Самолёты сарочным крылом

Самолёты сарочным крылом
    ЛА «Изделие 181» КБ Антонова — «коммунистический кастер» — создан в 1980-х годах для изучения аэродинамических особенностей арочного крыла, но из-за экономического коллапса и развала Союза так и не поднялся в воздух. Сейчас хранится в музей авиации Украины.
    18 апреля 1952 года Стендовые опробования самолета Custer CCW-2 в исследовательском центре NASA Langley Research Center.
    Результаты опробований были признаны удовлетворительными, и Кастер взял деньги на создание полноценного самолета CCW-5.
    Второй экземпляр легендарного CCW-5 сохранился и экспонируется в Mid-Atlantic Air Museum (Рединг, Пенсильвания). На схеме нарисовано перемещение воздуха по профилю крыла, каким его видел Кастер (современные изучения продемонстрировали, что в отсутствие компьютерного моделирования он не учитывал последовательность сил, действующих на крыло).
    1 — крыло, 2 — двигатель, 3 — суппорт двигателя, 4 — пропеллер, 5 — канал.

Как ни необычно, у «антоновской» автомобили долгая история, корнями уходящая к самым истокам авиационной индустрии. Как мы знаем, что миром движет бизнес, среди них и миром авиации. Человек может стать всемирный знаменитостью и сделать огромное состояние всего на одном значимом патенте, на одном революционном изобретении.

Так и пенсильванский инженер Уиллард Рей Кастер честно верил в придуманную им аэродинамическую схему и фактически положил жизнь на внедрение ее в действительность.

Кастер носил гордую фамилию — он был потомком известного генерала Джорджа Кастера, храбреца гражданской войны в Соединенных Штатах, прославившегося безрассудством, храбростью и бешеным темпераментом. В какой-то мере Уиллард перенял родовые черты. В 1925 году он, юный инженер, недавний выпускник, чинил сорванную ветром крышу сарая, и ее изогнутая форма навела его на увлекательную идея — из-за чего бы не придать подобную конфигурацию самолетному крылу?

В случае если ветер не сильный порывом сорвал крышу, он же сможет создать подъемную силу и для самолета! Во второй половине 20-ых годов двадцатого века Кастер создал первую модель с крылом так называемой арочной конфигурации, а годом позднее взял и соответствующий патент.

Модель подтвердила предположения Кастера. Крыло вправду создавало громадную подъемную силу на малых скоростях. Теоретически полноценный самолет для того чтобы типа имел возможность взлетать практически вертикально при весьма маленьком разбеге.

Оставалось претворить патент в судьбу.

Уиллард Кастер и серия CCW

технические вопросы и Поиски финансирования пара оттянули реализацию идеи Кастера. Только во второй половине 30-ых годов двадцатого века он зарегистрировал собственную компанию National Aircraft Corporation, а тремя годами позднее из цеха выехал первый настоящий самолет CCW-1 (Custer Channel Wing). Это была одноместная, сугубо экспериментальная машина, предназначенная для демонстрации преимуществ схемы.

В перемещение она приводилась двумя 75-сильными двигателями Lycoming O-145 с толкающими пропеллерами. 12 ноября 1942 года самолет совершил первый — в полной мере успешный — полет. Действительно, с посадкой дела не задались — она была твёрдой, шасси подломились, и самолет проехался «на брюхе».

Потом последовали 300 часов летных опробований, на протяжении которых выяснилось (Кастер сам этого не ожидал), что машина может лететь по большому счету без крыльев — лишь арки и пропеллеры в них!

В таком «урезанном» варианте CCW-1 заинтересовал армейских. В качестве специалиста пригласили старого уже Орвила Райта, и тот порекомендовал машину для военной тестовой программы. И вот тут против Кастера сыграло стандартизированное, линейное военное мышление. Бескрылый CCW-1 создавал такую же подъемную силу, как простые крылатые аналоги, а скорость имел меньшую. То, что он умел взлетать практически вертикально, никого не заинтересовало — для таких целей перспективнее были вертолеты.

И Кастер получил отказ. Сейчас CCW-1 хранится в Национальном космонавтики и музей авиации в Вашингтоне. Так или иначе, Кастер доказал, что схема как минимум может летать, и выстроил самолет CCW-2, также одноместный и экспериментальный.

Конструктор забрал готовый фюзеляж от самолета Taylorcraft BC-12, заменив единственный центрально расположенный двигатель двумя на крыльях собственной схемы, снова же с толкающими пропеллерами. CCW-2 поднялся в воздух 3 июля 1948 года и суммарно налетал порядка ста часов. Практика продемонстрировала, что и для взлета, и для посадки ему хватало полосы длиной 20 м, но в летных качествах он здорово проигрывал своим классическим соперникам, в частности популярному легкому самолету Piper J-3 Cub.

Примечательно, что с позиций математической аэродинамики Кастер был совсем прав. Подъемная сила тем выше, чем выше скорость потока по верхней кромке крыла довольно нижней. Полукруглые каналы-арки вправду пропускали поток сверху с более высокой скоростью, чем снизу; этому содействовал расположенный в арке толкающий пропеллер — в теории все было идеально.

Более того, подобная форма разрешала не только несложнее взлетать и садиться, но лучше осуществлять контроль самолет в воздухе, в особенности на низких скоростях. Казалось, что Кастер придумал совершенную схему для воздушной акробатики либо для самолетов-тихоходов, трудящихся, к примеру, в сельском хозяйстве.

Лишь вот практика разошлась с теорией. Самолет продемонстрировал обыденные результаты, а в производстве профилей крыла был весьма сложен. Армейские, замечая за вызывающим большие сомнения полетом CCW-1, отметили и еще один минус: при отказа одного двигателя самолет нереально было удержать на втором.

А для военной машины это значительно.

Но Кастер не сдался, и в первой половине 50-ых годов XX века показался третий самолет — модель CCW-5 — полноценный пятиместный аппарат с фюзеляжем от автомобили Baumann Brigadier (индексы «3» и «4» взяли автомобили, оставшиеся на бумаге). Самолет приводился в перемещение двумя шестицилиндровыми двигателями Continental O-470 мощностью по 225 л.с. любой. 13 июля 1953 года самолет в первый раз поднялся в воздух — и показал себя отлично.

Опробования продемонстрировали, что более массивная и тяжелая машина побеждает за счет конфигурации намного больше, чем мелкие одноместные «колибри». Большая скорость самолета была мала — 354 км/ч (соперники в классе развивали до 500 км/ч), но он имел возможность контролируемо лететь на низких скоростях — до двадцати километров/ч! Для взлета с 670-килограммовой нагрузкой CCW-5 хватало 28 м полосы.

К 1956 году Кастер собирался начать серийное производство, но вот заказов что-то не было. В следствии второй экземпляр CCW-5 показался только в первой половине 60-ых годов двадцатого века — и это был единственный «серийный» самолет. От первого машина отличалась 260-сильной модификацией двигателей. Модель дошла до наших дней и хранится в авиационном музее Рединга (Пенсильвания). К тому времени Кастер был уже немолод. Он разочаровался в идее — легко устал за нее бороться.

У него было пара десятков авиационных патентов, приносивших ему хороший доход, и он ушел на покой. Но его уникальная мысль забыта не была.

Центральная арка

До тех пор пока Уиллард Кастер трудился над собственными самолетами в Америке, конструктор компании Rhein Flugzeugbau GmbH немец Ханно Фишер, вдохновившись его идеями, выстроил в первой половине 60-ых годов двадцатого века оригинальнейшую машину называющиеся Rhein-Flugzeugbau RF-1. Фишеру пришло в голову сделать не два канала-арки, а один — посередине. Машина с цельнометаллическим фюзеляжем оснащалась двумя двигателями Lycoming O-540-A1A суммарной мощностью 250 л.с., приводившими единственный толкающий пропеллер.

Самолет совершил всего один полет 15 августа 1960 года, но от его производства (а также от создания второго прототипа) отказались — чересчур сложной если сравнивать с простыми самолетами оказалась конфигурация, ее плюсы просто не окупали себя.

Примечательно, что обстоятельством для того чтобы технического ответа было вовсе не желание Фишера улучшить конструкцию. Мысль Кастера с двумя двигателями на арочных крыльях была без сомнений несложнее и эргономичнее. Неприятность пребывала в том, что Кастер сумел обезопасисть собственную идею таким числом патентов, что другие авиастроители физически не могли их обойти.

Центральная конфигурация арки (возможно сообщить, фюзеляж арочного типа) была единственно вероятным обходным методом, но он не оправдал себя.

Противоборство с Osprey

Как ни необычно, в 1980-х Уиллард Кастер все-таки взял шанс реализовать собственную идею и продвинуться дальше прототипа. В первой половине 80-ых годов XX века, по окончании провала операции «Орлиный коготь» в Иране минобороны США заявило конкурс на летательный аппарат, талантливый подниматься вертикально, подобно вертолету, и наряду с этим перевозить грузы и солдат на высокой, «самолетной» скорости. Для Кастера это был вызов.

Началась разработка автомобили, которую должна была выстроить компания Product Development Group, — она и внесла предложение Кастеру возвратиться к его схеме.

К 1985 году была создана машина CCW P-20 Raider. Теоретические сравнения с простыми самолетами, вертолетами и разрабатываемым по той же программе конвертопланом конкретно демонстрировали выигрыш арочной схемы по всем позициям — и по грузоподъемности на единицу мощности, и по нужной массе груза, и по вторым чертям. Но и тут вмешалась будущее — в декабре 86-летний Кастер скончался. На базе его разработок было спроектировано второе поколение, модель P-50 Devastator.

На ней было применено новое ответ — крылья не просто изгибались в форме перевернутой арки, но и имели дополнительные перемычки, а сама арка смещалась к передней кромке крыла. Это придавало крылу дополнительную жесткость.

Но, само собой разумеется, без Кастера проект не мог быть закончен — именно он был движущей силой всей истории. Обе автомобили остались лишь на бумаге, а конкурс победила совместная работа компаний Bell Helicopter и Boeing Helicopters — известный сейчас конвертоплан Bell Boeing V-22 Osprey, не обращая внимания на то что его характеристики на бумаге очень сильно отставали от CCW.

Мало СССР

Со смертью Кастера мысль, казалось бы, канула в Лету, как многие хорошие идеи за отсутствием энтузиаста. Но были еще советские конструкторы. Они, во-первых, не через чур волновались по поводу нарушения чужих патентных прав, а во-вторых, умели грамотно применять и развивать хорошие идеи — как личные, так и заимствованные.

В итоге во второй половине 80-х годов в киевском КБ Антонова создали личный самолет с арочным крылом — точь-в-точь повторяющий по конфигурации хорошие CCW-1, CCW-2 и CCW-5.

Единственной целью, которую преследовали создатели «Изделия 181» (официального наименования Ан-181 машина так и не взяла), было практическое изучение арочной схемы. Легкий самолет взял V-образное хвостовое оперение, не убирающееся в корпус шасси и чешский шестицилиндровый двигатель LOM М-337А, расположенный по центру и приводящий во вращение оба толкающих пропеллера. В теории машина должна была взлетать максимум по окончании 50 м пробега и устойчиво двигаться в воздухе на скорости всего 40 км/ч.

Но проверить это на практике было не суждено. Самолет успели продемонстрировать на авиашоу 1991 года в Гостомеле и совершить последовательность наземных опробований. А позже Альянс распался, и свободным украинским авиастроителям стало не до экстравагантных схем — необходимо было как-то приспосабливаться к новым условиям выживания. «Изделие 181» долгое время пылилось в ангаре, а в 2010 году благодаря уникальности конструкции и идеальному состоянию отыскало собственный место в музей авиации Украины.

Примечательно, что будущее у арочной схемы все-таки имеется. Да, она сложная. Да, она применима в определенных, ограниченных областях — но применима полностью, со всеми собственными преимуществами.

Для отраслей, где управляемость ответственнее скорости, к примеру в упомянутом уже сельском хозяйстве, подобные самолеты смогут стать незаменимыми. В случае если, само собой разумеется, найдется энтузиаст, подобный Уилларду Кастеру, что опять начнет нелегкую борьбу за арочное крыло.

Статья «Помахивая арками на крыльях» размещена в издании «Популярная механика» (№138, апрель 2014).

Самолёты с арочным крылом masterok


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: