История самолетов 1919 – 1945 - Д. Соболев

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.

Труднее происходило введение убирающегося шасси на самолетах-истребителях, т.к., в отличие от пассажирских и транспортных машин, на многих из них еще применялось бипланное крыло, толщина которого была недостаточна для размещения там колес. Поэтому на первых истребителях шасси обычно приходилось убирать в фюзеляж, примерно как на описанном выше гоночном самолете Дайтон-Райт R В-1, В частности, такая схема уборки колес применялась на американских истребителях фирм Кертисс и Грумман, впервые поднявшихся в воздух в 1932 г. В СССР первыми истребителями с убирающимся шасси были И-М (АНТ-31), сконструированный П. О. Сухим под общим руководством А. Н. Туполева, и И-16 Н. Н. Поликарпова (оба – 1933 г. постройки). По сравнению с американскими, эти самолеты имели более совершенную схему с низкорасположенным свободнонесущим крылом, в которое и убиралось шасси.

Первое время летчики настороженно относились к описываемому новшеству, опасаясь, что в нужный момент механизм выпуска колес не сработает. По этой причине иногда делали так называемое полу убирающееся шасси или шасси "с подтягом". Например, на известном пассажирском самолете Дуглас DC-3, появившемся в 1935 г., колеса не до конца убирались в мотогондолы, выступая примерно на полметра. В результате в случае отказа механизма выпуска шасси пилот сажал бы самолет не на "брюхо", а на колеса.

Полуубирающееся шасси просуществовало недолго, т.к. выступающие колеса вызывали дополнительное сопротивление в полете. В 30-е годы в результате усовершенствования механизмов выпуска и уборки (они стали приводиться в действие электричеством, гидравликой или сжатым воздухом) и появления специальных "аварийных" систем выпуска вероятность отказа привода шасси стала очень мала, и к моменту начала второй мировой войны практически все военные и коммерческие самолеты имели полностью убираемое шасси.

История внедрения винтов изменяемого шага в практику самолетостроения имеет много общего с историей начала применения убирающегося шасси и закрылков. И то, и другое, и третье было изобретено еше на заре авиации, но вошло в практику только в 1930-е годы, когда скорость самолетов возросла настолько, что возникла насущная необходимость "перенастраивать" конструкцию в зависимости от режима полета. При этом внедрение нового происходило в условиях критики со стороны консервативно настроенных инженеров и ученых, считавших эти нововведения не только бесполезными, но и опасными.

Винтом изменяемого шага (ВИШ) называется пропеллер, лопасти которого могут поворачиваться вокруг продольной оси для изменения угла атаки, т.е. "шага" винта. В отличие от крыла, угол атаки лопасти зависит от числа оборотов двигателя и скорости полета. От того, насколько отличается этот угол от оптимального, зависят полезная мощность двигателя и тяга пропеллера. Стремление свести к минимуму это расхождение и улучшить тем самым тяговые характеристики силовой установки и привело к началу работ по замене винта с фиксированными лопастями винтом изменяемого шага.

Первые предложения о применении винта изменяемого шага на самолете появились еще в 70-е годы прошлого века [16, с. 35-36]. В 1910 г. русский техник-самоучка Л. В. Школин применил ВИШ на самолете собственной конструкции, но отсутствие средств не позволило ему довести эти работы до стадии летных испытаний [18, с. 44]. Были и другие проекты, но интереса они не вызвали: диапазон скоростей первых самолетов был очень небольшим, и использование винта изменяемого шага не привело бы к заметному улучшению летных качеств.

Во время первой мировой войны скорость и высота полета самолетов значительно возросли. Это послужило импульсом к применению ВИШ в авиации. В Германии в 1918 г. профессор Г. Рейснер установил пропеллеры с поворотными лопастями на многомоторном высотном бомбардировщике R-30. В Англии на Королевском авиационном заводе (RAF) в 1917-1918 гг. проводились опыты по применению ВИШ на однодвигательных самолетах ВЕ-2с и RE-8. Лопасти могли поворачиваться на угол 10°. Эксперименты с ВИШ велись также в Канаде и США[7, с. 72; 19, с. 258- 259].

Летные исследования продемонстрировали аэродинамические преимущества винтов изменяемого шага. Вместе с тем выяснилось, что при увеличении мощности двигателей применяемый в те годы механический привод изменения угла установки лопастей из-за интенсивного износа быстро выходит из строя. Кроме этого, с ростом мощности силовой установки нагрузки на рукоятке управления шагом винта становились недопустимо велики.

Выход был найден в замене механического привода гидравлическим. Практические работы в этой области начались в Англии вскоре после войны. Их возглавили профессор Хеле-Шоу и Т. Бичем. В 1924 г. они получили патент №250292 на гидравлический привод управления лопастями воздушного винта, причем изменение шага должно было происходить автоматически, в зависимости от режима полета при неизменных оборотах двигателя. Такой винт получил название ВИШ-автомат или винт постоянных оборотов.

Идея Хеле-Шоу и Бичема не встретила понимания и поддержки. Являясь приверженцами нескоростного самолета-биплана, английские авиаконструкторы не видели необходимости в отказе от обычного пропеллера. Так считали и многие ученые. Например, два крупнейших английских специалиста по проектированию воздушных винтов – Э. Лайнам из Авиационного научно-исследовательского института (R АЕ) и Г. Уотте (фирма Metal Propellers) были единодушны во мнении, что больший вес конструкции винта изменяемого шага сведет на нет все его аэродинамические достоинства [20].

Создание ВИШ типа Хеле-Шоу-Бичема задержалось также из-за ряда технических проблем. Для снижения весовых издержек предполагалось использовать пустотелые стальные лопасти, но они оказались недостаточно прочными, при испытаниях часто происходили поломки. Только после того, как их заменили на сплошные алюминиевые лопасти, неприятности прекратились. Неблагоприятно влияли на темп работ и финансовые трудности на фирме Глостер, взявшейся за внедрение конструкции Хеле-Шоу-Бичема в практику.