eniya petli. V predelah ot
nu=0 do nu mah my mozhem proizvol'no
vybirat' znacheniya nu, v zavisimosti ot zhelaemogo haraktera
traektorii; pri dvizhenii po pryamoj my vsegda dolzhny brat' nu=sos
q. Dlya polucheniya minimal'nogo radiusa krivizny traektorii
nu=hk/hk0, no ne bolee nu dop.
Prakticheski celesoobrazno vybirat' takuyu peregruzku, pri kotoroj
samolet budet obladat' aerodinamicheskim kachestvom, blizkim k maksimal'nomu;
eto budet imet' mesto pri uslovii Sy2
/ple=Ch0. Znachenie nu n (t. e. pri Cu
n) mozhno predstavit' v vide
gde hk.n -- kineticheskaya vysota gorizontal'nogo poleta pri
maksimal'nom aerodinamicheskom kachestve
Dlya rasschityvaemogo sluchaya Cun=1,15; hk.n=21,5 m.
Takim obrazom, pri vypolnenii krivolinejnogo dvizheniya sleduet priderzhivat'sya
peregruzok, opredelyaemyh usloviem nu= hk/21,5, no ne
bolee 3,5 i ne bolee ny= hk/18,5. Imeya znachenie
peregruzki nu i hk, my mozhem opredelit' radius
krivizny traektorii v vertikal'noj ploskosti:
|to budet pervym uravneniem dlya rascheta petli. Vtoroe uravnenie
pozvolit rasschityvat' znachenie hk. Dlya etoj celi my ispol'zuem
vyrazhenie, svyazyvayushchee koefficient prodol'noj peregruzki s izmeneniem urovnya
energii samoleta:
Znachenie nh mozhet byt' raskryto kak funkciya hk i
nu; dlya R/G my podobrali linejnuyu zavisimost' ot hk,
kotoraya spravedliva v nuzhnom diapazone skorostej P/G=0,28--
0,0016hk.
Dlya Q/G poluchim
Podstaviv
poluchim
V itoge, dlya poleta s rabotayushchim dvigatelem budem imet'
Pri polete s vyklyuchennym dvigatelem my otbrasyvaem tyagu vinta i
dobavlyaem ego soprotivlenie, chto daet DCx0=0,03, i togda poluchim
Voobshche govorya, mozhno bylo by vmesto formul dlya nh dat'
grafik. Takim obrazom, my imeem dva uravneniya: odno dlya radiusa krivizny --
prostoe, i dlya urovnya energii -- differencial'noe. Krome togo,
vspomogatel'nye svyazi: he=h+hk; ds= rdq; dh=ds sinq.
Za tekushchuyu koordinatu mozhet byt' vybran put' s ili ugol povorota
kasatel'noj k traektorii q. Proizvodya raschet dvizheniya, pol'zuyas'
differencial'nym uravneniem, vybiraem shag rascheta Ds ili Dq; pervyj -- na
pryamolinejnyh uchastkah, a na krivolinejnyh uchastkah udobnee brat' Dq, tak
kak my vsegda budem znat' srednee znachenie ugla q.
CHislennoe integrirovanie uslozhnyaetsya neobhodimost'yu delat'
posledovatel'nye priblizheniya ili brat' ochen' malye znacheniya shaga. Rabota
uproshchaetsya, esli vozmozhna ekstrapolyaciya srednih znachenij velichin, vhodyashchih v
formuly. Prinyav nekotoryj shag dlya ugla naklona traektorii Dq, my poluchim
sleduyushchie formuly:
V ocherednom intervale rascheta my znaem q, vybiraem nu i
vynuzhdeny ekstrapolirovat' velichinu hk. sr; esli posle vypolneniya
rascheta hk. sr okazhetsya inym, my dolzhny povtorit' raschet. CHtoby
uluchshit' ekstrapolyaciyu, sleduet v processe rascheta stroit' grafiki
he i h po s i ryadom s nimi traektoriyu tak, chtoby masshtaby byli
odinakovy. Na ris. 10 i 11 pokazany rezul'taty rascheta petli dlya samoleta
"N'yupor-4" primenitel'no k usloviyam vypolneniya ee P. N. Nesterovym.
Za ishodnye usloviya byl vzyat gorizontal'nyj polet na vysote 900 m pri
skorosti 90 km/chas, chto davalo hk= 32 i nachal'nyj uroven' energii
932 m. Zatem proishodil perehod v pikirovanie pod uglom 60o,
kotoroe prodolzhalos' do momenta dostizheniya samoletom vysoty 650 m s
nerabotayushchim dvigatelem. Blagodarya dejstviyu soprotivleniya vozduha, kotoroe
nepreryvno vozrastalo, padal i uroven' energii, tak chto, kogda vysota stala
ravnoj 650 m, uroven' energii okazalsya ravnym 785 m i hk=135 m,
ili skorost' ~ 185 km/chas. Pri etoj skorosti mogla by byt' poluchena
maksimal'naya peregruzka nu=135/18,5=7,3. Nachinat' petlyu nuzhno
bylo dostatochno ostorozhno.
Dal'nejshij raschet proizvodilsya to intervalam Dq=30o. Kogda
samolet nachinal vyhodit' iz pikirovaniya, soprotivlenie nastol'ko vozrastalo,
chto, nesmotrya na vklyuchenie dvigatelya, uroven' energii prodolzhal padat', a
kineticheskaya vysota nekotoroe vremya ostavalas' pochti postoyannoj. Kogda zhe
samolet stal opisyvat' pervuyu chetvert' petli, velichina hk stala
bystro umen'shat'sya kak iz-za uvelicheniya h, tak i vsledstvie umen'sheniya
he. Tol'ko posle prohozhdeniya vertikal'nogo polozheniya padenie
urovnya energii prekratilos', no hk prodolzhalo padat' i doshlo do
znacheniya hk =10, kogda maksimal'naya peregruzka mogla imet'
velichinu, ravnuyu lish' primerno 0,5. Takim obrazom, v verhnej tochke petli
letchika prizhimalo k siden'yu s siloj, ravnoj 30-40% ot sily vesa. Vo vtoroj
chasti petli hk stalo uvelichivat'sya, no ne ochen' sil'no, tak kak
dvigatel' byl opyat' vyklyuchen i uroven' energii stal ponizhat'sya.
Ris. 10. Shema rascheta petli Nesterova dlya samoleta "N'yupor-4"
energeticheskim metodom
Po grafiku, privedennomu na ris. 10, mozhno poluchit' znachenie
hk v lyuboj tochke petli i zatem najti skorost' po vyrazheniyu V=4,4
hk1/2. Razdeliv intervaly puti na srednie znacheniya
skorosti, mozhno najti intervaly vremeni i zatem opredelit' vremya soversheniya
petli. Ot nachal'nogo gorizontal'nogo uchastka do konechnogo ono okazalos'
ravnym okolo 10 sek.
Na ris. 11 dana obshchaya shema pikirovaniya, petli i posleduyushchego
spiral'nogo spuska s, krenom okolo 30o. Sopostaviv ee s izvestnoj
shemoj, sostavlennoj samim P. N. Nesterovym, my mozhem uvidet' ves'ma bol'shoe
shodstvo mezhdu nimi.
Ris. 11. Shema snizheniya, petli i spiral'nogo spuska, poluchennaya putem
rascheta primenitel'no k usloviyam vypolneniya pervoj petli P. N. Nesterovym
Vysota petli okazalas' ravnoj 90 m, chto sootvetstvuet diametru virazha s
ochen' bol'shim uglom krena, iz chego i ishodil P. N. Nesterov. Tol'ko forma
petli okazalas' ne okruzhnost'yu, a figuroj, kotoruyu mozhno poluchit', esli
vzyat' provolochnoe kol'co nuzhnogo diametra i, razrezav ego v nizhnej tochke,
sdvinut' koncy, kak by zatyagivaya petlyu. Togda v nizhnej chasti krivizna
umen'shitsya, a v verhnej uvelichitsya.
Pri sovershenii petli osnovnoj vopros zaklyuchaetsya v pravil'nom vybore
nachal'noj skorosti. Pered nachalom petli samolet dolzhen imet' zapas
kineticheskoj energii, opredelyaemyj vysotoj hk.nach. Vysota petli
ravna utroennomu-uchetverennomu znacheniyu hk.n, sootvetstvuyushchemu
gorizontal'nomu poletu na naivygodnejshej skorosti,
Dh=D=(3,5-4,0)hk.n, gde hk.n=0, 82G/(S
Cun).
Krome togo, pri vypolnenii petli proishodit izmenenie urovnya energii ot
dejstviya tyagi i lobovogo soprotivleniya. |to izmenenie mozhno opredelit'
sleduyushchim obrazom. Dlina puti polupetli budet ravna
Srednee znachenie peregruzki po puti petli nu~2,3; ugol ataki
nahoditsya v rajone maksimal'nogo kachestva. Togda snizhenie urovnya energii za
polupetlyu sostavit
Kogda samolet okazhetsya v verhnej chasti petli, dolzhna ostavat'sya
nekotoraya peregruzka -- ne menee ny=0,3-0,4, dlya chego neobhodim
zapas kineticheskoj energii, ravnyj hk.kon ~(0,3-0,4)
hk.n. V itoge poluchim
|tot priblizhennyj raschet hk. nach ochen' blizok k tomu, chto
bylo polucheno pri vypolnenii petli. CHem bol'she P/G, t. e. chem bol'she
tyagovooruzhennost' samoleta, tem legche vypolnyat' petlyu i tem men'she mozhet
byt' nachal'naya skorost'. Tyagovooruzhennost' samoleta, na kotorom letal P. N.
Nesterov, byla nevysoka, i pered petlej potrebovalsya osnovatel'nyj razgon
putem pikirovaniya. My mozhem tol'ko udivlyat'sya tomu, naskol'ko pravil'no
zadumal P. N. Nesterov vypolnit' petlyu -- posle pikirovaniya okolo 300 m.
Bud' razgon bolee slabym, samolet zavis by v verhnej chasti petli, i togda
neprivyazannyj letchik okazalsya by v zatrudnitel'nom polozhenii.
Mozhet vozniknut' vopros, byla li petlya vypolnena so snizheniem ili net?
Esli rassmatrivat' etot vopros tol'ko v otnoshenii vysot nachala i konca petli
pri gorizontal'noj kasatel'noj k traektorii, to ona mogla by byt' vypolnena
i bez snizheniya pri bolee rezkom vyvode iz pikirovaniya. Iz shemy, privedennoj
na ris. 10, vidno, chto v etom sluchae (punktirnyj konec petli) skorost'
okazalas' by maloj i nalico byl by risk svalivaniya v shtopor. Petlya schitaetsya
vypolnennoj bez snizheniya v tom sluchae, esli posle vyhoda iz odnoj petli
samolet gotov k vypolneniyu sleduyushchej ne tol'ko po ishodnoj vysote, no i po
urovnyu energii. CHtoby eto bylo vozmozhno, tyaga dvigatelya dolzhna obespechivat'
dlitel'nyj polet s peregruzkoj ne menee 2,3. P. N. Nesterov raspolagal
dlitel'noj peregruzkoj, ravnoj lish' okolo 1,6. CHtoby povtorit' petlyu, emu
nuzhno bylo by vnov' razgonyat' samolet pikirovaniem.
NA SAMOLETE "MORAN-ZH"
Kak my uzhe ukazyvali, samolet "N'yupor-4" ne otlichalsya vysokimi
manevrennymi kachestvami: zapas moshchnosti u nego byl nebol'shoj, organy
upravleniya malo effektivnye i tol'ko zapas prochnosti byl dostatochen. Avtoru
ne prihodilos' vstrechat' svedenij o tom, chtoby kto-nibud', krome P. N.
Nesterova, vypolnyal na nem vysshij pilotazh.
Francuzskij samolet "Moran-ZH" poyavilsya v 1912 g. i bystro zavoeval
bol'shuyu populyarnost' -- vnachale blagodarya ryadu pereletov, sovershennyh na
nem, a zatem kak prochnyj i manevrennyj samolet, legko vypolnyavshij figury
vysshego pilotazha, i, nakonec, kak odin iz pervyh istrebitelej. "Moran"
zakupalsya vo Francii i stroilsya zatem v Rossii kak trenirovochnyj samolet.
Ego mozhno bylo vstretit' v aviacionnyh shkolah do 1922-- 1923 gg., a
otdel'nye ekzemplyary i pozzhe. Kogda v 1918 g. v Moskovskoj aviacionnoj shkole
bylo vvedeno obyazatel'noe obuchenie vysshemu pilotazhu, to dlya etogo
ispol'zovalis' samolety "Moran"; instruktorom po obucheniyu poletam na etih
samoletah byl zamechatel'nyj sovetskij letchik Mihail Mihajlovich Gromov.
Letom 1914 g. v Moskve na Hodynskom pole (vposledstvii Central'nyj
aerodrom) petli Nesterova demonstriroval letchik-ispytatel' zavoda "Duks" A.
M. Gaber-Vlynskij. Vposledstvii na vozdushnyh prazdnikah vysshij pilotazh na
etom samolete demonstrirovalsya ryadom russkih letchikov. Samolet "Moran-ZH"
privlek vnimanie P. N. Nesterova svoim zapasom moshchnosti i horoshej
upravlyaemost'yu. Osvoiv samolet, P. N. Nesterov v iyule 1914 g. sovershil na
nem perelet Moskva-- Peterburg za 5 chasov. Vysokaya manevrennost' samoleta
"Moran-ZH" privela P. N. Nesterova k mysli o vozmozhnosti sbit' samolet
protivnika, nanesya emu povrezhdenie svoim samoletom.
Shema samoleta "Moran-ZH" pokazana na ris. 12. Po konstruktivnoj sheme
on pochti ne otlichaetsya ot samoleta "N'yupor-4", t. e. tozhe predstavlyaet soboj
raschalochnyj monoplan, odnako, on neskol'ko men'she i legche, chem "N'yupor-4", a
dvigatel' na nem byl ustanovlen bolee moshchnyj -- "Gnom", a zatem "Ron"
moshchnost'yu 80 l. s. Po vneshnemu vidu "Moran" vyglyadel izyashchnee, chem "N'yupor",
i preimushchestvo v vese pustogo samoleta u nego sostavlyalo 100 kG, t. e. bolee
20%.
Ris. 12 Samolet "Moran-ZH" (1913 g) s rotativnym dvigatelem "Gnom"
moshchnost'yu 80 l. s. Ploshchad' kryla s podfyuzelyazhnoj chast'yu 15,5 m2,
ves pustogo samoleta okolo 350 kG, poletnyj ves s odnim letchikom okolo 500
kG.
Privedennaya ploshchad' vrednogo soprotivleniya F0 byla ravna
okolo 1,0 m, t. e. bolee chem v poltora raza men'she, chem u samoleta "N'yupor".
Prichiny etogo aerodinamicheskogo preimushchestva zaklyuchalis' v men'shih razmerah
ploshchadi kryl'ev, men'shej obshchej dline trosovyh raschalok kryl'ev i,
bezuslovno, v bolee aerodinamichnoj forme kapota dvigatelya. Vazhnejshim
usloviem umen'sheniya soprotivleniya vozduha yavlyaetsya nalichie v nosovoj chasti
tela gladkih vypuklyh poverhnostej, na kotoryh razvivaetsya ponizhennoe
davlenie, v bol'shej ili men'shej stepeni kompensiruyushchee povyshennoe davlenie v
rajone central'noj nosovoj chasti tela.
U samoleta "Moran" kapot dvigatelya byl polukol'cevoj; vposledstvii na
samoletah s rotativnymi dvigatelyami stali primenyat' kol'cevye kapoty,
blagodarya kotorym velichina F0 byla eshche bolee umen'shena. Teoriya
kol'cevyh kapotov dlya dvigatelej s zvezdoobraznym raspolozheniem cilindrov
byla razrabotana znachitel'no pozzhe -- v tridcatye gody. Umen'shenie velichiny
F0 pri povyshennoj moshchnosti dvigatelya dalo uvelichenie skorosti do
130-135 km/chas (vmesto 110 km/chas u samoleta "N'yupor"). Esli kineticheskaya
vysota hk=V2/2g u samoleta "N'yupor" sostavlyala okolo
48 m, to u samoleta "Moran" ona ravnyalas' 70 m; eto bylo vazhnoe preimushchestvo
pri vypolnenii figur vysshego pilotazha.
Nesmotrya na men'shuyu velichinu F0, maksimal'noe
aerodinamicheskoe kachestvo samoleta "Moran" bylo ravno primerno 6,5, t. e.
ono bylo takim zhe, kak u samoleta "N'yupor", vsledstvie men'shego razmaha
kryl'ev.
Na ris. 13 dany polyara i forma profilya kryla samoleta "Moran-ZH".
Podobnyj profil' ochen' tipichen dlya togo vremeni; ego otnositel'naya tolshchina
sostavlyaet lish' okolo 5%, a nosovaya chast' dovol'no sil'no izognuta. |to
privodit k dovol'no znachitel'nomu uvelicheniyu koefficienta soprotivleniya pri
malyh uglah ataki, chto, odnako, ne skazyvaetsya na osnovnyh letnyh
harakteristikah.
Na ris. 14 dany grafiki moshchnostej, potrebnyh dlya gorizontal'nogo poleta
pri vese 500 kG, i grafiki poleznyh moshchnostej dlya vysot ot nulya do 4 km. Po
peresecheniyam krivyh my poluchaem maksimal'nye skorosti gorizontal'nogo
poleta, a po maksimal'noj raznosti moshchnostej nahodim vertikal'nye skorosti
na rezhime vzleta:
Na ris. 15 privedeny osnovnye letnye harakteristiki samoleta "Moran-ZH"
-- maksimal'naya i minimal'naya skorosti, skorost' Vnab,
sootvetstvuyushchaya maksimal'noj vertikal'noj skorosti, vertikal'naya skorost' na
raznyh vysotah i vremya pod容ma na vysotu, poluchennoe putem priblizhennogo
integrirovaniya
Pri skorosti poleta 120 km/chas na vysote 1000 m potrebnaya moshchnost'
sostavlyaet 44 l. s., a moshchnost', razvivaemaya dvigatelem, budet okolo 53 l.
s. (sm. ris. 14). Pri udel'nom rashode topliva, ravnom 0,26-0,28 kg na
loshadinuyu silu v chas, i k. p. d. vinta, ravnom 0,75, chasovoj rashod topliva
budet raven okolo 16-17 kg/chas.
Ris. 13 Polyara i profil' kryla samoleta "Moran-ZH"
Pri zapase topliva v 50 kg vremya poleta budet ravno okolo 3 chasov i
dal'nost' poleta okolo 350 km. Sravnivaya letnye harakteristiki samoleta
"Moran-ZH" s harakteristikami samoleta "N'yupor-4", my vidim, chto samolet
"Moran-ZH" imeet znachitel'nye preimushchestva.
Vazhnejshim pokazatelem manevrennyh vozmozhnostej samoleta yavlyaetsya
velichina maksimal'noj peregruzki, obespechivaemoj dvigatelem,
ny=Ymax/G, ravnoj otnosheniyu maksimal'noj pod容mnoj
sily k vesu. U samoleta "N'yupor-4" my imeli nu=1,65, u samoleta
"Moran-ZH" nu=2,0. Vposledstvii u manevrennyh istrebitelej
velichina nu stala dostigat' velichiny, ravnoj 3,0, i dazhe 3,5.
Pri virazhe na skorosti 30 m/sek na maloj vysote i pri koefficiente
peregruzki nu =1,9 my poluchim radius virazha
i vremya soversheniya polnogo kruga
Ostanovimsya eshche na nekotoryh osobennostyah samoleta "Moran-ZH". Professor
V. P. Vetchinkin proizvodil opredelenie polozheniya centra tyazhesti dlya ryada
samoletov togo vremeni, v tom chisle dlya samoleta "Moran-ZH". Odnako on
interesovalsya tol'ko uglom vynosa shassi, t. e. naklonom linii, soedinyayushchej
centr tyazhesti s os'yu koles, i ne otmetil koordinaty centra tyazhesti po
otnosheniyu k krylu. Ih mozhno najti po sheme samoleta, no ne osobenno tochno.
Proizvedya graficheskoe postroenie, my poluchili centrovku 27-28%. |to neobychno
perednyaya centrovka dlya samoletov togo vremeni. S passazhirom ona sostavlyala
okolo 30-31%.
Ris. 14. Grafik moshchnostej dlya samoleta "Moran-ZH" pri poletnom vese 500
kG.
Gorizontal'noe operenie samoleta sostoyalo iz odnogo rulya vysoty, chto
imelo mesto i u nekotoryh drugih samoletov togo vremeni. Odnako ploshchad'
gorizontal'nogo opereniya byla nebol'shoj i sostavlyala okolo 1,6
m2. Polozhenie fokusa samoleta sleduet ocenit' (po raschetu) v 35%
ot dliny hordy kryla, konechno, pri zazhatom rule. Takim obrazom, samolet,
nesomnenno, byl staticheski ustojchiv i, tem bolee, ustojchiv po peregruzke.
Ris. 15. Osnovnye letnye harakteristiki samoleta "Moran-ZH" pri poletnom
vese 500 kG
Nebol'shoj po ploshchadi rul' vysoty, imevshij k tomu zhe znachitel'nuyu osevuyu
kompensaciyu, daval sovsem neznachitel'nye aerodinamicheskie sharnirnye momenty;
v sochetanii s neznachitel'nym treniem eto privodilo k neobychajnoj legkosti
upravleniya rulem vysoty i, nesomnenno, davalo slabuyu zavisimost' usiliya ot
peregruzki. V to zhe vremya, bokovoe upravlenie perekashivaniem kryl'ev bylo
dovol'no tyazhelym. Korotkaya ruchka upravleniya zakanchivalas' nebol'shoj
"barankoj", za kotoruyu derzhalsya letchik. Takim obrazom, poluchalas'
disgarmoniya v upravlenii -- bol'shie usiliya v odnom napravlenii dvizheniya
ruchki i ochen' malye v drugom. Rul' napravleniya ploshchad'yu v 0,5 m2,
tozhe s osevoj kompensaciej, treboval sovsem neznachitel'nyh usilij na
pedalyah.
U samoleta "Moran-ZH" byla eshche odna osobennost' v upravlenii. Esli
letchik nebol'shim usiliem na pedalyah otklonyal rul' napravleniya, sozdavaya etim
skol'zhenie, to na ruchke voznikalo bol'shoe usilie, stremyashcheesya otklonit' ee v
storonu, obratnuyu hodu pedali, tak kak kosoe obtekanie kryl'ev privodilo k
tendencii ih perekashivaniya. U samoleta Moran "Parasol'" eta osobennost' v
upravlenii samoletom proyavlyalas' stol' rezko, chto, otkloniv rul'
napravleniya, letchik ne mog uderzhat' ruchku ot uhoda ee v storonu.
Ukazannaya specifika upravleniya trebovala dostatochnoj trenirovki
letchika, vyzyvala trudnosti pri obuchenii, oslozhnennye otsutstviem dvojnogo
upravleniya, no pri nadlezhashchem osvoenii tehniki upravleniya eta osobennost'
pozvolyala letchiku vypolnyat' samye raznoobraznye figury vysshego pilotazha --
petli, perevoroty, padenie listom, shtopor i dr. Prochnost' samoleta, i
osobenno ego pilotazhnyh variantov, byla vysokoj. Sluchai polomki etogo
samoleta v vozduhe avtoru ne izvestny.
Pri nalichii u samoleta "Moran-ZH" tol'ko odnogo rulya vysoty
simmetrichnogo profilya, bez nepodvizhnoj chasti -- stabilizatora, samolet ne
mog letat' s broshennoj ruchkoj. Poskol'ku na krylo pri otsutstvii pod容mnoj
sily dejstvoval pikiruyushchij moment, v sluchae broshennoj ruchki samolet dolzhen
byl perejti v pikirovanie s dal'nejshim perehodom v perevernutyj polet. Kak
izvestno, posle tarana, kotoryj proizoshel na vysote okolo 1000 m, do vysoty
50 m P. N. Nesterov vypolnyal spiral'nyj spusk, no zatem samolet pereshel v
pikirovanie i upal v perevernutom polozhenii. Takoe povedenie samoleta
svidetel'stvuet o tom, chto P. N. Nesterov poteryal soznanie i otpustil ruchku
upravleniya; posle perehoda na otricatel'nye ugly ataki i otricatel'noe
znachenie nu on byl vybroshen iz samoleta, poskol'ku ne byl
privyazan.
Aerodinamicheskoe kachestvo samoleta s uchetom soprotivleniya vinta bylo
ravno primerno 5,7. Odnako prakticheski samolet snizhalsya dovol'no kruto po
sleduyushchej prichine: chtoby vrashchenie vinta ne prekratilos' pri spuske, letchik
staralsya derzhat' povyshennuyu skorost', tem samym otdalyaya samolet ot rezhima
maksimal'nogo kachestva. Tak, pri skorosti 100-110 km/chas aerodinamicheskoe
kachestvo stanovilos' ravnym 4,5. Polomki pri posadke byli chasty -- v
osnovnom, pognutost' osi koles. Pri povrezhdenii shassi ili pri nalichii snosa
v moment kasaniya samolet stanovilsya na nos ili dazhe perevorachivalsya na spinu
-- "kapotiroval".
Net somneniya v tom, chto P. N. Nesterov v sovershenstve ovladel samoletom
"Moran-ZH", svobodno i tochno na nem manevriroval i uverenno sovershal posadki
na nebol'shie polyanki. Sleduet napomnit', chto dlina razbega samoleta byla
ravna 75-80 m i vremya razbega -- okolo 7 sek; dlina probega pri posadke --
80-90 m; vzletnaya distanciya do nabora vysoty, ravnoj 10-15 m, sostavlyala
okolo 200 m; ugol pod容ma na malyh vysotah -- okolo
8o-10o. Pri nalichii profilya kryla s bol'shoj kriviznoj
i ustanovochnogo ugla kryla po otnosheniyu k fyuzelyazhu, ravnogo
5o-6o, liniya nulevoj pod容mnoj sily sostavlyala s os'yu
fyuzelyazha ugol 10o-12o. Pri nabore vysoty ugol naklona
fyuzelyazha okazyvalsya men'she naklona traektorii i sozdavalos' vpechatlenie, chto
samolet "vspuhaet", t. e. podnimaetsya pochti pri gorizontal'nom polozhenii
fyuzelyazha. Pri spuske, naoborot, naklon fyuzelyazha byl bol'she naklona
traektorii, sozdavaya illyuziyu bolee krutogo spuska; no zato eto
obstoyatel'stvo uluchshalo obzor vpered.
V 1918 g. professor V. P. Vetchinkin v polete na samolete "Moran-ZH",
pilotiruemom izvestnym letchikom, geroem Grazhdanskoj vojny YU. A.
Bratolyubovym, vpervye proizvel izmereniya peregruzok pri polete v "boltanku"
i pri vypolnenii figur vysshego pilotazha. |ti issledovaniya imeli ochen' vazhnoe
znachenie dlya razrabotki trebovanij k prochnosti samoletov.
NOVAYA SISTEMA UPRAVLENIYA
Perejdem teper' k voprosu, kotoryj ves'ma interesoval P. N. Nesterova i
yavilsya ob容ktom ego issledovanij i konstruktivnyh razrabotok. Uzhe pervoe
znakomstvo s samoletami i sredstvami upravleniya imi v 1910 g. zastavilo
Petra Nikolaevicha zadumat'sya nad prichinami razlichiya poletov samoletov i
ptic. U vseh ptic otsutstvuet vertikal'noe operenie, u samoleta ono ne
tol'ko imeetsya, no i igraet vazhnuyu rol' v upravlenii poletom. Na samoletah
togo vremeni povoroty delali bez krena ili ostorozhno, s malym krenom, boyas',
kak by ne proizoshlo skol'zhenie na krylo, poskol'ku ne bylo znachitel'noj
poverhnosti, kotoraya etomu pomeshala by. Nuzhno skazat', chto skol'zheniya na
krylo dejstvitel'no sluchalis', hotya prichina ih togda eshche ne byla
ustanovlena. Esli my poznakomimsya s prichinami avarij i katastrof v period
1910-- 1917 gg., to my vstretim ne stol'ko upominanij o svalivaniyah na krylo
i sryvah v shtopor, skol'ko o skol'zheniyah na krylo.
Prisutstvuya na aerodrome i prislushivayas' k razgovoram letchikov v 1916--
1917 gg., avtor ne raz slyshal, kak oni obmenivalis' opytom i rasskazyvali o
sluchayah skol'zheniya na krylo, a na vozdushnom prazdnike vesnoj 1917 g. avtor
byl svidetelem katastrofy, kogda samolet "Vuazen" s vysoty 40-50 m skol'znul
na krylo i v polozhenii skol'zheniya udarilsya bokom o zemlyu. CHastye sluchai
skol'zheniya na krylo samoletov togo vremeni ne byli obsledovany. |to mozhno
ob座asnit' tem, chto v te vremena znanie svojstv samoletov bylo nedostatochnym,
a zatem interes k voprosam skol'zheniya otpal, tak kak bolee aktual'nymi stali
voprosy bor'by so svalivaniem na krylo i perehodom v shtopor.
Nesomnenno, chto sklonnost' k ustojchivomu i neupravlyaemomu skol'zheniyu na
krylo sleduet ob座asnyat' aerodinamicheskimi osobennostyami nekotoryh samoletov.
|ti osobennosti zaklyuchayutsya v primenenii tonkih profilej kryla so
znachitel'noj kriviznoj i v slabom razvitii vertikal'nogo opereniya.
Esli sravnit' shemu sovremennogo sportivnogo legkogo samoleta so
shemami samoletov 1910-- 1914 gg., to naibolee sushchestvennoe razlichie mezhdu
nimi budet zaklyuchat'sya kak raz v tom, chto sovremennye samolety imeyut bol'shuyu
tolshchinu profilya kryla i otnositel'no bol'shuyu ploshchad' vertikal'nogo opereniya.
Skol'zhenie na krylo, kotoroe yavlyalos' prichinoj avarij, ne sleduet
smeshivat' s tem skol'zheniem, kotoroe legko vyzyvaetsya prostym otkloneniem
rulya napravleniya. Esli samolet sil'no nakrenit', ne menyaya velichiny pod容mnoj
sily, to dvizhenie ego budet harakterizovat'sya dvumya uskoreniyami -- odno,
opredelyaemoe gorizontal'noj sostavlyayushchej pod容mnoj sily i dayushchee iskrivlenie
traektorii v gorizontal'noj ploskosti, i vtoroe, opredelyaemoe nedostatkom
vertikal'noj sostavlyayushchej pod容mnoj sily, napravlennoe vniz i vyzyvayushchee
iskrivlenie traektorii v vertikal'noj ploskosti. V itoge razvivaetsya
spiral'noe dvizhenie, i pri otsutstvii ili nedostatochnosti razvorota samoleta
v storonu krena poluchaetsya skol'zhenie, t. e. kosoe obtekanie. Odnako, esli
by pri nakrenenii byla uvelichena pod容mnaya sila otkloneniem rulya vysoty,
krivizny traektorii v vertikal'noj ploskosti ne bylo by. V itoge poluchaetsya
pravil'nyj virazh bez skol'zheniya. Dlya P. N. Nesterova dinamika virazha s
bol'shim uglom krena byla yasna, i on, poluchiv vozmozhnost' letat', stal smelo
primenyat' ochen' glubokie virazhi.
Obrashchayas' k "avarijnym" skol'zheniyam, sleduet ukazat', chto delo bylo ne
v tom, chto ono voznikalo pri nakrenenii bez uvelicheniya pod容mnoj sily, a v
tom, chto, okazavshis' v skol'zhenii, letchik chuvstvoval nevozmozhnost' ego
ustraneniya. Nesmotrya na otklonenie eleronov protiv napravleniya krena, a
mozhet byt', i otklonenie rulya napravleniya tozhe v storonu, obratnuyu krenu,
samolet sohranyal svoe sostoyanie krena i skol'zheniya. Konechno, letchik mog
ustranit' skol'zhenie, otkloniv rul' napravleniya v storonu krena, no togda
samolet byl by pereveden v krutoe snizhenie, chego nel'zya bylo dopustit' na
maloj vysote. Poterya effektivnosti eleronov ob座asnyalas' vyhodom samoleta na
kriticheskie ugly ataki. V to zhe vremya, momenty ot nesimmetrichnogo sryva
obtekaniya, vyzyvayushchie samovrashchenie, byli slaby. Vposledstvii pri vypolnenii
virazha s nedostatochnoj skorost'yu (naprimer, na samoletah R-1) samolet, nachav
skol'zhenie v storonu krena, podhvachennyj momentami samovrashcheniya ot sryva
obtekaniya so storony kryla, obratnoj napravleniyu skol'zheniya, ves'ma bystro
vyhodil iz krena i svalivalsya v shtopor v protivopolozhnuyu storonu.
Bol'shinstvo letchikov rannego perioda razvitiya aviacii i konstruktorov
samoletov byli sportsmenami, kotorye imeli praktiku ezdy na avtomobile,
motocikle, motornoj lodke. S. I. Utochkin pryamo ukazyval, chto ezda na
motocikle pozvolila emu bystro ovladet' upravleniem samoletom. Dlya
sportsmenov nalichie rulya napravleniya na samolete predstavlyalos' sovershenno
estestvennym. Inym byl put' P. N. Nesterova; on srazu pochuvstvoval
protivorechie mezhdu organami upravleniya samoleta i pticy. On postavil sebe
zadachu primenit' inuyu shemu upravleniya hvostovym opereniem. On ukazyval, chto
povorot vsego rulya ili povorot rulya kak chasti hvostovoj poverhnosti s
perelomom formy secheniya nezhelatelen; bolee celesoobraznym yavlyaetsya vygibanie
poverhnosti. Princip iskrivleniya kryl'ev on schital pravil'nym, no tol'ko, po
ego mneniyu, forma kryl'ev samoleta dolzhna byla by byt' blizhe k forme kryl'ev
pticy. Nakonec, P. N. Nesterov interesovalsya effektom izmeneniya
ustanovochnogo ugla kryla po otnosheniyu k fyuzelyazhu, polagaya, chto s ego pomoshch'yu
mozhno rasshirit' diapazon skorostej, oblegchit' vzlet i posadku. V svoem
proekte samoleta, kotoryj P. N. Nesterov predstavil v Glavnoe Inzhenernoe
Upravlenie Voennogo vedomstva v 1912 g., on predusmatrival ukazannye vyshe
usovershenstvovaniya.
Rassmatrivaya shemu samoleta Nesterova, opublikovannuyu v zhurnale "Aero"
v 1912 g., i, osobenno, bolee detal'nuyu shemu, privedennuyu v trude I. F.
SHipilova "Vydayushchijsya russkij letchik P. N. Nesterov" (Voennoe izdatel'stvo
Ministerstva Oborony SSSR, 1952), my vidim (ris. 16), chto ona napominaet
izvestnuyu v to vremya shemu samoleta |triha "Taube", no otlichaetsya ot nee
hvostovym opereniem.
Ostanovimsya nemnogo na istorii shemy samoleta "Taube". "Taube" -- po
nemecki "golub'", i dejstvitel'no, shema samoleta "Taube" (ris. 17)
napominaet, esli ne golubya, to, vo vsyakom sluchae, kakuyu-to pticu. Interesno,
chto eta shema v dejstvitel'nosti "proishodit" ne ot pticy, a ot planiruyushchego
tropicheskogo semeni "Canoniya". |to semya (ris. 18) predstavlyaet soboj
letayushchee krylyshko s ottyanutymi i neskol'ko otognutymi vverh koncami.
Ris. 16. Shema samoleta, sproektirovannogo P. N. Nesterovym v 1912 g, s
opereniem original'nogo tipa
Ris. 17. Shema samoleta |triha "Taube" (1911 g.)
Ris. 18. Shema planiruyushchego semeni "Canoniya"
Centr tyazhesti ego raspolozhen tak, chto centrovka poluchaetsya perednej.
Avstrijskie konstruktory |trih i Vel's snachala prosto vosproizvodili eto
semya v bol'shom masshtabe, a zatem dobavili k nemu hvost, pohozhij na hvost
korshuna, i poluchilas' shema "Taube". Odin iz samoletov |triha "Taube" byl v
Peterburge v 1911 g. i letchik Lerhe prinyal uchastie v perelete na etom
samolete po marshrutu Peterburg -- Moskva. Vposledstvii samolety etoj shemy
poluchili rasprostranenie v Avstrii i Germanii -- naprimer, "Gota-taube",
"Rumpler-taube" i dr. Byli i biplannye varianty shemy "Taube". Ob
osobennostyah aerodinamicheskih svojstv shemy "Taube", k sozhaleniyu, avtoru
nichego neizvestno. Aerodinamika ih byla posredstvennoj iz-za nalichiya u nih
mnozhestva rastyazhek, otkrytogo raspolozheniya dvigatelya, bol'shih radiatorov
ohlazhdeniya i drugih neukrytyh detalej. Estestvenno, skorost' ih byla
nevelika.
Shema "Taube" primenyalas' s 1910 po 1915 g., prichem v nachale pervoj
mirovoj vojny v avstro-germanskoj armii takih samoletov bylo mnogo, i
naimenovanie "Taube" stalo naricatel'nym dlya samoletov protivnika Rossii.
Odnako samolety "Taube" postigla ta zhe sud'ba, chto i monoplany "N'yupor" i
"Moran". Germaniya i Avstriya pereshli na fyuzelyazhnye biplany, tipichnymi
obrazcami kotoryh byli "SHnejder", "Al'batros" i "Dajmler", podobnyj tomu,
kotoryj byl sbit P. N. Nesterovym. Fyuzelyazhnyj biplan nachal razvivat'sya v
Rossii; YA. M. Gakkel' primenil etu shemu eshche v 1908-- 1909 gg., I. I.
Sikorskij razrabotal prekrasnye obrazcy fyuzelyazhnyh biplanov v 1911-- 1912 g.
i primenil ee na samoletah "Grand" i "Il'ya Muromec".
P. N. Nesterov prinyal za osnovu svoego samoleta shemu "Taube" po ryadu
soobrazhenij. Vo-pervyh, u etogo samoleta organy upravleniya ne povorachivayutsya
na sharnirah, a vygibayutsya. Odnako vmesto razdel'nyh rulej vysoty i
napravleniya, on primenil odnu gorizontal'nuyu poverhnost', kotoraya pri
vygibanii daet effekt ne tol'ko rulya vysoty, no i rulya napravleniya. Dlya etoj
celi os' otgiba raspolozhena koso (sm. ris. 16, punktirnaya liniya). Forma
kryl'ev samoleta "Taube" harakterna ne tol'ko ottyanutymi nazad koncami, no i
ih vygibom vverh. Blagodarya etomu v polete koncevye chasti kryla ostavalis'
nenagruzhennymi ili slabo nagruzhennymi, sohranyaya svoyu effektivnost' dlya
poperechnogo upravleniya i pri bol'shih uglah ataki. No bylo zdes' i drugoe
soobrazhenie.
P. N. Nesterov hotel izbavit'sya ot vertikal'nogo opereniya, kotorogo ne
imeyut pticy. Ne nuzhno dumat', chto u samoletov vertikal'noe operenie bylo
primeneno tol'ko radi vypolneniya povorotov bez krena. Pervymi prakticheski
primenili vygibanie kryl'ev dlya poperechnogo upravleniya brat'ya Rajt. Primenyaya
eto upravlenie, oni obnaruzhili dovol'no nepriyatnoe yavlenie -- pri vygibanii
koncov kryl'ev v raznye storony samolet vrashchalsya vokrug prodol'noj osi v
nuzhnom napravlenii i odnovremenno stremilsya povernut'sya vokrug vertikal'noj
osi v obratnuyu storonu.
Tak, esli letchik nakrenyal samolet vpravo, v processe etogo dvizheniya
samolet obnaruzhival dovol'no sil'noe stremlenie povernut'sya vlevo, chto bylo
sovsem nezhelatel'no. Dlya ustraneniya razvorota letchik dolzhen byl vsegda,
odnovremenno s vygibaniem kryl'ev, dejstvovat' i rulem napravleniya, a
poslednij dolzhen byl byt' dostatochno moshchnym, chtoby preodolevat'
razvorachivayushchij moment. |to svojstvo zastavilo brat'ev Rajt primenit'
svoeobraznuyu sistemu upravleniya. Na ih samolete bylo dve ruchki upravleniya --
pravaya i levaya; nozhnye pedali otsutstvovali. Levaya ruchka upravlyala rulem
vysoty, a pravaya pri dvizhenii v storony -- vygibaniem kryl'ev, a pri
dvizhenii vpered i nazad -- rulem napravleniya. Takim obrazom, odnim kosym
dvizheniem pravoj ruchki mozhno bylo odnovremenno sozdavat' krenyashchij moment i
borot'sya s zavorachivayushchim momentom.
Na samolete brat'ev Rajt effekt zavorachivaniya pri nakrenenii
proyavlyalsya, mozhet byt', sil'nee, chem u drugih samoletov togo vremeni, iz-za
bol'shogo razmaha kryl'ev, bol'shih uglov vygibaniya ih koncov i iz-za uslovij
poleta pri dovol'no bol'shih uglah ataki. YAvlenie nezhelatel'nogo
zavorachivaniya pri vrashchenii vokrug prodol'noj osi obnaruzhilos' i u drugih
samoletov ne tol'ko pri vygibanii koncov kryl'ev, no i pri dejstvii
eleronami. Pri obuchenii poletam u letchikov vyrabatyvalsya refleks
odnovremennogo otkloneniya ruchki i nozhnyh pedalej v odnu i tu zhe storonu
(naprimer, pri otklonenii ruchki vpravo nazhimayut i na pravuyu pedal').
Ob座asnenie prichiny vozniknoveniya zavorachivayushchego momenta kazalos'
dovol'no prostym: v toj chasti kryla, gde vsledstvie uvelicheniya mestnogo ugla
ataki ili otkloneniya elerona proishodit uvelichenie pod容mnoj sily,
odnovremenno uvelichivaetsya i lobovoe soprotivlenie; u protivopolozhnogo konca
kryla vmeste s umen'sheniem pod容mnoj sily umen'shaetsya i soprotivlenie.
Otsyuda vytekalo soobrazhenie, chto esli ishodnye ugly ataki na koncah kryla
budut umen'sheny (a, eshche luchshe, blizki k nulyu), to effekt zavorachivaniya budet
oslablen ili dazhe unichtozhen.
V dvadcatye gody voprosu bor'by s zavorachivayushchim momentom udelyalos'
bol'shoe vnimanie. Krome opisannogo uzhe umen'sheniya nagruzhennosti koncov
kryl'ev, predlagalis': differencial'noe otklonenie eleronov, kogda
podnimayushchijsya eleron otklonyalsya na bol'shij ugol, chem opuskayushchijsya; plavayushchie
elerony, kotorye nezavisimo ot ugla ataki kryla ostavalis' na nulevom ugle
ataki; special'nye formy profilya eleronov, pri kotoryh pri podnyatii elerona
proishodil mestnyj sryv obtekaniya, blagodarya chemu voznikalo povyshennoe
soprotivlenie. Vse eti meropriyatiya ne nashli shirokogo primeneniya i, v
sushchnosti, byli ostavleny. Vopros bor'by s zavorachivaniem reshalsya
ispol'zovaniem rulya napravleniya i povysheniem putevoj ustojchivosti. Razmery
vertikal'nogo opereniya neuklonno rosli iz-za neobhodimosti obespechit'
putevuyu ustojchivost', uravnoveshivanie samoleta pri nesimmetrichnoj tyage
dvigatelej i vyvod iz shtopora. K etomu nuzhno pribavit', chto krejserskie
rezhimy poleta stali sootvetstvovat' men'shim uglam ataki kryla i poetomu
effekt zavorachivaniya ne sluzhil pomehoj pri pilotirovanii.
Nuzhno napomnit', chto poperechnoe upravlenie samoletom mozhet
proizvodit'sya ne tol'ko eleronami i iskrivleniem koncov kryl'ev, no i putem
ispol'zovaniya effekta skol'zheniya, vyzyvaemogo otkloneniem rulya napravleniya.
Na bol'shinstve samoletov polet mozhno proizvodit', ne pol'zuyas' poperechnym
upravleniem, a ispol'zuya effekt skol'zheniya, hotya eto i imeet izvestnye
neudobstva. Stroilis' dazhe samolety, sovsem lishennye poperechnogo upravleniya.
Podobnyj samolet konstrukcii A. G. Fokkera byl i vo vremena P. N. Nesterova.
Ob座asnenie prichiny vozniknoveniya zavorachivayushchego momenta razlichiem v
soprotivleniyah bylo, v sushchnosti, nepravil'nym. Rassuzhdenie o razlichii v
soprotivleniyah moglo otnosit'sya k nachal'nomu momentu, kogda posle otkloneniya
eleronov ili iskrivleniya koncov kryla samolet eshche ne priobrel skorosti
nakreneniya, ili uglovoj skorosti otnositel'no prodol'noj osi samoleta.
Odnako samolety togo vremeni ochen' bystro prihodili vo vrashchenie s postoyannoj
uglovoj skorost'yu i blagodarya okruzhnym mestnym skorostyam v secheniyah kryla
pod容mnye sily kryl'ev vyravnivalis'. Dlya opredeleniya zavorachivayushchego
momenta nuzhno bylo ishodit' ne iz sil soprotivleniya, a iz ih sostavlyayushchih,
parallel'nyh prodol'noj osi samoleta. V itoge, pod容mnye sily okazyvalis'
ravnymi i razlichie v silah soprotivleniya bylo neznachitel'nym. Samoe osnovnoe
zaklyuchalos' v tom, chto napravleniya dejstviya pod容mnyh sil v rajone koncevyh
chastej kryla byli razlichnymi. U opuskayushchegosya konca kryla pod容mnaya sila
naklonyalas' vpered, u podnimayushchegosya -- nazad. Vzyav sostavlyayushchie etih sil po
napravleniyu prodol'noj osi, my i poluchim zavorachivayushchij moment.
Takim obrazom, prichinoj vozniknoveniya zavorachivayushchego momenta yavlyalos'
organicheskoe svojstvo kryla, svyazannoe s nalichiem pod容mnoj sily i uglovoj
skorosti vrashcheniya vokrug prodol'noj osi. Zavorachivayushchij moment pryamo
proporcionalen okruzhnoj skorosti koncov kryla pri vrashchenii i obratno
proporcionalen skorosti poleta. Iz etogo sleduet, chto bez otkloneniya rulya
napravleniya nel'zya vypolnyat' pravil'noe nakrenenie.
Kak zhe upravlyayut krenom pticy? Proshche vsego etot vopros reshaetsya v tom
sluchae, esli ptica mozhet mahnut' krylom; togda vmeste s uvelicheniem
pod容mnoj sily poyavitsya moment, dejstvuyushchij v storonu povorota, a ne v
obratnuyu. Paryashchie pticy obychno sovershayut polet s raspushchennym hvostom,
kotoryj sozdaet izvestnuyu pod容mnuyu silu. Oni mogut povorachivat' hvost
vokrug prodol'noj osi, naklonyaya tem samym pod容mnuyu silu hvosta i sozdavaya
effekt, analogichnyj otkloneniyu vertikal'nogo opereniya. Odnako pri paryashchem
polete chaek mozhno nablyudat', chto hvostovoe operenie u nih polnost'yu slozheno
i, sledovatel'no, upravlenie poletom proishodit isklyuchitel'no s pomoshch'yu
kryl'ev. Prodol'noe upravlenie mozh