Карл Гильзин - Эта удивительная подушка
А тут тоже полет, но какой-то «приземленный».
Среди многочисленных летательных аппаратов, способных взлететь вертикально вверх, есть внешне очень схожие с автолетами. И тут и там — вентилятор, отбрасывающий вниз воздух. И все же разница огромная, принципиальная. Не зря один осужден на вечное «ползание», а другому открыт путь в небо.
В чем же эта разница?
В одном случае есть воздушная подушка, в другом — ее нет. Вместо нее аппарат поддерживается в воздухе струей воздуха, отбрасываемого вниз вентилятором или несущим винтом, как у вертолета. Точно так же, как струя раскаленных газов заставляет лететь с огромной скоростью реактивный самолет или уносит в космос ракету.
Может показаться, что вертикально взлетающий аппарат гораздо лучше автолета — ведь он может и двигаться с большой скоростью у самой земли, как автолет, и взмывать вверх, как самолет. Но за эту замечательную возможность приходится расплачиваться, и недешево. Чтобы удержать в воздухе аппарат, нужно отбрасывать вниз много воздуха с большой скоростью. Значит, мощность двигателя должна быть большой, он будет расходовать много топлива. Гораздо больше, чем нужно для создания воздушной подушки. Так что, как говорится, каждому свое.
Правда, обычные самолеты опираются на чудесную подъемную силу крыла, и это требует гораздо меньших затрат энергии, чем создание реактивной струи воздуха или воздушной подушки. Но зато они не способны вертикально взлетать и садиться, не могут и парить в воздухе.
Как заманчиво было бы совместить замечательные возможности несущего крыла самолета и воздушной подушки автолета! Получился бы универсальный аппарат, автолет-самолет: у земли — на воздушной подушке, в небе — на самолетном крыле. Было бы опровергнуто утверждение, что рожденный ползать летать не может… Но возможно ли это?
Примерно полвека назад с воздушной подушкой впервые столкнулись летчики обычных самолетов. Тогда подушка не вызвала у них никакого восторга. Вот как это случилось.
Когда самолет совершает посадку, то он вначале снижается до высоты двух-трех метров, а затем горизонтально летит на этой высоте. По мере уменьшения скорости несущая способность крыла, его подъемная сила, уменьшается, и самолет медленно опускается, как бы проваливается, пока не коснется колесами посадочной полосы.
Оказалось, что некоторые самолеты, в особенности тяжелые, никак не хотят садиться. Летит он себе на высоте нескольких метров над землей и не опускается. Будто действительно его не пускает вниз какая-то воздушная подушка. А потом вдруг ома исчезает, и самолет сразу как бы проваливается. Не раз случались в двадцатых годах из-за этого катастрофы при посадке самолета.
Но отчего образовывалась подушка под крылом? Вентилятора-то нет… Выходит, подушка может быть создана и без вентилятора?!
В 1972 году в Югославии был проведен первый чемпионат мира по полетам на лыжах. Специальный трамплин позволял улетать спортсменам необыкновенно далеко. Настолько далеко, что этот вид спорта было решено назвать уже не прыжками с трамплина, а именно полетами на лыжах.
Первый чемпион мира по полетам на лыжах улетел на сто шестьдесят три метра! И вот что он сказал после прыжка: «…Я уловил: если попаду не на рваную воздушную подушку, то улечу далеко».
Другой известный лыжник, первым в мире в 1936 году прыгнувший с трамплина за сто метров, так заявил о нынешних полетах на лыжах: «Если сегодня спортсмены лежат на воздушной подушке, то мы на ней сидели в полусогнутом положении».
Рваная подушка… Сидеть на подушке… Лежать на подушке… Да откуда она там возьмется, воздушная подушка, у лыжника? Уж не вентилятор ли или пылесос берут они с собой в полет?!
Когда движущийся с большой скоростью поток воздуха тормозится, его скорость уменьшается, то часть прежней энергии движения, или кинетической энергии, как ее называют, затрачивается на сжатие воздуха, и его давление повышается. Если измерить точным прибором давление воздуха снаружи ветрового стекла движущегося автомобиля, то оно оказывается больше, чем в окружающей атмосфере. Немного, но больше. Перед автомобилем образуется невидимая воздушная подушка. Давление в ней повышено не вентилятором, а встречным потоком воздуха. Эту подушку называют динамической. Она поддерживает лыжника, прыгающего с трамплина, позволяя ему улететь подальше. Она же мешает совершить нормальную посадку самолету. Иногда она полезна, иногда вредна!
Когда вертолет летит высоко, то отбрасываемой несущим винтом струе воздуха ничто не мешает. Но вот вертолет снизился. Теперь уже струя от винта встречает на пути земную поверхность. Она служит препятствием, или, как говорят, экраном. Воздух в струе вынужден растекаться в стороны, вдоль земли. Это хорошо видно в опыте с дымом.
Под вертолетом образуется воздушная подушка, ничем, по существу, не отличающаяся от создаваемой вентилятором. Да и чем несущий винт вертолета не вентилятор?
Когда начали испытывать первые вертолеты лет сорок назад, то столкнулись с этим эффектом образования воздушной подушки. Тогда-то, собственно, появился и сам термин — подушка. Но ведь на вертолете все-таки есть несущий винт, а как же в случае самолета?
Когда самолет летит вблизи земли, то струйки обтекающего его воздуха под крылом сближаются в образовавшемся стесненном пространстве. Крыло как бы подминает под себя встречный поток. В результате этого «эффекта экрана» давление под крылом повышается. Образуется область заторможенного воздуха повышенного давления — невидимая воздушная подушка. Подъемная сила крыла возрастает в несколько раз.
Дорогу экранолету!
Если самолет совершает полет у земли, то при той же затрате топлива «эффект экрана» позволит увеличить полезный груз или же дальность полета. Так, на создание прежней подъемной силы будет расходоваться меньше топлива. Первые опыты для проверки этого эффекта были проведены более сорока лет назад. Оказалось, что при полете тяжелого самолета на небольшой высоте (он совершался над морем на высоте менее десяти метров) полезная нагрузка самолета может быть увеличена.
Но лишь в последние годы появились первые серьезные проекты специальных самолетов, предназначенных для подобных полетов с использованием «эффекта экрана». Они получили название экранолетов или экранопланов. Первый патент на экранолет получил финский инженер Т. Каарио в 1935 году. Он построил и первый экранолет — правда, не самолет, а сани, скользящие над снегом. Одновременно с ним советский инженер и изобретатель П. Гроховский разработал проект транспортного самолета-экранолета по схеме «летающее крыло». Это был первый проект подобного рода. Проводил он и опыты с моделями экранолетов.
В 1964 году испытали свой первый экранолет студенты Одесского института инженеров морского флота. Затем модели экранолетов «Эла» стали строить молодые конструкторы — студенты Политехнического института в Комсомольске-на-Амуре.
Одна из этих моделей была удостоена медали на выставке; работы продолжаются.
Лет пятнадцать — двадцать назад у нас группой молодых инженеров был построен необычный летательный «Дископлан». Он тоже имел крыло в виде диска и очень быстро, почти вертикально, взлетал и садился — «работала» воздушная подушка под крылом.
Настойчиво работают над экранолетами за рубежом: от первых моделей переходят к полноразмерным аппаратам, ведутся испытания.
Один из первых экспериментальных экранолетов построен в Японии. Это катамаран Кавасаки длиной шесть метров, с коротким крылом и обычным гребным винтом, так что взлететь он, естественно, не может.
Над созданием экранолета работает немецкий авиаконструктор А. Липпиш. Его экранолеты представляют собой самолет — летающую лодку с двигателем всего в сорок лошадиных сил.
Испытания показали, что при взлете экранолет летит на воздушной подушке, а когда скорость достигает ста сорока километров в час, то набирает высоту, как обычный самолет. Так что в данном случае экранолет может и ползать и летать. Аппарат одноместный, но конструктор разработал и шестиместный экранолет. Испытания показали, что мощность двигателя экранолета может быть значительно меньше, чем у всех других видов водного транспорта, что привело конструктора к мысли спроектировать трансокеанский экранолет весом пятьсот тонн, рассчитанный на двести — триста пассажиров или двести сорок тонн груза и скорость двести километров в час.
Эта скорость в четыре-пять раз больше, чем у современных океанских лайнеров, но билет на экранолет обойдется вдвое дешевле. А как оценить полное отсутствие качки при сохранении всего комфорта лайнера? Если уж шторм особенно разыграется и волны будут очень большими, экранолет может превратиться в самолет с размахом крыла шестьдесят один метр. Длина самолета-катамарана — сто восемьдесят четыре метра, мощность двигателей — пятьдесят тысяч лошадиных сил.
