История самолётов 1919 – 1945 - Д. Соболев

…Приступая к проектированию нового пассажирского самолета „Хе-111“, я заявил своим сотрудникам: „Создавая двухмоторный самолет, мы идем на значительный риск. Но мы должны доказать всему миру, что средний мотор для безопасности не нужен, а его присутствие есть ни что иное, как недостаток. Он забирает полезный объем в фюзеляже и утяжеляет самолет“.

Мы придали крылу и оперению эллиптическую форму. Уделили большое внимание местам, где крыло стыковалось с фюзеляжем. Добились везде гладкой обшивки и сделали убирающимся шасси. В принципе „Хе-111“ был продолжением совершенствования конструкции „Хе-70“, но уже выполненным целиком из металла.

…Мог ли я тогда знать, что даю путевку в жизнь не гражданскому самолету, а одному из самых массовых немецких бомбардировщиков второй мировой войны?» [8.с. 119–120].

В отличие от других конструкторов пассажирских самолетов Хейнкель применял на своих машинах двигатели водяного охлаждения. С двумя BMW-6 мощностью по 660 л.с. Не-111 имел крейсерскую скорость полета около 350 км/ч, а максимальная скорость превышала 400 км/ч.

Итак, первые пассажирские двухмоторные самолеты 30-х годов представляли собой 10-местные машины с крейсерской скоростью полета 300–350 км/ч. По этому параметру они в полтора раза превосходили многомоторные гражданские самолеты предшествующего десятилетия, однако по-прежнему уступали им в отношении числа пассажиров: узкий цилиндрический фюзеляж обеспечивал малое аэродинамическое сопротивление, но внутренний объем его был невелик. По этой причине часовая производительность Боинга выпуска 1933 г. не сильно отличалась от производительности пассажирского трехмоторного самолета 20-х годов (см. табл. 3.2). Для достижения решительного экономического превосходства необходимо было значительно увеличить количество пассажирских мест.

В 1933 г. фирма Дуглас по заданию американской авиакомпании TWA занялась проектированием самолета, который, имея высокую скорость полета, по пассажировместимости не уступал бы трехмоторным транспортным самолетам. Так появился двухмоторный Дуглас DC-1, способный перевозить 12 пассажиров с крейсерской скоростью 315 км/ч на расстояние до 1000 км. На самолете были установлены новейшие авиамоторы воздушного охлаждения Райт «Циклон» мощностью по 710 л.с. каждый. Основным его соперником был Боинг 247. В сборочном цехе завода Дугласа в Санта Монике висел огромный чертеж «247-го» и, рядом, плакат: «Не копируй его! Сделай лучше!» [11, с. 161]. И инженеры фирмы Дуглас действительно сделали лучше. По сравнению с В-247, DC-1 имел больше пассажирских мест, на крыле были установлены щелевые закрылки, обеспечивающие ту же посадочную скорость при большей нагрузке на крыло.

За опытным DC-1, первый полет которого состоялся 1 июля 1933 г., последовал Дуглас DC-2 с новым фюзеляжем, вмещавшим 14 пассажиров. При изготовлении крыла Дуглас использовала метод проектирования подкрепленных оболочечных конструкций, разработанный Д. Нортропом при создании самолета «Альфа» [3, с. 64]. Многолонжеронное дюралевое крыло DC-2 и последующих конструкций фирмы Дуглас обладало высокой усталостной прочностью. Это способствовало долговечности самолетов с маркой DC. Новые мощные двигатели с винтами изменяемого шага помимо высокой рейсовой скорости обеспечивали хорошие взлетные характеристики. В случае отказа одного мотора самолет мог продолжать полет на высоте более трех с половиной километров, что делало более безопасной эксплуатацию в горных районах.

Свои отличные летные и эксплуатационные характеристики DC-2 продемонстрировал во время воздушных гонок Лондон — Мельбурн в октябре 1934 г. Пассажирский «Дуглас» занял на этих состязаниях второе место, уступив только специально сконструированному английскому гоночному самолету DH «Комет». Имея на борту 6 пассажиров и 200 кг почты, DC-2 пролетел расстояние от Англии до Австралии за 90 часов и 17 минут. В том же 1934 г. самолет начал выполнять регулярные пассажирские перевозки на внутренних авиалиниях США.

В середине 30-х годов закончился мировой экономический кризис, ускорился рост промышленного производства. Быстро увеличивался объем воздушных перевозок. В связи с этим конструкторы фирмы Дуглас решили сделать новый шаг в увеличении числа мест на пассажирских самолетах. В результате появился знаменитый DC-3.

Дуглас DC-3, совершивший первый полет 17 декабря 1935 г., внешне мало отличался от предыдущей модели (рис. 3.8). Однако он мог брать в полтора раза больше пассажиров, чем DC-2. Это было достигнуто увеличением диаметра фюзеляжа. Вследствие этого появилась возможность установить в пассажирской кабине третий ряд кресел, и общее число мест достигло 21. Большие размеры фюзеляжа вызвали некоторое увеличение коэффициента лобового сопротивления, однако благодаря увеличению размаха крыла аэродинамическое качество самолета было больше, чем у В-247. Больший Схо компенсировался также увеличением нагрузки на крыло (118 кг/м²) и применением новой модификации двигателей «Циклон», с большей мощностью (2x850 л.с.). В результате крейсерская скорость самолета осталась той же, а дальность полета даже возросла.

Рис. 3.8. Первый эхземпляр самолета Дуглас DC-3

Характерной особенностью DC-3 были отклоненные назад консоли крыла. Стреловидность несущей поверхности, конечно, не следует связывать с желанием конструкторов уменьшить волновое сопротивление в полете; эта проблема еще не возникла. Придание крылу небольшой стреловидности было вынужденной мерой, принятой для повышения запаса продольной устойчивости машины.

Дуглас DC-3 поступил в эксплуатацию летом 1936 г. Благодаря большому числу пассажиров и высокой рейсовой скорости он имел в 2 раза большую транспортную производительность, чем Форд «Тримотор» и в 2 раза меньшую себестоимость перевозок. Неоспоримы были его эксплуатационные преимущества и перед самолетом Боинг В-247 (см. табл. 3.2). Поэтому не приходится удивляться, что уже через несколько лет после ввода в эксплуатацию DC-3 стал основным транспортным средством на авиалиниях средней протяженности. С 1936 по 1941 гг. авиакомпании закупили 450 пассажирских самолетов этого типа, в 1938 г. на его дано приходилось 95 % объема воздушных перевозок в США [3, с. 19; 11, с. 161]. В годы второй мировой войны транспортный вариант самолета под маркой С-47 был произведен в США в количестве около 10 тысяч экземпляров. DC-3 выпускался по лицензии во многих странах мира. В СССР он изготавливался под названием ПС-84 (с 1942 г. — Ли-2).

Популярности DC-3, помимо отличных эксплуатационных характеристик, способствовала его высокая надежность и долговечность. Характерен такой пример: один из самолетов, купленный американской авиакомпанией «Истерн Эрлайнз» в декабре 1936 г., эксплуатировался 15 лет; за это время он налетал 56782 часа и перевез 213000 пассажиров, преодолев расстояние почти в 14 миллионов километров [3,с. 413]. Как показывает простой расчет, в течение полутора десятков лет самолет ежедневно находился в воздухе в среднем 10.5 часов.

Создание DC-3 сыграло важную роль в развитии пассажирской авиации. Это был первый самолет, дававший доход авиакомпаниям. Таким образом, после начала применения на авиалиниях машин этого типа гражданская авиация стала самоокупаемой отраслью, не зависящей больше от государственных дотаций. Появление DC-3 явилось завершающим этапом революции в пассажирском авиастроении в первой половине 30-х годов.

Не следует, конечно, думать, что с началом полетов скоростных двухмоторных самолетов все конструкторы сразу же перешли на эту схему. Европейские фирмы, занимавшиеся производством трехмоторных коммерческих самолетов, пытались выдержать конкуренцию и спешно применяли технические новинки на своих машинах. На рис. 3.9 показан 12-местный самолет Фоккер-ХХ, созданный в Голландии в 1933 г. Он имел убирающееся в мотогондолы шасси, посадочные закрылки, новейшие двигатели Райт «Циклон» с винтами изменяемого шага, застекленную пилотскую кабину. Но все эти усовершенствования не сделали самолет конкурентноспособным. При в полтора раза большей суммарной мощности по сравнению с DC-2, «Фоккер» почти на 40 км/ч уступал ему по крейсерской скорости, имел меньше посадочных мест. Эта ситуация была характерна и для последних трехмоторных пассажирских самолетов других стран — французского Девуатин D-332 (1933 г.). итальянского Савойя-Маркетти SN1-73 (1933 г.) и др. Третий мотор оказался несовместим с принципами проектирования новых скоростных самолетов, и вскоре эта схема вышла из употребления. Если в первой половине 30-х годов из 127 новых типов пассажирских самолетов трехмоторную схему имели 24 машины (18,9 %) ПО то в 1935–1936 гг. только 2 из 53 самолетов (3,8 %) были снабжены тремя двигателями [12].

Итак, мы рассмотрели историю появления скоростных пассажирских самолетов. За короткий срок в авиатехнике произошли коренные перемены. Тихоходные расчалочные бипланы и монопланы с угловатым фюзеляжем, гофрированной обшивкой, неубирающимся шасси и незакапотированными двигателями сменились обтекаемыми скоростными самолетами с минимальным количеством выступающих в поток частей. Появление мощных моторов в 600 и более лошадиных сил предопределило потребность в аэродинамическом усовершенствовании планера, а эти усовершенствования, в свою очередь, дали прибавку в скорости без увеличения мощности силовой установки. С этого времени аэродинамика стала играть главенствующую роль в самолетостроении.