2 апр. 2014 г.

Самолеты Рутана

Зародившись в начале ХХ века, авиация сразу стала предметом живейшего интереса публики. Каждый из аппаратов тяжелее воздуха был ещё шокирующей диковиной, поэтому имена их конструкторов – братьев Райт, Блерио, Фармана, Кёртисса, братьев Шорт – были известны всей западной цивилизации, равно как и имена знаменитых пилотов. Потом к факту существования самолётов попривыкли, и единственными героями остались лётчики, покорявшие воображение дальними перелётами или немыслимым пилотажем. Например, у нас все знают русского лётчика Нестерова; но многие ли скажут, на каком самолёте, какого конструктора, он выполнил свою знаменитую петлю?

Пётр Николаевич Нестеров со своим «Ньюпором» IV – именно на нём, или на таком же, он впервые в мире выполнил свою «мёртвую» петлю. Предварительно рассчитав её теоретически. А машину сконструировал, как нетрудно догадаться, мсье Ньюпор, французский лётчик и авиаконструктор, и звали его Эдуард 


Сейчас имена выдающихся авиаконструкторов прошлого на слуху только в той мере, в какой они увековечены в названиях созданных ими фирм – тех, которые продолжают существовать в наши дни, поглотив своих менее счастливых конкурентов. А создание современного самолёта – канонический пример коллективного труда сотен и тысяч людей; никому и в голову не придёт интересоваться их фамилиями. Но одно исключение всё же есть. Его зовут Элберт Леандер (или просто Бёрт) Рутан: 

Рутан стал всемирно популярным в 1986 году, когда на самолёте его конструкции «Вояджер» впервые в истории был совершён беспосадочный облёт вокруг земного шара – длина трассы действительно немного превысила длину экватора нашей планеты. Но специалисты, фанаты авиации и самые широкие круги «околоавиационной» общественности знали и ценили его и раньше. Cамолёты Рутана всегда, начиная с самого первого, очевидно отличались от подавляющего большинства существующих конструкций, и степень этого отличия колеблется от «серьёзно» до «кардинально». Их беспрецедентная оригинальность обусловлена сочетанием двух признаков: из чего сделан самолёт и как он сделан. 

Сверхлегкий и экономичный биплан Q1 «Quickie» с нижним крылом, являющимся одновременно стойками шасси (для экономии веса) – один из первых самолетов из композитных материалов – продавался в начале 80-х годов в виде набора деталей. 

Берт Рутан все свои самолёты, кроме самых первых, и даже космические корабли строит почти целиком из композитных материалов; и зачастую именно эти материалы только и делают возможной реализацию задуманной аэродинамической схемы. А схемы у самолётов Рутана – самые экзотические.

Чего стоит хотя бы «Ames AD-1» — экспериментальный самолёт с косым крылом. По сравнению с крылом симметрично изменяемой стреловидности данная схема имеет на 11-20% меньшее лобовое сопротивление, на 14% меньшую массу и на 26% меньшее волновое сопротивление. 

Первой его разработкой стал «Вари-Вигген», построенный в 1972 году – в том году будущий знаменитый конструктор покинул ВВС США, где работал гражданским инженером по лётным испытаниям на авиабазе Эдвардс. Слово «Вигген» в названии машины появилось благодаря шведскому истребителю СААБ J-37 «Вигген», имевшему редкую в то время схему «утка» – когда горизонтальное оперение расположено не позади крыла, а впереди его. У такой схемы есть свои проблемы, поэтому Рутан с самого начала решил, что будет постепенно отрабатывать конструкцию, меняя геометрические параметры крыла и оперения. Отсюда – приставка «Вари» в названии самолёта. 

Скептики не верили в успех, но уже тогда проявилось исключительное техническое чутьё молодого конструктора: после нескольких пробных вариантов получился отличный – при всём своем своеобразии – двухместный спортивный самолёт. Его конструкция была ещё деревянной; он имел треугольное крыло, толкающий винт, весил 770 кг и с двигателем мощностью 150 л.с. развивал скорость 262 км/ч. С 1976 года его стали продавать в виде комплекта деталей и приспособлений для домашнего строительства, и к середине 1980-х годов было продано примерно 900 таких комплектов. Некоторые из построенных самолётов летают до сих пор…

Покинув ВВС, Элберт в течение двух лет работал в компании, выпускавшей в то время крохотный реактивный самолётик «BD-5J», тоже в виде набора деталей – и тоже имевший большой коммерческий успех. Этот самолёт прозвали «pocket rocket» – «карманная ракета» – и в 1983 году он прославился в очередном фильме про Джеймса Бонда. 

Наступил момент, когда Рутан пришёл к выводу о своевременности создания собственной фирмы для подобной деятельности. В 1974 была основана компания RAF – Rutan Aircraft Factory, расположившаяся на территории аэропорта Мохаве, штат Калифорния. В названии фирмы просматривается некий уважительный каламбур, ибо более известным является другое прочтение аббревиатуры – Royal Air Fоrce, Королевские воздушные силы Соединённого королевства Великобритании и Северной Ирландии. 

Развитием «Вари-Виггена» стал «Vari-EZ», сконструированный тоже ещё из дерева и пенопласта. Наверное, в это время те, кто был в курсе, стали понимать, что наблюдают начало деятельности выдающегося творца. Самолёт, взлетевший в мае 1975 года, имел совершенно особенную конфигурацию. Крыло с небольшой стреловидностью заканчивалось вертикально поднятыми законцовками, на которых располагались рули направления. (Впоследствии такие законцовки появились у реактивных лайнеров, например, у Ил-96 и Ту-204 – они заметно повышают аэродинамические характеристики крыла; они были известны давно, но вспомнил о них именно Рутан). 

Переднее горизонтальное оперение было несущим, то есть не только балансировало самолёт, но и создавало подъёмную силу. Двигатель с толкающим винтом (модифицированный автомобильный «Фольксваген») имел мощность 62 л.с., а у трёхопорного шасси складывалась носовая стойка – чтобы лётчику было легче залезть в кабину. 

Однако не надо думать, что Рутан стремился к оригинальности ради неё самой. Все эти «изыски» сделали «Вари-Изе» рекордным самолётом: он показал на замкнутом маршруте дальность полёта 2621 км, что стало наивысшим мировым достижением для машин с взлётной массой до 500 кг. В дальнейшем на самолёт поставили двигатель в 100 л.с., и авиаторы-самодельщики к 1985 году собрали из купленных комплектов более 400 таких машин, сделав «Вари-Изе» одним из самых массовых любительских самолётов.

А в 1979 году появился «Long-EZ», увеличенная модификация с крылом меньшей стреловидности и уже авиационным двигателем «Лайкоминг» в 115 л.с. Самолёт был специально сконструирован для максимально экономичных полётов на большие дальности, он мог держаться в воздухе более десяти часов, проходя расстояние свыше 2,5 тыс. км на 200 литрах бензина. Если же вместо кресла второго члена экипажа устанавливался дополнительный топливный бак, то дальность полёта возрастала до совсем уж головокружительной цифры: 7700 км! И это самолётик длиной чуть более 5 м! 

Конечно, и тут не обошлось без рекорда – более 6440 км в полёте по прямой. Меньшая дальность в рекорде по сравнению с максимальной с дополнительным баком объясняется, видимо, тем, что количество залитого топлива в рекордном полёте было ограничено, чтобы не выйти за рамки весовой категории.

Long-EZ с багажными контейнерами под крыльями 

При этом самолёт не был каким-нибудь тихоходным мотопланером, где всё принесено в жертву дальности. Его максимальная скорость превосходила 350 км/ч, а нормальная крейсерская – около 300 км/ч. Трудно удержаться от сравнения, хотя и не совсем корректного: в середине 1930-х годов учебно-тренировочный самолёт УТИ-2 конструкции Яковлева, тоже двухместный и с двигателем такой же мощности, мог развивать только порядка 200 км/ч и считался достаточно скоростным, чтобы на нём тренировались лётчики-истребители. Разумеется, ни о чём подобном в части дальности и речи быть не могло.

«Лонг-Изе» тоже прекрасно продавался: на конец 2005 года только в США было зарегистрировано порядка 700 таких самолётов. А вот с другой машиной того же периода получилось хуже. 5-местный малый пассажирский «Defiant», подобный «Лонг-Изе», но крупнее его, намечался к выпуску на сборочной линии, но реально имел спрос лишь в виде комплектов чертежей, которых продали примерно 200.

Логическим продолжением этой линии стал 10-местный (плюс пилот) административный самолёт Модель 2000 «Starship-1». Силовые элементы конструкции этого самолёта были выполнены из графит-эпоксидных композитных материалов. Самолёт в основном повторял схему «Вари»- и «Лонг-Изе», но весил он уже 6530 кг. Два турбовинтовых двигателя по 1200 л.с. с пятилопастными толкающими винтами установлены на задней кромке крыла близко к фюзеляжу. Он летает почти так же быстро, как и аналогичные реактивные машины – крейсерская скорость 620 км/ч (быстрее любого двухмоторного бомбардировщика времён Второй мировой с гораздо более мощными двигателями); дальность полёта составляет 3132 км. 

Однако даже гениям удаётся не всё. «Старшип» оказался сложным в управлении и дорогим в эксплуатации. Из 53 построенных экземпляров удалось продать лишь несколько машин, и около 2003 года фирма закрыла этот проект.

Каждая из конструкций Берта Рутана заслуживает подробного описания, они удивительно разнообразны, и это разнообразие в каждом случае преследует какую-нибудь конкретную цель. По заданию фирмы «Бич», искавшей варианты для замены своего «бестселлера» «Бонанза», Рутан построил концептуальный самолёт «Catbird» – пятиместный, поршневой, полностью композиционный, и, конечно, необычный. Самолёт имел три пары несущих поверхностей: основное крыло, передние крылышки и несущее хвостовое оперение. Совершенство этой машины в 1988 году было подтверждено победой в гонке Калифорния CAFE 400 – соревновании, где общая эффективность оценивается по интегральному показателю, включающему расход топлива, скорость и полезную нагрузку. 

Также для «Бич» был построен триплан «Триумф» – уменьшенная модель будущего делового самолета с двумя реактивными двигателями. По заказу частного лица Рутан сделал небольшой самолёт двухбалочной схемы с тянущим и толкающим винтами; в 1983 году самолёт в результате аварии был разрушен, но пилот остался невредим, так как кабина была рассчитана для выдерживания ударов с 22-кратной перегрузкой. 

Надо сказать, что автор необыкновенных конструкций имеет свои, весьма своеобразные, взгляды на будущее гражданской авиации. Точнее говоря, воздушного транспорта и его роли в жизни обыкновенных людей.Он рассуждает примерно так: самолёт должен стать для человека, для семьи тем же, чем сейчас является автомобиль. Причем это произойдёт не когда-нибудь в далеком будущем, а уже лет через 15–25. Понятно, что для этого нужны доступная и понятная навигационная система, и, конечно, исключительно надёжные, очень простые в управлении самолёты, дешёвые в эксплуатации и – важно! – максимально безопасные в аварийных ситуациях.

С навигацией сейчас налаживается – приёмники спутниковых систем компактны, их использование становится всё более рутинным делом. А созданию такого самолёта во многом и посвящено творчество Альберта Рутана.

Исследуя вопросы повышения безопасности, конструктор в 1993 году построил «Бумеранг» – двухмоторный самолёт на одного летчика и пять пассажиров. Двухмоторный – это понятно, два двигателя надежнее одного. Сложности наступают, когда один из них отказывает: лететь-то самолет может, но для управления им в такой ситуации нужен опыт профессионала или спортсмена. Откуда ему взяться у десятков миллионов простых смертных? Вот в «Бумеранге» Рутан и постарался решить эту проблему – чтобы отказ одного из двух двигателей не приводил к опасному усложнению техники пилотирования. Машина получилась совершенно «рутановская», и даже более того: полностью асимметричная, фюзеляж с одним из двигателей расположен правее середины крыла, слева от него мотогондола второго двигателя, продлённая в хвост до оперения. Два киля, один на фюзеляже, второй на удлинённой мотогондоле; её хвостовая оконечность соединена с фюзеляжем горизонтальным оперением, тоже несимметричным. 

Вспоминается лишь одна летавшая похожая конструкция – экспериментальный разведчик Bv 141, построенный фирмой «Бломм унд Фосс» в Германии во время Второй мировой войны. У того тоже фюзеляж был расположен не по оси симметрии, единственный мотор обособленно располагался на более длинной части крыла, а хвостовое горизонтальное оперение имело только одну полуплоскость… Впрочем, работы немецких авиаконструкторов и учёных в конце 1930-х - первой половине 1940-х – это тоже совершенно особенная страница в истории мировой авиации. 

Как всегда у Рутана, результат соответствовал расчётам: остановка одного из двигателей не требовала от пилота НИКАКИХ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ, техника управления оставалась той же, даже если отказ происходил на малой скорости. Лётные характеристики тоже были на высоте: с нагрузкой в 450 кг самолёт развивал 530 км/ч (при суммарной мощности двух моторов всего 410 л.с.) и мог пролететь 3780 км.

Очень интересный самолёт был создан в рамках программы АТТТ. Под эгидой ДАРПА – государственного агентства по перспективным военным разработкам – исследовалась концепция транспортного самолёта нового поколения с коротким взлётом и посадкой. Рутан по своему обыкновению предложил необычную схему: два тандемно расположенных крыла, соединённых длинными гондолами двигателей, причём заднее крыло было основным и имело большую длину, чем переднее. Хвостовое оперение было выполнено Т-образным. В соответствии с контрактом был построен и испытан опытный самолёт уменьшенного размера (62% проектной величины). Он совершил свой первый полёт 29 декабря 1987 года, и его необычная аэродинамическая компоновка обеспечила ему прекрасные характеристики укороченного взлёта и посадки – в чём и состояла поставленная задача. 

Среди образцов продукции «Scaled Composites» – в эту компанию в 1982 году была преобразована «RAF» – есть и самый настоящий боевой самолёт. Оценить его совсем уж футуристический дизайн могут те, кто видел фильм «Асы. Железный орел-III» – на нём летает главный злодей. Рутан построил его по собственной инициативе, после участия в 1980-х годах в качестве консультанта в поисковой программе по созданию лёгкого самолёта для борьбы с боевыми вертолётами и непосредственной поддержки войск на поле боя. Тогда эта программа не получила развития, но интерес к таким машинам продолжает существовать.

Однодвигательный, одноместный штурмовик ARES более чем на 50% выполнен из композитных материалов. Аэродинамическая схема – «утка», заднерасположенное крыло имеет двойную обычную стреловидность, переднее горизонтальное оперение – отрицательную. Два серповидных киля установлены на тонких балках, выступающих за заднюю кромку крыла.

ARES. Здесь хорошо виден воздухозаборник 

Наибольшее влияние на формирование облика самолёта оказало намерение установить на нём 25-миллиметровую пушку GAU-12/U с вращающимся блоком из пяти стволов. Эта пушка (называется «Эквалайзер») была создана специально для самолёта морской пехоты AV-8B «Харриер» 2. Для неё был предусмотрен солидный боезапас: 220 снарядов. Для сравнения: две 30-мм пушки перехватчика МиГ-19, весившего раза в три больше, чем АРЕС, имели по 70 снарядов «на ствол». Пушку смонтировали в правой части фюзеляжа. Машина лёгкая, пушка мощная, с сильной отдачей… Чтобы исключить рысканье по курсу при стрельбе, фюзеляж пришлось сдвинуть на 76 см от середины крыла. Опять асимметрия, но это еще не всё.

А здесь видно, где располагается пушка 

С турбовентиляторным двигателем тягой 1340 кг самолёт при весе 2,8 т имеет максимальную скорость у земли 650 км/ч, что более чем достаточно для борьбы с танками и вертолётами; на высоте его скорость больше, 750 км/ч. Но главное его лётное достоинство – поразительная, несравненная маневренность. Скорость разворота при полном боевом снаряжении составляет 36 градусов в секунду – как у самых маневренных истребителей-бипланов конца 1930-х годов! Массовый американский истребитель F-16С, сконструированный специально для воздушного боя на коротких дистанциях, способен лишь на 10,6 градуса в секунду…

А в 1986 году состоялся качественный переход – «широкая известность в узких кругах» превратилась в общемировую популярность. Произошло это благодаря действительно эпохальному событию – первому в мире кругосветному беспосадочному, без дозаправок в воздухе, перелёту очередного детища Бёрта Рутана – самолёта Модель 76 «Voyager». 

Считается, что сделать самолёт для полёта вокруг Земли Рутана попросил его брат Дик, бывший военный лётчик. Берт взялся за дело в 1982 году, и в июне 1984-го аппарат впервые поднялся в воздух. В конструкции все подчинено одной идее – взять как можно больше горючего и расходовать его как можно экономнее. Схема – очень длинное тонкое крыло в задней части короткого фюзеляжа, по бокам от последнего – балки-цистерны, соединённые между собой и с носом фюзеляжа тоже узким и длинным (10 м) передним горизонтальным оперением; по килю на концах каждой из балок. 

«Вояджер» сделан целиком из композиционных материалов, что позволило получить вес планера всего 426 кг – это при длине фюзеляжа 7,74 м, балок – 8,9 м и размахе крыла целых 33,77 м! В носовой и хвостовой частях фюзеляжа установлены два поршневых двигателя: впереди, с тянущим винтом, мощностью 130 л.с., и сзади, с толкающим – 110 л.с. Для экономии горючего носовой двигатель в крейсерском полёте, после набора рейсовой высоты, отключается (реально это было сделано на третьи сутки перелёта). А горючее размещается везде: в крыле, фюзеляже, боковых балках, даже в оперении. Его вес составляет 3180 кг – более 72% всего стартового веса самолёта. Причём в полёте горючее надо время от времени перекачивать из одного бака в другой по определённой схеме – при такой доле в полётном весе его распределение по «геометрии» самолёта играет решающую роль в формировании центровки машины. 

Перелёт, начавшийся на рассвете 14 декабря 1986 года, длился 216 часов 3 минуты 44 секунды, за это время было пройдено 40 212 139 метров пути. От Филиппин и почти до Шри-Ланки (летели на запад) пилотов сопровождали тайфуны, для безопасности приходилось даже включать передний мотор. На шестые сутки, когда «Вояджер» пересёк побережье Сомали, было объявлено, что установлен новый абсолютный рекорд дальности беспосадочного полёта. Преодолев все трудности, пилоты Дик Рутан и Джина Йигер 23 декабря приземлились на том же аэродроме авиабазы Эдвардс, с которого начинали свой путь. В баках оставалось 48 кг горючего. Они показали себя настоящими героями, подстать рекордсменам-авиаторам 1920-х–30-х годов: девять суток в тесной кабине, борьба со стихиями, и, кроме всего прочего, по 10 кг еды и воды на двоих на весь полёт. 

В 2005 году рекорд «Вояджера» был дополнен ещё одним достижением – на этот раз это был кругосветный перелёт на одноместном (!) реактивном самолёте. Такой самолёт был заказан Рутану известным экстремалом Стивом Фоссетом, которого поддержал британский миллиардер, глава империи «Вирджин», Ричард Бренсон. Мистер Фоссет установил более ста рекордов в различных рискованных мероприятиях; так, в 2002 году он в одиночку облетел земной шар на воздушном шаре. Теперь Фоссету захотелось повторить то же, но уже на самолёте, и не более чем за 80 часов (это, видимо, дань уважения Жюлю Верну). 

«Скейлд Композитс» работала над машиной параллельно с подготовкой к завоеванию «Х-приза». Разумеется, «Глобал Флайер» – так называется новый рекордсмен – целиком композитный, и его конструкция ещё более эффективна, чем у «Вояджера»: вес горючего составляет 82% от общего веса машины при взлёте. Лётчик размещается в небольшом «урезанном» фюзеляже, размер кабины позволяет ему лежать; сверху на задней части установлен турбовентиляторный двигатель с тягой 1020 кг. Самолёт тоже построен по двухбалочной схеме, но, в отличие от «Вояджера» с его передним горизонтальным оперением, использована почти обычная для такой схемы конфигурация – каждая балка на хвосте несёт небольшие киль и стабилизаторы с рулями, так что выглядит это как два самолёта, «нанизанные» на одно крыло по сторонам от пилотской гондолы. 

Перелёт проходил с 28 февраля по 3 марта 2005 года. За это время Стив спал всего несколько минут, у него выходила из строя спутниковая навигационная система, отмечался нерасчётный расход горючего. Но у него всё получилось, и даже лучше, чем он ожидал, – перелёт занял всего 67 часов. Ну, а Берт в очередной раз подтвердил свой недостижимый конструкторский уровень – «Глобал Флайер» показал на 75% лучшую топливную эффективность, чем любой из существующих реактивных самолётов. 

Но одна рекордная попытка Рутану всё же не удалась.

В конце 1980-х годов американский миллионер, коллекционер авиатехники Роберт Понд задался целью установить новый мировой рекорд скорости для поршневых самолётов. Такие соревнования традиционно проводятся в Рино, США, и выигрывали их всегда машины, доработанные из лучших истребителей Второй мировой войны. Понд решил попытаться отнять рекорд у «ветеранов» и заказал конструирование претендента – конечно, Бёрту Рутану.

Разрабатывая «Pond Racer», Берт не стал повторять отточенные схемы «Мустанга» или «Лайтнинга». Два сильно форсированных автомобильных двигателя «Ниссан» по 1000 л.с. он установил в балках-обтекателях, закреплённых на крыле обратной стреловидности. Небольшой центральный фюзеляж с кабиной опирался своей носовой частью на заднюю кромку крыла. Хвостовые части фюзеляжа и балок связаны горизонтальным оперением, килей три – большой на фюзеляже и по маленькому на каждой балке. Композитный «Понд Рейсер» весил всего 1880 кг, – в три – четыре раза меньше, чем его «военные» конкуренты. По предварительным расчётам получалась скорость порядка 850 км/ч.

Дик Рутан поднял самолёт в воздух 22 марта 1991 года, а в сентябре в Рино «Понд Рейсер» показал на сложном маршруте скорость 644 км/ч. Но возник пожар силовой установки, и машина вышла из строя, так и не установив рекорда. А 14 сентября 1993 года самолёт был разбит при жёсткой посадке, причём управлявший им Рик Брикет погиб. Для справедливости отметим: это был специальный рекордный самолёт, рассчитанный на кратковременные форсированные лётные режимы и мастерское пилотирование. Машины, которые Рутан проектирует для массового использования, не ломаются ни в полёте, ни при грубой посадке.

Источник: http://bwana.ru/

Комментариев нет:

Отправить комментарий