Философия полета
С.Г. Мороз
Однажды историк авиации Равиль Вениаминов предложил мне написать вводные разделы к главам своей новой книги «Летающие “рамы” и другие необычные летательные аппараты». Я и сам давно хотел подумать над тем, почему некоторые творения авиаконструкторов так разительно отличаются от массы других, появившихся в то же время, а тут предоставлялся уникальный случай соединить эти размышления с обширным обзором таких аппаратов. В своем труде он собрал тысячу таких образцов – летавших, так и не оторвавшихся от матушки-планеты и просто оставшихся лишь на бумаге, и теперь читатель может не только узнать, какие удивительные «виражи» выписывала мысль их создателей, но попытаться и понять, что двигало ими и куда это их привело.
Любую работу можно улучшать до бесконечности – невозможно достичь абсолютного совершенства – как математической бесконечности, но к этому можно и нужно стремиться. И вот здесь я предлагаю третью итерацию своих мыслей по указанному вопросу – переиздание этой статьи на сайте Наука и Техника меня самого не вполне удовлетворило и захотелось подправить и дополнить некоторые нюансы и акценты здесь. Но перейдем от вступления к делу!
Когда обычный человек, даже часто летающий пассажиром, стоит у окна аэропорта и смотрит на стоящие внизу авиалайнеры, он видит длинный ряд совершенно одинаковых на его взгляд самолетов. Ему обычно кажется, что европейский Эрбас А320 от американского Боинга 737 отличается только окраской – статистика свидетельствует, что большинство покупателей авиабилетов не интересуется типом воздушного судна, на котором придется лететь и не знает, как они называются. И действительно, упомянутые авиалайнеры имеют одинаковую компоновку, и даже специалисту бывает сложно отличить – если не ему в данный момент не видно каких-то присущих именно этим изделиям «родовых признаков», например, разной конструкции остекления кабины летчиков. Но даже вроде бы запоминающиеся силуэты Ил-96, Боинга 747 и А380 как-то теряются в общем разноцветном строю себе подобных у перрона аэровокзала.
Но вот тот же самый человек попадает в авиационный музей или на выставку, например, в Ле-Бурже или на МАКС… Он видит там те же самые привычные самолеты, и их большинство. Но (о чудо!) – летательные аппараты, оказывается, бывают разные. И некоторые из них просто поражают воображение необычными, какими-то совершенно неземными формами. Как будто это космические корабли пришельцев или сказочные птицы из неведомых стран.
Но почему конструкторы сделали их такими непохожими на традиционно-привычные, аэродинамическая схема которых с горизонтальным оперением, распложенным на значительном расстоянии за крылом для самолетов или с одним несущим и одним хвостовым компенсирующим винтами у вертолетов, официально именуется «классической»?
Фото: http://naucaitechnika.ru/blog/43831861647/Il-18,-arhivnyie-foto
Для начала надо сказать, что тот обычный облик самолета, к которому мы привыкли, сложился не сразу и не так просто, и обстоятельство, которое этот их вид определило, было не из приятных – называлось оно первой мировой войной.
Кто платит, тот и заказывает музыку!
Семнадцатого декабря 1903 года человечество приступило к новому этапу штурма Пятого океана – воздушных пространств над своей планетой. В этот день впервые взлетел оснащенный мотором летательный аппарат тяжелее воздуха «Флайер I», построенный американцами братьями Уилбуром и Орвиллом Райт. К тому времени уже более века люди использовали воздушные шары. Появились управляемые аэростаты – дирижабли. Уже оторвались от Земли первые безмоторные аэродинамические летательные аппараты – планёры. Были построены и первые ЛА тяжелее воздуха с двигателями, но летали они до того только в воображении своих создателей да сочувствующих им журналистов, которым было все равно из чего делать сенсацию дня. Но вот свершилось – он на самом деле летит!
Фото: http://www.theatlantic.com/photo/2014/08/first-flight-with-the-wright-brothers/100796/
Американские предприниматели – люди серьезные, и братья Райт были именно таковы. Они сразу стали делать все по науке. Вот только она сама от них пока нос воротила, предпочитая поддерживать не каких-то там «велосипедистов» (почтенная семья Райт держала в Дайтоне в глуши штата Огайо веломагазин и ремонтную мастерскую), а собственные корпоративные интересы и «своих». Например, Самюэля Пирпонта Лэнгли – выпускника Английской и Бостонской Высших школ сотрудника Военно-морской академии США, Гарвардского и Питтсбургского университетов, Обсерватории Аллегейни, а также Смитсоновского института, учредившего приз за первый такой полет.
Но дело не в их дрязгах и бесконечных судах по поводу приоритета, а в том, что еще никто, ни ученый Лэнгли, ни братья Райт, ни братья Фарман, ни братья Вуазен, ни братья Шорт, никто вообще из первых авиаторов не знал тогда, как должен выглядеть «классически» аппарат, который французы назовут аэропланом, а русский поэт Хлебников – самолетом. Потому в отношении первых образцов аэропланов говорить, что они были сделаны в какой-то нетрадиционной схеме, наверное, неправомерно за отсутствием в то время должных «традиций». Наоборот, сделанные в привычном сегодня виде бипланы с однокилевым хвостовым оперением Сикорский С-5 или монопланы Блерио XI и Этрих «Таубе» выглядели как раз необычно на фоне трудно поддающейся классификации пестроты инженерных перлов авиаконструкторов начала ХХ века, более напоминающих странную помесь арбы и книжной этажерки, нежели самолет.
Но существовала ли вообще способная твердо сказать «делай именно так!» авиационная наука в то время, когда аэроплан мог построить каждый, кому доставало смелости сесть за его рычаги самому или посадить товарища, а популярная книжка тех лет советовала первым долгом для этого «сходить в лавку к столяру и купить сосновых реек и бамбуку»?
Наука-то была, да не совсем такая. Сопромат и строительная механика уже учили создавать легкие и прочные конструкции, аэрогидродинамика умела определять ветровую нагрузку на парус, считать сопротивление корпуса и тягу гребного винта судна. Тогда уже умели испытывать все это на моделях и натурных образцах, сравнительно точно перенося результаты на реальные условия. Умели, наконец, проектировать и строить моторы внутреннего сгорания заданной мощности.
Но это, пожалуй, и все. Причем все это пока применялось только для водного и наземного транспорта, и даже дирижабли строились по «нелетному канону».
Но вот рядом с кумирами дам и газетчиков красавцами-авиаторами в романтически пропахших бензином кожанках и пробковых шлемах стали появляться убеленные сединами профессора и солидные господа с дипломами инженеров. Они уже предпочитали не пачкать руки машинным маслом, и (боже упаси!) не садились сами за штурвал, но с энтузиазмом принялись за создание той самой авиационной науки и соответствующих ее статусу учреждений. В России сплотил вокруг себя преданных учеников Николай Егорович Жуковский, в Англию приехал талантливый румын Анри Коанда, в Германии, которая уже имела собственного теоретика авиации Людвига Прандтля, устроился венгр Теодор фон Карман, в США успешно подвизался на ниве авиационной теории упомянутый уже Лэнгли.
В 1909 г. в Великобритании на призванном делать военные летательные аппараты Королевском самолетостроительном заводе (RAF) была проведена реорганизация и созданы административный отдел, конструкторское бюро, а также департаменты химии, физики, металлургии и беспроволочного телеграфа. Руководство предприятия и сам его суперинтендант (директор) офицер британской армии О’Горман поняли, что время интуитивного копирования полета птиц кончилось и надо опираться на науку. В том же году в Лондоне появился Консультативный комитет по аэронавтике, который должен был определять государственную политику в этой области. Эту систему стали копировать в той или иной мере и другие авиационные державы.
Это было время преображения морского флота – появились подводные лодки, сверхбыстроходные крейсера и эсминцы с турбинными ходовыми машинами, были спущены на воду дредноуты, эти самые дорогие транспортные средства в мире. Сухопутные армии принимали на вооружение скорострельные ружья и пушки, сверхтяжелые гаубицы и мортиры, пулеметы, бронеавтомобили и бронепоезда, телефон и радио, нарождалась «военная химия». Все это с чудовищной силой пожирало бюджеты держав, пустившихся в безудержную гонку вооружений, и авиация тоже оказалась далеко не дешевым удовольствием.
Если раньше аэроплан можно было построить за неделю, и был даже один, называвшийся Seven Days Bus – «Семидневный автобус», то теперь дело занимало месяцы. А время, как сказал Карл Маркс, это деньги, и крупнейший миллионер начала ХХ века Джон Пирпонт Морган с ним согласился. Тем временем, на ставших аэродромами бывших ипподромах и в превратившихся в авиазаводы мастерских между конструкторами и пилотами с горящими от возбуждения глазами стали деловито сновать люди совершенно иного сорта..
Коммерсанты-кредиторы с бегающим взглядом, скучные адвокаты – представители заказчиков при деньгах, самоуверенные лощеные офицеры – те же заказчики, но в погонах, и точно знающие себе цену государственные чиновники теперь учили конструкторов, дипломированных инженеров и профессоров как им надо делать самолеты. И ведь кое в чем они были правы!
Диалектика полета
Но правота их стала видна не сразу. Только начавшаяся летом 1914 года кровавая и железная, насквозь провонявшая пироксилином и бензином Большая всемирная мясорубка расставила все по своим местам. Вот где все три закона диалектики, переход количества в качество, единство и борьба противоположностей и отрицание отрицания, показали всю свою мощь.
В равной мере проявились эти жесткие законы природы и общества и в авиации.
Она быстро росла количественно, и это неизбежно сказывалось на ее качестве – из искусства одиночек воздухоплавание превращалось в ремесло масс. Если раньше каждый авиатор был настоящим гением, то теперь «средний конструктор разрабатывал аппарат, который делал средний рабочий для среднего летчика» и стало их многие тысячи, каждый со своими достоинствами и изъянами. Конечно, заказчики в штабах и министерствах не забывали от поставщиков требовать, чтоб их новый самолет летал «выше, дальше, быстрее», но на первый план постепенно выползали условия простоты в управлении, безопасности, надежности, прочности, ресурса, ну и конечно – куда же денешься! – дешевизны и быстроты поставок и (внимание!) – освоения средним летчиком. А первое, что надо обеспечить для исполнения этого требования, это чтобы тот самый средний летчик не «испугался» слишком уж необычного вида нового самолета, на котором ему предстоит летать.
Фото: http://soldierweapons.ru/newsi/new/505405-oficerskaya-vozduhoplavatel-nay.html
Став массовой, авиация постепенно потеряла свою магическую притягательность чего-то необычного и выдающегося. Качественно серийный самолет стал чем-то хуже того, что строился индивидуально. Но общая, совокупная эффективность множества подобных друг другу летательных аппаратов, объединенных в организованный воздушный флот, выросла настолько, что они из развлечения превратились в оружие, способное оказать решающее влияние на ход важнейших войсковых операций и кампании в целом. А затем самолеты стали коммерческим транспортным средством, успешно конкурирующим с автомобилями, морскими судами и железной дорогой.
Но коммерция будет чуть позже, а пока Генерал Нивель не может ждать и переносить на май намеченное на апрель 1917-го грандиозное наступление на выгнутом крутой дугой фронте от Арраса до Реймса только лишь из-за того, что господа конструкторы Деляж на фирме «Ньюпор» и Бешеро на заводе SPAD слишком долго возятся со своими новыми самолетами, и из-за этого воздушные силы до сих пор не перевооружены! Но как конструктору примирить противоположности указанных выше борющихся друг с другом требований и создать то гармоничное единство, которое именуется совершенством конструкции? Именно для решения этого вопроса и была создана авиационная наука.
Фото: http://www.raf.mod.uk/downloads/1914_1916.cfm
Это она выдвигает новую мысль – философы называют ее «тезисом». Эта мысль-тезис воплощается в существующее физически изделие. Это изделие на своем пути, именуемом жизненным циклом, сталкивается даже не с одним, а со многими антитезисами в виде финансовых и производственных условий, в которых оно было создано, воздействия управляющих им людей и противостоящих ему стихий природы, в которых оно работает, и поступив, наконец, на фронт, оно оказывается среди других таких же идей – изделий, творений товарищей-конкурентов и противников, взаимодействует и борется с ними. В этом жестком, этом подчас смертельном столкновении рождается синтез тезиса и антитезиса, который представляет собой тоже идею, мысль, тезис, но уже качественно нового уровня – это и есть прогресс, отрицающий, отбрасывающий все преграды на своем пути.
Но вернемся от чистой философии к нашему примеру с французским генералом Нивелем. Его и союзников-англичан ждал полный провал. И катастрофа разразилась не только на суше, но и в воздухе – немецкая авиация разгромила объединенный воздушный флот Западной Антанты в боях кровавого апреля 1917 года. Из этого был сделан простой вывод: чтобы военно-воздушные силы поспевали вовремя и были, что называется, на высоте, надо поменьше экспериментировать, а уж если сделанный дорогостоящий и трудоемкий опыт удался, результаты его надо использовать повсеместно и по максимуму. Вне зависимости от «взглядов на жизнь» некоторых не в меру оригинальных конструкторов, желающих еще чуть-чуть поэкспериментировать за казенный счет. И ни в коем случае нельзя поддаваться на их обещания сделать фантастически совершенный самолет, если им дадут еще немного времени, денег и свободы творчества.
Что делать, или какой самолет нужен Заказчику?
На фронте никому не нужен массовый и дешевый, но никуда не годный «летающий гроб», однако и баснословно дорогое чудо техники, которое будет готово только «в шесть часов вечера после войны» военное министерство оплачивать резонно не хотело. Авиаконструктор уже в годы I мировой войны уже не мог создавать новый самолет «прямо на верстаке». Ему нужен был аэродинамический, весовой и прочностной расчет, продувки, статические и частотные испытания и многочисленные эксперименты, и многое из этого он уже не мог сделать сам, а заказывал в специально организованных для этого учреждениях – институтах и лабораториях.
Фото: Поликарпович Станислав Игоревич_ Б-29 советская разработка часть 2 Тайна Ант 54-57.mht
Именно переход количества авиации в ее новое качество, единство и борьба противоположностей в лице противоречивости требуемых качеств, условий производства и применения, а также отрицание отрицания этих и противостоящих им тезисов, синтезирующих новое качество авиации, и привели к тому, что компоновка и конструкция самолета приобрели устоявшийся вид. И был он определен не только «святой» целью достижения прогресса в летно-тактических данных, но и такими прозаическими вещами, как способ производства и применения и стоимость всего этого.
Типовой самолет имел один фюзеляж, в передней части которого у центра масс летательного аппарата находились крылья – одно или несколько с элеронами для управления по крену, а в задней – оперение для поддержания курсовой и продольной устойчивости и обеспечения управляемости в этих каналах. На научные исследования именно такой компоновки самолета были брошены все силы и средства, а остальные направления питались по остаточному принципу. Первый виток спирали развития авиации тем самым завершился.
Дальше было много чего. Место дерева и полотна в конструкции планера занял металл, а затем его стали вытеснять композиты. На моторах появились редукторы, компрессоры, различная автоматика, а затем «поршни были заменены турбинами». Аэродинамика приспосабливалась ко всё большим скоростям, высотам и величинам полетного веса и перегрузок. Все это заставляло меняться конструкцию и технологию производства. Пилот и пассажиры оказались закрыты кабинами – сначала просто от набегающего потока, потом герметичными с искусственной атмосферой – и так виток за витком, всего не перечесть.
Но большинство самолетов по-прежнему вписывались в приведенный чуть выше стандартный облик. У развившегося позже семейства вертолетов также быстро сформировалась своя классическая схема – один несущий винт над центром масс единого корпуса-фюзеляжа, один рулевой винт, компенсирующий реактивный момент винта несущего, хвостовое оперение и автомат перекоса, дающие вертолету устойчивость и управляемость. Даже комбинированные летательные аппараты – автожиры, винтокрылы и конвертопланы чаще всего выглядят так, как обычный самолет, вертолет или их «помесь», но даже в этом случае сочетать несущий винт и развитое крыло с большой подъемной силой и своими управляющими моментами оказалось непросто.
Так что, все летательные аппараты в ходе своего развития станут «одинаковы», делаясь только по «классическому канону», и выхода из этой спирали нет?
Отнюдь – кто ищет, тот всегда найдет, вот только зачем? Не лучше ли идти по накатанной дорожке, делать «всё как у людей», и себе спокойнее, и заказчику привычней, и надзирающий за всем этим министерский чиновник не раздражается лишний раз, глядя на то, чего не понимает.
Толкают конструктора сойти с привычной колеи по сути всего две причины – надежда достичь нового качества проектируемого летательного аппарата и желание выделиться из безликой толпы себе подобных. И то, и другое в конечном итоге обещают если не коммерческий успех, то хотя бы славу, жаль только – иногда посмертную.
Фото: https://www.yaplakal.com/forum2/topic1991253.html
Иногда выбрать ту или иную нетрадиционную схему нового летательного аппарата вынуждает сложность поставленной задачи, которая иного выбора не оставляет, но часто конструктор сам хочет рискнуть. Конечно, кто не рискует, тот не пьет шампанского, и здесь всплывает еще один вопрос – психологический.
Выбор схемы и человеческий фактор
Конструктор – тоже человек, а все люди от природы разные, каждый со своим темпераментом и подходом к делу. Но личные особенности – это не все, накладывает свой отпечаток и то обстоятельство, где и как работает тот или иной творец очередного нетрадиционного проекта, от одного взгляда на который захватывает дух.
Все первые авиаконструкторы, даже те, которые уже основали собственное узаконенное юридически предприятие или собирались это сделать в самом ближайшем будущем, как только капитал найдется, были любителями. Но по описанным выше причинам, проистекающим из первого закона диалектики, они рано или поздно оказывались перед выбором – любителями так и оставаться и творить свободно и безоглядно и дальше, или же надеть на себя ярмо, называемое «предприятие промышленности». Так и видится сцена из замечательного английского фильма «Первый среди многих», где директор фирмы «Супермарин» бракует новый не в меру прогрессивный, по его мнению, проект знаменитейшего в будущем конструктора Реджинальда Митчелла и отправляет его работать в цех серийного производства со словами «…вот там и набираются настоящего опыта!»
Окончательно провел черту между авиаконструкторами-любителями и профессионалами все тот же 1914 год, год начала первой мировой войны. Ни те, ни другие никуда не делись, они просто оказались в разных областях человеческой деятельности. Это действительно разные работы, хотя там делают вроде бы одно и то же – летательные аппараты. Мало того, конструктор-профессионал, повесив в конце трудового дня белый халат и сдав пропуск на проходной своего завода, становится совсем другим человеком, натянув легкомысленную курточку и войдя в гараж, где им лично строится, обретая свои фантастически прекрасные черты, его собственный летательный аппарат. Строится для себя, а не для Заказчика с большой буквы.
Фото: http://airportjournals.com/voyager-a-crazy-dream/
Такому человеку жить легко и просто – над ним не висят грозовой тучей начальники множества рангов, заказчики, другие специалисты своей и сотрудничающих организаций, поставщики комплектующих, чиновники и конкуренты. Ему никто не приказывает, как и что делать. Но и риск весь его. С другой стороны, среди таких смелых куда больше, а смелось – она города берет, если после всех передряг остается жива конечно. Потому-то и чаще всего можно встретить особенно необычные проекты на каком-нибудь фестивале сверхлегких летательных аппаратов или в пестрой книге-каталоге СЛА, чем в аэропорту, на стоянке строевого авиаполка или на страницах справочника по «большой» авиации.
Но что же – конструкторы-профессионалы никогда не делают необычных конструкций? Нет, делают – еще и как!
Вот только итог получается в каждом конкретном случае разный. Работая в принципе одинаково по науке и в рамках требований и правил, каждый из таких «иноходцев» получает свой результат в зависимости от собственных способностей, окружения и обстоятельств. Вот, например, двухфюзеляжные самолеты – ставший классикой Локхид Р-38 «Лайтнинг» американца Кларенса Джонсона и тоже серийный, но сейчас почти забытый Фоккер G.1 голландца доктора Эриха Шацки. Или самолеты с подвижным крылом – Воут F-8 «Крусейдер» с изменяемым углом его установки так и остался единственным таким в серийном производстве, зато изменяемая стреловидность себе дорогу пробила надолго – до сих пор служат Микоян МиГ-23 и МиГ-27, Сухой Су-22 и Су-24, Туполев Ту-22М и Ту-160, PANAVIA «Торнадо», Грумман F-14 и Рокуэлл В-1В…
Фото: http://vignette1.wikia.nocookie.net/fhsw/images/5/57/P38J.jpg/revision/latest?cb=20150526121944
Фото: http://leadingedgeairpower.com/2015/06/14/how-to-defeat-the-islamic-state/
Подводя итог размышлений о целесообразности и выигрышности поиска необычных путей решения обычной задачи, которой ныне стала разработка новых летательных аппаратов, мы видим, что однозначного ответа на этот важнейший вопрос нет.
От чего зависит успех того или иного нетрадиционного проекта – вопрос сложнее, чем кажется. И не только тогда, когда он – шаг в неизведанное, но даже если это в какой-то мере повторение уже кем-то пройденного пути. Ведь опять же, как учат нас философы, нельзя в одну и ту же реку войти дважды, а история идет не по кругу, и не по прямой, а по спирали – поднимаясь вверх по ступеням прогресса, или наоборот, проваливаясь вниз с надеждой снова пойти все выше, и выше, и выше! И то, куда приведет конструктора его следующий шаг, зависит только от него самого – насколько он сам знает, правильно понимает и учитывает весь тот сложнейший комплекс факторов, в среде которых работает он сам и будет работать его детище.
А закончить я хочу тем же, с чего и начал – всем тем, кому интересны летательные аппараты необычные, советую прочесть книгу Равиля Вениаминова «Летающие “рамы” и другие необычные летательные аппараты. Тысяча конструкций. Тематический и хронологический обзор», изданную в Казани в 2020-м году
Послесловие не в тему
Тем, кто дошел до этого места и слегка устал «плавать в железном потоке бездушной техники» рекомендую занимательную статью о самой что ни на есть живой жизни в самых жестких условиях, какие только могут быть на нашей матушке-планете на канале Кот-ученый