detali, otvodyashchie teplo, -- radiatory i
rebristye cilindry -- byli zaklyucheny v special'nye kanaly, skorost' potoka v
kotoryh byla znachitel'no nizhe skorosti osnovnogo vozdushnogo potoka. |to byli
kol'cevye kapoty, prikryvayushchie zvezdoobraznye dvigateli, v kotoryh
primenyalos' regulirovanie skorosti protekayushchego potoka, ili vozdushnye
tunneli, v kotoryh pomeshchalis' rebristye cilindry dvigatelej vozdushnogo
ohlazhdeniya s ryadnym raspolozheniem cilindrov, ili radiatory. Vnachale eti
tunneli predstavlyali soboj naruzhnye nadstrojki, a zatem ih stali vse bol'she
i bol'she ubirat' vnutr' fyuzelyazha ili kryl'ev. Esli vzyat', naprimer, samolet
"YAk-3" (1943 g.), to o nalichii u nego vnutrennih tunnelej mozhno bylo sudit'
lish' po nebol'shim vozduhozabornikam.
S poyavleniem turboreaktivnyh dvigatelej neobhodimost' v sistemah
ohlazhdeniya pochti ischezla, tak kak vozduh, sluzhashchij dlya ponizheniya temperatury
v kamere sgoraniya, prohodit cherez osnovnoj kanal dvigatelya, a ego massa
ispol'zuetsya dlya povysheniya reaktivnogo effekta dvigatelya.
Eshche odnim krupnym istochnikom soprotivleniya samoletov yavlyalas' otkrytaya
kabina ekipazha, zashchishchennaya tol'ko speredi kozyr'kom bolee ili menee gruboj
formy. Obtekanie kozyr'ka i vyreza v fyuzelyazhe privodilo k sil'noj
turbulizacii potoka i uvlecheniyu nekotoroj massy vozduha vsled za samoletom.
|to uvlechenie i yavlyaetsya istochnikom soprotivleniya. Dlya ego likvidacii stali
primenyat' zakrytye kabiny, vnachale dovol'no grubye po forme, a zatem vse
bolee obtekaemye.
Posle togo kak ubrano shassi, snizheno soprotivlenie sistemy ohlazhdeniya,
sdelana obtekaemaya kabina, nachinaet dominirovat' soprotivlenie treniya,
obuslovlennoe bol'shimi poverhnostyami kryl'ev i ih nedostatochnoj gladkost'yu.
Poetomu sleduyushchim meropriyatiem bylo umen'shenie ploshchadi kryl'ev putem
perehoda ot biplanov k monoplanam, ili vernee, uvelichenie udel'noj nagruzki
na krylo G/S. Odnako razmah kryl'ev pri etom ne dolzhen byt' umen'shen vo
izbezhanie umen'sheniya pod®emnoj sily. Prakticheski eto privelo k sohraneniyu
razmaha kryl'ev pri umen'shenii ih ploshchadi S, chto dalo uvelichenie ih
udlineniya l=12/S.
Perehod k svobodno nesushchim monoplanam osvobodil samolety ot
soprotivleniya stoek i raschalok. Problema gladkosti obshivki vstala osobenno
ostro dlya kryl'ev s metallicheskoj obshivkoj. Vnachale otkazalis' ot
gofrirovannoj obshivki i pereshli na gladkuyu i bolee tolstuyu obshivku. Zatem
pereshli na zaklepki s potajnymi golovkami, chto mozhno bylo sdelat' lish' pri
eshche bolee znachitel'nyh tolshchinah obshivki i, nakonec, stali primenyat' takuyu
tehnologiyu proizvodstva i obrabotki poverhnosti kryl'ev, kotoraya
obespechivala udovletvoritel'nuyu ih gladkost'. Optimal'naya -- "zerkal'naya"
gladkost' trebovala znachitel'nogo uslozhneniya tehnologii i ne nashla shirokogo
primeneniya.
Perehod na povyshennuyu udel'nuyu nagruzku na krylo dlya istrebitelej -- s
40-60 kG/m2 do 100-150 kG/m2 -- potreboval razrabotki
i primeneniya sredstv mehanizacii kryl'ev s cel'yu uvelicheniya ih
Cymax. |to bylo dostignuto primeneniem zakrylkov, shchitkov,
predkrylkov i razlichnyh v raznyh secheniyah profilej kryl'ev. Estestvenno, chto
naibol'shij uspeh imeli te meropriyatiya, kotorye davali poleznyj effekt v
raznyh otnosheniyah ili, vo vsyakom sluchae, ne imeli ser'eznyh otricatel'nyh
svojstv.
Na ris. 5 priveden grafik izmeneniya znachenij F0 dlya
istrebitelej po godam. V period pervoj mirovoj vojny vnachale nablyudalos'
nekotoroe umen'shenie vrednoj ploshchadi s 1 m2 do 0,7-0,8
m2, dostignutoe blagodarya nekotorym aerodinamicheskim uluchsheniyam;
odnako k koncu vojny vmeste s rezkim uvelicheniem moshchnostej dvigatelej
uvelichilos' i znachenie F0.
V period 1920-- 1930 gg. nablyudalos' nebol'shoe umen'shenie
F0, a posle 1934 g. ego znachenie snizilos' bolee chem v dva raza,
i dlya monoplanov perioda vtoroj mirovoj vojny bylo harakterno znachenie
F0, ravnoe 0,35-0,3.
Kak my pokazali, umen'shenie F0 slabo uvelichivaet
maksimal'nuyu pod®emnuyu silu; tak, esli F0 budet umen'sheno v tri
raza, to pod®emnaya sila uvelichitsya tol'ko na 20%.
Ris. 5. Grafik izmeneniya privedennoj vrednoj ploshchadi F0
manevrennyh istrebitelej po godam
Dlya uvelicheniya maksimal'noj peregruzki pri manevre vazhnejshee znachenie
imelo primenenie vysotnyh dvigatelej. Princip raboty vysotnyh dvigatelej
sostoit v sleduyushchem. Ves dvigatelya opredelyaetsya ego maksimal'noj moshchnost'yu i
shemoj konstrukcii. Osnovnuyu dolyu vesa sostavlyayut sistema szhatiya i
rasshireniya gazov i sistema peredachi energii na vint. U obychnogo nevysotnogo
dvigatelya raschetnym po prochnosti i vesu parametrom yavlyaetsya rabota na maloj
vysote, t. e. pri maksimal'noj plotnosti vozduha. Po mere pod®ema na vysotu
dvigatel' vse bolee i bolee razgruzhaetsya i, takim obrazom, okazyvaetsya
izlishne prochnym i izlishne tyazhelym dlya etih vysot. Proshche vsego sdelat'
dvigatel' vysotnym, t. e. prisposoblennym dlya raboty na zhelaemoj vysote,
esli rasschitat' ego razmery i prochnost' po usloviyam raboty na raschetnoj
vysote, a na men'shih vysotah ne dopuskat' raboty na polnoj moshchnosti putem
ogranicheniya podachi topliva. Takoj dvigatel' nazyvaetsya pererazmerennym, i
pri opredelennom vese na raschetnoj vysote on okazhetsya bolee moshchnym, chem
nevysotnyj dvigatel'.
Poskol'ku uvelichenie razmerov dvigatelej dlya samoletov yavlyaetsya
nezhelatel'nym, to dlya uvelicheniya moshchnosti stali primenyat' povyshenie chisla
oborotov dvigatelya i predvaritel'noe szhatie vozduha ili rabochej smesi pered
podachej v cilindr. Realizaciya etih meropriyatij proishodila postepenno po
mere uluchsheniya konstrukcionnyh materialov, sozdaniya legkih kompressorov dlya
predvaritel'nogo szhatiya i razrabotki topliv, kotorye davali sgoranie pri
povyshennom davlenii bez yavleniya detonacii.
Naibolee effektivnym sredstvom predvaritel'nogo szhatiya smesi okazalsya
centrobezhnyj nagnetatel'. On i nashel samoe shirokoe primenenie v period
1935-- 1945 gg. Ego osnovnoe preimushchestvo zaklyuchaetsya v nebol'shom vese, a
osnovnoj nedostatok -- v izlishnem nagrevanii smesi, v svyazi s chem ponizhaetsya
ee plotnost'. Pri rabote na maloj vysote, kogda effekt szhatiya ne
ispol'zuetsya, moshchnost' dvigatelya okazyvaetsya ponizhennoj kak vsledstvie
zatraty chasti moshchnosti na vrashchenie nagnetatelya, tak i v rezul'tate nenuzhnogo
nagrevaniya smesi. Pri bol'shoj vysotnosti dvigatelya padenie ego moshchnosti na
malyh vysotah privodilo k sushchestvennomu uhudsheniyu letnyh harakteristik
samoleta na etih vysotah, i osobenno ego manevrennosti. Dlya ustraneniya etogo
nedostatka byli skonstruirovany ustrojstva dlya izmeneniya peredatochnogo chisla
privoda centrobezhnogo nagnetatelya.
Drugim nedostatkom dvigatelya s nagnetatelem bylo uhudshenie
ekonomichnosti, t. e. povyshenie udel'nogo rashoda dvigatelya. Prichina etogo
zaklyuchaetsya v tom, chto esli szhatie rabochego tela proishodit dvazhdy -- v
nagnetatele i v cilindre, to rasshirenie ego proishodit tol'ko v cilindre, t.
e. proishodit kak by nedorasshirenie rabochego tela, i vyhlopnye gazy
vybrasyvayutsya v atmosferu eshche s bol'shim zapasom energii. |tot nedostatok
mozhno ustranit', esli podavat' vyhlopnye gazy na turbinu, a s turbiny
peredavat' moshchnost' cherez special'nyj reduktor na val dvigatelya. Takaya
sistema primenyalas' na porshnevyh dvigatelyah vo vtoroj polovine sorokovyh
godov, odnako s poyavleniem turbovintovyh dvigatelej eta sistema otpala.
Znachitel'no bol'shee primenenie nashla neskol'ko inaya sistema: moshchnost',
kotoruyu poluchala turbina ot vyhlopnyh gazov, podavalas' na privod
nagnetatelya, i dvigatel' osvobozhdalsya takim obrazom ot dopolnitel'nyh zatrat
moshchnosti na vrashchenie nagnetatelya. Dostoinstvo podobnyh turbokompressornyh
agregatov zaklyuchalos' v osnovnom v obespechenii imi bol'shoj vysotnosti
dvigatelya i primenyalis' oni poetomu na special'nyh vysotnyh samoletah --
rekordnyh ili voennyh razvedchikah i istrebitelyah.
Dlya sravneniya manevrennyh harakteristik samoletov s nevysotnymi i
vysotnymi dvigatelyami neobhodimo prinyat' nekotoruyu sistemu sravneniya.
Ochevidno, chto na maloj vysote samolet s nevysotnym dvigatelem budet bolee
manevrennym. Na bol'shih vysotah, naoborot, bolee manevrennym budet samolet s
vysotnym dvigatelem. Odnako vysotnosti byvayut raznye i poetomu trudno
vybrat' vysotu dlya sravneniya. Mozhno proizvodit' sravnenie po maksimal'nym
peregruzkam, nezavisimo ot vysoty.
Mozhno provesti i takoe uslovnoe sravnenie: znaya moshchnost' vysotnogo
dvigatelya Np na raschetnoj vysote, nahodim zatem ego moshchnost' na
maloj vysote Ne, kak esli by on byl nevysotnym, ili, inache
govorya, prodolzhaem ego harakteristiku moshchnosti po vysotam do vysot, men'shih
raschetnoj, vplot' do urovnya zemli.
Po etoj moshchnosti nahodim peregruzku nue i dlya samoletov s
vysotnymi dvigatelyami. Sleduet eshche ukazat', chto vysotnost' dvigatelej
zavisit takzhe i ot skorosti poleta, esli zabornik vozduha postavlen protiv
potoka i v nem ispol'zuetsya szhatie ot skorostnogo napora.
Perejdem k obzoru manevrennyh samoletov perioda 1932-- 1938 gg.
Osnovnye harakteristiki rassmotrennyh samoletov dany v tabl. 3. Poskol'ku
oni imeli vysotnye dvigateli s vintami izmenyaemogo shaga, znacheniya Y i
nu dany dlya moshchnostej Nr i Ne.
Harakteristiki virazhej privedeny dlya malyh vysot, no pri uslovii, chto
peregruzka sootvetstvuet moshchnosti na raschetnoj vysote. Na samom dele
moshchnost' u zemli neskol'ko men'she, chem na raschetnoj vysote, no zato
plotnost' vozduha vyshe, i poetomu v oblasti vysot ot zemli do raschetnoj
pod®emnaya sila, a sledovatel'no, i peregruzka primerno postoyanny.
Samymi zamechatel'nymi po manevrennym harakteristikam dlya vtoroj
poloviny tridcatyh godov yavlyayutsya samolety konstrukcii N. N. Polikarpova --
"I-15", "I-16" i ego modifikacii i samolet "I-153". Poslednij samolet mozhno
rassmatrivat' kak samoe vysokoe dostizhenie v oblasti konstruirovaniya
manevrennyh samoletov s porshnevymi dvigatelyami. Samolet "I-153" imel
maksimal'nuyu peregruzku na maloj vysote okolo 4, a po ekvivalentnoj moshchnosti
-- bolee 5. |to pozvolyalo samoletu vypolnyat' pilotazh s vysokimi peregruzkami
v techenie dlitel'nogo vremeni bez poteri energii.
Samolet "I-153" yavlyaetsya dal'nejshim razvitiem samoletov "I-5" i "I-15".
Snachala byl sdelan perehod ot samoletov "I-5" k samoletam "I-15"; oba oni
predstavlyayut soboj biplany primerno s odinakovymi razmahami i ploshchadyami
kryl'ev. Moshchnost' dvigatelya u samoleta "I-15" v poltora raza vyshe, a
ekvivalentnaya dazhe v dva raza vyshe, chem u "I-5"; odnako ves pustogo samoleta
"I-15" uvelichen primerno na 30%, a poletnyj ves na 20% po sravneniyu s vesom
samoleta "I-5". Maksimal'naya pod®emnaya sila uvelichilas' na 30% i koefficient
peregruzki na maloj vysote -- primerno na 8%, dostignuv velichiny okolo 3,5.
Na vysotah bolee 2,5 km preimushchestvo v manevrennoj peregruzke sostavlyaet
okolo 30%. Na samolete "I-15" byli sdelany takzhe nekotorye aerodinamicheskie
uluchsheniya shassi, kapota dvigatelya i dr.
Samolet "I-153", vypushchennyj primerno cherez 4 goda posle samoleta
"I-15", imel eshche bolee moshchnyj vysotnyj dvigatel', na nem byli ustanovleny
ubirayushcheesya shassi i zakrytaya kabina. |to dalo uvelichenie aerodinamicheskogo
kachestva s 9,7 do 11. Na manevrennyh harakteristikah, estestvenno, skazalos'
v osnovnom uvelichenie moshchnosti dvigatelya primerno na 30% pri uvelichenii
poletnogo vesa primerno na 17%. V rezul'tate manevrennaya peregruzka
uvelichilas' primerno na 15%, a na bol'shih vysotah -- na 30% blagodarya bolee
znachitel'noj vysotnosti dvigatelya. Samolet "I-153" byl poslednim
istrebitelem-biplanom s porshnevym dvigatelem i imel naibolee vysokie
harakteristiki po sravneniyu so svoimi predshestvennikami i s nahodivshimisya v
ekspluatacii odnovremenno s nim manevrennymi biplanami. Vysokie
harakteristiki samoleta "I-153" polucheny v rezul'tate bol'shogo opyta
konstruktorskoj deyatel'nosti N. N. Polikarpova, celeustremlenno napravlennoj
na sozdanie manevrennogo istrebitelya.
N. N. Polikarpovym byl postroen celyj ryad samoletov-biplanov, kotorye
imeli vysokie harakteristiki dlya svoego vremeni. Odnako on ponimal, chto
biplanam prisushchi organicheskie nedostatki i chto perehod na monoplany
neizbezhen. V 1934 g. N. N. Polikarpov vypuskaet svoj znamenityj samolet
"I-16", v kotorom on stremilsya sovmestit' skorostnye i manevrennye svojstva.
Hotya k 1934 g. istrebiteli-monoplany stali stroit' i drugie
konstruktory, otechestvennye i inostrannye, tem ne menee, samolet "I-16" byl
ves'ma originalen po svoim formam; on kazalsya chrezmerno korotkim i
tuponosym. Hvostovoe operenie raspolagalos' pochti vsled za krylom, i eto
vyzyvalo somnenie po povodu ustojchivosti samoleta. Byli opaseniya i
otnositel'no nadezhnosti ego vyhoda iz shtopora. Samolet ispytyval
zamechatel'nyj master vysshego pilotazha -- Valerij Pavlovich CHkalov; pri
ispytaniyah samolet pokazal zamechatel'nye dlya togo vremeni skorostnye i
manevrennye kachestva. Imenno vo vremya etih ispytanij bylo pokazano, chto
skorost' yavlyaetsya vazhnejshim faktorom manevrennosti, tak kak samolet, poluchiv
razgon, priobretaet dopolnitel'nuyu kineticheskuyu energiyu i pri malom lobovom
soprotivlenii eta energiya sohranyaetsya dlitel'noe vremya.
Iz materialov, privedennyh v tabl. 3, vidno, chto po harakteristike vesa
pustogo KG0 samolet "I-16" malo ustupal luchshim
istrebitelyam-biplanam, a ego harakteristika soprotivleniya byla pochti vdvoe
men'she, chem u nih (F0=0,4). Koefficient peregruzki u samoleta
"I-16" byl bolee 3, a s bolee moshchnym dvigatelem -- bolee 3,5 na maloj
vysote.
Somneniya v otnoshenii ustojchivosti samoleta "I-16" bystro rasseyalis'.
Pravda, pervye serii samoleta, na kotorom byl ustanovlen otnositel'no legkij
dvigatel', imeli zadnyuyu centrovku i nedostatochnuyu ustojchivost' po
peregruzke. Nekotorym letchikam eto dazhe nravilos', tak kak gradient usiliya
po peregruzke byl mal i samolet byl ochen' "rezvym".
Odnako to, chto bylo horosho pri manevrirovanii v horoshuyu pogodu,
okazalos' plohim pri polete v slozhnyh meteorologicheskih usloviyah pri
otsutstvii vidimosti. V etih usloviyah letchik ne mog kontrolirovat' povedenie
samoleta po uglovoj skorosti tangazha. Posle ustanovki bolee tyazhelyh
dvigatelej centr tyazhesti samoleta sdvinulsya vpered, i samolet stal prost v
pilotirovanii, nesmotrya na svoj korotkij hvost. Udalenie hvostovogo opereniya
ot centra tyazhesti samoleta skazyvaetsya na dempfiruyushchem effekte prodol'nogo
dvizheniya; odnako eto ne edinstvennyj faktor; dempfirovanie v bol'shoj mere
opredelyaetsya dejstviem kryla. Pri harakteristikah plotnosti
rsam=G/gSl, prisushchih samoletu "I-16", dempfirovanie prodol'nyh
dvizhenij dostatochno veliko.
Samolet "I-16", buduchi blizkim k biplanam po peregruzke, imel
znachitel'no men'shuyu ploshchad' kryl'ev i, sledovatel'no, bolee vysokuyu udel'nuyu
nagruzku. |to ne otrazilos' sushchestvenno na ego vzletno-posadochnyh
harakteristikah, osobenno na posleduyushchih modifikaciyah samoleta, snabzhennyh
posadochnymi shchitkami, odnako radiusy krivizny traektorii pri manevre s
maksimal'noj peregruzkoj uvelichilis', chto vidno iz tabl. 3. Samolet "I-16"
yavilsya kak by promezhutochnym zvenom dlya perehoda k skorostnym
istrebitelyam-monoplanam perioda vtoroj mirovoj vojny. Na nem stal vozmozhen
vysshij pilotazh v vide kombinacii i vrashchenij i dvizhenij v vertikal'noj
ploskosti, chto yavlyaetsya harakternym dlya sovremennoj programmy vysshego
pilotazha.
Opaseniya v otnoshenii trudnosti vyhoda samoleta iz shtopora ne
opravdalis'. Poslushav spory uchenyh, v kotoryh prinimal uchastie i avtor, V.
P. CHkalov reshil ispytat' samolet, i okazalos', chto dazhe pri zadnej centrovke
samolet legko vyhodil iz shtopora, chego ne nablyudalos' u samoletov-biplanov
"I-15" i "I-153". V. P. CHkalovym byla dazhe predlozhena novaya figura --
voshodyashchij shtopor. Samolet razgonyalsya putem snizheniya, vyvodilsya na
vertikal'nuyu voshodyashchuyu traektoriyu, i zatem, kogda skorost' v dostatochnoj
mere umen'shalas', ruli stavilis' v shtopornoe polozhenie i samolet delal
shtopor vverh, poka ne issyakal zapas skorosti. Usloviya nachala shtopora
opredelyalis' dopustimoj peregruzkoj po prochnosti samoleta.
Preimushchestvo samoleta "I-16" v otnoshenii manevrennosti opredelyalos'
takzhe bolee vysokim urovnem kineticheskoj energii pri polete na maksimal'noj
skorosti. Tak, esli dlya samoletov "I-5" i "I-15" znacheniya hk byli
sootvetstvenno 310 i 400 m, to dlya samoleta "I-16" i ego modifikacii 1938 g.
eti znacheniya byli sootvetstvenno ravny 630 i 700 m.
Kak my uzhe ukazyvali, s nachalom vtoroj mirovoj vojny ot razdeleniya
samoletov-istrebitelej na skorostnye i manevrennye otkazalis', poskol'ku
dominiruyushchim faktorom pri vypolnenii vertikal'nyh manevrov stal zapas
kineticheskoj energii. Otsutstvie podrazdeleniya istrebitelej na skorostnye i
manevrennye nuzhno ponimat' v smysle osobennostej ih aerodinamiki. Odnako
sama po sebe bol'shaya skorost', opredelyayushchaya zapas kineticheskoj energii, eshche
ne harakterizuet manevrennye svojstva v manevrennom boyu, tak kak dazhe ochen'
bol'shoj zapas kineticheskoj energii, ili vernee polnoj energii (vklyuchaya i
nachal'nuyu vysotu poleta), mozhet byt' izrashodovan pri manevrirovanii s
bol'shimi peregruzkami.
Po svoej aerodinamike i po moshchnosti dvigatelej istrebiteli SSSR,
Germanii, Anglii i SSHA byli dovol'no blizki drug k drugu; eto obstoyatel'stvo
bylo obuslovleno vzaimnym oznakomleniem s konstruktivnymi ideyami, kotoroe
imelo mesto i do vojny i eshche bolee usililos' vo vremya vojny blagodarya
zahvatu sbityh samoletov. Manevrennost' kazhdogo istrebitelya mozhno bylo
povysit', umen'shiv ego poletnyj ves. Tak, naprimer, izvestnyj nemeckij
istrebitel' Messershmidt Me-109" imel dve modifikacii: odnu s bolee moshchnym
vooruzheniem i, sledovatel'no, bolee tyazheluyu -- "G" i vtoruyu -- legkuyu,
manevrennuyu -- "F". Raznica v vesah etih modifikacij samoletov i
sootvetstvenno v znacheniyah nu sostavlyala 15-20%. Oblegchenie
samoletov dostigalos' v osnovnom putem umen'sheniya zapasa topliva,
boepripasov, chisla stvolov oruzhiya i t. p. |ti meropriyatiya v znachitel'noj
mere uhudshali boevye kachestva samoletov. CHem men'she byl ves pustogo samoleta
ili, vernee, chem men'she byla velichina Y/G0, tem bol'she byla
vozmozhnost' oblegchit' samolet.
Ne vpadaya v preuvelichenie dostizhenij otechestvennoj nauchnoj i
konstruktorskoj mysli, mozhno utverzhdat', chto v otnoshenii vesa konstrukcii
sovetskie istrebiteli byli sredi luchshih.
V dannoj rabote my ne budem analizirovat' harakteristiki istrebitelej
vtoroj mirovoj vojny. V tabl. 3 privedeny harakteristiki samoleta "YAk-1M",
special'no oblegchennogo dlya povysheniya manevrennyh harakteristik. Esli
rassmatrivat' znacheniya KG0 i nu etogo samoleta,
otnesennye k dejstvitel'noj moshchnosti u zemli, to ves konstrukcii u nego
okazyvaetsya vyshe, a nu men'she, chem u luchshih
istrebitelej-biplanov. Odnako, esli otnesti eti harakteristiki k
ekvivalentnoj moshchnosti, to konstrukciya dolzhna byt' ocenena kak ochen' legkaya,
a znachenie nu kak dostatochno vysokoe.
Dlya illyustracii razvitiya manevrennyh samoletov v period 1913-- 1938 gg.
my postroili na ris. 6 i 7 grafiki, dayushchie izmenenie osnovnyh pokazatelej
manevrennyh samoletov po godam. Na ris. 6. dano izmenenie maksimal'nogo
znacheniya koefficienta peregruzki nu. Kak vidno, v period pervoj
mirovoj vojny znachenie nu vozroslo primerno na 30%, chto
sootvetstvuet uvelicheniyu gorizontal'noj sostavlyayushchej peregruzki na 40%. V
period 1920-- 1930 gg. znachenie nu povyshalos' sravnitel'no
medlenno, a zatem temp rosta uvelichilsya, i k 1938 g. nu dostiglo
velichiny 4, t. e. vdvoe bol'shej, chem pered nachalom pervoj mirovoj vojny.
Na ris. 6 punktirom pokazano izmenenie velichiny ekvivalentnoj
peregruzki dlya samoletov s vysotnymi dvigatelyami. Napomnim, chto eta velichina
harakterizuet peregruzku pri manevre na bol'shih vysotah. Kak vidno,
primenenie vysotnyh dvigatelej dalo ochen' rezkoe povyshenie nu po
godam.
Dlya polucheniya velichiny nu na vysotah, prevyshayushchih granicu
vysotnosti dvigatelej, nuzhno vospol'zovat'sya grafikom, privedennym na ris.
3. Naprimer, dlya samoleta "I-5" s dvigatelem maloj vysotnosti peregruzka u
zemli ravna 3,25. Pod®emnaya sila na vysote 4 km pri vinte fiksirovannogo
shaga sostavit 0,59 ot ee znacheniya u zemli (sm. ris. 3), a koefficient
peregruzki budet raven 0,59•3,25=1,92.
Ris. 6. Grafik izmeneniya maksimal'nogo znacheniya koefficienta peregruzki
manevrennyh istrebitelej po godam
U samoleta "I-153" ekvivalentnaya peregruzka ravna 5,25 (sm. ris. 6);
koefficient padeniya peregruzki na vysote 4 km pri vinte izmenyaemogo shaga
budet raven 0,63 (sm. ris. 3) i koefficient peregruzki budet raven
nu=0,63 • 5,25 = 3,3, t. e. na 70% bol'she, chem u samoleta "I-5".
Na maloj vysote preimushchestvo v velichine peregruzki u samoleta "I-153" po
sravneniyu s ee velichinoj u samoleta "I-5" budet lish' okolo 20%.
Na ris. 7 dano izmenenie koefficienta vesa pustogo samoleta po godam.
My uzhe ukazyvali, kakoe vazhnoe znachenie dlya polucheniya vysokoj manevrennosti
imeet velichina KG0. CHem men'she velichina KG0, tem
bol'shaya peregruzka mozhet byt' poluchena pri opredelennom znachenii
otnositel'noj velichiny poleznoj nagruzki. Esli zhe znachenie KG0
veliko, to samolet mozhet okazat'sya manevrennym tol'ko pri otnositel'no maloj
nagruzke.
Kak vidno iz grafika, privedennogo na ris. 7, rezkoe umen'shenie
znacheniya KG0 imelo mesto v period pervoj mirovoj vojny, a zatem
vozmozhnost' ego umen'sheniya byla pochti ischerpana. Punktirnoj liniej dano
izmenenie velichiny KG0, otnesennoj k ekvivalentnoj moshchnosti
vysotnyh dvigatelej; kak vidno iz grafika, s rostom vysotnosti proizoshlo
novoe znachitel'noe umen'shenie KG0.
Ris. 7. Grafik izmeneniya koefficienta vesa manevrennyh istrebitelej bez
nagruzki po godam
Esli by v sovremennyh usloviyah skonstruirovat' manevrennyj samolet s
turbovintovym dvigatelem, to velichina KG0 okazalas' by u nego
znachitel'noj men'shej, chem u samoleta s porshnevym dvigatelem, i,
sootvetstvenno, mozhno bylo by poluchit' vysokuyu manevrennuyu peregruzku.
Odnako eshche bolee vygodno ispol'zovat' turboreaktivnyj dvigatel'. Opredelenie
maksimal'noj peregruzki dlya samoleta s turboreaktivnym dvigatelem dovol'no
prosto. Dlya etogo nuzhno vzyat' silu tyagi TRD R pri skorosti, sootvetstvuyushchej
manevru, t. e. okolo 85% staticheskoj tyagi R0; etu tyagu nuzhno
umnozhit' na aerodinamicheskoe kachestvo i razdelit' na ves samoleta. My
poluchim: ny=0,85K*P0/G. Tak, pri znacheniyah
P0/G, ravnyh 0,5-0,7, my poluchim znachenie , ny ravnoe
4,5-6 i dazhe bol'she. Mozhno sdelat' special'nyj samolet so znacheniem
P0/G bol'she edinicy, i togda mozhno poluchit' ny bolee
8. Odnako takaya peregruzka budet ochen' tyazhela dlya letchika. Samolety s TRD
imeyut znachenie P0/G ne menee 0,25, togda pri horoshem
aerodinamicheskom kachestve ny budet ne menee 3. S podnyatiem na
vysotu ny budet umen'shat'sya primerno po zakonu
do granicy stratosfery, a zatem -- proporcional'no izmeneniyu davleniya.
LETNO-TEHNICHESKIE HARAKTERISTIKI NEKOTORYH MANEVRENNYH SAMOLETOV
Dlya togo chtoby poznakomit' chitatelya s letno-tehnicheskimi
harakteristikami manevrennyh samoletov perioda 1913-- 1938 gg., t. e. za
dvadcat' pyat' let ih razvitiya, my privedem materialy, poluchennye putem
poverochnyh raschetov s ispol'zovaniem sovremennyh metodov. My vybrali
samolety, vo-pervyh, harakternye s tochki zreniya istorii ih razvitiya, i,
vo-vtoryh, blizkie k samoletam, primenyavshimsya v russkoj i sovetskoj aviacii.
Vozglavit' etu gruppu dolzhen samolet francuzskoj konstrukcii "Moran-ZH"
(1913 g.), na kotorom mnogo letal P. N. Nesterov i na kotorom on taranil
avstrijskij samolet. Letali na nem i mnogie drugie russkie letchiki v period
1914-- 1917gg. Obuchenie na samolete "Moran" proizvodilos' i posle
Oktyabr'skoj revolyucii, v period 1918-- 1922 gg., prichem etot samolet
ispol'zovalsya dlya obucheniya vysshemu pilotazhu, poka na smenu emu ne prishel
samolet U-1 ("Avro"). Samolet "Moran-ZH" byl uzhe podrobno opisan v stat'e "Na
chem letal P. N. Nesterov", i zdes' my ne budem vozvrashchat'sya k nemu.
Samolet "N'yupor-17"
Vtorym samoletom, na kotorom neobhodimo ostanovit'sya, budet tozhe
samolet francuzskoj konstrukcii -- "N'yupor-17", na kotorom letali, dralis' s
nepriyatelem, demonstrirovali vysshij pilotazh, veroyatno, vse russkie i
sovetskie letchiki-istrebiteli v period 1916-- 1922 gg. Polutoroplany
"N'yupor" (sm. ris. 2, b i ris. 8) primenyalis' v raznyh modifikaciyah, no
samolet "N'yupor-17" byl samym tipichnym iz nih, i bol'shoe kolichestvo takih
samoletov bylo postroeno v Rossii. Na samoletah "N'yupor-17" dralis'
sovetskie letchiki s samoletami interventov, razyskivali vojska
belogvardejcev i interventov, shturmovali ih pulemetnym ognem i dazhe
proizvodili bombometanie. Mnogo nedostatkov imeli samolety "N'yupor-17" --
oni legko sryvalis' v shtopor, razrushalis' v polete, chasto lomalis' pri
posadke, odnako dostoinstvami ih byli bol'shaya "rezvost'" pri manevrirovanii
i horoshij obzor dlya letchika.
Ris. 8. Samolet "N'yupor-17" -- vidy speredi i sverhu
Na ris. 9 privedeny polyara samoleta "N'yupor-17" i profil' ego kryl'ev;
kak vidno iz risunka, samolet imel tonkoe krylo so znachitel'noj kriviznoj
srednej linii. |ffektivnoe udlinenie kryla okolo 5; po izvestnoj
maksimal'noj skorosti i primernomu znacheniyu koefficienta poleznogo dejstviya
vinta byla najdena ekvivalentnaya vrednaya ploshchad' F0=0,76 m, posle
chego okazalos' vozmozhnym sostavit' uravnenie polyary:
Ch=0,065 + 0,065Su2
V rajone Sumah i na malyh Su polyara "otvalivaet" ot
teoreticheskoj, kak pokazano na ris. 9. Maksimal'noe aerodinamicheskoe
kachestvo poluchilos' ravnym primerno 7,7. Zatem po harakteristike dvigatelya
"Ron" (moshchnost'yu 110 l. s.) byl podobran vint diametrom 2,45 m i shagom 2,75
m. Harakteristiki tyagi i poleznoj moshchnosti byli opredeleny obychnymi
priemami, putem sopostavleniya koefficientov moshchnosti vinta
s analogichnymi koefficientami dlya dvigatelya.
Na ris. 10 privedeny harakteristiki potrebnoj i raspolagaemoj
moshchnostej, dlya vysot poleta 0, 2, 4 i 6 km. Pri raschete potrebnoj moshchnosti
na maloj vysote i maloj skorosti byla uchtena vertikal'naya sostavlyayushchaya tyagi,
i eto dalo umen'shenie minimal'noj skorosti primerno na 12%.
Ris. 9. Profil' kryla i polyara samoleta "N'yupor-17"
Po peresecheniyam potrebnyh i raspolagaemyh moshchnostej byli opredeleny
maksimal'nye skorosti (ris. 11). Po maksimal'nym izbytochnym moshchnostyam
DN=Nr-- Np byli opredeleny maksimal'nye vertikal'nye
skorosti i podschitano vremya pod®ema na raznye vysoty.
Dlya rascheta virazhej byl postroen vspomogatel'nyj grafik (ris. 12)
zavisimosti potrebnoj Qgor i raspolagaemoj R tyagi ot kineticheskoj
vysoty hk=V2/2g. Provedya na etom grafike pryamye iz
nachala koordinat, poluchim rezhimy poleta s maksimal'noj peregruzkoj; velichina
peregruzki ravna otnosheniyu P/Qgop v tochkah peresecheniya lucha s
krivymi raspolagaemoj i potrebnoj tyagi. Maksimal'naya pod®emnaya sila
okazalas' ravnoj Ymah=1360 kG; po priblizhennomu raschetu my
poluchili velichinu 1320 kG.
Na ris. 13 dany harakteristiki manevrennosti samoleta na maloj vysote.
Minimal'nyj radius virazha okazalsya ravnym okolo 50 m i minimal'noe vremya
soversheniya kruga-- 10 sek. Byl proizveden takzhe raschet virazha dlya
gipoteticheskogo sluchaya, kogda pri bol'shih Su polyara ne "otvalivaet", a
prodolzhaet sledovat' zakonu Sh = 0,065(1+ Su2).
Ris 10 Grafik raspolagaemyh moshchnostej dvigatel'noj gruppy i moshchnostej,
potrebnyh dlya gorizontal'nogo poleta samoleta "N'yupor-17"
Poluchennye rezul'taty pokazany na ris. 12 i 13 punktirnoj liniej.
Podobnoe prodlenie polyary imelo by mesto pri bolee shirokih kryl'yah. Kak
vidno iz risunkov, eto dalo by neznachitel'noe uvelichenie peregruzki, no
znachitel'no umen'shilo by radius i vremya virazha (vremya virazha snizilos' by do
8,1 sek, a radius byl by raven 35 m). Sleduet ukazat', chto esli u samoleta
"N'yupor" srednyaya shirina kryla (summa shiriny verhnego i nizhnego kryl'ev)
sostavlyala okolo 1,9 m, to u anglijskogo samoleta Sopvich "Kemel" ona byla
ravna 2,7 m. Pri vzlete samoleta "N'yupor" srednee znachenie sily tyagi
sostavlyalo okolo 250 kG, ili 45% vesa. |to dovol'no bol'shaya tyaga, kotoraya
davala srednee uskorenie, ravnoe so 4 m/sek2; pri otryve na
skorosti, ravnoj 20 m/sek, vremya razbega budet ravno 5 sek i dlina razbega
-- 50 m. Pri skorosti vstrechnogo vetra 5 m/sek dlina razbega sostavlyala
vsego 30 m.
Ris. 11 Grafik skorostej i skoropod®emnosti samoleta "N'yupor-17"
Ris. 12. Grafik dlya rascheta maksimal'noj peregruzki samoleta
"N'yupor-17"
Vzlet samoleta "N'yupor" byl ochen' effektnym -- posle ochen' korotkogo
razbega samolet pochti srazu perehodil na nabor vysoty pod uglom
16o-17o. Nekotorye letchiki posle otryva nachinali
vypolnyat' spiral'nyj nabor vysoty. Pri krene v 45o i skorosti
okolo 100 km/chas samolet mog vypolnyat' spiral' s radiusom okolo 70 m,
sovershaya odin vitok za 17 sek i nabiraya okolo 80 m vysoty. Spiral'nyj vzlet
byl ochen' opasen, tak kak v sluchae ostanovki dvigatelya na maloj vysote
letchik ne uspeval perevesti samolet na planirovanie i on obychno perehodil v
shtopor.
Ris. 13 Harakteristiki manevrennosti samoleta "N'yupor-17" na maloj
vysote
Raschet rashoda topliva v polete pokazal, chto minimal'nyj chasovoj rashod
sostavlyal okolo 12 kg/chas pri skorosti 100 km/chas i okolo 25 kg/chas na
moshchnosti, blizkoj k maksimal'noj. Pri zapase topliva, ravnom okolo 60 kg,
vremya poleta s manevrirovaniem sostavlyalo okolo 2 chas. Maksimal'nuyu
dal'nost' samolet imel pri skorosti 125 km/chas, pri kilometrovom rashode
0,12 kg/km; pri etih usloviyah maksimal'naya dal'nost' mogla sostavit' okolo
500 km.
Privedennye materialy mogut dat' izvestnoe predstavlenie o tom, chto
predstavlyal soboj istrebitel' vremen pervoj mirovoj vojny.
Pri nerabotayushchem dvigatele vint obychno ostanavlivalsya i velichina
vrednoj ploshchadi stanovilas' ravnoj okolo 1,2 m, a aerodinamicheskoe kachestvo
K=6. Pri skorosti 80-85 km/chas skorost' snizheniya byla ravna 4 m/sek; pri
spirali s krenom v 45o i skorosti 100 km/chas radius spirali byl
raven okolo 80 m, vremya vitka -- 20 sek i snizhenie za odin vitok -- okolo
120 m.
Samolet I-5
Samolet "I-5" (ris. 14) byl razrabotan gruppoj konstruktorov pod
rukovodstvom N. N. Polikarpova i D. P. Grigorovicha v 1930 g. |to byl
tipichnyj biplan s dvigatelem vozdushnogo ohlazhdeniya, imeyushchim zvezdoobraznoe
raspolozhenie cilindrov. Vnachale na kazhdom cilindre byl individual'nyj
obtekatel', a zatem byl primenen obshchij kol'cevoj obtekatel'.
Ris 14 Shema istrebitelya "I-5"
Kryl'ya samoleta imeli dovol'no tolstyj profil' s ploskoj nizhnej
storonoj. Kazalos' by, ni po sheme, ni po moshchnosti dvigatelya samolet ne
otlichalsya ot ranee postroennyh istrebitelej. Ego dostoinstva opredelyalis'
malym vesom pustogo samoleta i bol'shim znacheniem peregruzki pri manevre;
horosho byli otrabotany i ego organy upravleniya.
Na ris. 15 dany polyary i profil' kryla samoletov "I-5" i "I-153". Na
ris. 16 dany grafiki skorostej po vysotam i vertikal'nyh skorostej dlya
samoleta "I-5".
Dlya rascheta manevrov samoleta udobno primenit' takuyu
posledovatel'nost'. Dlya nekotoroj skorosti V my znaem maksimal'nuyu silu tyagi
dvigatel'noj gruppy R; pri ustanovivshejsya skorosti poleta ili manevra eta
tyaga dolzhna byt' ravna sile soprotivleniya; otsyuda my mozhem najti koefficient
soprotivleniya Sx=P/qS, a, pol'zuyas' polyaroj ili formuloj dlya nee, po Sh,
nahodim Su, i togda velichina pod®emnoj sily budet:
Ris. 15. Profil' kryla i polyary samoletov istrebitelej "I-5" i "I-153"
Ris. 16. Harakteristiki skorostej i skoropod®emnosti samoleta "I-5"
Ris. 17. Harakteristiki tyagi i maksimal'noj pod®emnoj sily samoleta
"I-5" dlya maloj vysoty
Proizvedya takie raschety dlya ryada skorostej, my smozhem postroit' grafik
pod®emnoj sily po skorosti (ris. 17); zatem opredelim koefficient peregruzki
nu dlya zhelaemogo znacheniya vesa samoleta i najdem radius virazha i
vremya soversheniya kruga:
Velichiny ny, r, t nanosim na grafik (ris. 18). Podobnyj
raschet mozhno prodelat' i dlya drugoj vysoty, vzyav sootvetstvenno silu tyagi i
znachenie skorostnogo napora dlya etoj vysoty.
Samolet I-153
Kak my uzhe ukazyvali, dal'nejshim razvitiem samoleta "I-5" yavilsya
samolet "I-15", kotoryj imel bolee moshchnyj dvigatel' i neskol'ko uluchshennuyu
aerodinamiku. U samoleta "I-153" krome dal'nejshego povysheniya moshchnosti
dvigatelya vozdushnogo ohlazhdeniya byla bolee sushchestvenno uluchshena
aerodinamika. Poetomu my ne budem privodit' harakteristiki samoleta "I-15",
a pryamo perejdem k samoletu "I-153", u kotorogo manevrennye harakteristiki
byli naibolee vysokimi i kotoryj byl poslednim iz manevrennyh biplanov.
Oba samoleta, "I-15" i "I-153", byli skonstruirovany pod rukovodstvom
N. N. Polikarpova. Shema samoleta "I-153" privedena na ris. 19, ego polyara
byla privedena na ris. 15; ona otlichaetsya ot polyary samoleta "I-5" tol'ko
men'shim znacheniem Sh i tem, chto aerodinamicheskoe kachestvo povysilos' do
znacheniya K=11. Harakteristika poleznoj moshchnosti byla postroena dlya vinta
izmenyaemogo shaga pri uslovii sohraneniya postoyannogo chisla oborotov
nezavisimo ot vysoty i skorosti poleta.
Ris. 18. Harakteristiki manevrennosti samoleta "I-5" na maloj vysote
Ris. 19. Shema istrebitelya "I-153"
Raschet gorizontal'nyh i vertikal'nyh skorostej proizvodilsya po grafiku
poleznyh i potrebnyh moshchnostej. Pri raschete potrebnyh moshchnostej
Npotp=QV/75 pod®emnaya sila samoleta opredelyalas' s uchetom
vertikal'noj sostavlyayushchej tyagi, pri ispol'zovanii geometricheskogo postroeniya
na polyare, predlozhennogo N. E. ZHukovskim (ris. 20).
Na ris. 21 privedeny gorizontal'nye skorosti poleta i vremya pod®ema na
vysoty. Kak vidno iz grafika, skoropod®emnost' samoleta ochen' vysokaya.
Skorost' otryva pri vzlete ravna okolo 35 m/sek pri srednem znachenii sily
tyagi 850 kG; srednee uskorenie pri razbege jsr=3,8 m/sek2, vremya
razbega -- 9 sek i dlina razbega okolo 160 m.
Raschet harakteristik manevrennosti na maloj vysote proizvodim takim zhe
metodom, kak delali eto dlya samoleta "I-5" (ris. 22). Na etom zhe grafike
nanesena harakteristika peregruzki, dopustimoj po usloviyu
Cydop=0,85Sumah, nu dop = Cydop
qS/G.
Ris. 20. Polyary samoleta "I-153" bez tyagi i s tyagoj
Ris. 21. Harakteristiki skorostej i skoropod®emnosti samoleta "I-153"
Ris. 22. Harakteristiki manevrennosti samoleta "I-153" na maloj vysote
Zatem, kak my eto uzhe delali ranee, nahodim radius virazha i vremya
soversheniya polnogo kruga; eti raschety proizvodilis' dlya poletnogo vesa 1700
kG. Kak vidno iz grafika, maksimal'naya peregruzka dohodit do 3,6 i
minimal'noe vremya virazha sostavlyaet okolo 11 sek, t. e. pochti takoe zhe, kak
i u samoleta "I-5".
U samoleta "I-153", kak eto bylo i u samoleta "I-15", verhnee krylo
sdelano po sheme "chajka", t. e. ono ne prohodit nad fyuzelyazhem, kak eto bylo
tipichno dlya biplanov, a vygibaetsya i primykaet k fyuzelyazhu. |to sdelano dlya
uluchsheniya obzora vpered, chto ochen' vazhno dlya istrebitelya. Blagodarya takoj
sheme obrazuetsya ne tol'ko znachitel'naya bokovaya poverhnost', no, slivayas' s
fyuzelyazhem, eta poverhnost' pridaet krylu bolee vysokoe udlinenie. Osnovnye
kryl'ya, kotorye ne dayut bokovoj sily, ekraniruyut bokovye poverhnosti kak
shajby i tozhe uvelichivayut ih udlinenie.
V rezul'tate rascheta bylo polucheno, chto aerodinamicheskoe kachestvo v
bokovom napravlenii, t. e. sootnoshenie koefficienta bokovoj sily Cz i
koefficienta soprotivleniya Ch imeet velichinu 3,5-- 4,0. Gradient bokovoj
sily men'she gradienta pod®emnoj sily primerno v pyat' raz. |ffektivnyj razmah
bokovyh poverhnostej blagodarya ekraniruyushchemu dejstviyu kryl'ev poluchilsya
ravnym okolo 3 m i togda maksimal'noe znachenie bokovoj sily okazyvaetsya
ravnym okolo 2000 kG, t. e. bol'she vesa samoleta. Blagodarya etomu samolet
"I-153" byl sposoben letat' po gorizontali s krenom 90o, t. e. na
boku. Podobnyj svoeobraznyj vid poleta vypolnyalsya prakticheski.
Samolet I-16
Kak my uzhe ukazyvali, namereniem konstruktora N. N. Polikarpova bylo --
sovmestit' v samolete "I-16" skorostnye i manevrennye kachestva. |to emu
udalos' v osnovnom osushchestvit'. Shema samoleta privedena na r