73 года назад, 1 июня 1947 состоялся первый полет опытного истребителя Ла-160. Это был первый отечественный реактивный самолет со стреловидным крылом.
«Стреловидные крылья стали делать для того, чтобы при околозвуковых скоростях полета не так сильно увеличивалось сопротивление воздуха и не нарушалась балансировка – пишет в своей книге “Воспоминания военного летчика-испытателя” Герой Советского Союза, генерал-лейтенант авиации, заслуженный летчик-испытатель СССР Степан Анастасович Микоян. – Однако при больших углах атаки, то есть на малых скоростях или при маневрировании, стреловидное крыло создает большее сопротивление воздуха, чем обычное крыло при той же подъемной силе, а значит аэродинамическое качество у него ниже. Это приводит к уменьшению дальности полета и к ухудшению маневренности. На посадке, при одинаковом угле наклона фюзеляжа, который ограничивается возможностью касания хвостом о землю, подъемная сила стреловидного крыла меньше, чем прямого, поэтому посадочная скорость больше. Так что для малых и средних скоростей, а также для взлета и посадки, нестреловидное крыло намного выгоднее».
Американский инженер и физик Теодор фон Карман (Theodore von Karman) в книге «Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии» рассказывает, что стреловидные крылья, передние кромки которых образуют значительный угол относительно перпендикуляра к направлению полета, стали эффективным методом отсрочки помех, связанных с околозвуковым полетом, при высоких числах Маха. «Структура потока относительно крыла определяется “эффективным числом Маха”, соответствующим составляющей скорости полета, перпендикулярной размаху, – пишет фон Карман. – Если, например, стреловидный угол составляет 45 °, то эффективное число Маха – примерно 70 % числа Маха полета, так что критическое значение последнего, где появляются околозвуковые помехи, увеличится почти на 40 %».
Как рассказывает фон Карман, аэродинамические свойства крыльев прямой стреловидности впервые рассмотрел Буземан на Конгрессе Вольта по высокоскоростному полету, проведенном в Риме в 1935 году. «Помню, что на банкете после конгресса, – пишет автор “Аэродинамики”, – генерал Крокко, организатор конгресса и очень дальновидный человек, набросал рисунок самолета на обратной стороне меню, назвав его в шутку самолетом Буземана: он имел стреловидные крылья и хвостовое оперение и даже лопасти винта были стреловидными. Однако Буземан рассматривал поведение стреловидных крыльев только в сверхзвуковом полете и обосновал свои расчеты подъемной силы и лобового сопротивления на основе линеаризованной теории».
К практическому применению стреловидных крыльев первыми вплотную подошли немцы. Физик Альберт Бетц (Albert Betz) первым высказал предположение о том, что стреловидность может быть полезна для отсрочки околозвуковых влияний при высоких числах Маха полета. Во время Второй мировой войны Бетц, занимавший должность директора Аэродинамической лаборатории в Геттингене, разработал и провел продувки в аэродинамической трубе стреловидное крыло для компании Messerschmidt. Стреловидное крыло с углом стреловидности передней кромки 26 ° имел немецкий перехватчик Messerschmitt Me 163, оснащенный ракетным двигателем, совершивший первый моторный взлет 10 августа 1941 года. В октябре 1945 года в Великобритании был разработан очень похожий самолет de Havilland DH 108, имевший стреловидное крыло с углом 43 °, но оснащенный, правда, уже турбореактивным двигателем. Он совершил первый полет 15 мая 1946 года.
В свою очередь Теодор фон Карман вспоминает интересную историю, связанную с посещением Аэродинамической лаборатории в Геттингене: «Когда я поехал в Германию с группой ученых и инженеров в 1945 году, то мы обнаружили в заброшенной лаборатории, вблизи Брауншвейга, модели самолета для аэродинамической трубы с крыльями прямой стреловидности и информацию по результатам испытаний в аэродинамической трубе при высоких числах Маха. Джордж Шейрер, выдающийся глава технического персонала авиационной компании Boeing, был в составе моей группы… Данные в лаборатории оказались первыми, увиденными им экспериментальными результатами. Шейрер телеграфировал в главный офис компании: “Остановите проект бомбардировщика”, и это привело к рождению самолета В-47, первого бомбардировщика с крыльями прямой стреловидности в США».
Крыло первого американского реактивного истребителя F-84 пришлось менять уже по ходу его производства. Серийный выпуск последней модификации F-84G с прямым крылом закончилось в июле 1953 года. Однако, еще в июне 1950 года состоялся первый полет первого прототипа глубоко модернизированной версии F-84F со стреловидным крылом (угол стреловидности 40 °), а в декабре 1953 года он был запущен в серийное производство.
Независимо от немецких и британских аэродинамиков в годы Великой Отечественной войны молодой кандидат технических наук Владимир Струминский из ЦАГИ (ставший в 1966 году академиком) разработал теорию трехмерного пограничного слоя и вихревую теорию крыла. Теория заложила в дальнейшем основы общих принципов аэродинамической компоновки стреловидных и треугольных крыльев. Исследования Струминского сыграли существенную роль в преодолении звукового барьера и достижении сверхзвуковых скоростей полета. Для подтверждения результатов исследований Струминского были осуществлены продувки моделей в аэродинамических трубах ЦАГИ, на основании которых выданы конструкторским бюро рекомендации по аэродинамической компоновке стреловидных крыльев. Первым опытным реактивным истребителем со стреловидным крылом и стал Ла-160. Он был разработан в ОКБ-301, которым руководил Семен Алексеевич Лавочкин. Самолет совершил первый полет 11 июня 1947 года. Стоит заметить, что первый американский опытный истребитель со стреловидным крылом ХР-86 совершил первый полет лишь три с половиной месяца спустя – 1 октября 1947 года.
Ла-160 так и остался в единственном экземпляре, но вслед за ним последовали новые реактивные самолеты со стреловидными крыльями. Первый серийный советский турбореактивный истребитель И-300 (МиГ-9) разработки ОКБ-155, поднявшийся в воздух 24 апреля 1946 года, представлял собой цельнометаллический среднеплан с еще прямым крылом. Однако для пришедшего ему на смену И-310 (МиГ-15) в ОКБ-155 совместно с ЦАГИ было разработано стреловидное крыло с углом стреловидности по передней кромке 37 ° и с относительной толщиной 10 % в корневой части крыла. Результаты экспериментальных исследований аэродинамических моделей и летные испытания Ла-160 позволили ЦАГИ выработать рекомендации для конструкторов ОКБ-155.
За МиГ-15 в ОКБ-155 были созданы новые проекты истребителей со стреловидными крыльями: МиГ-17 (крыло получило двойную стреловидность: от бортовой нервюры до полуразмаха – 45 °, а далее – 42 °) и МиГ-19 (угол стреловидности по линии 1/4 хорд – 55 °).
В настоящее время стреловидные крылья используются самолетах, летающих с околозвуковыми скоростями. В частности – на всех пассажирских лайнерах. Новейший отечественный ближне-среднемагистральный самолет МС-21 представляет собой низкоплан с консольным стреловидным крылом. Больший угол стреловидности обеспечивает МС-21 большую крейсерскую скорость.