Борьба за скорость - Ляпунов Борис Валерианович (читать книги полные TXT) 📗
Он должен быть тоньше, с более острым носком, с меньшей кривизной. Тогда и неприятности, связанные с появлением «местных» звуковых скоростей, отдаляются, отодвигаются. То же относится и к фюзеляжу.
Оказывается, самолет-капля не всегда идеал. Это идеал до известного предела. Ему на смену приходит новый самолет, самолет-веретено.
Расчеты и опыты показали, что есть и другой путь для того, чтобы отдалить появление скачков. Этот путь — стреловидные крылья и оперение. И старому самолету приходит на смену новый — с крыльями отогнутыми, как у ласточки в стремительном полете.
Выбирая форму скоростного самолета, приходится многое иметь в виду.
Неудачно расположена моторная гондола — и опасность появления скачка тут как тут. Неудачно расположили вертикальное оперение по отношению к горизонтальному — и жди неприятностей.
Надо позаботиться и о том, чтобы оперение не попало в струю газов из реактивных двигателей, расположенных в крыльях, и его поднимают выше, чем у обычных самолетов.
Возникают и новые трудности для конструктора.
Нужны тонкие крылья и фюзеляж, — говорит ученый-аэродинамик.
Но не забывайте о прочности, — напоминает инженер-прочнист.
А моторостроитель требует предусмотреть побольше места для горючего — его ведь реактивному двигателю нужно больше, чем поршневому. Нельзя забыть и про пассажиров, про грузы.
От одной неприятности избавились, вернее отдалили ее, другая появилась. И приходится изыскивать не только новые формы, но и новые конструкции частей самолета, еще тщательнее отделывать поверхности, находящиеся в воздушном потоке.
В тонком крыле трудно разместить тот каркас, к которому крепится обшивка. Эту «начинку» делают более простой. На одном самолете, например, вместо сложного каркаса применили заполнитель из очень легкого материала, а обшивку сделали фанерную. Думают и о крыльях литых и откованных из металла.
В тонком крыле бывает подчас трудно запрятать шасси. Тогда делают специальные гнезда в фюзеляже для уборки колес.
Шасси на реактивном самолете обычно устраивают трехколесное. Оно удобнее двухколесного. Однако и с ним не все сразу стало гладко.
Самолет разбегается перед взлетом. И вдруг носовое колесо начинает прыгать из стороны в сторону, как бы выплясывая какой-то танец. Это явление, кстати, и получило название танца «шимми».
Задачу борьбы с «шимми» помог решить лауреат Сталинской премии академик М. В. Келдыш. Он вооружил конструкторов методами борьбы с колебаниями колес самолета.
Конструкторам пришлось по-новому решить и вопрос об управлении самолетом.
В нашем распоряжении есть и электромоторы и гидравлика. Нажал бы летчик на кнопки или открыл кран — и рули легко поворачиваются, если с ними не справишься одними мускулами. Есть же у нас целые машины, управляемые простым нажатием кнопки.
Но предложите летчикам такой самолет-полуавтомат: никто из них не согласится на нем летать!
Я должен чувствовать машину, — ответит вам летчик.
Отклоняя рули, он должен чувствовать усилие на ручке управления. Чем больше усилие, тем сильнее отклонится руль. Самолет «отвечает» летчику. А попробуйте почувствовать это, нажимая на кнопку! Мало ли, много ли отклонился руль, а нажим на кнопку одинаковый.
Конструкторы разделили труд между человеком и машиной. Самую тяжелую работу по отклонению рулей при большой скорости выполняет электромотор или жидкость под давлением, двигающая поршень с рычагом. На долю летчика остается небольшое усилие, меняющееся как и при обычном полете, когда летчик «чувствует» самолет.
Перед конструкторами машин больших скоростей стояла и другая очень важная задача.
Вот какой произошел однажды случай, о котором рассказывает инженер-подполковник Вишенков в книге о летчиках-испытателях.
Новая скоростная машина сначала вела себя прекрасно и оправдала все ожидания. Скорость ее была столь велика, что летчик не мог нарадоваться стальной птицей. Он поднимался на заданную высоту, переходил в горизонтальный полет, чтобы узнать, какую скорость может дать машина. Потом поднимался еще выше и снова мчался на полной скорости. Все шло хорошо.
И вдруг… когда самолет забрался повыше и рванулся вперед, его внезапно затрясло так, что штурвал выскочил у летчика из рук. Похоже было, что машина вот-вот рассыплется на куски… С трудом удалось ему утихомирить «взбунтовавшийся» самолет и посадить его на землю. Летчик вылез из кабины и замер от удивления. Гладкая, блестящая обшивка походила на бурное море: она покрылась волнами, вспучилась. Трещины и клочья обшивки виднелись тут и там, будто кто-то нарочно рубил машину топором.
Это сделал флаттер, злой враг скоростного самолета.
Он наступает внезапно. При некоторой «критической» для данного самолета скорости полета достаточно любого толчка, резкого движения, чтобы крылья начали колебаться, вибрировать. Стальная птица «машет» крыльями. Взмахи так часты и так сильны, что вся она трясется, как в лихорадке. Лишь несколько секунд продолжается безумная тряска, и машина ломается, как будто она сделана из картона.
Задачу борьбы с этим грозным явлением помогли конструкторам решить работы академика Келдыша. Скоростные машины теперь не боятся флаттера.
Не только крыло, но и хвостовое оперение самолета при больших скоростях иногда может начать вибрировать. Попадая в воздушный поток, идущий от крыла, за которым крутятся вихри, оперение подвергается ударам, толчкам, подобно лодке, попавшей в горную реку со множеством подводных камней. Толчок, еще толчок… и оперение начинает свой танец.
Узнав, почему происходит это явление, названное скоростным бафтингом, авиастроители нашли и путь борьбы с ним.
Я рассказал лишь несколько страничек из большой истории борьбы за скорость самолета. Но большие скорости в авиации выдвигали новые трудности не только для аэродинамиков, конструкторов, технологов, материаловедов, прочнистов. Они внесли много нового и в самую технику полета, потребовали от летчика очень высокого мастерства, выдержки, быстроты реакции.
Надо помнить, что полет не просто прогулка, не просто полет по прямой.
В полете меняются скорость, направление. Самолет выполняет фигуры высшего пилотажа и в одиночку и в строю. Может возникнуть необходимость оставить самолет, выброситься с парашютом. Все это на большой скорости намного сложнее. Не только машина, но и человек должен выдержать большие нагрузки. «Запас прочности» должен быть не только у машины, но и у человека. Приобретают еще большее значение физическая выносливость летчика, его тренировка.
Скоростной самолет делает разворот. Центробежная сила, которая развивается при этом, зависит от скорости и радиуса разворота. Скорость велика — значит, разворот не может быть слишком крутым. А если его нужно сделать круче, приходится даже искусственно несколько снижать скорость. Для этого на реактивном самолете устраивают специальные тормозные щитки. И тем не менее перегрузки, испытываемые летчиком, значительно выше тех, с которыми он имел дело раньше.
Как действует перегрузка на человека? Предоставим слово летчику, испытывавшему самолет без устройства, уменьшающего перегрузки.
«Центробежная сила — огромное невидимое чудовище — вдавливало мою голову в плечи и так прижимало меня к сиденью, что мой позвоночник сгибался, и я стонал под этой тяжестью. Кровь отлила от головы, в глазах темнело. Сквозь сгущающуюся дымку я смотрел на акселерометр и неясно различал, что прибор показывает ускорение в 5,5 раза больше ускорения силы тяжести на земле. Я освободил ручку и последнее, что я увидел, была стрелка акселерометра, движущаяся; обратно к единице.
Я был слеп, как летучая мышь. У меня страшно кружилась голова. Я посмотрел по сторонам на крылья самолета, я их не видел, я ничего не видел. Я посмотрел туда, где должна была быть земля. Спустя немного она начала показываться, словно из утреннего тумана. Зрение возвращалось ко мне, так как я освободил ручку и уменьшил давление. Вскоре я снова стал хорошо видеть, выровнялся и уже, по-видимому, летел некоторое время горизонтально. Но голова болела, а сердце стучало, как пневматический молот…
