Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
Этот очень заманчивый путь настойчиво исследуется современной авиацией. За рубежом предлагаются и изучаются многие проекты подобных самолетов 15*. Нет сомнений, что в будущем многие самолеты будут иметь «раздвигающиеся» крылья, как в свое время была решена задача создания винта переменного шага или убирающегося шасси. Обе эти задачи когда-то казались не менее сложными. И все же до решения этой действительно трудной проблемы авиационная наука и техника проверяют и используют многие другие средства.
Прежде всего напрашивается мысль о том, нельзя ли уменьшить длину пробега современных самолетов при посадке, не уменьшая посадочной скорости. Такие возможности, действительно, есть и уже широко используются.
Нужно сказать, что пробег современных реактивных самолетов при посадке возрос не только из-за увеличения посадочной скорости. На заре авиации, когда пробег был и так небольшим, не было особой нужды принимать специальные меры для его дополнительного уменьшения. Скорость самолета, совершающего пробег после посадки, постепенно гасилась в результате сопротивления воздуха и трения колес о землю. Единственным тормозящим устройством был воздушный винт. Вращаясь с малым числом оборотов, он оказывал при посадке дополнительное и довольно сильное сопротивление. Скорость самолета быстро снижалась, и он останавливался.
Но вот посадочная скорость поршневых самолетов постепенно стала возрастать, и их конструкторы задумались над тем, как искусственно снизить длину послепосадочного пробега. Нельзя ли тормозить самолет так же, как тормозит шофер обычный автомобиль? Для этого нужно снабдить колеса самолета такими же тормозами, как у автомобиля. Так и сделали. Правда, одного этого оказалось недостаточно. Ведь автомобиль — на четырех колесах, а на старых самолетах шасси имело два колеса, а иногда еще третье небольшое колесико или просто костыль сзади, для того чтобы хвост не ударялся о землю. Но при резком торможении с таким шасси самолет неизбежно, как говорят летчики, капотировал, то есть опрокидывался вперед. «Полный капот» нередко превращался в катастрофу. Вот почему использование тормозов на колесах стало возможным только с введением третьего, носо-. вого колеса, исключающего возможность капотирования.
15* По журналу «Нейшнл Эронотикс», январь 1963 г., и др.
Так могут выглядеть самолеты изменяемой геометрии — с «убирающимся» крылом (по проектам США). Показаны различные возможные положения крыла.
пассажирский сверхзвуковой самолет
истребитель
индивидуальны и легкий турбовинтовой самолет
Так часто совершают посадку современные реактивные самолеты..
Однако и этого конструкторам показалось мало. Стали устраивать всякие воздушные тормоза — различные щитки, которые открывались во время пробега и таким образом увеличивали лобовое сопротивление. Иногда снабжают самолеты даже специальным парашютом, спрятанным в фюзеляже у хвоста. При посадке парашют выпускается и, конечно, сильно тормозит самолет (попробуйте быстро бежать, держа сзади раскрытый зонтик!). Интересно, что такой метод торможения был очень давно с большой пользой применен советскими летчиками. Во время первой арктической воздушной экспедиции на Северный полюс в 1937 году это позволило осуществить успешную посадку тяжелого самолета на льдину. Сейчас же такие тормозные парашюты применяются все шире. Иногда раскрываются сразу даже два, а то и три парашюта.
Но, пожалуй, главный эффект торможения был получен тогда, когда для него стали использовать более полно воздушный винт. Правда, это оказалось очень нелегким делом. Сама-то идея проста и очевидна. Ведь с первых лет развития авиации на самолетах применялись как тянущие, так и толкающие винты. Тянущие винты устанавливаются спереди крыла, тогда как толкающие — сзади. А что случится, если установить спереди крыла не тянущий, а толкающий винт? Пожалуй, самолет начнет пятиться. А ведь это как раз то, что нужно при посадке! Но нельзя же на ходу менять винты на самолете.
Вот тут-то и пришло на помощь усовершенствование воздушных винтов, сделанное совсем для другой цели. В авиации все шире стали применять так называемые винты изменяемого шага, то есть винты, лопасти которых могут поворачиваться вокруг своей оси во втулке винта. Это оказалось необходимым, чтобы винт всегда работал в наилучших условиях при всех возможных скоростях полета. Но если лопасти винта можно поворачивать, устанавливая их под разными углами к направлению полета, то нельзя ли их повернуть так сильно, чтобы вместо отбрасывания воздуха назад, как это делают тянущие винты, они отбрасывали бы его вперед, как это сделали бы толкающие винты, установленные перед крылом? Это и позволило бы превращать один винт в другой. Правда, подобное, как его называют, реверсирование (то есть обращение) воздушных винтов оказалось совсем не простой задачей. Но она была все-таки успешно решена. Реверсируемые воздушные винты стали широко применяться, и с их помощью удалось значительно сократить пробег самолета при посадке.
Реверсирование воздушных винтов применяется теперь и на скоростных самолетах с турбовинтовыми двигателями. Но как же поступить с реактивными самолетами, у которых никаких винтов нет? Нельзя же реверсировать… реактивную струю?
А в самом деле, почему бы не воспользоваться этой замечательной возможностью? Ведь при посадке турбореактивные двигатели нельзя совсем выключить, так как в случае невозможности посадки, которая всегда может выясниться в последнюю минуту, самолету придется сразу же снова набирать высоту, или, как говорят летчики, уходить на второй круг. Ну, а раз двигатели все равно работают, то почему бы не использовать их выхлопные газы для торможения самолета?
… а иногда и так.
Мало того, появляется и еще один соблазн. Дело в том, что турбореактивные двигатели современных самолетов пока еще далеки от совершенства и уступают поршневым двигателям в отношении так называемой приемистости, то есть способности быстро переходить с минимальной мощности на максимальную. Легко видеть, как важно в эксплуатации самолетов это требование. Так, например, если на пути совершающего посадку самолета возникает неожиданное препятствие, то даже не секунды, а доли секунды имеют значение, разрешится ли эта драматическая коллизия благополучно. Вот почему летчик в таких случаях рывком переводит рычаг управления двигателем от упора до упора, то есть с малого на полный газ.
Но летчику-то легко резко перевести рычаг, а реактивному двигателю вовсе не так просто сразу изменить режим работы. На заре развития реактивной авиации вместо быстрого увеличения тяги в подобных случаях либо происходила самопроизвольная остановка двигателя из-за срыва пламени в камере сгорания, либо возникал пожар, что чаще всего приводило к катастрофе. Поэтому в механизм управления двигателем было включено особое устройство. Как быстро ни передвигал летчик рычаг управления, до двигателя доходили только спокойные, замедленные команды этого устройства.
Но так можно было устранить лишь опасность катастрофы из-за остановки или пожара двигателя. А как же остающаяся опасность, связанная с чрезмерно медленным увеличением тяги двигателя? Сейчас реактивные двигатели удалось усовершенствовать настолько, что надобности в «хладнокровном» устройстве для управления нет. Переход на полную тягу осуществляется за несколько секунд вместо прежних 20–30 секунд. И все же эта приемистость недостаточна, хотелось бы достичь перехода от минимальной к максимальной тяге за 1–1,5 секунды.
Вот тут-то и приходит мысль о том, нельзя ли сразу убить двух зайцев? Действительно, как хорошо было бы создать устройство, которое по желанию летчика могло бы изменять направление реактивной струи. С помощью этого устройства струю газов, вытекающих из двигателя, можно было бы направлять не назад, как обычно, а в стороны или даже вперед. Тогда не было бы нужды давать при посадке малый газ с риском вызвать остановку двигателя Или не успеть перевести его при необходимости на полную мощность. Пусть двигатель работает по-прежнему на полной мощности, но газы вытекают уже не назад, как в обычном полете. Ведь если выпускать их в стороны, то они не будут создавать вообще никакой тяги, а если вперед, то тяга станет уже не разгонять, а тормозить самолет. Тогда и пробег при посадке значительно уменьшится, и при необходимости можно почти мгновенно восстановить полную летную тягу, переключив устройство на выпуск газов назад.
Принципиально такое устройство для реверсирования тяги турбореактивного двигателя создать нетрудно. Для этого достаточно установить на выходе из двигателя какие-нибудь поворотные заслонки, которые в одном положении полностью открывают выходное сечение сопла, а в другом закрывают, заставляя газы вытекать в стороны или вперед. Но в действительности создать работоспособное и надежное реверсирующее устройство совсем не просто. Ведь детали такого устройства при работе двигателя непрерывно омываются раскаленными газами, текущими с большой скоростью. Особенно сложны условия работы реверсирующего устройства, когда оно установлено на турбореактивном двигателе с форсажной камерой: в этом случае температура газов может составлять уже не 600–700°, а 1600°. Ну и, кроме того, конечно, реверсирующее устройство совсем не должно вызывать уменьшения нормальной тяги двигателя.
