Столетняя история «летающего крыла»

Самолет фирмы Берджес, построенный для армиии США. Вместо обычного для "бесхвосток" С.Берджеса поплавка он имел колесное шасси.

Первый гидросамолет Берджес-Данн АН-7 был построен в январе 1914 г. Из- за недостаточного запаса прочности самолет сломался во время попытки взлета с воды. После ремонта и усиления конструкции Клиффорд Вебстер 4 марта 1914 г. выполнил на нем первый успешный полет. Двигатель "Кертисс" мощностью 100 л.с. позволил заметно улучшить летные характеристики машины по сравнению с прототипом. В 1915 г. лейтенант Патрик Белленждер установил на этом самолете новый американский рекорд высоты для гидросамолетов — 3300 м.

Тем не менее, англо-американская "бесхвостка" не нашла в США рынка сбыта. Военные заказали только 3 самолета, один из них — на колесном шасси и два — на поплавках. Еще один самолет приобрело за 5000 долларов канадское правительство. Несколько машин удалось продать частным лицам, но после вступления США в первую мировую войну заказы больше не поступали. Финальную точку поставил пожар, уничтоживший мастерские фирмы Берджес.^[7]

В те дни, когда С.Берджес пытался завоевать американский рынок, Д.Данн уже отошел от авиаконструкторской работы. После перенесенного воспаления легких состояние его здоровья ухудшилось и он был вынужден отказаться от любимого дела.

Самолеты Данна были первыми летающими "бесхвостками". Несмотря на отличную устойчивость, они не были популярны и не нашли широкого применения. Причина заключается в их очень плохой маневренности. Некоторые из современников даже характеризовали самолеты Данна как "неуправляемые".^[8] Стремясь создать очень устойчивый самолет, летающий почти без участия летчика, Данн увлекся круткой и стреловидностью крыла и не смог найти оптимального соотношения между устойчивостью и управляемостью. Очень большой запас статической устойчивости, обусловленный значительной стреловидностью крыла, позволял хорошо лететь по прямой, но на отклонение органов управления самолет реагировал слишком вяло. Управляемость затруднялась также из-за большой инерционности этих тяжелых самолетов и отсутствия на них рулей направления.^[9]

Тем не менее вклад Д.Данна в развитие самолетов схемы "бесхвостка" очень велик. Он был первым, кто разработал теорию самобалансирующегося стреловидного крыла и на ее основе создал аппараты, способные летать без горизонтального оперения. Такие особенности самолетов Данна, как стреловидное крыло прямолинейных очертаний, сочетание аэродинамической и геометрической крутки крыла, управление с помощью элевонов, легли в основу многих будущих "бесхвосток".

Говоря о самолетах Данна, нельзя не упомянуть имя русского изобретателя Сергея Сергеевича Неждановского. Еще в 1898 г. он разработал схему самобалансирующегося крыла, очень напоминающую крылья "бесхвосток" английского конструктора. В то время Неждановский занимался изучением устойчивости полета воздушных змеев. С помощью зажженного на земле фитиля, закрепленного недалеко от основания змея, экспериментатор пережигал нить, и змей переходил в свободный полет. Для устойчивости Неждановский, так же, как и Данн, нередко применял стреловидность и отрицательную крутку крыла. На различных моделях стреловидность составляла от 30° до 45°, крутка — от 4° до 11°. Согласно дневниковым записям исследователя, эти модели демонстрировали хорошую устойчивость и подолгу держались в воздухе.^[10] Остается лишь сожалеть, что Неждановский не опубликовал результаты своих интересных экспериментов и они стали известны только сравнительно недавно.

Однако вернемся в XX век. После первой мировой войны работы Данна по стреловидным "бесхвосткам" продолжил его соотечественник Джеффри Хилл. Он родился в 1895 г. в Лондоне в семье профессора математики. В детстве увлекся авиацией и в возрасте 18 лет вместе с братом построил планер. С тех пор вся его жизнь была посвящена авиации. После окончания Лондонского университета Джеффри ушел на войну военным летчиком, воевал во Франции на "Ньюпорах". В 1917 г. вернулся в Англию и стал испытателем на фирме Хендли Пейдж.

Именно в это время у Хилла возникло стремление создать безопасный самолет. В отличие от Данна, пытавшегося достичь этого за счет максимального повышения устойчивости летательного аппарата, он начал работать над проектом самолета, который ни на каких режимах полета не выходил бы из- под контроля летчика. Причина иного взгляда на понятие "безопасность" объясняется тем, что к концу первой мировой войны вопросы обеспечения устойчивости были, по крайней мере эмпирически, решены, тогда как потеря скорости из-за превышения допустимого угла атаки и связанный с этим штопор являлись причиной многих катастроф. В начале 20-х годов только в английских ВВС в результате этого ежегодно гибли десятки летчиков.

D.5

"Птеродактиль" Mk.l

D.6

"Птеродактиль" Mk.lA

АН-7

"Птеродактиль" Mk.IV

So. А5

Основу концепции безопасного самолета Хилла составляла необычная система управления. Понимая, что хвостовое оперение и элероны теряют эффективность, попадая в зону вихрей, образующихся за крылом на больших углах атаки, изобретатель остановил выбор на самолете схемы "бесхвостка" с "плавающими" рулевыми поверхностями в виде подвижных концов крыла. Хилл назвал их "контроллеры". Эти органы управления представляли собой элевоны, шарнирно прикрепленные к крылу таким образом, что они автоматически, независимо от угла атаки крыла, устанавливались "по потоку". Очевидно, что при такой конструкции они сохраняли работоспособность при любых положениях самолета. Для управления по курсу предусматривались вертикальные поворотные поверхности, расположенные под крылом и поэтому также не теряющие эффективность на больших углах атаки. При одновременном отклонении они работали как аэродинамические тормоза.

Идеи Хилла заинтересовали специалистов. Для начала было решено построить экспериментальный планер. Хилл собирал его во дворе своего дома. В конце 1924 г. аппарат был готов. Это был неуклюжий с виду подкосный моноплан из дерева и полотна. Крыло размахом 13,7 м имело стреловидность 32° по передней кромке. Так же, как на первых машинах Данна, продольная балансировка достигалась отрицательной круткой по размаху (Хилл был знаком с Данном и, по-видимому, консультировался с ним в процессе работы). Отличие заключалось в заметном сужении крыла к концам. Это было сделано для того, чтобы уменьшить хорду поворотных законцовок-элевонов. Снизу к крылу крепились вертикальные рули, сидение летчика и колесное шасси.

Уже наступила зима, но Хиллу не терпелось проверить на практике свои идеи. 13 декабря он впервые поднялся на планере в воздух. Старт осуществлялся с помощью эластичного троса, "выстреливающего" аппарат в полет. От волнения Хилл забыл отсоединить трос от планера, но, тем не менее, успешно пролетел около 150 м и благополучно приземлился. Потом было еще три полета, самый дальний — на 270 м. Перед Рождеством погода стала совсем нелетной, и эксперименты пришлось закончить.

Бесхвостый планер Хилла проявил себя как вполне устойчивый и управляемый. "Я вернулся с места испытаний планера с чувством огромного удовлетворения, что никакой доработки не требуется", — заявил конструктор на докладе в Королевском аэронавтическом обществе.^[11]