Глав: 14 | Статей: 37
Оглавление
Автор на основе архивных материалов и воспоминаний ветеранов знакомит читателей с необычными самолетами и экранопланами, спроектированными Робертом Бартини, приехавшим в СССР из Италии в 1923 г. и посвятившим жизнь развитию советской авиации.

Концепция газодинамического единства

Концепция газодинамического единства

В 1941 году в Омске, куда был эвакуирован завод № 156 с тюремным конструкторским бюро ЦКБ-29, Бартини начал прорабатывать предложение по реактивному самолету «Р».

Если присмотреться к проектам летательных аппаратов, разработанных под руководством Роберта Людвиговича, то можно обнаружить общую черту. Начиная со «Стали-7» конструктор стремился, чтобы как можно больше агрегатов планера создавало подъемную силу при минимальном лобовом сопротивлении. В «Сталь-7» – это, прежде всего, сечение фюзеляжа, близкое к треугольному, плавно сопрягавшемуся с широким центропланом. В первом послевоенном самолете Т-117 – широкий фюзеляж, также вносил вклад в повышение аэродинамического качества. По этому же пути Роберт Людвигович пошел и в годы войны, разрабатывая проект «Р».

Для самолета «Р» была предложена несущая система, представляющая собой крыло с размещенным в нем плоским прямоточным двигателем, в камеру сгорания которого горючее и окислитель поступали в виде перегретых паров.

На старте двигательная установка работала как жидкостный реактивный двигатель (ЖРД) с подсосом воздуха, а при больших скоростях – как прямоточный воздушно-реактивный двигатель с использованием инжекции паров горючего. Проведенные опыты с инжектором такого рода подтвердили правильность предложенной концепции. По образному выражению И.А.Берлина, это была концепция «газодинамического единства планера и силовой установки».

Много лет спустя, на рубеже 1950-х – 1960-х годов, задачи тесного взаимодействия планера, силовой установки и воздушного потока, обтекающего летательный аппарат, стали доминирующими не только в работах Бартини, но и предметом других исследований, направленных на создание сверхзвуковых самолетов. Достаточно отметить такие проекты, как пассажирский самолет Ту-144, бомбардировщик-ракетоносец Ту-160, многоцелевой Т-4 ОКБ П.О.Сухого, американского ХВ-70 «Валькирия» и др. Остро этот вопрос стоит и сегодня при проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов с воздушно-реактивными двигателями, и Бартини был в этом отношении первопроходцем.

Все, кто работал в оборонных отраслях промышленности Советского Союза, знают, что информация, содержащая секретные сведения записывалась в «спецблокноты». В одном из таких блокнотов Бартини изложил суть своего предложения в «Объяснительной записке по определению летных данных самолета «Р», подготовленной во время эвакуации в Омске 21 января 1942 года: ‹

«Основная идея заключается в следующем:

1. Для рациональной компоновки реактивного двигателя с самолетом целесообразно создать машину, в которой струя двигателя и самолета взаимодействуют т[аким] о[бразом], что[бы] интерференция увеличила тягу, уменьшила сопротивление и увеличила подъемную силу.

Такая схема осуществима путем расположения вытянутой вдоль размаха выходной щели газов реактивного двигателя на верхней стороне крыла. Тогда разряжение, созданное крылом, увеличивает скорость истечения газов реактивного двигателя, обдув же верхней стороны крыла дает уменьшение сопротивления и увеличение подъемной силы.

Данное обстоятельство, а также отсутствие в инта и большое уменьшение веса машины в полете приведут к созданию самолета особой схемы.

2. Для улучшения работы воздушно-реактивного двигателя, в особенности на больших скоростях, целесообразно использовать кинетическую энергию перегретых паров топлива, вводимых в камеру сгорания. Мощность струи этих перегре-

тых паров значительна. Если, например, на взлете расход топлива 2 кг/с и скорость его паров 1220 м/с, то их мощность равна 2000 л.с., что может быть использовано для увеличения компрессии в двигателе.

Наддув может быть осуществлен двумя различными путями:

а) непосредственно струями паров топлива через инжекцию при низком КПД компрессора, но при минимальном весе механизмов;

б) с помощью аксиального нагнетателя, приводимого в движение парами топлива, при высоком КПД, но при большом весе механизмов».

Как известно, одной из трудностей при выполнении аэродинамического расчета околозвукового самолета в те годы было определение волновой составляющей лобового сопротивления. Бартини, рассчитывая аэродинамические характеристики проекта «Р», как следует из той же пояснительной записки, «определял внешнее сопротивление ‹…› с учетом влияния числа Маха на Сх (коэффициент лобового сопротивления. – Н.Я.) по эмпирическим данным…

Получен новый метод расчета тяги реактора при заданном геометрическом и термическом профиле канала. Этот метод дает более строгое решение величин, определяющих тягу, применение графического метода для решения дифференциального уравнения dV/ds упрощает технику вычисления».

В публикациях о Бартини можно прочитать, что машина «Р» была предложена по схеме бесхвостка с крылом переменной по размаху стреловидности и двухкилевым вертикальным оперением на его концах. Лично я не встречал в архивах схему этого самолета, но документы, с которыми я работал, подтверждают лишь наличие на крыле шайб (высотой 1 м) и сложную конфигурацию крыла средней относительной толщиной восемь процентов. Более того, как следует из упомянутой пояснительной записки, расчетная скорость самолета «Р» не должна была превышать 1250 километров в час на высоте 10000 метров, а продолжительность полета – 30 минут. Получается, что в январе 1941 года Бартини вполне серьезно рассматривал возможность полета со скоростью в 1,15 раза превосходившую звуковую. В то же время Роберт Людвигович очень осторожно относился к полученным результатам, и в том же документе, подстраховав себя, приписал: «Учитывая предварительный характер расчетов можно полагать, что максимальные горизонтальные скорости [будут] порядка 1000 км/ч».

Учел Бартини в своем предложении и вес вооружения, но поскольку все ограничилось лишь прикидочными расчетами, его состав не конкретизировался.

В любом случае сегодня это предложение выглядит просто фантастическим и не только потому, что оно было сделано в то тяжелое время, когда Красной Армии благодаря огромным усилиям только что удалось отбросить немецкие войска от стен Москвы. Бартини замахнулся на совершенно новые, еще не существовавшие технологии проектирования и изготовления летательных аппаратов.

В других условиях предложение Роберта Людвиговича, возможно, стимулировало бы развитие авиастроения путем расширения объема научно-исследовательских работ. Для этого требовалось, прежде всего, значительное финансирование и молодые высококвалифицированные специалисты. Ни тем, ни другим в то время Советский Союз не располагал, и у находящегося в тюрьме во время страшнейшей войны Бартини шансов на воплощения его далеко идущего замысла, конечно, не было.

В те годы область аэродинамики летательных аппаратов, способных летать с околозвуковой и тем более сверхзвуковой скоростью, еще не была исследована в необходимом объеме, а конструкторы, берясь за разработку скоростного истребителя, как правило, пытались совместить планер дозвуковой конфигурации с реактивным двигателем. Исключение составили лишь советские конструкторы Александр Москалев, Роберто Бартини и немец Александр Липпиш. В частности, Москалев обосновал форму крылу в плане, использованного в проекте самолета САМ-4 «Сигма», исходя из поперечного сечения артиллерийского снаряда, а Липпиш пришел к идее треугольного крыла по аналогии с так называемым «конусом Маха». Бартини же в проекте «Р» пошел дальше всех, предложив форму несущей поверхности, близкую к оживальной, позволяющую, как известно, не только существенно снизить лобовое сопротивление, но и сократить диапазон смешения аэродинамического фокуса при преодолении звукового барьера. Что это – предвидение, свойственное лишь гениям, подобным Леонардо да Винчи, или результат расчетов, сделанных «на коленках»?

О состоянии исследований в области аэродинамики сверхзвуковых скоростей можно судить по «справочнику авиаконструктора», вышедшему из печати в 1937 года. В этом фундаментальном трехтомнике выражение «сверхзвуковая скорость» упоминается лишь три раза. Сначала разъясняется, что «При скоростях полета, больших чем скорость звука, возмущающее действие тела не простирается вне конической звуковой волны (волны Маха), представляющей собой огибающую всех сферических звуковых волн, возбужденных движущимся телом…

Чем скорее летит тело, тем острее угол Маха».

Затем в разделе, посвященном аэродинамике воздушных винтов, говорится, что «лобовое сопротивление крыла при увеличении скорости растет сначала медленно, а по мере приближения к критической скорости значительно быстрей. Есть предположение (выделено мною. – Н.Я.), что коэффициент лобового сопротивления будет возрастать до достижения скорости звука, а при дальнейшем ее увеличении будет несколько убывать, оставаясь все же выше, чем при малых скоростях».

В Советском Союзе в то время имелись две сверхзвуковые аэродинамические трубы: одна в ЦАГИ (Т-15), с рабочей частью размером 100x100 миллиметров, а другая – в Харьковском авиационном институте, с цилиндрической рабочей частью диаметром менее 50 миллиметров. Испытываемые модели иначе как миниатюрными назвать нельзя.

Этого было явно недостаточно, чтобы определить облик сверхзвукового самолета. Ведь в те годы не было приборов и полноценных экспериментальных установок – сверхзвуковых аэродинамических труб с рабочей частью, позволявшей исследовать обтекание тел простейших форм, тем более, моделей самолетов с точностью, необходимой для выбора сложной компоновки несущей поверхности. Так что советским инженерам в своей работе приходилось больше рассчитывать на свою интуицию, чем на результаты экспериментальных исследований.

Создавая очередной самолет, конструктор заботится не только о его аэродинамике, но и пытается решить множество сложнейших задач, одной из которых является минимизация его веса. Значительная доля веса самолета приходится на силовую установку, создаваемую в специализированных КБ, которую конструктор самолета не в силах облегчить. Но Бартини и здесь нашел решение, поставив задачу разработать силовую установку совместно с планером так, чтобы она стала его неотъемлемой частью – своего рода «крыло-двигатель».

Роберт Людвигович работал на будущее, искал нестандартные, наиболее выгодные решения, но, к сожалению, по этой причине не находил сторонников среди «приземленных» чиновников.

Оглавление книги


Генерация: 0.245. Запросов К БД/Cache: 3 / 1