Мир Авиации 1996 02
Шрифт:
Как уже ясно из сказанного выше, речь идет о немецких исследованиях в области аэродинамики больших скоростей и, в первую очередь, по стреловидным крыльям и крыльям малого удлинения, в частности треугольным. Но сначала немного об истории появления таких крыльев.
1* Единственное исключение составляет бомбардировщик Юнкерс Ju 287 с крылом обратной стреловидности, построенный и летавший в 1945 г. Однако, такое крыло долгое время являлось тупиковым направлением в развитии авиации и, несмотря на определенные аэродинамические преимущества, даже в настоящее время не получило сколь-нибудь заметного распространения.
1 Схема самолета D 5 (1910 г)
2
3 Двухместный легкий самолет «Дельта-1» (А. Липпиш. 1931 г)
Сегодня стреловидное крыло у многих ассоциируется с реактивными околозвуковыми и сверхзвуковыми самолетами, что вполне естественно. Но так было не всегда. Само по себе стреловидное крыло не является чьим-то персональным изобретением — оно известно чуть ли не с рождения авиации. Чтобы убедиться в этом достаточно посмотреть на схему английского самолета D.5 (1910), построенного по проекту Джона Данна. Крылья бипланной коробки этого оригинального самолета имели стреловидность 30°. До середины 40-х годов в различных странах было построено множество летательных аппаратов самого различного класса и назначения со стреловидным и треугольным (или близким по форме к треугольному) крылом: от планеров и легких самолетов Александра Липпиша (Германия) и Бориса Ивановича Черановского (СССР) до дальних и тяжелых бомбардировщиков, таких, например, как двухмоторный ДБ-ЛК В. Н. Беляева (СССР, 1939) и четырехмоторный ХВ-35 фирмы Нортроп (США. 1946).
Характерной чертой, объединявшей эти аппараты, была их аэродинамическая компоновка. Все они выполнялись по схеме бесхвостка (или полубесхвостка) или летающее крыло. реже — в схеме утка. Стреловидность крыла использовалась исключительно как средство балансировки. то есть для необходимого сближения центра тяжести с точкой приложения равнодействующей подъемной силы (аэродинамическим фокусом). Практика тех лет вызвала потребность в научном рассмотрении физических особенностей обтекания летательных аппаратов со стреловидными крыльями, а также в создании пригодных для инженерного использования методов расчета их аэродинамики, динамики полета и прочности. Правда, все эти задачи не относились к разряду первоочередных проблем самолетостроения и аэродинамики тех лет и скорее воспринимались как экзотические, поскольку именно таковыми считались тогда летающие крылья, утки и бесхвостки. Магистральный путь развития авиации шел в рамках совершенствования традиционных схем самолета.
Хотя фронт научных исследований в области стреловидных крыльев вначале был весьма узок, первые результаты появились довольно скоро. Из них наиболее существенный, можно сказать фундаментальный, был получен в 1924 году в NACA известным впоследствии, а тогда еще сравнительно молодым ученым Максом Мунком (М. Munk). Примечательно. что Мунка в то время интересовали вопросы устойчивости самолетов со стреловидным крылом [1]. Полученный вывод имел столь важное значение, что о его сути следует сказать особо.
Макс Мунк. центр Ленгли, 1926 г
Адольф Букман Послевоенное фото
4 Схема дальнего бомбардировщикаДБ ЛК(1939 г)
5 Схема тяжелого бомбардировщика Нортроп ХВ-35 (1946 г.)
Мунк показал, что для стреловидных крыльев большого удлинения определяющей является только составляющая скорости, перпендикулярная передней кромке крыла, а продольная составляющая при отсутствии вязкости не оказывает никакого влияния на создание подъемной силы и аэродинамического сопротивления [2]. Впоследствии это положение сыграло определенную роль в осмыслении преимуществ стреловидного крыла при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях.
Как любой теоретический вывод, отмеченный выше результат был получен Мунком в рамках принятой математической модели при определенных допущениях (несжимаемая среда, отсутствие вязкости, большое удлинение крыла). Поэтому, хотя его вывод и раскрывал физические основы явления, но не давал еще надежных для практики методов расчета обтекания компоновок летательных аппаратов в реальных условиях. Для этого требовалось еще много усилий.
И вот произошло событие, которое могло существенно повлиять на развитие аэродинамики. В 1935 году на международном конгрессе, посвященном аэродинамике больших скоростей. была представлена новая
Казалось бы. основополагающий труд Буземана должен был дать мощный импульс для развития аэродинамики стреловидных крыльев. Но этого не произошло. Более того, о выводах немецкого ученого вскоре забыли. Парадоксально, но факт. Надо сказать, что история науки и техники знает немало подобных примеров. Но в чем дело в данном конкретном случае?
Причина, очевидно, заключалась в следующем. 1920-х. да еще и 30-х годах для ученых-аэродинамиков вопросы. связанные с учетом сжимаемости воздуха, и тем более со сверхзвуковым полетом, представляли в основном чисто теоретический интерес. Уж очень далека была тогда скорость полета самолетов от скорости звука. Как раз к таковым и относилась работа Л.Буземана. Ни сам Буземан, ни другие участники конгресса в Риме, в том числе такие выдающиеся ученые как Теодор фон Карман и Сергей Алексеевич Чаплыгин, один из основоположников газовой динамики, не сочли идеи новои работы сколь-нибудь важными для практики самолетостроения.
Прошло целых-четыре года, когда немецкий ученый А. Бетц, работавший в аэродинамической лаборатории Л. Прандтля в Геттингене, указал на целесообразность использования стреловидного крыла также и при больших дозвуковых скоростях. Однако эта идея не стала достоянием мировой научной общественности: осложнение политической обстановки в Квропе накануне второй мировой войны обусловило сильное ужесточение секретности и резкое сокращение научных контактов. В СССР этот процесс прошел даже несколько раньше. Со второй половины 30-х годов развитие авиационной науки в европейских странах и в США во многом шло изолированно. И вот в этот период, продолжавшийся до конца второй мировой войны, наибольших успехов в аэродинамике больших скоростей добилась Германия. Ответ на вопрос почему именно Германия, а не США, например, или Англия или Советский Союз, представляется не столь уж сложным. Именно Германия стала первой страной, где реактивную, а следовательно и скоростную, технику начали рассматривать не только как научно-технический эксперимент. а с точки зрения ближайшего практического п. прежде всего, военного применения. Поэтому и некоторые научные направления, а также опытно-конструкторские работы. недавно еще считавшиеся областью более или менее отдаленной перспективы, стали уже представлять интерес практический и при соответствующем государственном финансировании получили ускоренное развитие.
Зал заседания в дирекции DVL (главный корпус). 1937 г
Столовая для служащих DVL (неруководящий состав). 1937 г
Стоит обратить внимание на тот факт, что уже в середине 30-х годов ученые и многие авиаконструкторы понимали, что эпоха винтомоторной авиации близится к концу и в будущем неизбежен переход на реактивную тягу. Было также понятно, что без соответствующего научного сопровождения эту задачу решить невозможно. Поэтому уже во второй половине 30-х годов во многих странах приступили к созданию довольно крупных аэродинамических труб с большой дозвуковой скоростью потока в рабочей части, способных выдавать надежную количественную информацию для практических нужд самолетостроения. Тогда же стали появляться и сверхзвуковые трубы небольшого пока еще размера, позволявшие проводить тематические исследования качественного характера. Развивались методы расчета в области аэродинамики, газовой динамики, реактивных двигателей.
В этом общем движении трудно отдать безусловный приоритет результатам. полученным в той или иной стране. По вот в области аэродинамической компоновки высокоскоростных самолетов в бесспорных лидерах оказалась Германия. Работы по стреловидным крыльям и крыльям малого удлинения (о них речь впереди) во В|к-мя воины велись в аэродинамической лаборатории в Гёттингене и в главном немецком авиационном научно-исследовательском центре — DVL (аналог отечественному ЦАГИ). располагавшемся в Адлерсхгофе (Adlcrshof) близ Берлина. За пять лет деятельности в этом направлении там были получены первые систематические данные об аэродинамических особенностях крыльев нового типа. В процессе той работы родилось много новых идеи, впоследствии оказавшихся весьма плодотворными. Однако задача практического применения таких крыльев на самолетах оказалась слишком сложной и до конца войны решить ее не успели.