История самолетов 1919 – 1945

На рис. 3.49 показано развитие аэродинамического совершенства гидросамолетов и самолетов с обычным шасси [1, с. 213-214]. Из графиков видно, что "летающие лодки" имели на 40-50 % худшие Схо и К. В результате, при той же мощности двигателей четырехмоторный бомбардировщик В-17 обладал на 100 км/ч большей скоростью, чем современные ему тяжелые американские "летающие лодки". Если учесть, что в предвоенные годы скорость полета являлась главенствующим фактором в авиации, становится ясно, что участь гидросамолетов была предрешена.( 23*)

Рис.3.49. Сравнение аэродинамических характеристик летающих лодок и лучших образной обычных самолетов (1 – Лоинг OA-1; 2 – S-38; 3 – Do X; 4 – S-42, 5 – Боинг 314; б – Грумман G 21 )

Повышенное сопротивление было основным, но не единственным недостатком "летающих лодок". Из-за возросшей скорости взлета и посадки увеличилась опасность столкновения с плавающими предметами при движении на воде. Поданным журнала Английского аэронавтического общества, авиакомпания "Империал Эруэйз" только за три года потеряла по этой причине 28 % парка своих самолетов [32]. К этому следует добавить большую стоимость производства и эксплуатации "летающих лодок" по сравнению с обычными самолетами.

Отказ от применения гид роса молетов начался во второй половине 30-х годов. В 1938 г. американская авиакомпания "Юнайтед Эркрафт" приняла решение не закупать новую пассажирскую летающую лодку Сикорского S-44. Та же судьба постигла в СССР морской бомбардировщик МТБ-2 и другие гидросамолеты. Конструкторские бюро, занимавшиеся раньше строительством "летающих лодок" и поплавковых самолетов, начали перепрофилироваться на выпуск других типов летательных аппаратов. Если в начале 30-х годов гидросамолеты составляли около 40 % от чиста типов многомоторных самолетов [9], то в 1937-1938 гг. из 97 типов выпущенных за рубежом тяжелых машин только 25 имело лодку или поплавки [15]. В СССР в конце 30-х годов гидросамолеты составляли всего 10 % от количества новых образцов авиационной техники [21].

23* Стремясь улучшить аэродинамику гидросамолетов, фирмы Консолидейтед (США) и Дорнье (Германия) во второй половине ЗО-х годов выпустили "летающие лодки" с убирающимися в крыло not ставкам и боковой остойчивости (самолеты "Каталина", "Коронадо", Do-26). Однако эта мера не дала заметного эффекта: скорость перечисленных самолетов не превышала 300 км/ч.

Работы по улучшению технических характеристик самолетов в преддверии второй мировой войны

В первой половине и середине 30-х годов в конструкции самолетов произошли революционные изменения. Скоростной моноплан середины 30-х отличался от биплана конца 20-х годов не меньше, чем последний – от самолета братьев Райт. Однако во второй половине 30-х годов техническая революция в авиации сменилась эволюционным развитием. Запас фундаментальных технических нововведений был исчерпан, и ученые и конструкторы занялись "шлифовкой" самолетов нового поколения, основываясь при этом как на результатах научных изысканий, так и на собственном техническом опыте.

Поиск новых путей улучшения летных качеств самолетов потребовал повышения точности аэродинамических экспериментов. Поэтому во второй половине 30-х годов были созданы новые аэродинамические трубы с увеличенными размерами рабочей части и большей скоростью потока. Это позволило приблизить условия эксперимента к реальным условиям полета.

В качестве примера новых аэродинамических труб, появившихся незадолго до начала второй мировой войны, можно назвать трубу экспериментального центра Монтечелио (Италия) с диаметром рабочей части 2,4 м и скоростью потока ло 800 км/ч и большую самолетную трубу ЦАГИ Т-101. Размеры поперечного сечения последней из указанных труб составляли 24x12 м, что позволяло испытывать в ней натурные самолеты (рис. 3.50) с числами Re, близкими к реальным.

Как уже отмечалось, к середине 30-х годов величину коэффициента аэродинамического сопротивления самолетов удалось уменьшить до значений 0,030-0.025. Дальнейшее снижение сопротивления давалось с трудом и требовало тщательного изучения всех его составляющих.

После того, как внешние формы планера самолета были заметно улучшены, основные усилия сконцентрировались на уменьшении сопротивления силовой установки.

Источником большого лобового сопротивления у двигателей водяного охлаждения являлся радиатор. Так как потери мощности на преодоление аэродинамического сопротивления лобового радиатора пропорциональны мощности двигателя и квадрату скорости полета, то с развитием авиации они быстро возрастали и во второй половине 30-х годов потерн на охлаждение двигателя достигали 30 % от его мощности [22, с. 290]. Необходимо было искать новые технические решения.

Существенное снижение размеров радиаторов (на 20-40 %) удалось осуществить путем замены воды другим охлаждающим агентом, с более высокой температурой кипения – этиленгликолем. Данная идея обсуждалась еще в годы первой мировой войны (Гибсон. Англия),а первый практический эксперимент был выполнен в 1923г. (Герои, США). Однако и то время скорости были невелики, и идея не получила распространения. Впервые на серийном двигателе этиленгликолевое охлаждение применили в 1935 г. (Роллс-Ройс "Мерлин") [33, с. 151]. Кроме возможности уменьшения габаритов и веса радиатора, этиленгликолевое охлаждение было ценно тем, что данная охлаждающая жидкость не замерзала при отрицательной температуре, а это упрощало эксплуатацию самолетов в зимних условиях.

Рис.3.50. Исследования самолета трубе Т-101 в ЦАГИ

Следующим шагом в уменьшении лобового сопротивления двигателей жидкостного охлаждения явилось появление капотов для радиаторов. Они представляли собой особым образом профилированный туннель под фюзеляжем или крылом, внутри которого располагался радиатор. Помимо улучшения внешних обводов самолета, применение туннельных радиаторов с регулируемым выходным сечением позволяло оптимизировать скорость охлаждающего потока в соответствии с полетным режимом и, таким образом, в 2-3 раза уменьшить потери мощности на охлаждение при полете с максимальной скоростью [13, с. 52].

Впервые радиаторы туннельного типа появились на самолетах-истребителях фирмы Кертисс во второй половине 30-х годов. В СССР истребители с туннельными радиаторами стали поступать на вооружение в начале 40-х годов (Як-1, МиГ-3, ЛаГГ-3).

Известны попытки вообще отказаться от нормального радиатора, заменив его охлаждающими устройствами, расположенными под обшивкой крыльев. Вода в двигателе нагревалась до состояния пара и вновь конденсировалась в жидкость, проходя вдоль поверхности крыла. Такой тип охлаждения получил название "испарительное охлаждение", а радиаторы – поверхностного или крыльевого типа. Впервые такие радиаторы применили в 20-е годы на рекордных скоростных самолетах в США, Англии и Италии.

Примером самолета-истребителя с крыльевыми поверхностными радиаторами был немецкий Хейнкель Не-100с мотором DB-601, созданный незадолго до начала второй мировой войны. Отличаясь очень малым аэродинамическим сопротивлением, он имел большую скорость полета. 30 марта 1939 г. летчик Ганс Дитерлен установил на нем абсолютный мировой рекорд скорости – 746 км/ч[8, с. 147]. Однако то. что хорошо для специальных рекордных самолетов, оказалось непригодным в реальных условиях. Радиаторы на крыльях было невозможно регулировать, они часто давали течь, а военные самолеты с испарительным охлаждением оказались чрезвычайно уязвимыми в бою – достаточно было одного попадания в крыло, чтобы вывести систему охлаждения из строя. Поэтому поверхностные радиаторы не нашли практического применения в авиации, а Не-100 не стал серийным самолетом.