Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
С помощью такого управления пограничным слоем можно вызвать нормальное обтекание на углах атаки, намного больших, чем критический угол обычного крыла. Правда, управление пограничным слоем не достается даром, оно требует затраты значительной мощности на сжатие или разрежение воздуха. Но, как видно, эта затрата многократно окупается, если уже не только ведутся интенсивные исследования, но и строятся экспериментальные самолеты с управлением пограничным слоем на крыле. Кстати сказать, появление вместо поршневых двигателей газотурбинных сделало перспективы управления пограничным слоем значительно более реальными. Ведь через эти двигатели протекает огромное количество воздуха, что и позволяет использовать часть его для управления пограничным слоем.
Но нельзя ли применить крыло с такой «комплексной механизацией» для создания самолетов вертикального взлета и посадки?
Ведь если бы удалось заставить поток воздуха, обтекающий крыло при взлете и посадке, отклониться прямо вниз, то есть повернуть этот поток на 90°, с горизонтального на вертикальный, то задача была бы решена! Тогда крыло создавало бы даже на стоянке самолета (при работающих двигателях) достаточную подъемную силу, чтобы уравновесить вес самолета. В этом случае не было бы необходимости поворачивать установленные на самолете двигатели или даже все крыло целиком, достаточно было бы просто изогнуть крыло так, чтобы его задняя часть оказалась направленной вертикально вниз. Конечно, при этом нужно еще заставить поток, отбрасываемый винтом, не отрываться от изогнутого в виде буквы «Г» крыла, а плавно обтекать его. Обе эти задачи и решает крыло некоторых из построенных в последнее время самолетов вертикального взлета и посадки. Можно думать, что такие самолеты найдут широкое применение в будущем, так как они представляют собой, пожалуй, наиболее простое решение проблемы вертикального взлета и посадки.
А как быть, если самолет реактивный? Ведь на нем нет винта, создающего поток, который может обтекать крыло еще при стоянке самолета.
Выходит, придется все же поворачивать либо двигатели, либо крыло вместе с двигателями?
Такой вывод был бы поспешным. Ведь если на реактивном самолете нет струи от винта, то есть струя выхлопных газов. Значит, нужно осуществить поворот этой струи, не поворачивая самого двигателя. Для этого, очевидно, достаточно устроить изгибающуюся или поворачивающуюся выхлопную трубу. Помните, как путем реверсирования реактивной струи турбореактивного двигателя удается быстро затормаживать самолет при посадке? Тот же принцип может быть использован и для создания подъемной силы с помощью реактивной струи: для этого ее нужно направить вниз, к земле. Такие самолеты вертикального взлета и посадки уже летают, испытываются в воздухе.
.Самолеты вертикального взлета е отклоняющейся реактивной струей и «реактивными закрылками» (по журналу «Флайт», апрель 1963 г., и др.).
Но, пожалуй, еще выгоднее поступить иначе — выпускать газы наружу не через обычное реактивное сопло, а через щель, идущую вдоль задней кромки крыла. Тогда при взлете поток газов, мчащихся с большой скоростью к земле, создаст нужную подъемную силу. А когда самолет взлетит, то специально сконструированные закрылки повернутся так, чтобы газы вытекали назад, как это требуется для скоростного горизонтального полета. «Реактивные закрылки» становятся все более популярными в авиации. Их значительное преимущество заключается в том, что пелена реактивных газов позади крыла улучшает его обтекание при полете с небольшими скоростями, она как бы подсасывает воздух и таким образом значительно увеличивает критический угол атаки.
Правда, система «реактивных закрылков» имеет и недостатки, связанные главным образом с тем, что горячие газы текут внутри крыла. Приходится принимать специальные меры защиты конструкции от действия высокой температуры. Предлагается иногда также в задней, отклоняющейся части крыла устанавливать целую батарею небольших турбореактивных двигателей.
Кстати сказать, установка ряда турбореактивных двигателей сравнительно небольшой тяги вместо малого числа очень мощных обладает, очевидно, и другими преимуществами. Как и в природе, в технике чрезмерно большие размеры невыгодны, когда речь идет о полете. Этот вывод основывается на очень простом законе: когда размеры увеличиваются вдвое, вес возрастает в 23, то есть в 8 раз. Так как все поверхности при этом увеличиваются только в 22, то есть в 4 раза, то на единицу несущей поверхности придется вдвое больший вес. В природе, возможно, именно этим объясняется отсутствие комаров величиной со слона. В нашем же случае это показывает практичность двигателей малой тяги, обладающих меньшим весом на единицу тяги. Правда, существует предел, ниже которого уменьшение размеров уже невыгодно.
Самолеты вертикального взлета с раздельными двигателями для взлета и горизонтального полета (по журналу «Люфтфарттехник», июнь 1962 г., и др.).
Но если установить много маломощных двигателей, то, может быть, стоит предусмотреть, чтобы одни создавали тягу в горизонтальном полете, а другие — подъемную силу и работали только при взлете? Так и сделано в ряде построенных, а также спроектированных в Англии, США, Франции и других странах экспериментальных самолетах вертикального взлета. В числе их имеется, например, английский проект пассажирского экспресса будущего, в котором тяга и подъемная сила создаются раздельно значительным числом турбореактивных двигателей.
Мы уже знаем, как невыгодно создавать подъемную силу, отбрасывая вниз газы с большой скоростью. Вот почему возникает мысль о том, нельзя ли использовать турбореактивный двигатель только для горизонтального скоростного полета, а для взлета и посадки заменить его каким-нибудь другим устройством. Так появились проекты самолетов вертикального взлета с силовой установкой «двойного назначения». При необходимости совершить вертикальный взлет или посадку газы не выпускаются из турбореактивного двигателя назад, а направляются на турбинные лопатки, которые могут быть, например, укреплены на ободе несущего винта или вентилятора большого диаметра, установленного в фюзеляже или крыле в горизонтальной плоскости. Таким образом, становится возможным взлет при гораздо меньшей мощности двигателя и меньшем расходе топлива, чем при отклонении вниз реактивной струи газов. Можно думать, что подобные самолеты окажутся выгодными и найдут применение в будущем.
Реактивные самолеты вертикального взлета с силовой установкой «двойного назначения» (по журналу «Попюлер сайенс», ноябрь 1962 г., и др.).
Колеоптеры. (по журналу «Эронотикс», 1958 г., и др.).
Существуют самые различные самолеты вертикального взлета и посадки, но, как видно, только крыло позволяет совместить в одном летательном аппарате эти свойства с высокой скоростью полета. Правилен ли такой вывод?
Вот взгляните еще на один летательный аппарат. Он стоит, опираясь на ноги, как уже известный нам самолет вертикального взлета. Но крыла на этот раз нет. Просто какая-то бочка на стойках. И вдруг эта бочка вздрагивает, снизу из нее вырываются раскаленные газы, она отрывается от земли и уносится в небо. На высоте в несколько десятков метров бочка круто поворачивается на бок и, продолжая с высотой набирать скорость, скрывается за горизонтом.
Что это за бочка? Как она может летать без крыла?
Ответы оказываются несколько неожиданными. Здесь тоже есть крыло, только это уже нё наклонная, а свернутая в кольцо, в трубу, пластина. Она и создает необходимую для горизонтального полета подъемную силу. Конечно, этот своеобразный самолет, который часто называют колеоптером «в честь» одного жесткокрылого жука, не похож на обычные самолеты. Во многом он уступает им. Но зато он обладает драгоценной способностью взлетать и садиться вертикально. Вдобавок и маневренность колеоптера выше, чем у обычных самолетов.
Если бы мы заглянули внутрь бочки, то увидели бы круглый фюзеляж с прозрачным носком, образующим фонарь кабины. На некотором расстоянии от фюзеляжа, концентрически относительно него, расположено кольцевое крыло, связанное с фюзеляжем несколькими радиальными стойками-поперечинами. Фюзеляж оказывается как бы вставленным внутрь кольцевого крыла. Через кольцевую щель между фюзеляжем и крылом с большой скоростью протекает встречный воздух.
«Турболет» в воздухе.
Пассажирские колеоптеры могут успешно соревноваться с другими самолетами вертикального взлета и посадки в качестве экспрессных авиатакси. На колеоптерах можно устанавливать турбовинтовой двигатель, приводящий во вращение два соосных винта внутри кольцевого крыла. Может найти применение для наиболее скоростных пассажирских перелетов и колеоптер, в задней части фюзеляжа которого установлен турбореактивный двигатель. Такие колеоптеры могут доставить пассажиров из Ленинграда в Москву меньше чем за полчаса, причем с посадкой и высадкой в самом центре города, например на крышах гостиницы «Ленинградская» в Ленинграде и гостиницы «Москва» в Москве.
