажу передние элевоны для создания пикирующего момента поднимались, а задние опускались (так как центр масс аппарата располагался между ними).

Новый тандемный планер вошел в историю авиации, установив мировой рекорд продолжительности полета для планеров (3 ч 23 мин) на международных соревнованиях в Итфорде (Англия) в 1922 г. К сожалению, этот рекорд не отражал какое-либо превосходство схемы «тандем» над другими схемами, а явился скорее следствием техники пилотирования - полет выполнялся вдоль склона холма в восходящем потоке, вертикальная скорость которого была больше скорости снижения планера. Первым такой метод использовал Орвилл Райт при установлении своего рекорда продолжительности полета в 1911 г. (9 мин 45 с).

Нет нужды говорить, что этот рекорд не продержался долго, так же, как и сама идея свести к минимуму нагрузку на крыло в целях уменьшения скорости снижения планера. Полученное впоследствии улучшение характеристик планеров основывалось на совершенствовании общей аэродинамики монопланной классической схемы, а не за счет снижения нагрузки на крыло. Планер Пейрс дал тандемной схеме один лишь краткий момент триумфа.

Необычным летательным аппаратом был маленький цельнометаллический двухдвигательный самолет-амфибия схемы «тандем», построенный в 1927 году Уильямом Б. Стаутом. До этого Стаут спроектировал несколько самолетов, но затем его компания была поглощена гигантской фирмой «Форд мотор компани». На основе одного из разработанных Стаутом проектов впоследствии был построен знаменитый трехмоторный пассажирский самолет «Жестяной гусь», но это произошло уже после ухода Стаута из фирмы. Впоследствии Стаут разработал несколько интересных собственных проектов, но ни один из этих самолетов так и не дошел до серийного производства.

Самолет-амфибия схемы «тандем» напоминает летающую лодку, имеющую недостаточно широкий корпус для того, чтобы обходиться без использования устанавливаемых на крыле дополнительных поплавков, обеспечивающих устойчивость на воде. Переднее крыло с расположенными по всему размаху элеронами размещалось на очень коротких подкосах непосредственно перед кабиной. Заднее крыло с рулями высоты (также расположенными по всему размаху) находилось позади тандемной кабины. Под ним же располагались рули направления и стабилизаторы. Силовая установка самолета состояла из двух британских двухцилиндровых двигателей воздушного охлаждения «Бристоль Чераб» (мощность 32 л. с., 24 кВт), установленных в отдельных моногондолах (рис. 2.15, 2.16).

Рис. 2.15. Уникальный цельнометаллический двухдвигательный тандем Стаута.

Рис. 2.16. Амфибия Стаута, напоминающая летающую лодку.

В данной компоновке реализован принцип. упущенный из виду создателями более ранних самолетов с крылом схемы «тандем». На амфибии Стаута переднее крыло было расположено значительно ниже заднего, которое ввиду этого обтекалось невозмущенным потоком.

Сегодня мы располагаем лишь приведенными фотоснимками, которые датированы 12 мая 1927 года. Неизвестно, летала ли когда-либо эта амфибия и что стало с ней дальше.

Честь стать первым массовым самолетом с тандемным крылом выпала на долю созданного в 1934 г. французским авиационным конструктором Анри Минье самолета под названием «Пу дю сьель».

В момент своего появления «Летающая блоха» казалась воплощением давней мечты всех авиаторов о дешевом и простом в пилотировании самолете, который каждый может построить самостоятельно. На деле все оказалось несколько иначе.

В своем исходном и весьма успешном варианте (рис. 2.17) «Летающая блоха» представляла собой тандемный моноплан, в котором переднее крыло располагалось несколько выше заднего и частично накрывало его (всего лишь на несколько дюймов).

Рис. 2.17. Первый вариант французского самолета «Минье НМ-14», широко известного под названием «Летающая блоха».

Система управления полетом была уникальна: движение ручки управления самолетом вперед и назад приводило к перемещению переднего крыла, выполнявшего в этом случае функцию руля высоты. Элероны отсутствовали; поперечная устойчивость обеспечивалась V-образностью крыла. Отклонение руля направления вводило «летающую блоху» в вираж «блинчиком». Изменение угла отклонения руля направления осуществлялось боковым движением ручки управления дача ручки управления влево для отклонения в эту же сторону руля направления и наоборот. Минье считал, что традиционное управление рулем направления не соответствует естественному чувству и не склонный к технике человек не способен с ней справиться. Ограниченная управляемость самолета значительно затрудняла посадку при наличии бокового ветра.

Исходная силовая установка самолета была разработана на базе модифицированного двигателя для мопедов мощностью 17 л. с. (12,5 кВт). Модифицированный вариант НМ-14 оказался очень удачным. Самолет обладал весьма ограниченными возможностями, что было приемлемо, так как единственным назначением самолета считалось выполнение прогулочных полетов, а необходимость решать те или иные транспортные задачи отсутствовала. Весьма ограниченные финансовые ресурсы конструктора также сослужили хорошую службу его детищу. Так как Минье мог позволить себе лишь самые легкие двигатели, самолет получился малоскоростным, что избавило его от целого ряда неприятностей. При взлете, крейсерском полете и посадке полетные скорости были примерно одинаковы. Когда этот самолет стал популярен, другие авиаторы начали его «усовершенствовать», что вызвало серьезные неприятности.

Все началось, конечно, с установки двигателей мощностью до 65 л. с. (47,8 кВт) для получения большей скорости. Применение более мощных двигателей привело к серии необъяснимых катастроф, вследствие которых полеты на самолетах этого типа были запрещены в Англии и Франции.

Исследования в натурных аэродинамических трубах показали, что изменение угла установки переднего крыла (подъем вверх) при выполнении маневров, связанных с изменением угла тангажа, приводило к уменьшению зазора между задней кромкой верхнего крыла и передней кромкой нижнего. При этом масса воздуха, протекающая между крыльями, ускоряется. Вследствие неравномерного увеличения подъемной силы крыльев самолет переходил в пикирование, а летчик, выполняя естественное в этом случае движение и беря ручку управления на себя, лишь ухудшал ситуацию.

К тому времени, когда все это выяснилось и были произведены необходимые усовершенствования, спрос на эти самолеты упал. Интерес к «Летающей блохе» вновь возник после окончания второй мировой войны, когда самолеты со значительно разнесенными крыльями (по высоте и горизонтали) появились на рынке. Некоторые из этих последних моделей все еще имели поворотное крыло. На других же были установлены рули высоты на заднем крыле. Были и модели, которые оснащались подвижным задним крылом (рис. 2.18).

Рис. 2 18. Усовершенствованный вариант «Летающей блохи» (1950-е гг.).

«Летающая блоха» в настоящее время представляется скорее показателем незрелости изобретательских идей в области любительского самолетостроения, чем серьезной вехой на пути развития самолетов данного типа, как это можно было полагать при ее создании.

Новый подход к проектированию самолетов с тандемным крылом был предложен и реализован французским авиационным конструктором Морисом Деланне. Его концепция основывалась на использовании во всех отношениях традиционного по схеме моноплана с укороченной хвостовой частью фюзеляжа, на которой устанавливалось нормальное горизонтальное оперение (являющееся задним крылом тандема) увеличенного размаха. Это заднее крыло создавало значительную подъемную силу, так что необходимо было сдвинуть назад центр масс самолета, и конструктор переместил кабину экипажа значительно дальше назад, чем это обычно делалось на самолетах. Первая модель самолета Делание («модель 20») представляла собой легкий двухместный самолет, который был построен в 1937 г. Конструктор во многом использовал проектные идеи, заложенные в конструкцию «Летающей блохи», предположив, что вертикальный зазор между крыльями способствует улучшению обтекания заднего крыла и устраняет опасность штопора для самолета. Первая опытная машина вскоре разбилась, но вторая налетала более 600 часов. Было построено несколько модификаций этого самолета, включая несколько планеров.

Военный потенциал самолета Деланне в качестве двухместного истребителя с отличной зоной обстрела из стрелково-пушечного вооружения для заднего стрелка проявился в том, что французское правительство выдало заказ на постройку опытного самолета «10C-2» (буква «С» означает самолет-истребитель, а номер «2» показывает наличие двух членов экипажа). Деланне не располагал необходимыми производственными мощностями, поэтому «10C-2» выпускался предприятиями фирмы «Арсенал».

Германия оккупировала Францию как раз при завершении создания «10C-2», поэтому летные испытания проводились уже под контролем немцев (рис. 2.19).

Рис. 2.19. Французский самолет М. Деланне 10C-2, захваченный в годы второй мировой войны Германией.

В 1941 г. английская фирма «Уэстленд», основываясь на концепции самолета Делание, построила собственный самолет. Вместо того чтобы спроектировать целиком новую модель, проектировщики взяли опытный образец самолета «Лайсендер» и, разрезав фюзеляж в поперечной плоскости вблизи задней кромки крыла, вставили новый отсек, в котором предусматривалась турельная установка из четырех пушек, традиционно используемая в качестве хвостовой турели тяжелых бомбардировщиков (рис. 2.20, 2.21).

Рис. 2.20. Стандартный английский связной самолет времен второй мировой войны «Лайсендер» фирмы «Уэстленд».

Рис. 2.21. Тандемная модификация самолета «Лайсендер» фирмы «Уэстленд» с укороченным фюзеляжем и макетом турельной пулеметной установки.

Этот самолет, получивший неофициальное название «Уэндовер» (иногда самолет назывался «Лайсендер V»), должен был стать недорогим учебно-тренировочным самолетом для подготовки стрелков хвостовых пушечных установок. Летно-технические характеристики самолета практически исключали его самостоятельное применение в боевых действиях. С другой стороны, самолет мог использоваться в целях аэродинамических исследований, а макет турельной установки был включен в конструкцию самолета для иллюстрации возможностей практического применения.

Интерес к самолету с крыльями схемы «тандем» практически полностью угас после создания самолетов Деланне и фирмы «Уэст ленд». Но все же в 1977 г. идея была возрождена и весьма успешно реализована в новом самолете, получившем название «Квики», легком любительском летательном аппарате, спроектированном Томом Джуигом, Джином Шихэном и Бертом Рутаном. В качестве силовой установки самолета использовался двухцилиндровый двигатель «Онан» мощностью 18 л. с. (13,2 кВт). Секрет достигнутых на этом самолете высоких характеристик заключается в использовании новых конструкционных материалов стеклоткани и пенопласта, позволяющих обеспечить высокое качество поверхности летательного аппарата и использовать очень точные ламинаризованные аэродинамические профили.

Определить схему этого самолета довольно сложно. Крылья имеют практически одинаковые размах и площадь, поэтому «Квики» можно считать тандемом. В то же время проектировщики считают, что самолет построен по схеме «утка», так как рули высоты находятся на переднем крыле, а элероны на заднем. Этот же самолет можно считать бесхвостым бипланом с очень большим отрицательным смещением крыльев по горизонтали. Необычной компоновочной особенностью самолета является размещение колес основного шасси в законцовках нижнего (переднего) крыла (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Любительский самолет «Квики», наиболее популярный самолет с тандемными крыльями из построенных до настоящего времени.

С тех пор, когда «Квики» появился на рынке любительских самолетов в 1980 г., суммарное производство этих аппаратов превысило общую численность самолетов схемы «тандем», построенных со времен Лэнгли. Успех этой машины привел к разработке несколько более крупного варианта с двухместной кабиной 0–2, а также двухместного самолета «Дрэгонфлай».

Перспективный тактический транспортный самолет АТТТ разрабатывается компанией «Скейлд композите», являющейся дочерним предприятием фирмы «Бич эркрафт», для выполнения задач специального назначения в зоне театра военных действий. Заказ на постройку и испытания опытно-экспериментального самолета был выдан Управлением планирования НИОКР Министерства обороны США.

Компоновка самолета характеризуется применением двух крыльев большого удлинения, расположенных по схеме «тандем», и классического хвостового оперения. Тандемные консоли крыльев соединяются удлиненными мотогондолами, что позволило облегчить конструкцию самого крыла, повысить его жесткость на кручение и решить проблему размещения необходимого количества топлива. Каждая консоль крыла оборудована двухсекционными закрылками и элероном, а в конструкции крыльев применены четыре различных профиля. Заднее крыло имеет больший размах и небольшой отрицательный угол поперечного V, тогда как переднее крыло обладает положительным поперечным V.

Эта компоновка самолета является дальнейшим развитием схемы рекордного самолета «Вояджер» и используется с целью повышения аэродинамического качества аппарата при полете на крейсерском режиме, а также для сокращения длин разбега и пробега при взлете и посадке.

Летные испытания опытного образца самолета (рис. 2.23), начатые в декабре 1987 г., показали, что на режиме взлета аэродинамическое качество достигает ~ 20, а С_у- 3,35.

Рис. 2.23. Тактический транспортный самолет ATTT.

На крейсерском режиме полета все три аэродинамические поверхности (два крыла и стабилизатор) являются несущими.

На самолете предполагается использовать два двигателя мощностью 2800 л. с. (2,06 МВт), размещаемые в удлиненных мотогондолах. Конструкция планера на 70 % состоит из композитных материалов.