История самолётов 1919 – 1945 - Д. Соболев

Применение кольца Тауненда позволяло уменьшить сопротивление двигателя примерно на 15 % [11, с. 248], при этом не возникало проблем с перегревом силовой установки. В 1930–1931 гг. обтекатели Тауненда были приняты в самолетостроении многих стран.

Одновременно с Таунендом изучением наилучшей формы обтекателя для авиационного двигателя воздушного охлаждения занимался американский экспериментатор Ф. Вейк. В результате опытов в натурной аэродинамической трубе в одном из научных центров НАКА в 1927 г. он нашел форму капота, позволявшую почти вдвое уменьшить лобовое сопротивление двигателя [11, с. 248]. Этот тип капота получил известность как капот НАКА. В отличие от кольца Тауненда, он полностью закрывал двигатель (рис. 2.1).

Капотирование двигателей воздушного охлаждения позволило уменьшить коэффициент лобового сопротивления силовой установки до величины того же порядка, что и на двигателях с водяным охлаждением. Вместе с тем. двигатели воздушного охлаждения были проще, легче, надежнее и дешевле, чем двигатели водяного охлаждения, т. к. отсутствовала водяная рубашка, радиатор и другие агрегаты системы охлаждения, не надо было заботиться о дол иве или замене охлаждающей жидкости, не было опасности остановки в полете двигателя из-за неисправности в системе охлаждения. Все это предопределило преобладающее использование звездообразных двигателей воздушнот охлаждения в авиации в 30-е годы.

Надо сказать, что вначале нашлось немало специалистов, которые были против применения капота НАКА на самолетах. Говорили, что установка капота ограничит обзор из кабины пилота, возникнут трудности с осмотром и ремонтом двигателя [13. с. 15]. Нередко предпочтение отдавалось применению кольца Тауненда, хотя аэродинамическая эффективность капота НАКА была намного выше. Но. как всегда случается, практический опыт победил эмоции и предположения. В 1929 г. капот НАКА с успехом прошел испытания на одномоторном почтово-пассажирском самолете Локхид «Вега» 5С, которые показали беспочвенность приведенных выше опасений. Благодаря закрытому капотом двигателю этот самолет обладал очень малым аэродинамическим сопротивлением (Схо=0.0278), что позволило пилоту Ф. Хоуку выполнить на «Веге» беспосадочный перелет через Соединенные Штаты от одного берега до другого за рекордно короткое время — 18 часов 13 минут [13, с. 16].

При попытке закапотировать двигатели на многомоторных самолетах конструкторы и ученые столкнулись с неожиданной проблемой. Когда капоты НАКА установили на трехмоторном пассажирском «Форде», выяснилось, что это мероприятие практически никак не повлияло на аэродинамическое сопротивление машины. Аэродинамические опыты в трубах показали, что капотирование дает положительный эффект только в том случае, если двигатель расположен в носу фюзеляжа или на передней кромке крыла[16]. Этот вывод оказал влияние на принципы проектирования будущих многомоторных самолетов.

К середине 30-х годов капоты НАКА стали непременной частью конструкции военных и пассажирских самолетов. Благодаря капотированию двигателей воздушного охлаждения максимальная скорость полета возросла на 6-10 %.

Рис. 2.1. Схема работы кольца Тауненда (а) и капота НАКА (б)

В период первой мировой войны 1914–1918 гг. и в первые послевоенные годы из-за плохих аэродинамических форм самолетов доля сопротивления шасси в общем сопротивлении летательных аппаратов была невелика — 10–15 %. Потеря скорости из-за выступающих под фюзеляж колес составляла 3–5 %, т. е. 3–7 км/ч при VK p=100–150 км/ч [14, с. 38]. Однако по мере улучшения внешних форм самолетов общая величина Сxо уменьшилась с 0,04-0,05 до 0,025-0,030; и доля сопротивления шасси в общем аэродинамическом сопротивлении увеличилась до 20–25 %. Поэтому авиаконструкторы занялись разработкой мер по снижению лобового сопротивления взлетно-посадочного устройства.

Первым шагом в усовершенствовании внешних форм шасси был переход от схемы с неразрезной осью к шасси пирамидального типа, в которых общая поперечная ось отсутствовала. Но расположенные в потоке стойки с амортизаторами и колеса по- прежнему служили источником большого сопротивления. Поэтому на шасси начали устанавливать обтекатели: вначале на стойки, а затем и на колеса. Одними из первых самолетов с обтекателями колес были американские Локхид «Сириус» и «Вега» (1930 г.). В начале 30-х годов обтекатели колес стали применяться на спортивных самолетах: АИР-7 А. С. Яковлева и американском гоночном Веделл-Вильямс-44, а также на военных машинах (истребитель И-5 Н. Н. Поликарпова и др.). Установка обтекателей на шасси безосного типа позволила уменьшить сопротивление последнего на 25–30 % [15, с. 53].

Однако окончательное решение проблемы могло быть получено только в случае применения убирающегося в полете шасси. Ведь шасси используется только на коротком этапе взлета и посадки, все остальное время оно является источником ненужного сопротивления.

Идея убирающегося шасси возникла много веков назад — естествоиспытатели древности могли видеть, что птица, поднявшись в воздух, подтягивает вверх лапки и прижимает их к телу. Еще в XVI веке Леонардо да Винчи в проектах орнитоптеров предлагал убирать опоры после валета. В XIX столетии убираемое шасси предусматривалось в проектах самолетов Ф. дю Тампля, А. Пено, С. С. Неждановского и др. [16].

Однако на практике все было намного сложнее. Во-первых, надо было найти место куда убирать колеса и стойки. Во-вторых, требовалось обеспечить высокую надежность работы механизма уборки и выпуска шасси, ведь от этого зависела безопасность полета: посадка с невыпущенными колесами или, еще хуже, приземление с только одним выпущенным колесом была чревата самыми тяжелыми последствиями. Наконец, в-третьих, наличие механизма уборки и выпуска вело к увеличению общего веса конструкции, росту стоимости самолета, и надо было быть уверенным, что эти издержки оправдают выгоды от применения убирающегося шасси.

Впервые убирающееся шасси нашло применение на гоночных самолетах, для которых уменьшение лобового сопротивления было особенно важно. 11а рис. 2.2 показан американский спортивный скоростной моноплан Дайтон- Райт R В-1, построенный в 1920 г. для участия в воздушных гонках на приз Гордон-Беннета. В связи с расположением крыла в верхней части фюзеляжа было решено задвигать колеса в боковые стенки фюзеляжа. Уборка колес происходила вручную из кабины с помощью троса и ворота. К гоночным самолетам 20-х годов с убирающимся шасси относятся также американский «Вервилл-Сперри», английский самолет фирмы Бристоль [15, с. 72].

Несмотря на то, что убирающееся шасси прошло проверку на гоночных самолетах в начале 20-х годов, оно долгое время не имело практического применения. Причинами этого было отсутствие удачных схем уборки, неуверенность в безотказности действия механизма подъема и опускания колес, сложность уборки и выпуска шасси вручную, особенно на одноместном самолете. Да и небольшие скорости полета, характерные для первого послевоенного десятилетия, мало способствовали воплощению этого новшества в жизнь.

Иногда для специальных целей делали сбрасываемое шасси. Например, в 1927 г. французские летчики Нунжессери Копи при попытке перелета из Европы в Америку применили такое шасси на своем самолете. Шасси должно было быть сброшено после окончания полета над сушей, а посадку у берегов Америки предлагалось осуществить на воду, для чего фюзеляж был сделан водонепроницаемым. Благодаря сбросу шасси организаторы перелета надеялись «убить сразу двух зайцев» — уменьшить аэродинамическое сопротивление и снизить вес самолета. Но полет закончился трагически — самолет и оба летчика пропали без вести над Атлантическим океаном [17. с. 58].

Рис. 2.2. Гоночный самолет RB-1 с убирающимися шасси

Толчком для развития убирающегося шасси послужило появление в 1930 г. в США скоростных гражданских самолетов с гладкой работающей обшивкой, усовершенствованными капотами двигателей. В связи с тем, что фюзеляж был занят полезной нагрузкой и убирать туда колеса было нельзя, для облегчения задачи уборки шасси вместо верхнерасположенного крыла конструкторы самолетов стали применять схему низкоплан. Первым таким самолетом стал Боинг «Мономейл» (1930 г.). Колеса вместе со стойками убирались в нижнюю поверхность крыла путем поворота вбок на 90°. Впоследствии эта схема уборки стала основной в авиастроении. В 1932 г. убирающееся шасси начали применять на почтово-пассажирских самолетах фирмы Локхид, в конструкции бомбардировщиков фирм Боинги Глеин-Мартин, а еще через два года такое шасси становится привычным на тяжелых самолетах. В случае расположения двигателей на крыле колеса обычно убирались в заднюю часть мотогондолы.