Мир Авиации 1996 02

Как уже ясно из сказанного выше, речь идет о немецких исследованиях в области аэродинамики больших скоростей и, в первую очередь, по стреловидным крыльям и крыльям малого удлинения, в частности треугольным. Но сначала немного об истории появления таких крыльев.

1* Единственное исключение составляет бомбардировщик Юнкерс Ju 287 с крылом обратной стреловидности, построенный и летавший в 1945 г. Однако, такое крыло долгое время являлось тупиковым направлением в развитии авиации и, несмотря на определенные аэродинамические преимущества, даже в настоящее время не получило сколь-нибудь заметного распространения.

1 Схема самолета D 5 (1910 г)

2 Мотопланер БИЧ-11(Б.М. Черановский. 1932 г)

3 Двухместный легкий самолет «Дельта-1» (А. Липпиш. 1931 г)

Сегодня стреловидное крыло у многих ассоциируется с реактивными околозвуковыми и сверхзвуковыми самолетами, что вполне естественно. Но так было не всегда. Само по себе стреловидное крыло не является чьим-то персональным изобретением — оно известно чуть ли не с рождения авиации. Чтобы убедиться в этом достаточно посмотреть на схему английского самолета D.5 (1910), построенного по проекту Джона Данна. Крылья бипланной коробки этого оригинального самолета имели стреловидность 30°. До середины 40-х годов в различных странах было построено множество летательных аппаратов самого различного класса и назначения со стреловидным и треугольным (или близким по форме к треугольному) крылом: от планеров и легких самолетов Александра Липпиша (Германия) и Бориса Ивановича Черановского (СССР) до дальних и тяжелых бомбардировщиков, таких, например, как двухмоторный ДБ-ЛК В. Н. Беляева (СССР, 1939) и четырехмоторный ХВ-35 фирмы Нортроп (США. 1946).

Характерной чертой, объединявшей эти аппараты, была их аэродинамическая компоновка. Все они выполнялись по схеме бесхвостка (или полубесхвостка) или летающее крыло. реже — в схеме утка. Стреловидность крыла использовалась исключительно как средство балансировки. то есть для необходимого сближения центра тяжести с точкой приложения равнодействующей подъемной силы (аэродинамическим фокусом). Практика тех лет вызвала потребность в научном рассмотрении физических особенностей обтекания летательных аппаратов со стреловидными крыльями, а также в создании пригодных для инженерного использования методов расчета их аэродинамики, динамики полета и прочности. Правда, все эти задачи не относились к разряду первоочередных проблем самолетостроения и аэродинамики тех лет и скорее воспринимались как экзотические, поскольку именно таковыми считались тогда летающие крылья, утки и бесхвостки. Магистральный путь развития авиации шел в рамках совершенствования традиционных схем самолета.

Хотя фронт научных исследований в области стреловидных крыльев вначале был весьма узок, первые результаты появились довольно скоро. Из них наиболее существенный, можно сказать фундаментальный, был получен в 1924 году в NACA известным впоследствии, а тогда еще сравнительно молодым ученым Максом Мунком (М. Munk). Примечательно. что Мунка в то время интересовали вопросы устойчивости самолетов со стреловидным крылом [1]. Полученный вывод имел столь важное значение, что о его сути следует сказать особо.

Макс Мунк. центр Ленгли, 1926 г

Адольф Букман Послевоенное фото

4 Схема дальнего бомбардировщикаДБ ЛК(1939 г)

5 Схема тяжелого бомбардировщика Нортроп ХВ-35 (1946 г.)

Мунк показал, что для стреловидных крыльев большого удлинения определяющей является только составляющая скорости, перпендикулярная передней кромке крыла, а продольная составляющая при отсутствии вязкости не оказывает никакого влияния на создание подъемной силы и аэродинамического сопротивления [2]. Впоследствии это положение сыграло определенную роль в осмыслении преимуществ стреловидного крыла при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Как любой теоретический вывод, отмеченный выше результат был получен Мунком в рамках принятой математической модели при определенных допущениях (несжимаемая среда, отсутствие вязкости, большое удлинение крыла). Поэтому, хотя его вывод и раскрывал физические основы явления, но не давал еще надежных для практики методов расчета обтекания компоновок летательных аппаратов в реальных условиях. Для этого требовалось еще много усилий.

И вот произошло событие, которое могло существенно повлиять на развитие аэродинамики. В 1935 году на международном конгрессе, посвященном аэродинамике больших скоростей. была представлена новая работа А. Буземана (Busemann) — первый научный труд, в котором доказывалось преимущество стреловидного крыла при сверхзвуковой скорости полета [3]. Любопытный факт: в своей работе немецкий ученый рассматривал вопросы подъемной силы крыла. а вовсе не проблему волнового сопротивления (как часто полагают), являющуюся одной из центральных задач аэродинамики сверхзвуковых скоростей. Позднее Буземан писал: При исследованиях. готовившихся для съезда в честь Вольта в 1935 г. в Риме, я особенно много занимался вопросом о безнадежном падении коэффициента подъемной силы при скоростях в 1,5, 2, 3 раза превышающих скорость звука. Это падение не устранялось ни при каком профиле. …Возникла идея о применении при сверхзвуковых скоростях стреловидных крыльев. Расчеты показали, что эффект стреловидности оказался большим. чем можно было ожидать- [4].

Казалось бы. основополагающий труд Буземана должен был дать мощный импульс для развития аэродинамики стреловидных крыльев. Но этого не произошло. Более того, о выводах немецкого ученого вскоре забыли. Парадоксально, но факт. Надо сказать, что история науки и техники знает немало подобных примеров. Но в чем дело в данном конкретном случае?

Причина, очевидно, заключалась в следующем. 1920-х. да еще и 30-х годах для ученых-аэродинамиков вопросы. связанные с учетом сжимаемости воздуха, и тем более со сверхзвуковым полетом, представляли в основном чисто теоретический интерес. Уж очень далека была тогда скорость полета самолетов от скорости звука. Как раз к таковым и относилась работа Л.Буземана. Ни сам Буземан, ни другие участники конгресса в Риме, в том числе такие выдающиеся ученые как Теодор фон Карман и Сергей Алексеевич Чаплыгин, один из основоположников газовой динамики, не сочли идеи новои работы сколь-нибудь важными для практики самолетостроения.

Прошло целых-четыре года, когда немецкий ученый А. Бетц, работавший в аэродинамической лаборатории Л. Прандтля в Геттингене, указал на целесообразность использования стреловидного крыла также и при больших дозвуковых скоростях. Однако эта идея не стала достоянием мировой научной общественности: осложнение политической обстановки в Квропе накануне второй мировой войны обусловило сильное ужесточение секретности и резкое сокращение научных контактов. В СССР этот процесс прошел даже несколько раньше. Со второй половины 30-х годов развитие авиационной науки в европейских странах и в США во многом шло изолированно. И вот в этот период, продолжавшийся до конца второй мировой войны, наибольших успехов в аэродинамике больших скоростей добилась Германия. Ответ на вопрос почему именно Германия, а не США, например, или Англия или Советский Союз, представляется не столь уж сложным. Именно Германия стала первой страной, где реактивную, а следовательно и скоростную, технику начали рассматривать не только как научно-технический эксперимент. а с точки зрения ближайшего практического п. прежде всего, военного применения. Поэтому и некоторые научные направления, а также опытно-конструкторские работы. недавно еще считавшиеся областью более или менее отдаленной перспективы, стали уже представлять интерес практический и при соответствующем государственном финансировании получили ускоренное развитие.