Vladimir Sergeevich Pyshnov. Iz istorii letatel'nyh apparatov
Pyshnov V.S., "Iz istorii letatel'nyh apparatov", 1968 g
Izdatel'skij redaktor L. I Munina Tehnicheskij redaktor N. A. Puhlikova
Hudozhnik YA. T. Dvornikov Korrektor A. I. Karamyshkina
Sdano v nabor 29/III 1968 g. T-10097 Podpisano k pechati 10/VII 1968 g.
Tirazh 3600 ekz. Cena 78 kop. Tem. plan 1968 g. No 148
Izdatel'stvo "Mashinostroenie", Moskva, K-51, Petrovka, 24 Izd. zak. 2395
Moskovskaya tipografiya No 8 Glavpoligrafproma Komiteta po pechati pri Sovete Ministrov SSSR, Hohlovskij per., 7. Tip. zak. 678
Ill. -- 59, tabl -- 3, bibliografiya -- 13 nazvanij.
Redaktor inzh. K. YA. Zajceva
UDK 629.735.33(091)
OCR&spellcheck Andrej Tarasenko bb_dubna@pisem.net
Soderzhanie
Ot avtora
1. Na chem letal Petr Nikolaevich
Nesterov
Vvedenie
Na planere
Na svobodnom aerostate
Na uchebnom samolete
Na voennom samolete
"N'yupor-4"
Na samolete "Moran-ZH"
Novaya sistema upravleniya
2. Pervye tyazhelye
gruzopod®emnye samolety
Istoriya razvitiya. 1910-- 1921
gg.
Analiz gruzopod®emnosti
samoletov
Samolet "Russkij vityaz'"
Samolet "Il'ya Muromec"
3. Manevrennye istrebiteli
Vvedenie
Harakteristiki
manevrennosti
Obzor istorii razvitiya
manevrennyh istrebitelej. 1914-1920 gg.
Razvitie manevrennyh
istrebitelej v period 1920-- 1932 gg.
Razvitie manevrennyh
istrebitelej v period 1932-- 1940 gg.
Letno-tehnicheskie harakteristiki
nekotoryh manevrennyh samoletov
Samolet "N'yupor-17"
Samolet I-5
Samolet I-153
Samolet I-16
Bibliografiya
Avtor -- izvestnyj sovetskij uchenyj, posvyativshij aviacii 55 let svoej
zhizni.
V predlagaemom i posleduyushchih ego sbornikah budet rasskazano o naibolee
interesnyh, s inzhenernoj tochki zreniya, samoletah proshlogo i sovremennyh, a
takzhe o nekotoryh issledovatel'skih rabotah v oblasti aeromehaniki.
Izlozhenie vedetsya s pozicij proverki staryh idej i teorij, a, sledovatel'no,
luchshego osmyslivaniya novyh.
V pervyj vypusk etih sbornikov voshli stat'i o samoletah, na kotoryh
letal P. N. Nesterov, o pervyh russkih tyazhelyh samoletah i manevrennyh
istrebitelyah.
Material izlagaetsya ne po literaturnym istochnikam, a po sobstvennym
vpechatleniyam i obobshcheniyam avtora. Iz mnogih tipov samoletov avtor vydelyaet
naibolee vazhnye konstrukcii i daet analiz udach i oshibok rannej pory razvitiya
aviacii. Vse illyustracii v knige prinadlezhat avtoru.
Kniga, nesomnenno, budet interesna dlya shirokogo kruga aviacionnyh
specialistov, prepodavatelej i studentov VTUZov, a takzhe dlya lic, rabotayushchih
v oblasti istorii tehniki.
Ot avtora
Bolee 55 let ya v tom ili inom vide sledil za razvitiem aviacii, sobiral
otnosyashchiesya k nej svedeniya, pristal'no nablyudal za poletami, izuchal
aviacionnye nauki i zatem aktivno uchastvoval v raznoobraznyh oblastyah
inzhenernoj, nauchnoj i letno-prakticheskoj deyatel'nosti. Prostoe perechislenie
imen uchenyh, inzhenerov, konstruktorov, letchikov i drugih specialistov v
oblasti aviacii, s kotorymi ya byl znakom i s kotorymi sotrudnichal, zanyalo by
ochen' mnogo mesta. YA byl svidetelem mnogih interesnyh radostnyh i pechal'nyh
sobytij, lichno proizvel ochen' bol'shoe kolichestvo raschetov, izgotovil mnogo
chertezhej, napisal ryad knig i bol'shoe chislo statej. V itoge -- v moej pamyati,
v zapiskah i vyrezkah sobralos' mnogo svedenij, kotorye budut utracheny, esli
ih ne obrabotat' i ne sistematizirovat' tak, chtoby imi mogli vospol'zovat'sya
drugie.
Mnoyu uzhe byl napisan ryad statej po istorii razvitiya letatel'nyh
apparatov i aviacionnyh nauk. V chastnosti, ryad statej byl posvyashchen trudam
"otca russkoj aviacii" Nikolaya Egorovicha ZHukovskogo, obzoru nauchnyh
dostizhenij i vliyaniya ih na praktiku stroitel'stva letatel'nyh apparatov. |ti
stat'i izdavalis' v zhurnale "Vestnik Vozdushnogo Flota" (nyne "Aviaciya i
kosmonavtika"), v sbornikah i otdel'nyh izdaniyah Voenno-vozdushnoj Inzhenernoj
Akademii im. N. E. ZHukovskogo i Nauchno-memorial'nogo muzeya im. N. E.
ZHukovskogo. Sejchas ya polagayu celesoobraznym vypuskat' sborniki statej
nauchno-tehnicheskogo soderzhaniya, v kotoryh mozhno bylo by pomeshchat'
raznoobraznyj material, otnosyashchijsya i k proshlomu, i k sovremennosti,
ob®edinyaya ego s pozicij sovremennyh znanij. Avtor ne stavit pered soboj cel'
sozdat' iz otdel'nyh statej celostnuyu i posledovatel'nuyu istoriyu razvitiya
aviacionnoj nauki i tehniki. Takaya zadacha neposil'na dlya odnogo cheloveka.
Vpechatleniya dalekogo proshlogo eshche stoyat u menya pered glazami, no ya
starayus' smotret' na nih ne tol'ko s pozicij sovremennyh znanij, no i
uchityvat' vozmozhnosti togo vremeni.
Kogda prihoditsya chitat' raboty, v kotoryh kasayutsya istorii razvitiya
nauki i tehniki, chasto mozhno vstretit' skrytyj i dazhe pryamoj uprek uchenym i
konstruktoram proshlogo v tom, chto oni ne prinyali vo vnimanie te ili inye
obstoyatel'stva ili chto oni delali analiz, ispol'zuya grubye metody. Delat'
eto edva li celesoobrazno. My, konechno, vsegda mozhem najti osnovaniya dlya
upreka v adres dazhe velikih uchenyh. YA polagayu, chto gorazdo poleznee vniknut'
vo vse obstoyatel'stva i usloviya proshlogo, chtoby ponyat', kak slozhilis' te ili
inye teorii i metody. Deyatel'nost' lyudej prohodit v usloviyah nalichiya i
postoyannogo popolneniya informacii, razvitiya mnenij i, konechno, pod davleniem
prakticheskoj potrebnosti. YA uveren, chto uchenye i inzhenery neredko primenyali
uproshchennye teorii i grubye metody rascheta vovse ne potomu, chto ne mogli
sdelat' eto tochnee i strozhe, a prosto ne videli v etom bol'shoj neobhodimosti
v usloviyah, kogda ih vnimanie bylo obrashcheno na drugoe, po ih mneniyu, bolee
vazhnoe.
|to ne znachit, chto uprekov proshlomu voobshche ne sleduet delat'. K
sozhaleniyu, v rabotah proshlogo mozhno vstretit' grubye oshibki ili zabluzhdeniya.
Na nih, konechno, neobhodimo ostanovit'sya. Nam kazhetsya, chto my sejchas delaem
vse gorazdo luchshe, chem eto delali ran'she. Vo-pervyh, eto ne vsegda, mozhet
byt', spravedlivo, a, vo-vtoryh, nel'zya otognat' ot sebya mysl', chto cherez
nekotoroe vremya i nas budut kritikovat' i obvinyat' v raznyh pogreshnostyah, i
dazhe v tom, chto my ne videli ochevidnogo.
A. |jnshtejn v knige "|volyuciya fiziki" (A. |jnshtejn i L. Infel'd,
|volyuciya fiziki, Gostehizdat, 1948 (str. 84)) govorit: "My dolzhny proverit'
starye idei, starye teorii, hotya oni i prinadlezhat proshlomu, ibo eto --
edinstvennoe sredstvo ponyat' vazhnost' novyh idej i granicy ih
spravedlivosti". Vse eto A. |jnshtejn prekrasno demonstriruet v svoej knige.
Kogda ya izuchayu trudy i stat'i uzhe otdalennogo proshlogo ili rassmatrivayu
konstrukcii mashin, ya ispytyvayu glubokoe uvazhenie k ih avtoram, kotorye pri
nalichii krajne malogo opyta i ogranichennosti teorij tem ne menee dostigali
bol'shih uspehov i predvideli to, chto proizojdet eshche ne skoro. Bol'she vsego
voshishchaet menya yasnost' mysli nekotoryh uchenyh, kotorye, estestvenno, mnoyu
bolee lyubimy.
|to tol'ko pervyj sbornik. Skol'ko ih budet eshche -- pokazhet budushchee. YA
imeyu namerenie v sbornikah pomeshchat' raboty, ob®edinennye nekotoroj
tematicheskoj celostnost'yu. Stat'i pervogo sbornika ob®edineny rassmotreniem
velichiny pod®emnoj sily, razvivaemoj apparatami tipa samoleta. Privodimye
raschety pochti ne vyhodyat za ramki tak nazyvaemogo "Aerodinamicheskogo
rascheta" ili, tochnee, rascheta letnyh harakteristik v ustanovivshemsya
pryamolinejnom dvizhenii i manevre. Tri stat'i etogo pervogo sbornika,
konechno, ne ischerpyvayut vsego togo, chto ya hotel by izlozhit' v podobnom
aspekte. Vozmozhno, chto etu temu udastsya prodolzhit' vposledstvii.
V. S. PYSHNOV
1. Na chem letal Petr Nikolaevich Nesterov
VVEDENIE
Vsego lish' okolo treh let prodolzhalas' letnaya deyatel'nost'
zamechatel'nogo russkogo letchika Petra Nikolaevicha Nesterova. Nachalas' ona
letom 1911 g., kogda on postroil sobstvennymi silami balansirnyj planer i
sovershal na nem nebol'shie buksirnye polety v okrestnostyah Nizhnego Novgoroda
(nyne g. Gor'kij).
Letom 1912 g. P. N. Nesterov obuchaetsya upravlyat' samoletom na uchebnom
samolete-biplane "Farman-4" i v konce sentyabrya sdaet na nem ekzamen na
zvanie pilota-aviatora. 5 oktyabrya togo zhe goda on sdaet ekzamen na zvanie
voennogo letchika, vidimo, na samolete "Farman-7", kotoryj neznachitel'no
otlichalsya ot samoleta "Farman-4".
Zatem on napravlyaetsya v Varshavskuyu aviacionnuyu shkolu, gde prohodit
trenirovku na samoletah-monoplanah "N'yupor-4", kotorye byli prinyaty na
vooruzhenie v russkoj voennoj aviacii. Na etom samolete emu prihoditsya bol'she
vsego letat'; na nem on ovladevaet glubokimi virazhami, sovershaet pervuyu v
mire petlyu v vertikal'noj ploskosti, razrabatyvaet voprosy voennogo
primeneniya aviacii, sovershaet ryad pereletov, v tom chisle gruppovyh. Izvesten
ego zamechatel'nyj perelet iz Kieva v Gatchinu (bliz Leningrada) za odin den'
pochti bez podgotovki. Na etom zhe samolete P. N. Nesterov ispytyvaet svoyu
novuyu sistemu upravleniya bez vertikal'nogo opereniya, kotoraya byla
prednaznachena dlya samoleta ego sobstvennoj konstrukcii. Na "N'yupore" zhe on
nachal vypolnyat' boevye polety v iyule -- avguste 1914 g.
Poslednim samoletom, na kotorom letal P. N. Nesterov, byl monoplan
"Moran-Soln'e" tipa "G", kotoryj po skorosti i manevrennym svojstvam
prevoshodil samolet "N'yupor-4". Poletami na nem on ovladel, vidimo, v
bytnost' svoyu v Moskve letom 1914 g.; na samolete etogo tipa on sovershil
perelet Moskva-- Peterburg 11 iyulya 1914 g., proletev bez posadki okolo 600
km. |to bylo bol'shim dostizheniem dlya togo vremeni. Nakonec, na etom samolete
Nesterov sovershil svoj gerojskij podvig, taraniv v vozduhe avstrijskij
samolet 8 sentyabrya 1914 g.; pri etom on pogib sam iz-za povrezhdeniya
sobstvennogo samoleta pri tarane.
Na samoletah s dvigatelem on letal lish' okolo dvuh let, no kak mnogo
bylo sdelano P. N. Nesterovym za takoj korotkij srok! V to vremya aviaciej
ochen' uvlekalis', letchikami stanovilis' otvazhnye i odarennye lyudi. Samolety
togo vremeni byli ochen' nesovershenny, osobenno v otnoshenii ustojchivosti i
prochnosti, tak kak imenno eti voprosy byli naibolee slabo izucheny.
Nesterovu udalos' razreshit' korennye voprosy tehniki pilotirovaniya i
voennogo primeneniya samoletov. Lichnaya otvaga u nego schastlivo sochetalas' s
glubokimi znaniyami, bol'shoj nablyudatel'nost'yu i lyuboznatel'nost'yu.
Biograficheskie svedeniya o zhizni i deyatel'nosti P. N. Nesterova uzhe
izlagalis' ryadom avtorov i edva li mozhno dobavit' k nim chto-libo
sushchestvennoe. CHtoby v polnoj mere ocenit' zaslugi P. N. Nesterova,
neobhodimo bolee gluboko osvetit' nauchno-tehnicheskuyu storonu ego
deyatel'nosti, chego ne mogli sdelat' ego sovremenniki. Nesterov letal na
konkretnyh samoletah -- v sushchnosti tol'ko na treh tipah; oni obladali vpolne
opredelennymi svojstvami i vozmozhnostyami. Za minuvshie 50 let aviaciya proshla
ogromnyj put' razvitiya -- ot skorostej poryadka 100-130 km/chas do 2500-3000
km/chas; sootvetstvenno izmenilis' i drugie svojstva samoletov, vozroslo ih
obshchee tehnicheskoe sovershenstvo i osnashchennost' apparaturoj. U Nesterova byl
edinstvennyj aviacionnyj pribor -- vysotomer; rabotu dvigatelya proveryali na
sluh; skorost' poleta tozhe opredelyali na sluh i sudili o nej po rabote
rulej.
P. N. Nesterovu, kak i mnogim drugim russkim letchikam togo vremeni,
prishlos' letat' lish' na samoletah inostrannyh konstrukcij. Lish' nemnogie
izobretateli i letchiki pri zavodah mogli letat' inogda na samoletah
otechestvennoj konstrukcii, stroivshihsya v neskol'kih ekzemplyarah. Isklyucheniem
yavlyalsya pervyj mnogomotornyj samolet "Il'ya Muromec", kotoryj stroilsya
serijno do Oktyabr'skoj revolyucii. Drugie serijnye samolety perioda pervoj
mirovoj vojny, stroivshiesya na zavodah Lebedeva i Anatra, yavlyalis' v sushchnosti
modifikaciyami germanskih samoletov firmy "Al'batros". Original'nye
otechestvennye konstrukcii, za isklyucheniem samoleta "Il'ya Muromec" i
gidrosamoletov D. P. Grigorovicha, tak i ne mogli probit' sebe dorogu. Tol'ko
posle Oktyabr'skoj revolyucii Kommunisticheskaya partiya postavila zadachu
izbavit'sya ot inostrannoj zavisimosti v oblasti stroitel'stva samoletov i
dvigatelej. |to bylo vypolneno menee chem za desyat' let.
V dannoj stat'e my hotim detal'no rassmotret' svojstva i tehnicheskie
vozmozhnosti samoletov, na kotoryh letal P. N. Nesterov, s cel'yu tehnicheskogo
analiza aviacii togo vremeni na primere nekotoryh tipichnyh konstrukcij, na
kotoryh prishlos' letat' mnogim russkim letchikam. V to vremya raschety letnyh
harakteristik byli ogranicheny po ob®emu i ochen' gruby. Tehnicheskij analiz
samoletov, na kotoryh letal P. N. Nesterov, pozvolit nam sudit' o
vozmozhnostyah, kotorymi on raspolagal v polete.
NA PLANERE
Nachnem s planera, kotoryj P. N. Nesterov postroil sobstvennymi silami i
sredstvami i na kotorom on vpervye poznakomilsya so svojstvami krylatyh
letatel'nyh apparatov. |tot planer otnosilsya k kategorii balansirnyh,
korobchatogo tipa. Termin "balansirnyj" ukazyvaet na sredstvo upravleniya
putem peremeshcheniya gruza otnositel'no kryla vpered, nazad i v storony.
Peremeshchaemym gruzom byl sam letchik, ves kotorogo sostavlyal okolo 75% obshchego
vesa vsego letatel'nogo apparata. Balansirnoe upravlenie bylo vpervye
realizovano Otto Lilientalem v poslednem desyatiletii XIX veka; on pogib na
odnom iz svoih planerov v 1896 g. S planerom-monoplanom Lilientalya my mozhem
detal'no poznakomit'sya po ekzemplyaru, kotoryj byl podaren N. E. ZHukovskomu i
nahoditsya v Nauchno-memorial'nom muzee ego imeni v Moskve.
Planery Lilientalya -- monoplan i biplan -- byli original'ny po
konstrukcii; napominaya kryl'ya letuchej myshi, oni imeli provolochnye rastyazhki.
SHanyutom v Amerike byla razrabotana drugaya konstrukciya, kotoraya ochen'
napominala izvestnye korobchatye zmei, no tol'ko vtoroe, zadnee, krylo ego
bylo znachitel'no umen'sheno. Korobchatye balansirnye planery poluchili bol'shoe
rasprostranenie vsledstvie prostoty ih izgotovleniya i zhestkosti konstrukcii
i stroilis' s raznymi izmeneniyami -- v osnovnom, s postepennym umen'sheniem
hvostovoj poverhnosti. Nekotorye konstruktory dobavlyali i organy upravleniya.
Korobchatyh balansirnyh planerov v Rossii stroilos' mnogo, tak kak oni
byli deshevy, dovol'no bezopasny i prosty v izgotovlenii. V zhurnale "Vokrug
sveta" za 1910 g. byl detal'no opisan korobchatyj balansirnyj planer,
postroennyj iz bambukovyh palok. V 1910 g. v Kieve byla opublikovana broshyura
professora N. B. Delone "Ustrojstvo deshevogo i legkogo planera i sposoby
letaniya na nem". Ves etogo planera byl okolo 20 kG i stoimost' ego
ocenivalas' vsego v 20 rublej.
Nesmotrya na raznoobrazie konstrukcij i otdel'nye osobennosti, svojstva
etih planerov byli primerno odinakovy, chto opredelyalos' razmahom kryl'ev,
ravnym okolo 6 m i ploshchad'yu kryl'ev S -- okolo 16 m2. Ih
aerodinamicheskoe kachestvo bylo nizkim iz-za malogo effektivnogo udlineniya,
gruboj formy detalej, obiliya rastyazhek i, konechno, iz-za visyashchej vo ves' rost
figury letchika. Primernyj vid planera P. N. Nesterova pokazan na ris. 1.
Posmotrim, kakovy byli harakteristiki planerov togo vremeni i naskol'ko
oni otlichayutsya ot sovremennyh. Planery pervogo desyatiletiya XX veka imeli
dovol'no nizkie letnye harakteristiki; na nih udavalos' sovershat' tol'ko
kratkovremennye polety, dlitel'nost'yu v neskol'ko sekund, redko -- v desyatki
sekund. Odnako i takoj polet privlekal nachinayushchih aviatorov, tem bolee, chto
stoimost' planera byla mala.
My izlozhim zdes' osnovy teorii planerov, primenyavshejsya v to vremya, i
sovremennye teorii. Rannie sposoby rascheta byli ochen' prosty. Ugol snizheniya
planera raven velichine, obratnoj aerodinamicheskomu kachestvu, kotoroe
opredelyalos' prakticheski, i dlya biplanov s otkrytym raspolozheniem letchika ne
prevyshalo 1/3,5-- 1/4. Skorost' poleta tozhe opredelyalas' prakticheski ili
teoreticheski -- s ispol'zovaniem harakteristik kryl'ev, poluchennyh pri
laboratornyh izmereniyah v vozdushnom potoke.
Ris. 1. Shema balansirnogo planera P. N. Nesterova
Skorost' planirovaniya opredelyalas' v osnovnom udel'noj nagruzkoj na
krylo G/S, gde G -- poletnyj ves v kG i S -- ploshchad' kryl'ev v
m2. V srednem mozhno bylo schitat'
Tak, pri vese okolo 100 kG i ploshchadi kryl'ev 16 m2 my
poluchim skorost' po otnosheniyu k vozdushnoj srede, ravnuyu 9-10 m/sek, i
skorost' snizheniya Vy= V/K=2,2-2,7 m/sek. Takaya vertikal'naya
skorost' sootvetstvuet pryzhku s vysoty 1/4-1/3 m. Pri polete protiv vetra,
imeyushchego skorost' 5-6 m/sek, skorost' peremeshcheniya planera po otnosheniyu k
poverhnosti zemli sostavlyala 4-5 m/sek. Iz etih harakteristik legko videt',
chto polet na planere malo otlichalsya ot bega i pryzhkov, no tol'ko vremya
nahozhdeniya cheloveka v vozduhe pri etom bylo gorazdo bol'she, chem pri prostom
pryzhke s vysoty.
Uluchshenie aerodinamicheskogo kachestva trebovalo znachitel'nogo uslozhneniya
planera, a umen'shenie udel'noj nagruzki putem uvelicheniya ploshchadi kryl'ev
delalo planer gromozdkim, i balansirnoe upravlenie stanovilos' neprigodnym.
Perejdem k obshchej teorii planera, kak ona slozhilas' vposledstvii.
Letyashchee telo podverzheno dejstviyu sily zemnogo prityazheniya, opredelyaemogo
vesom tela G. Za vremya poleta t telo poluchit impul's tyagoteniya G*t, kotoryj
soobshchit telu vertikal'nuyu skorost' Vy=9,8t. CHtoby telo dvigalos'
gorizontal'no ili s postoyannoj vertikal'noj skorost'yu, impul's, soobshchennyj
siloj tyagoteniya, dolzhen byt' peredan drugomu telu -- okruzhayushchej vozdushnoj
srede ili gazam, vybrasyvaemym reaktivnym dvigatelem. Peredacha impul'sa
trebuet rashodovaniya energii i, krome togo, budut drugie faktory, trebuyushchie
dopolnitel'nogo rashodovaniya energii. Planer mozhet rashodovat' tol'ko svoyu
energiyu vysoty, ili potencial'nuyu energiyu, nepreryvno snizhayas' po otnosheniyu
k okruzhayushchej vozdushnoj srede. CHtoby planer snizhalsya pologo i medlenno,
neobhodimo, chtoby na peredachu impul'sa i pobochnye poteri zatrachivalos' malo
energii. Pobochnye poteri budut voznikat' iz-za nalichiya lobovyh
soprotivlenij, ne svyazannyh pryamym obrazom s sozdaniem pod®emnoj sily.
Krylo, peremeshchayas' v vozdushnoj srede, vozdejstvuet na nee, ottalkivaya
vozduh vniz tak, chto kazhduyu sekundu vozdejstviyu podvergayutsya vse novye i
novye massy vozduha. Krylo vozdejstvuet naibolee sil'no na sloi vozduha,
prohodyashchie vblizi nego, i eto vozdejstvie postepenno oslabevaet po mere
otdaleniya massy vozduha ot kryla po vertikali. Esli uslovno schitat', chto
vozdejstvie ne zavisit ot rasstoyaniya do kryla, my poluchim vpolne
opredelennuyu massu vozduha, na kotoruyu ezhesekundno vozdejstvuet krylo v
processe soobshcheniya impul'sa, nazyvaemuyu sekundnoj massoj ms.
Okazyvaetsya, chto ona zaklyuchena v cilindricheskom otrezke dlinoj V i
diametrom, ravnym razmahu kryla l; otsyuda poluchim
i pri normal'noj plotnosti vozduha s= 0,125
kG*sek2/m4 poluchim ms =
0,l*V*l2.
Vertikal'nuyu skorost' W, soobshchennuyu masse ms, poluchim
deleniem vesa planera na ms, t. e. W=G/ms; energiya,
soobshchennaya masse ms, budet ravna
|tu zatratu energii mozhno svesti k preodoleniyu soprotivleniya,
nazyvaemogo induktivnym i vyzyvaemym formirovaniem pod®emnoj sily, ravnoj
vesu; velichinu induktivnogo soprotivleniya poluchim, podeliv energiyu
E1 na skorost' poleta
Dopolnitel'naya zatrata energii budet vyzvana neobhodimost'yu preodoleniya
soprotivleniya chastej planera; ego mozhno predstavit' kak soprotivlenie
nekotoroj ploskoj ploshchadki F, raspolozhennoj perpendikulyarno k linii poleta:
gde 1,28 -- koefficient soprotivleniya ploskoj plastinki.
Soprotivlenie Q1 obratno proporcional'no V2, a
Q2 pryamo proporcional'no etoj velichine; netrudno bylo by
pokazat', chto minimal'noe summarnoe soprotivlenie budet pri ravenstve oboih
soprotivlenij, a iz etogo usloviya my poluchim sootvetstvuyushchuyu skorost'
poleta, nazyvaemuyu naivygodnejshej, Vn, v maksimal'noe znachenie
aerodinamicheskogo kachestva Kmah:
Vertikal'nuyu skorost' planera poluchim, razdeliv skorost' na
aerodinamicheskoe kachestvo:
Minimum skorosti snizheniya budet pri skorosti na 25-30% men'shej, chem
naivygodnejshaya, no pri aerodinamicheskom kachestve, ponizhennom primerno na
15%, i togda skorost' snizheniya budet ravna:
Iz etoj formuly my vidim, chto pri dannom vese planera naibolee sil'nym
sredstvom umen'sheniya skorosti snizheniya yavlyaetsya uvelichenie razmaha kryl'ev;
umen'shenie vrednoj ploshchadi F vliyaet dovol'no slabo. V sluchae biplana v
raschet vvoditsya ekvivalentnyj razmah kryl'ev
gde h -- rasstoyanie mezhdu kryl'yami.
Dlya biplana s razmahom 6 m i rasstoyaniem h=1,3 m my poluchim
ekvivalentnyj razmah le=6,8 m. U balansirnogo planera s grubymi
formami i otkryto visyashchim letchikom velichina F okolo 1,2-1,4 m2;
maksimal'noe aerodinamicheskoe kachestvo budet okolo 4,5; skorost' poleta pri
poletnom vese 90 kG budet 8-9 m/sek, skorost' snizheniya -- okolo 2 m/sek.
Sleduet ukazat', chto esli krylo ploskoe ili iskrivlennoe, no obtyagivayushchaya
ego materiya ne lakirovana, effektivnyj razmah okazhetsya znachitel'no
ponizhennym:
Zdes' S -- ploshchad' kryl'ev; u nashego planera ona okolo 16
m2, i togda le=4,25 m; aerodinamicheskoe kachestvo budet
okolo 3 i skorost' snizheniya -- okolo 2,8 m/sek.
Krome prodelannyh vyshe raschetov, neobhodimo proverit' velichinu
koefficienta pod®emnoj sily pri minimal'noj skorosti snizheniya:
Tak, v nashem primere pri V=8 m/sek, G/S=5,6 kG/m2 imeem
Sy=1,4. Dlya obychnogo profilya eto bol'shaya velichina i profil' mozhet okazat'sya
blizkim k sryvu obtekaniya. Vo izbezhanie etogo, letat' nuzhno na povyshennoj
skorosti, chto povedet k uvelicheniyu skorosti snizheniya.
Mozhno pokazat', chto vo izbezhanie polucheniya izlishne bol'shogo Su na
rezhime pologogo planirovaniya velichina
ne dolzhna prevyshat' 0,4-0,5, gde bsr -- srednyaya shirina
kryla, ravnaya ploshchadi kryla, delennoj na razmah, bcp=S/l; dlya
biplana nuzhno prinimat' bcp=S/le. U balansirnyh
planerov F priblizitel'no ravno 1,3 m2 i potrebnaya velichina
bcp budet 2,3-2,5 m. Ochevidno, chto dlya polucheniya takogo znacheniya
srednej shiriny kryla bolee celesoobrazno razbit' ee na dva kryla, raspolozhiv
odno nad drugim. Tak eto i delali, hotya podobnogo teoreticheskogo vyvoda
togda eshche polucheno ne bylo. Vposledstvii blagodarya umen'sheniyu velichiny F
shirina kryla bsr byla sokrashchena do 1,0-0,75 m. Pri bol'shom
razmahe eto privelo k ochen' bol'shomu udlineniyu l = l/bsr.
Mozhno schitat', chto planery Nesterova-- Delone imeli aerodinamicheskoe
kachestvo okolo 4 i skorost' snizheniya bolee 2 m/sek. CHtoby sovershat'
planiruyushchie polety, nuzhno bylo imet' sklon gory kruche, chem 15o.
Kak izvestno, Liliental' sdelal dlya sebya special'nuyu gorku. Pri ugle otkosa,
ravnom 20o, i pri vetre, imeyushchem skorost' bolee 6-7 m/sek,
poluchalsya voshodyashchij potok so skorost'yu bolee 2 m/sek i byl vozmozhen paryashchij
polet. Odnako pri nesovershennom balansirnom upravlenii eto bylo ochen'
riskovanno i privelo Lilientalya k gibeli.
Avtor tozhe provodil opyty poleta na balansirnom planere. Pervoe
vpechatlenie pri ispytanii bylo ochen' neozhidannym. Podojdya k dovol'no krutomu
otkosu pri skorosti vetra okolo 6 m/sek, ya, k svoemu udivleniyu,
pochuvstvoval, chto planer ne hochet planirovat'. Blagodarya nalichiyu pod®emnoj
sily ya edva stoyal na zemle, i ne mog prilozhit' usiliya, chtoby pobezhat' vniz
po sklonu. Tol'ko posle neskol'kih popytok mne udalos' uvelichit' skorost' i
otorvat'sya. CHuvstvovalos', chto neobhodima dopolnitel'naya tyaga; togda k
planeru privyazali dve verevki, za kotorye stali tyanut' moi tovarishchi. S
dopolnitel'noj tyagoj delo poshlo luchshe i mozhno bylo sovershat' podlety s
pologih sklonov.
K dopolnitel'noj tyage pribegali i mnogie drugie. Podobnyj buksirnyj
polet mozhno sovershat' i na rovnoj mestnosti. Potrebnuyu silu tyagi legko
opredelit'; pri vese okolo 90 kG i kachestve 4 nuzhna tyaga 22,5 kG. CHtoby
sozdat' takuyu tyagu pri bege, nuzhno imet' 4-6 chelovek ili loshad'. Na snimkah
poletov P. N. Nesterova mozhno uvidet' primenenie buksirovki na rovnoj
mestnosti.
Balansirnoe upravlenie, osobenno bokovoe, osushchestvlyat' dovol'no
zatrudnitel'no. Esli predpolozhit', chto udastsya otklonit' centr tyazhesti
tulovishcha v storonu na 7-10 sm i tem smestit' centr tyazhesti planera na 5-7
sm, my poluchim moment krena, ravnyj 5-7 kG•m. Plecho pod®emnoj sily
otnositel'no centra tyazhesti sostavit okolo 1,5-2% polurazmaha.
Odin iz poslednih, kto letal na balansirnom planere v dvadcatye gody,
-- Pel'tcner v Germanii, -- imel edinstvennyj organ upravleniya -- rul'
napravleniya. |to sleduet priznat' celesoobraznym. Pri nalichii poperechnogo
"V" kryl'ev, sozdavaya skol'zhenie rulem napravleniya, mozhno bylo sozdavat' i
ustranyat' ugly krena s uglovoj skorost'yu do 10o v sekundu i
upravlyat' napravleniem poleta.
CHto kasaetsya prodol'nogo upravleniya, to polet proishodit primerno na
postoyannom ugle ataki, kotoryj planer dolzhen ustojchivo uderzhivat', chto
obespechivaetsya putem pravil'nogo vybora centrovki i ugla ustanovki
stabilizatora (soblyudeniya prodol'nogo "V"). Tol'ko v moment posadki
neobhodimo uvelichit' ugol ataki, chto i dostigaetsya peredvizheniem pilota
nazad. Vazhnejshim usloviem prodol'noj ustojchivosti samoleta, kak izvestno,
yavlyaetsya sposobnost' soprotivlyat'sya izmeneniyu peregruzki kak v sluchae
dejstviya vozdushnyh techenij, tak i pri vypolnenii manevra. Kriterij
ustojchivosti po peregruzke dovol'no prost i zaklyuchaetsya v tom, chto
aerodinamicheskij fokus dolzhen nahodit'sya pozadi centra tyazhesti.
Primernyj raschet dlya planera Nesterova daet polozhenie aerodinamicheskogo
fokusa v tochke, lezhashchej primerno na rasstoyanii, ravnom 37% dliny hordy ot ee
perednej kromki (sm. ris. 1, tochka O). CHtoby poluchit' polozhenie centra
tyazhesti (tochka O' na ris. 1) vperedi fokusa u planera rassmatrivaemoj shemy,
letchik dolzhen raspolozhit'sya v dovol'no perednem polozhenii -- pochti u
perednego lonzherona. CHtoby povysit' zapas ustojchivosti u balansirnogo
planera, nuzhno bylo by prinyat' takuyu shemu, v kotoroj letchik mog neskol'ko
bol'she vydvinut'sya vpered; naprimer, pridat' kryl'yam nebol'shuyu
strelovidnost' ili sdvinut' verhnee krylo nazad, primeniv obratnyj vynos,
ili luchshe sdelat' pryamoj vynos, kak eto chasto delalos' u biplanov, t. e.
znachitel'no vydvinut' verhnee krylo vpered, i raspolozhit' letchika vperedi
perednego lonzherona nizhnego kryla.
Mozhet byt', i ne stoilo by ostanavlivat'sya na polete balansirnyh
planerov: aerodinamicheski oni ochen' plohi -- skorost' snizheniya velika (2-2,5
m/sek), kachestvo nizko i upravlenie nesovershenno. Balansirnye planery
sygrali svoyu, polozhitel'nuyu, rol', dav pioneram aviacii nekotoryj opyt.
Odnako i proshloe polezno analizirovat', a, mozhet byt', prostejshie planery
okazhutsya interesnymi i sejchas.
Radikal'noe uluchshenie letnyh harakteristik planerov nachalos' uzhe posle
okonchaniya pervoj mirovoj vojny -- v 1921 -- 1922 gg. -- i v etom dele byli
bystro dostignuty zamechatel'nye uspehi. V Sovetskom Soyuze v 1922 g. byl
postroen planer K. K. Arceulovym. Po svoim formam on napominal samolet,
razmah ego kryl'ev byl doveden do 13 m. Znachenie F mozhno ocenit' primerno v
0,5-0,6 m2; otsyuda my poluchim aerodinamicheskoe kachestvo, ravnoe
13-14; pri poletnom vese 140 kG eto dast minimal'nuyu skorost' snizheniya okolo
0,7-0,75 m/sek. Stol' malaya skorost' snizheniya pozvolila etomu planeru pod
upravleniem letchika L. A. YUngmejstera sovershit' paryashchij polet osen'yu 1923 g.
prodolzhitel'nost'yu bolee chasa.
Razvitiyu planerov ves'ma sposobstvovalo primenenie teorii induktivnogo
soprotivleniya, iz kotoroj i vytekayut privedennye vyshe formuly dlya
aerodinamicheskogo kachestva i skorosti snizheniya. K 1925-1927 gg.
aerodinamicheskoe kachestvo planerov povysilos' do 20-25, hotya skorost'
snizheniya umen'shilas' sravnitel'no nemnogo. Dlya sovremennyh planerov
harakterny razmahi kryl'ev 16-18 m i dazhe bolee, znacheniya F=0,2
m2 i dazhe menee; pri etih usloviyah aerodinamicheskoe kachestvo
budet okolo 30-35. Odnako pri bol'shih razmahah kryl'ev znachitel'no
uvelichivaetsya ves planerov. Pri razmahe 17 m poletnyj ves sostavlyaet okolo
350 kG i skorost' snizheniya budet okolo 0,55 m/sek.
NA SVOBODNOM A|ROSTATE
P. N. Nesterov gotovilsya k tomu, chtoby stat' aviatorom -- letat' na
samoletah, no put' k samoletu shel cherez aerostat. Svobodnyj -- sfericheskij
-- aerostat poyavilsya bolee chem na 100 let ran'she samoleta. Pravda, on dolgo
ne nahodil prakticheskogo primeneniya, esli ne schitat' sportivnye i
pokazatel'nye i ochen' nemnogie nauchnye polety. Vo vremya osady Parizha v 1870
g. aerostaty ispol'zovalis' dlya svyazi i dlya begstva iz osazhdennogo Parizha
nemnogimi licami. Vsya beda byla v tom, chto svobodnyj aerostat ne imel
svoego, samostoyatel'nogo, dvizheniya, obladaya lish' nekotoroj vertikal'noj
skorost'yu. Problema stroitel'stva upravlyaemyh aerostatov -- dirizhablej --
byla reshena tol'ko nemnogo ran'she, chem problema sozdaniya samoleta. Obe oni
byli resheny v rezul'tate sozdaniya legkogo dvigatelya vnutrennego sgoraniya.
Voennoe vozduhoplavanie stalo razvivat'sya ran'she, chem voennaya aviaciya,
i sootvetstvenno ran'she byli sozdany voennye vozduhoplavatel'nye shkoly. Oni
dolzhny byli gotovit' specialistov po voennym dirizhablyam; podobnaya oficerskaya
shkola byla i v Peterburge; v nee i postupil P. N. Nesterov. Russkoe
vozduhoplavanie razvivalos' ploho; dirizhablej bylo malo, ekspluataciya ih
byla trudna i avarii chasty. V vozduhoplavatel'noj shkole davali teoreticheskuyu
podgotovku, a poletnaya praktika v osnovnom osushchestvlyalas' na sfericheskih
aerostatah. P. N. Nesterov poshel v vozduhoplavatel'nuyu shkolu potomu, chto
cherez nee prohodil put' v aviaciyu; polety na aerostatah znakomili s
usloviyami poleta voobshche; v shkole byli specialisty i po samoletam.
Sleduet ukazat', chto v to vremya termin "vozduhoplavanie" otnosilsya i k
samoletam. Tak, zamechatel'nyj trud N. E. ZHukovskogo po aerodinamike,
vozdushnym vintam i dinamike poleta nosit nazvanie "Teoreticheskie osnovy
vozduhoplavaniya". Aerostatam i dirizhablyam v nem udeleno nebol'shoe mesto, no
svojstva ih opisany ochen' obstoyatel'no.
Na ris. 2 pokazana shema svobodnogo aerostata ob®emom okolo 1400
m3, kotoryj primenyalsya dlya sportivno-trenirovochnyh celej. On
sostoit iz materchatogo prorezinennogo ballona 1, pokrytogo set'yu (na sheme
ona ne pokazana) s rombovidnymi yachejkami, imeyushchimi razmer storon okolo 1 m;
set' sluzhit dlya peredachi pod®emnoj sily na korzinu. Stropy 2 soedinyayut set'
s silovym kol'com 3, k kotoromu podveshena korzina 4; v korzine razmeshchaetsya
ekipazh i snaryazhenie. V samoj verhnej chasti obolochki pomeshchen tarel'chatyj
klapan 5 dlya vypuska gaza, kotoryj upravlyaetsya shnurom, idushchim v korzinu;
cilindricheskij otkrytyj snizu otrostok 6 sluzhit dlya vyhoda gaza pri ego
rasshirenii vo izbezhanie razryva obolochki. Aerostat snabzhen razryvnoj lentoj
7, pri pomoshchi kotoroj obolochka rasparyvaetsya dlya bystrogo vypuska gaza pri
posadke, i meshkami s ballastom (peskom) 8 dlya oblegcheniya aerostata pri
neobhodimosti umen'shit' skorost' spuska ili pri perehode na pod®em; dlinnyj
kanat -- gajdrop -- 9 sluzhit dlya umen'sheniya skorosti prizemleniya i dlya
tormozheniya gorizontal'nogo dvizheniya, vyzyvaemogo vetrom.
Tehnicheskie harakteristiki etogo aerostata takovy: pod®emnaya sila pri
napolnenii obolochki vodorodom -- okolo 1400 kG (na urovne zemli), pri
napolnenii obolochki svetil'nym gazom -- okolo 1000 kG; vesa: obolochka -- 240
kG, set' -- 40 kG, kol'co -- 15 kG, korzina -- 58 kG, gajdrop -- 40 kG,
itogo -- ves konstrukcii okolo 400 kG, ili 28,5% polnogo poletnogo vesa pri
napolnenii obolochki vodorodom. Ves snaryazheniya i priborov -- 16 kG, ves
poleznoj nagruzki pri napolnenii obolochki vodorodom -- okolo 1000 kG, pri
napolnenii obolochki svetil'nym gazom -- 580 kG. V poleznuyu nagruzku vhodit
ballast, kolichestvo kotorogo zavisit ot zadannyh vysoty i vremeni poleta.
Ballast dlya aerostata yavlyaetsya svoeobraznym dvigatelem i toplivom; sbrasyvaya
ballast, my poluchaem sootvetstvuyushchuyu izbytochnuyu pod®emnuyu silu, kotoraya
sovershaet rabotu, podnimaya aerostat vverh. Prinyav ves ekipazha i bagazha
ravnym 350-400 kG, my ostavim dlya ballasta 600-650 kG.
Ris 2 Shema svobodnogo aerostata ob®emom 1400 m3:
1 -- prorezinennyj ballon; 2 -- stropy; 3 -- silovoe kol'co; 4 --
korzina, 5 -- klapan; 6 -- cilindricheskij otrostok; 7 -- razryvnaya lenta; 8
-- meshki s ballastom; 9 -- gajdrop.
Interesno, chto vesovaya svodka dlya dannogo aerostata ochen' blizka k
takovoj dlya chetyrehmestnogo sportivnogo samoleta s dvigatelem moshchnost'yu
okolo 250 l. s.; konstrukciya takogo samoleta budet vesit' okolo 400 kG,
dvigatel' i toplivo -- 500-600 kG i poleznaya nagruzka -- 400 kG.
Upravlenie svobodnym aerostatom sravnitel'no neslozhnoe. Sredstvami
upravleniya yavlyayutsya klapan v kupole obolochki dlya vypuska porcij gaza s cel'yu
umen'sheniya pod®emnoj sily i ballastnye meshki v korzine, sluzhashchie dlya
oblegcheniya aerostata. Takim obrazom, aerostat upravlyaetsya tol'ko putem
izmeneniya raznosti mezhdu pod®emnoj siloj i vesom: chtoby preobladala
pod®emnaya sila, nuzhno umen'shit' ves, sbrosiv nekotoroe kolichestvo ballasta;
chtoby preobladal ves, nuzhno vypustit' porciyu gaza, priotkryv klapan na
neskol'ko sekund.
Sfericheskij aerostat neustojchiv v otnoshenii vysoty poleta pri
normal'nom sostoyanii troposfery. Vzlet proishodit pri nekotorom izbytke
pod®emnoj sily. Esli obolochka byla ne polnost'yu zanyata gazom (vodorodom ili
svetil'nym gazom), to po mere pod®ema pod®emnaya sila ostaetsya neizmennoj,
tak kak hotya plotnost' gaza ubyvaet, no ego ob®em sootvetstvenno
uvelichivaetsya. Kogda zhe gaz celikom zapolnit obolochku, dal'nejshij pod®em
vyzovet istechenie gaza iz nizhnego otverstiya -- appendiksa, i pod®emnaya sila
stanet umen'shat'sya.
Na nekotoroj vysote nastupit ravnovesie mezhdu pod®emnoj siloj i vesom,
no eto ravnovesie neustojchivo. Esli pod®emnaya sila okazhetsya mala, aerostat
pojdet vniz i ravnovesie ne vosstanovitsya, poka nedostatok pod®emnoj sily ne
budet kompensirovan sbrasyvaniem ballasta. Esli ballasta vybrosheno bol'she
chem nuzhno, aerostat budet podnimat'sya do ostanovki, za kotoroj opyat'
posleduet snizhenie. Poterya gaza proishodit vsledstvie propuskaniya gaza
obolochkoj; prichinoj izmeneniya pod®emnoj sily mozhet byt' nagrevanie gaza
solncem. V sluchae inversii temperatury, t. e. povysheniya ee s vysotoj,
ustojchivost' aerostata uluchshaetsya.
Vremya poleta aerostata zavisit ot zapasa ballasta i intensivnosti ego
rashodovaniya. U neopytnogo pilota amplituda izmenenij vysoty budet bol'shaya i
rashod ballasta povyshennyj; opytnyj pilot kak by predugadyvaet predstoyashchee
dvizhenie i predotvrashchaet narusheniya vysoty. S drugoj storony, nuzhno umet'
ispol'zovat' atmosfernye usloviya i, v pervuyu ochered', napravlenie vetra,
kotoroe mozhet menyat'sya s vysotoj. U dirizhablya obolochka sohranyaet postoyanstvo
ob®ema v rezul'tate podkachki vozduha v special'nyj vozdushnyj meshok --
ballonet -- i podderzhaniya nekotorogo izbytochnogo davleniya. V etih usloviyah
vysota poleta ustojchiva, no zato vozmozhnosti izmeneniya vysoty ogranicheny.
Polet na svobodnom aerostate spokoen i priyaten. Edinstvennoj opasnost'yu
v polete yavlyayutsya grozovye razryady, ot kotoryh mozhet zagoret'sya gaz ili
proizojti razryv obolochki. Trudnosti voznikayut v osnovnom pri posadke.
Prezhde vsego, posadka mozhet proizojti v neudobnom meste -- aerostat mozhet
sest' na les, boloto, v vodu. Nalichie zapasa ballasta pozvolyaet v takih
sluchayah podnyat'sya vnov' i iskat' bolee udobnogo mesta dlya posadki. Esli
aerostat bystro snizhaetsya, a zapas ballasta mal, to posadka proizojdet s
udarom, dlya smyagcheniya kotorogo sluzhit gajdrop, t. e. tyazhelyj kanat,
svisayushchij vniz i dayushchij effekt oblegcheniya. Naibolee opasna posadka pri
sil'nom vetre i nalichii v rajone posadki derev'ev, stroenij i, osobenno,
vysokovol'tnyh linij. Vo vremya posadki pri sil'nom vetre starayutsya vozmozhno
skoree vypustit' gaz na nebol'shoj vysote, dlya chego sluzhit special'noe
razryvnoe prisposoblenie.
Vozduhoplavatel'nyj sport, kotoryj odno vremya byl dostatochno shiroko
razvit, teper' pochti prekratil svoe sushchestvovanie. Prichin dlya etogo mnogo,
no osnovnaya prichina zaklyuchaetsya v vozrosshej opasnosti stolknoveniya s
samoletami i v obilii vysokovol'tnyh linij. Kak izvestno, v poslednie gody
svobodnye aerostaty byli usovershenstvovany primeneniem legkih i
nepronicaemyh dlya gaza obolochek iz plastmass i primeneniem avtomaticheskih
ustrojstv dlya obespecheniya ustojchivosti poleta. Eshche ran'she v Sovetskom Soyuze
byli razrabotany germeticheskie kabiny, obespechivayushchie polet na ochen' bol'shih
vysotah.
P. N. Nesterov sovershil neskol'ko polet