История самолётов 1919 – 1945 - Д. Соболев

Рис. 3.57. Экспериментальный самолет с гермокабиной БОК-1

Опыт боевого применения авиации в 30-е годы показал ошибочность предположений, что будушая воздушная война будет происходить в стратосфере. Задачи прицельного бомбометания и поддержки наземных войск требовали использования самолетов на сравнительно небольших высотах, порядка 3–5 км. В этом случае летчик при необходимости мог обходиться обычным кислородным прибором. В то же время заманчивость высотных полетов пассажирских самолетов, способных летать выше зоны турбулентной атмосферы и с большей рейсовой скоростью, активизировала усилия по созданию авиалайнеров с герметизированной пассажирской кабиной.

Появлению таких самолетов предшествовал эксперимент уже известного читателю В. Поста. Вскоре после опробования скафандра и установления рекорда высоты Пост решил добиться нового рекордного достижения, на этот раз в трансконтинентальном перелете над США на большой высоте. Для перелета летчик выбрал ту же „Бегу“. Он максимально облегчил машину, в частности применил сбрасываемое после взлета шасси (посадка производилась на специальную лыжу». 15 марта 1935 г. Пост вылетел из Лос-Анжелоса в Нью-Йорк. Полет проходил на высоте 9000 м. Из-за недостаточного запаса топлива и кислорода летчик был вынужден приземлиться в 700 км от Нью-Йорка. Но рекорд дальности полета в стратосфере был установлен. Он убедительно доказал, что на больших высотах самолет может развивать намного большую скорость. Так, скорость «Веги» у земли — чуть более 300 км/ч, а при той же мощности на высоте 9000 м самолет летел со средней скоростью 432 км/ч [41, с. 77].

Первым многоместным пассажирским самолетом с гермокабиной был Локхид ХС- 35, представляющий собой высотный вариант известного авиалайнера Локхид «Электра». При проектировании самолета, испытания которого начались в мае 1937 г., пришлось провести огромную работу по герметизации всех отверстий и заклепочных соединений фюзеляжа, т. к. внезапная разгерметизация пассажирского салона на высоте 8–9 тыс. м, на которой должен был эксплуатироваться самолет, привела бы к гибели людей. Хотя самолет не пошел в производство из-за не вполне удачной конструкции механизма поддержания давления внутри фюзеляжа и некоторых других технических недостатков (в частности, так и не удалось решить проблему запотевания стекол; были случаи когда экипаж был вынужден выламывать стекла при подходе на посадку [3, с. 140]), опыт его создания не пропал даром. Было установлено, что герметизация всего фюзеляжа технически возможна, а увеличение веса конструкции при этом не так уж велико. Это стимулировало развитие пассажирских высотных самолетов с гермокабинами.

В 1938 г. в США появился первый серийный пассажирский самолет с герметическим фюзеляжем — Боинг-307. Он был построен по заказу авиакомпаний Пан Америкен и TWA. В отличие от ХС-35 на Боинге-307 имелась более совершенная и, в то же время, более простая система регуляции давления. Если на самолете фирмы Локхид атмосферное давление в фюзеляже почти не зависело от высоты полета, то фирма Боинг предпочла устройство, которое обеспечиваю заданный перепад меж давлением в салоне и за бортом. На крейсерской высоте окаю 5000 м давление f кабине должно было соответствовать атмосферному давлению на высоте 2400 м, чтг практически не влияло на самочувствие пассажиров. Принцип регулирования деления, предложенный специалистами фирмы Боинг, позволял снизить нагрузки н. фюзеляж и уменьшить перепад давлений в случае разгерметизации. Поэтому ot получил широкое распространение в послевоенной авиации.

Боинг-307 представлял собой четырехдвигательный самолет для перевозки 3.: пассажиров на высоте 5–7 км со скоростью около 350 км/ч (рис. 3.58). Было построено только 10 таких машин, т. к. нормальному развитию пассажирской авиации помешана вторая мировая война. Но историческое значение этого самолета фирмы Боинг состоит в том, что он послужил родоначальником целого семейства высотных тяжелых самолетов. В частности, опыт создания Боинга-307 был использован при постройке четырехмоторного бомбардировщика с герметизированными отсеками экипажа В-29 — одного из самых известных самолетов периода второй мировой войны.

Конечно, нельзя представить себе развитие самолетов без прогресса в области двигательных установок. В 30-е годы увеличение мощности двигателей внутреннего сгорания происходило в основном за счет повышения числа оборотов и степени сжатия. Развитию этого процесса препятствовала недостаточная детонационная стойкость авиационного топлива. Проблема детонации особенно обострилась после того, как двигатели стали снабжать нагнетателями для повышения их высотности, т. к. предварительное уплотнение воздуха на входе в двигатель приводило к возрастанию степени сжатия при воспламенении смеси в цилиндрах.

В 20-е годы авиационный бензин по качеству не отличатся от автомобильного, его октановое чисто равнялось 50. Но к началу следующего десятилетия ученым удалое разработать специальные присадки на основе тетраэтилового свинца, позволяющие заметно повысить детонационную стойкость бензина. В первой половине 30-х годов в авиации стало применяться горючее с октановыми числами 73 и 87, а в 1936 г. для военной авиации в США был введен новый стандарт: бензин с октановым числом 100. Конечно, высокооктановое топливо было дороже обычного, но зато его использование давало возможность на треть повысить мощность двигателей, поднять их высотность [46].

Рис З.58 Пассажирский самолет Боинг-307

Увеличение числа оборотов двигателя и мощности на валу обусловили применение редукторов и использование трехлопастных пропеллеров вместо двухлопастных. Это дало возможность сохранить условия работы винта без увеличения его размеров и скорости вращения. В противном случае окружная скорость концов лопастей могла достичь скорости звука, возникли бы скачки уплотнения и произошло падение КПД пропеллера.

Дальнейшее развитие претерпела конструкция механизма изменения шага винта. Благодаря увеличению диапазона углов установки лопастей появилась возможность реверса тяги (винты создают отрицательную тягу) и флюгерного режима работы пропеллера (угол установки лопасти таков, что сила тяги равна нулю). Реверс тяги винтов применялся для сокращения длины пробега при посадке, а установка лопастей во флюгерное положение позволяла избежать раскрутки винта потоком и связанной с этим опасности повреждения силовой установки при остановке двигателя в полете.

Перед войной в разных странах велись опыты по применению дизелей на самолете. Потенциальные преимущества дизеля заключались в более высокой экономичности этого типа двигателя внутреннего сгорания (на 25–25 %) и возможности использования альтернативных бензину видов топлива: например, мог применяться обычный керосин. Последнее обстоятельство было особенно существенно для Германии, которая не обладала собственными запасами нефти и, как показал опыт первой мировой войны, в случае блокады имела бы серьезные проблемы с обеспечением авиации высококачественным бензином.

Большая экономичность дизеля делала этот тип двигателя особенно привлекательным для тяжелых самолетов с большой дальностью полета. Так, испытания советского авиадизеля AH-1A на бомбардировщике ТБ-3, проходившие в начале 1937 г показали увеличение дальности на 18 % по сравнению со стандартным ТБ-3 с моторами М-34РН [7, с. 100]. Немцы в период «испанской войны» применяли дизель-моторы ЮМО-204 и ЮМО-205 на бомбардировщиках Юнкере Ju-86 и Дорнье Do-18K. В СССР в конце 30-х годов под руководством А. Д. Чаромскогобыл спроектирован авиадизель АЧ-30 взлетной мощностью 1500 л.с.; в годы второй мировом войны его устанавливали на дальних бомбардировщиках Пе-8 и Ер-2.

Но в целом, несмотря на сообщения о многочисленных достоинствах дизелей, они не получили широкою применения в авиации. Основным недостатком этого типа двигателя был его большой вес по сравнению с обычным бензиновым ДВС. Из-за большой степени сжатия и резкого (ударного) нарастания давления газов в цилиндре при вспышке, характерного для дизеля, его детали должны были иметь большую толщину. В результате удельный вес немецкого авиадизеля ЮМО-205 образца 1937 г. составлял 1,04 — в полтора раза больше, чем у бензинового ЮМО-211С, того же года выпуска [7, с. 90, 102].

В самом конце 30-х годов появились первые опытные образцы принципиально нового типа авиационной силовой установки — воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Преимущества такого двигателя заключались в простоте конструкции (нет пропеллера, отсутствует поршневая группа и т. д.) и в том, что развиваемая им сила тяги не уменьшается с ростом скорости и значительно меньше зависит от высоты полета.