Владимир Пышнов - Из истории летательных аппаратов
На рис. 3 показано относительное изменение величины Y/Y0 с высотой: эта зависимость подсчитана по формуле
Изменение мощности двигателей с высотой зависит от изменения числа оборотов, от изменения атмосферного давления и температуры и от величины механических потерь в двигателе. При винте фиксированного шага с поднятием на высоту число оборотов двигателя понижается и это приводит к дополнительному уменьшению мощности. У ротативных двигателей механические потери выше и поэтому с поднятием на высоту мощность убывает более значительно.
На рис. 3 даны три кривые, для которых были подобраны следующие формулы:
1) для ротативного двигателя с винтом фиксированного шага
2) для обычного поршневого двигателя с винтом фиксированного шага
3) для обычного поршневого двигателя с винтом изменяемого шага, сохраняющего постоянную скорость вращения независимо от высоты и скорости полета,
Рис. 3. График изменения подъемной силы с высотой:
1 -- самолет с ротативным двигателем и винтом фиксированного шага; 2 -самолет с обычным поршневым двигателем и винтом фиксированного шага; 3 -самолет с обычным поршневым двигателем и винтом изменяемого шага с постоянной скоростью вращения
Важным достоинством бипланов с равными по площади крыльями было относительно малое значение Сун и при полете на максимальном качестве у них оставался еще большой запас угла атаки до срыва обтекания.
В 1917 г. фирма Сопвич выпустила истребитель-триплан, т. е. довольно необычной схемы, которая, хотя и применялась ранее, но успеха не давала (см. рис. 2, г). Как видно из табл. 1, самолет Сопвич, триплан, имел почти такие же характеристики по размаху и площади, что и биплан "Кемел"; летные характеристики его тоже почти такие же. Некоторое число трипланов Сопвич попало в Россию и затем в ВВС Советской Армии, где они использовались в основном для тренировок в школах.
Пример с трипланом Сопвич наглядно показывал, что дело не в схеме самолета, а в том, чтобы иметь достаточно большой эффективный размах крыльев и не очень большую величину Сун.
Грубую ошибку делали некоторые конструкторы, которые пытались применить трипланную схему, уменьшая размах крыльев. Недостатком триплана Сопвич был, видимо, худший обзор для летчика и недостаточная жесткость высокой схемы из трех крыльев. Этот самолет был одним из немногих удачных трипланов.
Самолетов "Кемел" в России не было, если не считать единичных экземпляров и трофеев гражданской войны. В 1917 г. в Россию было прислано из Англии некоторое количество самолетов "Виккерс F.В-19". Они в общем напоминали самолеты "Кемел", но имели меньший размах крыльев -- всего лишь 7,35 м -- и относительно широкие крылья без выноса верхнего крыла вперед, столь типичного для фюзеляжных бипланов. На малых высотах и без вооружения самолет фирмы Виккерс был очень маневренным. Как боевой самолет он оказался неудачным вследствие того, что у него был плохой обзор для летчика, который находился под крылом в очень широком фюзеляже.
Таким образом, для повышения маневренности самолетов изыскания в области их аэродинамических схем не дали большого эффекта. Более существенными факторами были конструктивная целесообразность и обеспечение обзора для летчика. Лучшей схемой оказалась бипланная, с выносом верхнего крыла вперед; впоследствии было выяснено, что нижнее крыло целесообразно немного уменьшать.
Однако решающим фактором было повышение мощности двигателей воздушного охлаждения. Если в начале первой мировой войны применялись мощности порядка 80 л. с., а в середине ее -- мощности порядка 120-130 л.с., то к концу войны появились маневренные истребители с ротативными двигателями мощностью 220-230 л. с. Соответственно, если в начале войны маневренные перегрузки были около 2, в середине ее -- 2,4-2,5, то к концу войны они достигали значений 2,7-2,8.
Среди последних типов самолетов-бипланов в Советском Союзе было несколько трофейных экземпляров английского истребителя Сопвич "Снайп". У этого самолета (кроме того, что на нем был установлен более мощный двигатель) был увеличен размах крыльев, а бипланная коробка была снабжена двумя парами стоек, что увеличивало сопротивление, но в то же время позволяло несколько уменьшить вес конструкции. Малый вес конструкции этого самолета характеризуется очень низким значением KG0 (K G03,35) -- наиболее низким среди всех самолетов времен первой мировой войны.
В Германии после уже описанного моноплана фирмы Фоккер появились маневренные истребители-бипланы, а в 1917 г. был построен и получил широкое применение самолет-триплан этой фирмы. Это был сравнительно небольшой самолет, что конечно привело к уменьшению его подъемной силы, которая была равна около 1150 кГ вместо 1600 кГ у триплана фирмы Сопвич, однако и вес триплана фирмы Фоккер был меньше. По расчету (см. табл. 1) перегрузка при маневре у триплана "Фоккер DR-1" была сравнительно невелика (nу ====2). Малый размах крыльев приводил к увеличению скорости накренения.
Однако основное достоинство триплана "Фоккер DR-1" заключалось в следующем. Это был, видимо, первый самолет со свободнонесущими крыльями, хотя и трипланной схемы. Крылья были соединены стойкой, но растяжки отсутствовали и профиль крыла был достаточно толстым. У самолетов фирмы Сопвич крылья имели тонкий профиль с малой кривизной и поэтому значение Су при маневре едва ли могло превышать единицу. У триплана "Фоккер DR-1" значение Су при маневре было не менее 1,3-1,4, и в результате радиус виража у него был меньше, чем у какого-либо другого истребителя того времени.
Для сравнения рассмотрим характеристики истребителей с двигателями жидкостного охлаждения, которые, как правило, были более быстроходными, но менее маневренными, чем истребители с двигателями воздушного охлаждения.
Наиболее типичными из них были французские истребители "Спад" модели VII и XIII. Этот самолет представлял собой небольшой биплан, нижнее крыло которого было немного меньше верхнего. Наиболее примечательным свойством этого самолета являлась компактность расположения грузов -- двигателя, топлива, оружия и летчика. Стремление к компактности расположения грузов с целью уменьшения момента инерции проявлялось у конструкторов многих самолетов того времени. Только значительно позднее, после развития теории динамики вращательных движений, выяснилось, что уменьшение моментов инерции не имеет большого значения. Несмотря на то, что самолет имел небольшой размах крыльев, крылья у него были соединены с каждой стороны двумя парами стоек. Это было сделано для обеспечения большей жесткости тонких крыльев в условиях длительного пикирования.
Самолет "Спад-VII" с двигателем Испано-Суиза мощностью 150 л. с. строился в России в 1917-- 1918 гг., однако построено их было немного -- в основном из-за недостатка двигателей. Его маневренные характеристики были значительно хуже, чем у самолетов "Ньюпор", но скорость была выше, чем у них, особенно при крутом снижении.
Самолет "Спад-XIII", на котором был установлен тот же двигатель, но повышенной мощности, был наиболее быстроходным истребителем в период 1917-1918 гг. На этом самолете был впервые применен "двигатель-пушка", т. е. пушка у него была прикреплена к двигателю и стреляла через полый вал редуктора, на котором был установлен винт. Эта схема вооружения широко использовалась во время второй мировой войны.
Автор много раз наблюдал полеты самолета "Спад-VII", но никогда не видел, чтобы на этом самолете выполнялся сложный пилотаж. В Германии и в Англии в период 1917-- 1918 гг. строился целый ряд истребителей с двигателями водяного охлаждения; среди них наиболее известен немецкий самолет "Альбатрос D-V" с двигателем мощностью 160 л. с. и английский самолет "SE-5" с двигателем мощностью 200 л. с.
В 1918 г. в Германии поступил на вооружение очень интересный самолет-истребитель, биплан "Фоккер D-VII". Его особенностью были свободнонесущие крылья толстого профиля с большой кривизной средней линии. Крылья соединялись стойками, что придавало конструкции большую жесткость на кручение, так как естественная жесткость крыльев на кручение при полотняной обтяжке была недостаточна. На самолете был установлен двигатель БМВ водяного охлаждения мощностью 185-220 л. с. Самой главной особенностью самолета было применение профиля крыла с очень высокой несущей способностью. На рис. 4 дано сравнение зависимостей Су по a для английского профиля "RAF-15" и профиля крыла самолета "Фоккер D-VII". Как видно, у последнего срыв не только происходит на больших углах атаки, но и протекает более плавно.
Особенности профиля крыла самолета "Фоккер D-VII" очень убедительно проявлялись в практике полетов. Неожиданные явления потери управляемости и сваливания на крыло, характерные для английских и французских истребителей того времени, не имели места у самолета "Фоккер D-VII". Это не только снизило аварийность, но и позволяло при маневрировании спокойно доводить самолет до больших значений Су, уменьшая тем самым радиус виража.
