Владимир Пышнов - Из истории летательных аппаратов
Аэродинамическое качество самолета с учетом сопротивления винта было равно примерно 5,7. Однако практически самолет снижался довольно круто по следующей причине: чтобы вращение винта не прекратилось при спуске, летчик старался держать повышенную скорость, тем самым отдаляя самолет от режима максимального качества. Так, при скорости 100-110 км/час аэродинамическое качество становилось равным 4,5. Поломки при посадке были часты -- в основном, погнутость оси колес. При повреждении шасси или при наличии сноса в момент касания самолет становился на нос или даже переворачивался на спину -- "капотировал".
Нет сомнения в том, что П. Н. Нестеров в совершенстве овладел самолетом "Моран-Ж", свободно и точно на нем маневрировал и уверенно совершал посадки на небольшие полянки. Следует напомнить, что длина разбега самолета была равна 75-80 м и время разбега -- около 7 сек; длина пробега при посадке -80-90 м; взлетная дистанция до набора высоты, равной 10-15 м, составляла около 200 м; угол подъема на малых высотах -- около 8o-10o. При наличии профиля крыла с большой кривизной и установочного угла крыла по отношению к фюзеляжу, равного 5o-6o, линия нулевой подъемной силы составляла с осью фюзеляжа угол 10o-12o. При наборе высоты угол наклона фюзеляжа оказывался меньше наклона траектории и создавалось впечатление, что самолет "вспухает", т. е. поднимается почти при горизонтальном положении фюзеляжа. При спуске, наоборот, наклон фюзеляжа был больше наклона траектории, создавая иллюзию более крутого спуска; но зато это обстоятельство улучшало обзор вперед.
В 1918 г. профессор В. П. Ветчинкин в полете на самолете "Моран-Ж", пилотируемом известным летчиком, героем Гражданской войны Ю. А. Братолюбовым, впервые произвел измерения перегрузок при полете в "болтанку" и при выполнении фигур высшего пилотажа. Эти исследования имели очень важное значение для разработки требований к прочности самолетов.
=====
НОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
Перейдем теперь к вопросу, который весьма интересовал П. Н. Нестерова и явился объектом его исследований и конструктивных разработок. Уже первое знакомство с самолетами и средствами управления ими в 1910 г. заставило Петра Николаевича задуматься над причинами различия полетов самолетов и птиц. У всех птиц отсутствует вертикальное оперение, у самолета оно не только имеется, но и играет важную роль в управлении полетом. На самолетах того времени повороты делали без крена или осторожно, с малым креном, боясь, как бы не произошло скольжение на крыло, поскольку не было значительной поверхности, которая этому помешала бы. Нужно сказать, что скольжения на крыло действительно случались, хотя причина их тогда еще не была установлена. Если мы познакомимся с причинами аварий и катастроф в период 1910-- 1917 гг., то мы встретим не столько упоминаний о сваливаниях на крыло и срывах в штопор, сколько о скольжениях на крыло.
Присутствуя на аэродроме и прислушиваясь к разговорам летчиков в 1916-1917 гг., автор не раз слышал, как они обменивались опытом и рассказывали о случаях скольжения на крыло, а на воздушном празднике весной 1917 г. автор был свидетелем катастрофы, когда самолет "Вуазен" с высоты 40-50 м скользнул на крыло и в положении скольжения ударился боком о землю. Частые случаи скольжения на крыло самолетов того времени не были обследованы. Это можно объяснить тем, что в те времена знание свойств самолетов было недостаточным, а затем интерес к вопросам скольжения отпал, так как более актуальными стали вопросы борьбы со сваливанием на крыло и переходом в штопор.
Несомненно, что склонность к устойчивому и неуправляемому скольжению на крыло следует объяснять аэродинамическими особенностями некоторых самолетов. Эти особенности заключаются в применении тонких профилей крыла со значительной кривизной и в слабом развитии вертикального оперения.
Если сравнить схему современного спортивного легкого самолета со схемами самолетов 1910-- 1914 гг., то наиболее существенное различие между ними будет заключаться как раз в том, что современные самолеты имеют большую толщину профиля крыла и относительно большую площадь вертикального оперения.
Скольжение на крыло, которое являлось причиной аварий, не следует смешивать с тем скольжением, которое легко вызывается простым отклонением руля направления. Если самолет сильно накренить, не меняя величины подъемной силы, то движение его будет характеризоваться двумя ускорениями -- одно, определяемое горизонтальной составляющей подъемной силы и дающее искривление траектории в горизонтальной плоскости, и второе, определяемое недостатком вертикальной составляющей подъемной силы, направленное вниз и вызывающее искривление траектории в вертикальной плоскости. В итоге развивается спиральное движение, и при отсутствии или недостаточности разворота самолета в сторону крена получается скольжение, т. е. косое обтекание. Однако, если бы при накренении была увеличена подъемная сила отклонением руля высоты, кривизны траектории в вертикальной плоскости не было бы. В итоге получается правильный вираж без скольжения. Для П. Н. Нестерова динамика виража с большим углом крена была ясна, и он, получив возможность летать, стал смело применять очень глубокие виражи.
Обращаясь к "аварийным" скольжениям, следует указать, что дело было не в том, что оно возникало при накренении без увеличения подъемной силы, а в том, что, оказавшись в скольжении, летчик чувствовал невозможность его устранения. Несмотря на отклонение элеронов против направления крена, а может быть, и отклонение руля направления тоже в сторону, обратную крену, самолет сохранял свое состояние крена и скольжения. Конечно, летчик мог устранить скольжение, отклонив руль направления в сторону крена, но тогда самолет был бы переведен в крутое снижение, чего нельзя было допустить на малой высоте. Потеря эффективности элеронов объяснялась выходом самолета на критические углы атаки. В то же время, моменты от несимметричного срыва обтекания, вызывающие самовращение, были слабы. Впоследствии при выполнении виража с недостаточной скоростью (например, на самолетах Р-1) самолет, начав скольжение в сторону крена, подхваченный моментами самовращения от срыва обтекания со стороны крыла, обратной направлению скольжения, весьма быстро выходил из крена и сваливался в штопор в противоположную сторону.
Большинство летчиков раннего периода развития авиации и конструкторов самолетов были спортсменами, которые имели практику езды на автомобиле, мотоцикле, моторной лодке. С. И. Уточкин прямо указывал, что езда на мотоцикле позволила ему быстро овладеть управлением самолетом. Для спортсменов наличие руля направления на самолете представлялось совершенно естественным. Иным был путь П. Н. Нестерова; он сразу почувствовал противоречие между органами управления самолета и птицы. Он поставил себе задачу применить иную схему управления хвостовым оперением. Он указывал, что поворот всего руля или поворот руля как части хвостовой поверхности с переломом формы сечения нежелателен; более целесообразным является выгибание поверхности. Принцип искривления крыльев он считал правильным, но только, по его мнению, форма крыльев самолета должна была бы быть ближе к форме крыльев птицы. Наконец, П. Н. Нестеров интересовался эффектом изменения установочного угла крыла по отношению к фюзеляжу, полагая, что с его помощью можно расширить диапазон скоростей, облегчить взлет и посадку. В своем проекте самолета, который П. Н. Нестеров представил в Главное Инженерное Управление Военного ведомства в 1912 г., он предусматривал указанные выше усовершенствования.
Рассматривая схему самолета Нестерова, опубликованную в журнале "Аэро" в 1912 г., и, особенно, более детальную схему, приведенную в труде И. Ф. Шипилова "Выдающийся русский летчик П. Н. Нестеров" (Военное издательство Министерства Обороны СССР, 1952), мы видим (рис. 16), что она напоминает известную в то время схему самолета Этриха "Таубе", но отличается от нее хвостовым оперением.
Остановимся немного на истории схемы самолета "Таубе". "Таубе" -- по немецки "голубь", и действительно, схема самолета "Таубе" (рис. 17) напоминает, если не голубя, то, во всяком случае, какую-то птицу. Интересно, что эта схема в действительности "происходит" не от птицы, а от планирующего тропического семени "Цанония". Это семя (рис. 18) представляет собой летающее крылышко с оттянутыми и несколько отогнутыми вверх концами.
Рис. 16. Схема самолета, спроектированного П. Н. Нестеровым в 1912 г, с оперением оригинального типа
Рис. 17. Схема самолета Этриха "Таубе" (1911 г.)
Рис. 18. Схема планирующего семени "Цанония"
Центр тяжести его расположен так, что центровка получается передней. Австрийские конструкторы Этрих и Вельс сначала просто воспроизводили это семя в большом масштабе, а затем добавили к нему хвост, похожий на хвост коршуна, и получилась схема "Таубе". Один из самолетов Этриха "Таубе" был в Петербурге в 1911 г. и летчик Лерхе принял участие в перелете на этом самолете по маршруту Петербург -- Москва. Впоследствии самолеты этой схемы получили распространение в Австрии и Германии -- например, "Гота-таубе", "Румплер-таубе" и др. Были и бипланные варианты схемы "Таубе". Об особенностях аэродинамических свойств схемы "Таубе", к сожалению, автору ничего неизвестно. Аэродинамика их была посредственной из-за наличия у них множества растяжек, открытого расположения двигателя, больших радиаторов охлаждения и других неукрытых деталей. Естественно, скорость их была невелика.
