История самолетов 1919 – 1945 - Д. Соболев

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.

В результате всех этих неурядиц промышленный выпуск ВИШ-автоматов английской конструкции начался только в 1937 г. Начав первой, Англия в середине 30-х годов была вынуждена производить винты изменяемого шага по купленной в США лицензии.

Стимулом к разработке ВИШ в США послужило появление в конце 20-х годов скоростных монопланов. По сравнению с бипланами периода первой мировой войны и первых послевоенных лет диапазон скоростей этих самолетов был примерно в полтора раза больше. После применения в авиации закрылков разница между минимальной и максимальной скоростями еще больше возросла. В результате винт фиксированного шага, оптимизированный для взлетного режима, терял до 35-40 % своей мощности при полете на максимальной скорости, и наоборот, винт, спроектированный для режима V макс, работал с неполной тягой на взлете (рис. 2.3). Все это заметно сказывалось на скорости, скороподъемности, длине разбега и других характеристиках.

Пионером производства ВИШ в США стала фирма Гамильтон-Стандарт, одна из первых освоившая в 20-е годы выпуск металлических пропеллеров. Конструктор Ф. Колдуэлл, так же как и английские ученые, остановил свой выбор на ВИШ с гидроприводом, но для облегчения задачи решил изготовить пропеллер с ручной регулировкой шага. С помощью особой рукоятки летчик мог установить лопасти в два положения – взлет и горизонтальный полет. Благодаря упрощенной конструкции привода и поддержке со стороны американских авиафирм Колдуэлл, начавший работы на несколько лет позже, чем Хеле-Шоу и Бичем, уже в 1930 г. испытал свой пропеллер на самолете, а еще через два года был налажен серийный выпуск ВИШ фирмы Гамильтон-Стандарт. В 1933 г. такие пропеллеры стали устанавливать на двухмоторном пассажирском самолете Боинг-247. Это даю большой эффект: длина разбега сократилась на 20 %, скороподъемность увеличилась на 22 %, крейсерская скорость – на 5,5%, высота полета при работе только одного двигателя возросла с 600 до 1200 м [7, с. 74]

Пример с Боингом был настолько впечатляющим, что с тех пор все американские авиаконструкторы скоростных самолетов стали применять винты изменяемого шага. Только за первый год производства Гамильтон-Стандарт выпустила около 1000 винтов изменяемого шага [7, с. 75]. В 1934-1935 гг. лицензии на производство ВИШ купили у нее фирмы Де Хевилленд в Англии. Испано-Сюиза во Франции, Юнкерс в Германии.

Рис.2.3. Изменение полезной мощности при использовании различных типов винтов: 1 – винт фиксированного шага: 2,3 – винт изменяемого шага

В 1934 г. фирма Гамильтон-Стандарт произвела опытный образец ВИШ с автоматическим изменением положения лопастей и после двух лет испытаний и доводок начала их серийный выпуск. Автоматизация освободила пилота от утомительной необходимости регулировки режима работы мотора и винта, повысила точность выбора угла установки лопастей.

Конкурентом ВИШ с гидроприводом были винты с электроприводом изменения шага. По сравнению с гидроприводом электропривод имел свои плюсы и минусы: ВИШ с электроприводом не требовал установки дополнительных агрегатов на двигателе (насос и др.), но возникали трудности размещения электромотора внутри втулки винта. В связи с этим внедрение ВИШ с электроприводом происходило параллельно внедрению винтов с гидравлическим управлением, один тип не вытеснял другой.

Первый удачный ВИШ с электроприводом построил канадский инженер У. Терн- булл в 1927 г. В 1928 г. американская фирма Кертисс-Райт купила права на производство таких пропеллеров и стала основным конкурентом Гамильтон-Стандарт. После замены деревянных лопастей алюминиевыми и ряда мелких усовершенствований Кертисс-Райт начала промышленный выпуск ВИШ. Винты с ручным управлением скоро были заменены ВИШ-автоматами. В 1935 г. фирма произвела первые 50 регулируемых пропеллеров для "летающих лодок" ВМС США Консолидейтед PBY "Каталина", с 1937 г. ВИШ фирмы Кертисс-Райт применялись на американских пассажирских самолетах Локхид-14 [7, с. 76].

В 30-е годы ВИШ с электроприводом стали выпускать также европейские компании. Немецкая фирма VDM занялась разработкой такого типа пропеллера в 1933 г., а в 1937 г. начала его промышленное производство. Большинство немецких военных самолетов периода второй мировой войны имело ВИШ фирмы VDM. В отличие от винтов фирмы Кертисс-Райт на немецких самолетах электромотор системы регулировки лопастей был расположен в моторном отсеке, а не во втулке винта. Во Франции выпуск авиационных винтов-автоматов с электроприводом в 1935-1938 гг. наладила фирма Ратье.

Появление винтов изменяемого шага было последним крупным нововведением в конструкции самолетов первой половины 30-х годов – эпохи перехода к скоростной авиации.

Таблица 2.3. Даты внедрения некоторых технических новшеств в авиастроении

Значительный временной интервал между изобретением и его практическим использованием (табл. 2.3) можно объяснить тем, что указанные изобретения были сделаны раньше, чем возникла потребность в них. Применение гладкой металлической обшивки, убираемого шасси, посадочной механизации и т.д. могли дать заметный эффект только на скоростных самолетах, развивающих 300 и более км/ч, а в начале 20-х годов таких самолетов еще не было.

Тот факт, что коренные изменения в конструкции самолетов начались, прежде всего, в гражданской авиации США, объясняется тем, что американская пассажирская авиация, в отличие от военной авиации и авиастроения в других странах, не получала государственных субсидий, и в борьбе за выживание авиационные фирмы незамедлительно применяли любые новшества, способные улучшить качество продукции и повысить се конкурентноспособность на мировом рынке.

ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ САМОЛЕТОВ В ПРЕДВОЕННЫЕ ГОДЫ

Первые скоростные пассажирские самолеты

В предыдущей главе была изложена история некоторых изобретений в области самолетостроения. В данном разделе будет описано как они воплощались в практику мировой авиации и какое влияние оказали на конструкцию и характеристики самолетов.

Таблица 3.1. Технические новшества в конструкции скоростных гражданских самолетов конца 20-х – первой половины 30-х годов

Примечание: ЧД – число двигателей, MK – металлическая конструкция; СК – свободнонесущее крыло; НК – низкорасположенное крыло; ПМ – посадочная механизация; УШ – убираемое шасси. ‹Д – закапотированный двигатель воздушного охлаждения ВИ – винт изменяемого шага; N – число пассажиров.

Как уже отмечалось, технические новшества впервые нашли практическое применение в гражданской авиации. В таблице 3.1 показана динамика нововведений. На основе этих данных можно выделить 3 этапа в развитии модернизированных пассажирских самолетов (до середины 30-х годов»:

– конец 20-х годов-1932 г, – создание одномоторных скоростных самолетов- монопланов с частичным использованием изобретений, направленных на улучшение обтекаемости летательных аппаратов;

– 1933-1934 гг. – появление двухмоторных пассажирских скоростных самолетов. В конструкции большинства из них применены все описанные выше технические изобретения;

– 1934- 1935 гг. – создание двухмоторных пассажирских самолетов с повышенной пассажировместимостью.

Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов.

Инициатором постройки первых хорошо обтекаемых коммерческих самолетов был молодой американский конструктор Д. Нортроп. В 20-е годы Нортроп работал в мало кому известной тогда авиастроительной фирме Локхид. По собственной инициативе он начал проектировать почтово-пассажирский самолет "Вега" с только что появившимся двигателем воздушного охлаждения Пратт-Уитни "Уосп" мощностью 420 л.с. В 1927 г., состоялся первый полет этого самолета.

Локхид "Вега" представлял собой деревянный свободнонесущий моноплан с верхнерасположенным крылом. От других гражданских самолетов тою времени он отличался гладкой работающей обшивкой и хорошо обтекаемым фюзеляжем цилиндрической формы. Фюзеляж имел полумонококовую конструкцию и был выполнен из нескольких слоев фанеры, склеенных друг с другом под большим давлением.

Не закрытый капотом двигатель, неубираемое шасси, отсутствие посадочной механизации не позволяют отнести Локхид "Вега" к классу пассажирских машин нового поколения. Тем не менее, благодаря хорошему двигателю и обтекаемым формам фюзеляжа, скорость этого самолета была примерно на 50 км/ч больше, чем у других коммерческих самолетов второй половины 20-х годов. Не случайно он получил название "Воздушный экспресс". Самолет мог перевозить 5 человек на расстояние окаю 1000 км с крейсерской скоростью 243 км/ч.