«Никакое сочетание известных материалов с известными физическими законами не позволяют создать аппарат, летающий в воздухе. Это кажется мнестоль же ясным, насколько могут быть ясны законы физики».
Дж. Уикомб,, 1903 год
Приведенный в разделе 2.3 постулат о том, что идеальный транспортный процесс не требует затраты энергии, для реальныз условий подтверждается циклом работы гиромобиля, в котором энергия, запасаемая гипермаховиком, многократно рекуперируется и расходуется только на объективно невосполнимые потери. Имея на борту достаточно мощный маховик, того же эффекта, как будет показано ниже, можно достичь и на космическом корабле. Что касается «атмосферных» летательных аппаратов, привычно говоря, самолетов и вертолетов, то здесь, подобно эндлисмобилю, должны быть иные подходы, которые, в предельном случае, позволяют летать, также в привычном понимании, вообще не расходуя топлива. Но об этом в следующий раз. Пока же покажем, как можно летать, и тем более вертикально взлетать, без породивших авиацию воздушного и несущего винта, а также вознесшего ее до современных высот турбореактивного двигателя. Обобщенно говоря, перемещаться в воздухе без лопаточных машин, что изначально было заложено в идею летания.
(2.5.1.)
Известно и первое устройство для механического перемещения жидкой среды - архимедов винт. Разработчики древнейших проектов летательных машин неоднократно эксплуатировали эту идею. Появление паровой машины и возможность ее установки на корабле потребовало создания простого и эффективного движителя, чем стал спонтанно-эмпирически примененный гребной винт. Гений Жуковского - признанного мирового лидера гидро- и аэродинамики, вихревой теорией поставил винт на твердую научную основу, тем самым совершив отклонение от «векового течения сплошной среды».
(2.5.2.)
Мы знаем сейчас все положительные и отрицательные стороны механического перелопачивания воздуха - и для его движения, и для движения в нем.. Мы знаем, что и прямой - газодинамический путь отбрасывания массы, используемый в ракетном двигателе, также не лучший способ летания. Может быть есть третий, четвертый, вообще иной путь? В следующей главе будет показано, что в принципе он есть, но сначала попробуем «спрямить» главный путь. Спрямить же его, как ни странно это звучит, можно с помощью все того же вихревого движения сплошной газовой среды.
2.5.1. Вихревая подъемно-тяговая система (ВПТС)
Известно, что подъемная сила (тяга) вертолетного, равно как и любого другого воздушного винта, создается за счет протаскивания через воздух лопастей, установленных под определенным углом атаки. Тем самым отбрасывается некоторая масса воздуха с определенной скоростью отбрасывания v2. Из-за трения лопастей о воздух (профильного сопротивления), указанное «протаскивание» вызывает потери мощности на винте, что снижает его КПД. Кроме того, несущий (воздушный) винт имеет ряд других, рассматриваемых ниже, отрицательных свойств, которые ухудшают летно-технические и экономические характеристики «атмосферных» летательных аппаратов.
Основной целью разработки вихревой подъемно-тяговой системы (ВПТС) является создание устройства для замены вертолетного несущего винта существенно более простым статическим устройством. Его конструкция, говоря суконным языком патентного ведомства, «относится к устройствам с использованием вихревых потоков, нагнетания текучей среды путем непосредственного контакта с другой текучей средой или путем использования инерции нагнетаемой среды, а также особым способам и устройствам для создания реактивной тяги».2.104 Последнее позволяет применять ВПТС в качестве дополнительной подъемной системы для коммерческих самолетов вертикального взлета.
(2.5.3.)
Как и у воздушных винтов, теоретической основой для разработки ВПТС является вихревая теория воздушного винта, предложенная в 1912 году проф. Н.Е.Жукoвским. Согласно этой теории, лопасти винта заменяются системой присоединенных и свободных вихрей, образующих в общем случае винтовую вихревую пeлену. Н.Е.Жуковским также впервые была сформулирована идея создания воздушного винта с оптимальным, проще говоря, равномерным распределением тяги по ометаемой площади. По инициалам автора, такой воздушный винт принято называть винтом НЕЖ или «идеальным воздушным винтом».
(2.5.4.)
К решению этой задачи неоднократно обращались многие исследователи (Б.Н.Юрьев, Г.Х.Сабинин, В.П.Ветчинкин).2.82,Э Она не была решена, поскольку при прямом подходе форма лопасти в плане, в силу квадратичной зависимости окружной скорости от расстояния до центра вращения, образуется двумя, равноотстоящими от оси ординат гиперболами, которые бесконечно расширяются при основании и практически смыкаются в конце. Такая форма лопасти неприемлема для практического осуществления.
Дальнейшим развитием этой идеи являются предложенные автором принципы «распределенного», «предельного» и «запредельного» воздушных винтов, сущность которых поясняется ниже.
В теории воздушного винта широко используется формула Вельнера-Жуковского3.2,128 для оценки тяги несущего винта при работе на месте:
T = (kN*Цpr/2 *h0*z*N*D)2/3, (1)
или, после подстановки постоянных величин,
T = (33.25*h0*N*D),2/3 (1а)
где kN - коэффициент преобразования мощности из л.с. в кВт; r - плотность воздуха у земли; h0 - КПД винта; N - мощность двигателя; z0 - потери мощности при передаче к винту; NВ = z0* N - мощность на винте; D - диаметр винта.
Эта формула базируется на общих законах механики, поэтому она отражает реальную, физическую сущность процесса преобразования подводимой к воздушному винту мощности N в его тягу T. Почти столетнее использование этой формулы для предварительных расчетов позволяет назвать ее классической. Согласно ей, тяга воздушного винта T в первом приближении зависит в степени 2/3 от его диаметра D.
Вместе с тем, вес винта G, согласно «закону куба»,2.81, 2.82 пропорционален третьей степени того же диаметра:
G = gв*kл*D,3 (2)
где gв- удельный вес лопасти, kл - коэффициент, учитывающий относительные размеры профиля лопасти - его ширину bл, и толщину cл
Введем понятия тяговой Тэф и экономической Eэф эффективности подъемно-тяговой системы. Первое из них показывает весовое совершенство данной ПТС по отношению к создаваемой ею тяге, второе - все затраты массы и энергии для создания той же тяги. Иными словами, они в первом приближении определяют реальный уровень совершенства любой подъемно-тяговой системы.
Тэф = Т/G = kо*D-7/9 = kо*3Ц1/D7 » kо/D,2 (3)
Еэф = Т/ h0*z0*[kсу*(gдв + се*tв) + gтр]*N, (4)
где: k0 = (33.25*h0*N)2/3/gл*kл.; z0- потери в передачах (механических или электрических преобразователях энергии); gдв, gтр - удельные веса двигателя и преобразователей энергии; се - удельные затраты топлива при заданном времени висения tв;
Из (1) - (4) видно, что, если при увеличении диаметра несущего винта D его тяга увеличивается в степени 2/3, а масса возрастает пропорционально кубу диаметра, то с увеличением последнего тяговая эффектиность винта будет падать, то есть на создание единицы тяги будет расходоваться все больший вес самого винта. В пределе, несущий винт сначала сможет поднимать только сам себя, а при дальнейшем увеличении диаметра не сможет сделаьь даже этого. И наоборот - при уменьшении диаметра несущего винта его тяговая эффективность увеличивается и теоретически достигает бесконечности на оси вращения, когда вес винта в формуле (3) обращается в нуль. Иными словами, одну и ту же тягу выгоднее создавать не одним несущим винтом достаточно большого диаметра D, а системой винтов с существенно меньшими диаметрами Di.
(2.5.5.)
Примером воплощения этой идеи в реальной конструкции, хотя и по другим начальным соображениям, можно считать «экспериментальный многовинтовой летательный аппарат «В-12» фирмы Бензен (США), который представляет собой плоскую раму с десятью поршневыми двухтактными двигателями, мощностью 10 л.с. Каждый двигатель приводит во вращение двухлопастный несущий винт диаметром 2,1 м, представляя собой автономный узел. Как показали испытания, отказ любого двигателя или несущего винта не влечет за собой нарушения устойчивости аппарата. Проведены испытания на режиме висения на высоте 6 м и при скорости полета 72 км/ч. Аппарат может передвигаться в любом направлении». 2.84
(2.5.6.)
В соответствии со сказанным выше, введем понятие «эквивалентные oметаемые площади», которое определяет равенство площади F, oметаемой изолированным несущим винтом с диаметром D и суммы ni площадей Fi, oметаемых винтами малого диаметра Di:
F = е Fi (5)
D = Ц е Di2 (6)
Степень совершенства эквивалентной системы можно оценить относительной тягой`T в сравнении с исходным изолированным винтом.
`T = i*Ti / T = f (ni, Di ); (7)
На схеме видно, что в исходную ометаемую площадь F с диаметром Dможно точно вписать 7 площадей Fi с меньшим диаметром Di, но с большей тяговой эффективностью. Эквивалентную ометаемую площадь можно получить при любом другом числе винтов с меньшим диаметром Di, например, как это показано на той же схеме пунктиром, с четырьмя винтами, диаметр котороых определяется по формуле (6).
(2.5.7.)
Следует отметить, что формулы (3) и (4) являются в достаточной степени приближенными, поскольку в них, в той же степени, что и диаметр, входит мощность, прилагаемая к винту, и она, конечно же, будет меняться при изменении диаметра. С другой стороны, многочисленные эмпирические формулы показывают, что вес силовой установки, создающей эту мощность, как и передающих ее устройств, подчиняются «закону куба», 2.81, 2.82 что повышает точность оценки. Что касается формулы экономической эффективности (4), то, помимо знания точных значений удельных весов силовых агрегатов и удельного расхода топлива, требующих отдельного анализа, в нее входит время висения, которое зависит от целей, для достижения которых применяется тот или иной летательный аппарат вертикального взлета. Поэтому оценка по формуле (4) здесь не производилась. С учетом этих замечаний, результаты прямого расчета2.83 по формулам (3) и (7) характеристик систем воздушных винтов, сформированных на указанных выше принципах, показали, что комплекс одиночных систем «винт в кольце» (см. ниже) почти в два раза, а cоосных - почти в три раза по тяговой эффективности превосходят исходный изолированный (несущий) винт.
Для дальнейшего изложения введем еще некоторые понятия, взяв за основу эпюру распределения подъемной силы по длине лопасти.
(2.5.8.)
Эффективная (рабочая) площадь Fэф воздушного (несущего) винта, в общем виде представляет собой кольцо на его ометаемой площади, расположенное между относительными диаметрами: корневым`Dкн=(0,3 - 0,4)*D и концевым`Dкц @0,95*D. Для реальных винтов эффективная площадь в среднем равна:
Fэф=p*(`Dкц2-`Dкн2 )*D2/4 = p*(0,952 -0,352)*D2/4 = 0,6126* D2, (8)
то есть составляет около 60% от ометаемой площади F.
Поскольку скорость отбрасывания (воздуха) v2 находится в обратно квадратичной зависимости с индуцирующей ее площадью, при переходе к реальной картине создания той же тяги, эффективная площадь должна индуктировать среднюю скорость отбрасывания v2ср в (1/0,6)2, то есть примерно в kэф » 2 раза выше, чем средняя скорость v2, которую обычно вычисляют исходя из нагрузки на весь ометаемый диск. Точное значение коэффициента kэф характеризует степень «незаполненности» эпюры распределения подъемной силы Тi по радиусу лопасти R для реального винта (А). В случае равномерного распределения той же тяги по ометаемой площади, реальной эпюре (А) с площадью S соответствовала бы условно-идеальная эпюра (В) в виде прямоугольника, построенного между корневым Rкн и концевым Rкц рабочими радиусами лопасти.
«Идеальный воздушный винт», как мы помним, является некой математической абстракцией, обеспечивающей равномерное распределение абстрактной же подъемной силы по радиусу лопасти (С). При равных тягах индуктивная скорость v2 будет ниже, чем при создании тяги только эффективной площадью Fэф. Теперь представим, что мы смогли создать некое реальное подъемно-тяговое устройство, имеющее такое же, но реальное распределение подъемной силы. Именно его назовем распределенным воздушным винтом. Формулы (5) и (6) как раз и являются теоретическим описанием системы РВВ.
Из сказанного следует, что это определение соответствует используемому в теории термину «идеальный воздушный винт». Да, но только в части равномерного распределения тяги по ометаемому диску, так как в нем не ставятся требования отсутствия трения лопастей и закрученности отбрасываемоой струи. Стоит повторить, что главное отличие этих понятий в том, что идеальный воздушный винт является теоретической моделью, удобной для общего анализа и абстрактных расчетов, в то время как понятие распределенного воздушного винта относится к реальному устройству, которое по условиям работы имеет более точное приближение к идеальному винту, чем традиционный воздушный (несущий) винт.
Далее известно, что реальный винт индуцирует максимальную скорость отбрасывания v2max (элементарную тягу Тi max) на среднем радиусе`Rср @ 0,7*R. Если построить полную эпюру равномерного распределения подъемной силы по радиусу лопасти с ординатой, соответствующей максимальному значению тяги Тimax, получим картину (D), соответствующую предельному воздушному винту (ПВВ), когда эффективность использования oметаемой площади мaксимальна и тяга с нее может быть увеличена более чем вдвое. Сделанное выше замечание о принципиальных отличиях между идеальным и распределенным воздушными винтами в полной мере приложимо и к данному определению. «Запредельный воздушный винт» можно представить в виде суммарной эпюры «предельного винта» и размещенного на ней центрального «горба», аналогичного эпюре единичных сил обычного винта (Е). При умеренной «горбатости» это может дать еще около 30% прироста тяги для «предельного» винта. При этом нужно все время помнить, что мы рассматриваем системы условных воздушных винтов, так как, с одной стороны, никогда не сможем получить на «лопастной машине» ни одного из указанных распределений тяги (индуктивной скорости), а с другой, целесообразно сохранять эти определения для привязки и сравнения с реальным воздушным винтом.
А что это может дать для реального винта? Я специально не даю здесь его определения как «воздушного» (самолетного) или «несущего» (вертолетного), поскольку при изложенном подходе эти понятия сливаются. При переходе от «большого» винта к системе «малых», помимо рассмотренного выше, так сказать, «бесплатного», естественного повышения их тяговой эффективности, происходит еще дополнительное повышение за счет конструктиивного уменьшения веса, поскольку известно, что жесткий самолетный винт относительно легче веролетного, так как не имеет сложного «рукава» с тремя тяжелонагруженными шарнирами - осевым, горизонтальным и вертикальным, да и вообще условия его работы несравненно легче, чем у вертолетного винта, который по праву называют одной из самых сложно- и тяжелонагруженных конструкций.
Но это еще не все. Тяговая эффективность самолетного винта, работающего по-вертолетному, то есть в горизонтальной плоскости, может быть увеличина еще на 25-30% за счет помещения его в кольцо, что абсолютно невозможно, да и неэффективно для вертолетного винта. Система «винт в кольце» сейчас хорошо изучена как теоретически, так и экспериментально,2.85 поэтому все дальнейшие рассуждения в отношении нее бесспорны. В частности, если мы уже пришли к такой системе, конструктивно не составляет большого труда выполнить ее соосной, то есть с двумя винтами в едином кольце, вращающимися в противоположных направлениях на малом расстоянии (0.1D) друг от друга. В такой компактной конструкции происходит некотрая потеря суммарной (двойной) тяги из-за взаимовлияния винтов (до 20%), но в целом она позволяет получить устройство еще более эффективное в тяговом и энергетическом отношениях.
(2.5.9)
С другой стороны, факторы, повышающие тяговую и экономическую эффективность винтового подъемно-тягового устройства, позволяют уменьшить его диаметр. Они показаны на обобщенном рисунке:
* струя за изолированным несущим винтом 2 закручена относительно своей продольной оси и имеет скорость oтбрасывания v2 в два раза больше скорости пoдсасывания v1, следовательно, сечение устоявшейся струи за винтом в два раза меньше площади, oметаемой этим винтом;
* сечение потока 9 за системой «винт в кольце» 4 не меняется и равно площади внутреннего сечения аэродинамического кольца, независимо от того, работает ли она как показанная на рисунке единичная гипотертическая система 4 или состоит из более мелких модулей; следовательно, ее размеры, в соответствии с формулами (5) - (6) могут быть выбраны так, что oметаемые площади системы «винт в кольце» и изолированного несущего винта будут соотноситься как 1:2, то ecть диаметр системы «винт в кольце» будет в Ц2 = 1,41раза меньше, чем у изолированного винта;
* при том же диаметре система «винт в кольце» 4, незначительно увеличиваясь по высоте, может быть выполнена сooсной и ее тяга при этом, с учетом взaимовлияния винтов, увеличится в 1,71 раза.2.86. При равных тягах это уменьшает суммарный диаметр еще в Ц1,71 = 1,31раза. Поэтому эффективный диаметр гипoтетической системы «винт в кольце», заменяющей несущий винт, будет в 1,41*1,31 = 1,84 раза меньше последнего;
* как уже было показано ранее, единичная подъемная сила по длине лопасти на эпюре 6 распределяется так, что в области корневых (Rкн < 0,4*R) и концевых (Rкц > 0,95*R) сечений она близка к нулю и достигает максимума в районе Rэф = 0,7R; при дробном формировании «ометаемой» площади модульными элементами «винт в кольце» появляется возможность полностью закрыть «дырку» в корневой части исходного винта действующим модулем, что в еще большей степени повышает эффективность распределенной системы «винт в кольце»;
* у соосной системы 4 максимум элементарной тяги на радиусе Rэф = 0,7R увеличивается, но форма эпюры 5 сохраняется. При равномерном заполнении эпюры на уровне ее максимально достигаемого значения 7 в области Rэф, то есть при реализации идеи «предельного» воздушного винта, можно, сохраняя уровень максимальной скорости отбрасывания исходного винта v2, уменьшить ометаемую площадь еще примерно в два раза. Диаметр системы при этом уменьшается еще в (1,81*1,41) = 2,6 раза, а уровень удельной тяги, снимаемой с данной площади, теоретически должен возрасти в 2,62 = 6,76 раз по сравнению с исходным винтом;
* наконец, реализация идеи «зaпредельного» воздушного винта (эпюра 8) в рассматриваемом ниже вихревом подъемно-тяговом устройстве, при равных тягах с вертолетным винтом позволяет в еще большей степени уменьшить его габариты.
Переходя к главнму, ради чего, собственно, и были сделаны предыдущие логические и математиические построения, касающиеся винтовых подъемно-тяговых систем, вернемся к схеме «эквивалентных oметаемых площадей». Напомню, что для создания той же тяги, что и у исходного изолированного (вертолетного) винта, требуется семь изолированных жестких самолетных винтов, равномерно заполняющих исходную ометаемую площадь и тем самым в какой-то мере иммитирующих «распределенный» воздушный винт. При заключении этих винтов в кольцо, согласно вышеприведенным рассуждениям, при той же тяге требуются пять, показанных штриховкой «винтов в кольце», а при переходе к соосной схеме, потребное число эквивалентных устройств снижается до трех (двойная штриховка) с соответствующим уменьшением габаритов подъемно-тяговой системы и одновременным улучшением ее тяговой эффективности.
С другой стороны, рассмотренные выше воздушные винты с твердыми лопастями, хотя и рассчитываются по вихревой теории, фактически представляют собой механические «отбрасыватели» воздуха. Однако, если мы ставим задачу устранения лопастей, а следовательно и воздушного винта как тягового устройства, заменяющая его вихревая система должна принципиально отличаться от приведенной в начале раздела общепринятой вихревой системы НЕЖ. Сущность нового подхода иллюстрируется хорошо известным Н.Е.Жуковскому прибором Вейера, который был показан на Всемирной парижской выставке 1898 года и приведен в его основополагающем труде.2.26
(2.5.10.)
По существу это один из первых опытов исскуственного воспроизведения воздушных вихрей. Прибор Вейера представляет собой полый шкив диаметром 1 м, внутри которого размещены радиальные плоские (не винтовые!) перегородки, не доходящие до оси. Шкив приводится во вращение электродвигателем и размещается над большим открытым сосудом с водой на расстоянии 3 м от ее уровня. При вращении шкив закручивает находящийся под ним столб воздуха, внутри которого создается разрежение. Вследствие этого вода поднимается внутри образовавшегося вихревого шнура и сама приходит во вращение от трения об его стенки. Через некоторое время образуется водяной столб, внизу сплошной, а сверху состоящий как бы из отдельных капелек, разбрасываемых перегородками шкива.
Н.Е.Жуковский отмечает, что «опыт получается необыкновенно эффектный». Жаль, что мысль его не пошла дальше этого эмоционального замечания. Если же, избегая применения сложных математических формул созданной им вихревой теории, сделать элементарный расчет, можно убедиться, что при плотности воды на уровне земли в 800 раз превышающей плотность воздуха, разрежение внутри экспериментального воздушного вихря, создаваемого маломощным прибором Вейера таково, что теоретически обеспечивает «прокачку» через него столба воздуха высотой 800*3 м = 2400 м!
Этот несложный расчет важен для понимания сути предлагаемых далее безвинтовых - вихревых подъемных устройств, которая состоит в искусственном формировании в техническом устройстве природного вихря - смерча или торнадо, - который, создавая большое внутреннее разрежение, эжектирует через свою центральную часть дополнительную массу наружного воздуха, тем самым формируя практически равномерную в поперечном сечении воздушную струю, что повышает эффективность создания тяги по сравнению с воздушным винтом. По праву первопрооткрытия и аналогии с винтом НЕЖ, назовем это устройство винтом ИНК.
(2.5.11.)
Отмеченные выше идеи «распределенного», «предельного» и «запредельного» винтов, объединенные с вихревой системой тяги («винтом ИНК») позволяют сформировать подъемные устройства, реализующие в более эффективной конструкции идею «идеального» воздушного винта («винта НЕЖ»). При этом решается обратная задача, в которой скорости на периферии вихря близки к нулю, но имеют максимальную величину в его центре. Это приближает форму поперечного сечения струи, отбрасываемой таким устройством, к форме лопасти «винта НЕЖ» и создает эпюру единичных тяг (индуктивных скоростей), характерную для «запредельного» винта.
(2.5.12.)
Блок указанных вихревых устройств объединяется в статическую вихревую подъемную систему. Не имея вращающихся частей, она представляет собой оболочковую, то есть жесткую и при этом слабо нaгруженную конструкцию с небольшой строительной высотой, минимальным весом и простой технологией производства. Ее тяга создается газодинамическим способом без вращения в воздухе лопастей и практически равномерно распределена по рабочей поверхности.. По существу, речь идет о переходе к «кoвровым» конструкциям пoдъемно-тяговых систем, подобных сказочному «ковру-самолету»
(2.5.13.)
Все новое ищет свое «место под солнцем», свою жизненную «нишу». Вихревые системы - не исключение. На рисунке показаны уровни шума известных подъемно-тяговых систем, размещенных в некоторой обобщающей области, в зависимости от степени двухконтурности, что коррелируется со скоростью истечения газовой струи. По чисто умозрительным оценкам, ВПТС должна размещаться в зоне между несущими и воздушными винтами, причем уровень шума у нее должен быть ниже, чем это определяется указанной обобщающей областью. Дело здесь в том, что все, определяющие эту область подъемные системы представляют собой лопаточные машины, то есть устройства механически отбрасывающие воздушную или газовую струю. Вихревые системы, как следует из самого названия, приводят в движение окружающую среду газодинамическим способом, то есть у них отсутствует так называемый «шум вытеснения», возникающий при быстром прохождении твердого тела через газ. Точно так же, у них отсутствует колебательное движение каких-либо плоскостей, создающих неприятное «бубнение» при циклическом управлении вертолетными лопастями. Вследствие этого вихревые подъемно-тяговые устройства могут быть отнесены к малошумным авиационным устройствам, что тем более справедливо, если они будут работать с совершенно бесшумным (гипермаховик) или малошумным (парогазовая турбина) источником энергии.
(2.5.14.)
Подведем итоги. При замене несущей системы вертолета вихревыми ковровыми устройствами, устраняются:
* тяжелонагруженнвй центробежными, динамическими и вибрационными силами несущий винт и его трехшарнирная втулка со сложной системой управления;
* главный редуктор, передающий большой крутящий момент;
* хвостовой винт вместе с хвостовой балкой;
* лишний вес фюзeляжа, воспринимающего нагрузки от крутящего момента главного редуктора и указанных агрегатов.
* специфические шумы работы лопастей и турбокомпрессорной силовой установки.
Поскрольку у вихревых систем прoпульсивный (тяговый) режим работы может быть легко и естественно обеспечен путем поворота их в вертикальную плоскость, по предварительным оценкам, тяговая и экономическая эффективность вихревого коврового устройства существенно превосходит основные показатели традиционного несущего винта. Расчеты показывают, что при замене несущего винта вихревой подъемно-тяговой системой грузоподъемность вертикально взлетающего летательного аппарата («вихрелета») увеличивается примерно в два раза и потому его экономические характеристики превосходят те же показатели обычного коммерческого самолета.
2.5.2. «Классический» вихрелет
Предварительный анализ ВПТС позволяет в первом приближении представить облик вихрелета в его, так сказать, классическом виде, то есть, как летательный аппарат вертикального взлета альтернативный вертолету.
(2.5.15.)
В качестве основы для сравнительного анализа возьмем транспортный вертолет и заменим его несущий винт четным количеством - 8 шт. - вихревых подъемных устройств. Их внешний диаметр Dм выбирается из условия обеспечения указанного выше расчетного соотношения суммарной площади всех подъемных модулей к ометаемой площади исходного несущего винта при равных расчетных тягах. Для повышения безопасности при отказе одного двигателя используются четыре парогазотурбинных агрегата 1, 2, каждый из которых обслуживает по два вихревых модуля. Блок основных модулей 3 неподвижно закрепляется на центроплане 8 к двум балкам которого при необходимости могут быть пристыкованы дополнительные модули 7. Блок хвостовых модулей 4 выполнен поворотным 5 на 900 с целью использования их как тяговых в крейсерском полете.
Поскольку перевозимый груз на транспортном вертолете не превышает 20% его взлетного веса, дополнительные модули 7, повышая взлетную тяговооруженность на те же 20%, фактически увеличивают грузоподъемность вихрелета в два раза. Особо следует подчеркнуть, что его подъемное устройство, обладая максимальной скоростью отбрасывания воздуха, равной той же скорости, что и у исходного несущего винта 10, имеет вдвое меньший эффективный диаметр 11, обеспечивающий приемлемое висение.
При выполнении дальних транспортных работ, на лонжероны центроплана 8 могут быть установлены дополнительные крылья 9, которые при достижении определенной скорости полета создают полную подъемную силу. При этом модули основного блока 3 закрываются жалюзи 6, а модули хвостового блока 4 поворачиваются на 900 для создания пропульсивной тяги, то есть работают как обычные воздушные винты. Экономические показатели получившегося после такой модификации самолета вертикального взлета (СВВП) существенно лучше, чем у обычного транспортного самолета того же класса.
Таким образом, вихрелет представляет собой альтернативный вертолету летательный аппарат вертикального взлета и посадки, у которого механическая подъемно-тяговая система, состоящая из несущего винта, механической системы управления, механического привода и хвостового винта, заменена исключающей все указанные элементы газодинамической вихревой подъемной-тяговой системой (ВПТС).
Устранение указанных элементов, а также снижение веса конструкции фюзеляжа вследствие отсутствия действия на нее крутящего момента от несущего винта, позволяет даже без установки дополнительных подъемных модулей почти в два раза повысить весовую отдачу вихрелета и сделать скорость его полета соизмеримой со скоростью дозвукового транспортного самолета. Это позволяет превысить технико-экономические показатели последнего, а применение экологически чистой силовой установки (парогазовой турбины) и заложенная в вихрелет возможность изменения его конфигурации «по требованию», обеспечивают дальнейшее существенное улучшение его технико-экономических показателей при сохранении способности к вертикальному взлету.
Модули 3 вихревой подъемно-тяговой системы унифицированы и могут быть применены для ЛА ВВП различного типа, назначения и взлетного веса. В частности, они используются в разработанных НТЦ «Взлет» и рассматриваемых ниже:
· малогабаритной, мобильной, дистанционно пилотируемой системе «Бумеранг»;
· суперлегком самолете квазивертикального взлета «Сафари»;
· индивидуальных летательных аппаратах - автолете и бизнес-самолете;
· коммерческих (транспортных) самолетах ВВП различных весовых категорий;
· аэрокосмическом модуле, стартующем с вертикальным взлетом по-самолетному, то есть при горизонтальном положении фюзеляжа.
2.5.3. Транспортный самолет вертикального взлета и посадки (СВВП)
Система «ковровой» тяги в виде блока вихревых модулей позволяет применить ее для модификации коммерческих самолетов с обычным взлетом в транспортный СВВП.
Одним из основных параметров любого самолета, определяющим или, по крайней мере, влияющим на все остальные, является его тяговооруженность, которая определяется как отношение тяги его силовой установки к полетному весу m = P/G.
Для дозвукового полета, на который рассчитано подавляющее большинство коммерческих самолетов требуется тяговооруженность порядка m = 0,3, Она же соответствует предельному уровню комфорта для пассажиров при взлете с разбегом и приемлемпа с точки зрения экономики. Поэтому, если необходимо обеспечить вертикальный взлет коммерческого самолета, недостающую до единицы часть тяговооруженности необходимо добрать на дополнительной силовой установке. Однако суммарный вес этого устройств, совместно с топливом, потребным для вертикального взлета и посадки, отнимается от коммерческой нагрузки, что ухудшает экономические показатели коммерческого самолета. К тому же до сих пор неясно, какая система тяги оптимальна для вертикального взлета. Недаром, как это видно из приведенного выше (см. раздел 2.2). «солнца», из более чем сотни вариантов этих устройств не было выбрано ни одного, отвечающего требованиям экономики и эксплуатации коммерческого самолета.
Таким образом, поскольку для пассажирских самолетов, летающих на большинстве трасс (до 2000 км) нецелесообразно переходить к сверхзвуковому полету, то есть увеличивать до единицы их тяговооруженность, коммерческие СВВП казалось бы всегда будут иметь худшие экономические показатели, чем самолеты с обычным взлетом. Впрочем, некоторые факторы, связанные с вертикальным взлетом: уменьшение аэронавигационного запаса топлива, снижение времени маневрирования при заходе на посадку, увеличение ресурса посадочных устройств, снижение аэродромной составляющей в общем балансе расходов и прочее, могут почти приблизить экономические показатели транспортных СВВП с известными подъемными устройствами к существующим самолетам. В то же время возрастающие объемы воздушных перевозок, наряду с требованием повышения безопасности, неизбежно потребуют в ближайшем будущем внедрения в массовую эксплуатацию коммерческих СВВП.
(2.5.16.)
Особенности ковровых вихревых систем - малый диаметр и небольшая строительная высота, модульность конструкции и малый вес, позволяют модифицировать обычный самолет в СВВП при небольшой доработке его конструкции, хотя реально, конечно же, лучше сразу проектировать коммерческий СВВП. При этом вихревые подъемные модули 1 размещаются под полом пассажирской кабины на площади 2, а воздух поступает к ним через боковые воздухозаборники 3. Отбрасываемые струи истекают через регулируемые жалюзи 4. В качестве дополнительной силовой установки рассматривались гипермаховик 5 и парогазовые турбины в блоке с вихревыми подъемными устройствами 1. Такая модификация особенно эффективна для суперширокофюзеляжных самолетов, что одновременно решает проблему свободного перемещения пассажиров в полете и размещение их багажа.
Кроме того, дальнейшая модификация полученного коммерческого СВВП должна касаться не только его его внешнего вида или внутреннего объема, но и органов горизонтального управления и - при возможности - подзарядки от Солнца, в виду наличия на борту силового гипермаховика. Последнее позволяет перейти также к системе «внутренней стабилизации» относительно гироскопической плоcкости силового гироскопа. При этом уже не требуется хвостовой стабилизатор и элероны, а фюзеляж, с целью уменьшения сопротивления трения, может быть выполнен более коротким и широким, принимая форму летающего крыла, стабилизированного двумя килями. Примерный вид такого транспортного СВВП в плане показан на рисунке пунктиром. Он соответствует тенденциям в перспективном самолетостроении ближайшего будущего.
«Планы европейских и американских самолетостроителей создать сверхкрупный пассажирский лайнер получили поддержку от авиационной промышленности. Глава Международной ассоциации воздушного транспорта Пьер Жанно, выступая на промышленном семинаре, а Сингапуре, сказал, что супер-аэробусы не только нужны, но и эекономически выгодны. По его словам, крупные города мира не в состоянии и дальше расширять свои аэропорты или строить новые взлетные полосы (подчеркнуто мной, - И.К.). Поэтому уменьшая количество полетов при наличии более вместимых самолетов, таких как европейский аэробус А3ХХ (А-380, - И.К.) и аналогичный самолет корпорации Боинг, - это лучшая альтернатива.2.27
(2.5.17.)
«По прогнозам консорциума Airbus Industrie, в ближайшие 20 лет в мире потребуется 15,4 тыс. новых самолетов. ... Была проанализирована ежегодная динамика развития авиапарка 228 крупнейших мировых пассажирских авиакомпаний и 49 дочерних фирм, а также 187 грузовых перевозчиков. ... Из пассажирских самолетов самый большой спрос прогнозируется на узкофюзеляжные с числом мест более 100 - потребуется 7,5 тыс. таких машин. ... Ожидается спрос на широкофюзеляжные лайнеры с числом мест до 400 - 5,1 тыс. самолетов. ... Наконец, предвидится рост парка самолетов, вмещающих более 500 пассажиров: к 2019 году число таких лайнеров, достигнет 1235. ... Без сомнения, именно этот пункт прогноза больше всего греет душу руководства европейского авиаконсорциума. Ведь Airbus Industrie сделал ставку на продвижение двухпалубного A3XX вместимостью 500-600 человек. Компания уже собирает на него заказы. Первый полет намечается в 2004 году. ... Так или иначе, но в целом прогноз весьма благоприятен для мировых лидеров гражданского самолетостроения - Airbus Industrie и Boeing. ... Доля России, всегда гордившейся своим самолетостроением, на этом фоне выглядит ничтожно малой. Пока поставки авиапрома исчисляются поштучно. В лучшем случае, как говорят специалисты, счет может пойти на десятки машин. ...
Тем не менее у России есть некоторые шансы застолбить свое место - пусть невысокое - на мировом рынке. Причем связаны они с грузовой авиацией. По данным Airbus Industrie, в ближайшее двадцатилетие потребуется 3092 грузовых самолета. Грузоперевозки растут, к тому же 1153 самолета подлежат списанию из-за выработки ресурса и ужесточения международных норм по экологии. Для удовлетворения спроса 2389 машин (ах, какая смешная немецкая точность! - И.К.) будут переоборудованы из пассажирских самолетов. Это стандартная практика западных авиакомпаний - требования к грузовым самолетам ниже, чем к пассажирским, поэтому лайнеры доживают свой век в виде грузовиков. ... Однако переоборудованные самолеты ... не годятся для крупных нестандартных грузов. Даже грузовой вариант A3XX, способный поднимать 150 тонн, остается двухпалубным самолетом - ракету, как в Ан-124 «Руслан» в него не положишь. Только в СССР проектировались самолеты для перевозки большого количества танков (знаю, сам в этой программе участвовал, да кончилось тем, что в Сибири теперь гниют поля возвращенных из Европы бронированных мастодонтов, которых Россия не в состоянии даже разобрать на металлолом. А Ан-124 очередные «серьезные люди» пытаются приспособить для не менее идиотской программы «Воздушный старт», - И.К.). Тот же «Руслан», к примеру, имеет уникальный титановый пол - западным компаниям такое и не снилось (наверно потому, что все свои проекты они делают с открытыми глазами и если что им и снится - вроде этого самого пола, - то только в страшном сне, - И.К.). Поэтому Россия ... имеет некоторые шансы на продвижение грузовых самолетов Ил-96Т, Ан-124, Ан-70 и модифицированного Ил-76. ... ».2.28 Заочное соревнование уже идет полным ходом.
(2.5.18.)
«Недалеко от Киева успешно завершился испытательный полет крупнейшего в мире самолета АН-225, получившего название «Мрия». ... АН-225 может перевозить до 250 тонн грузов и способен развивать скорость в 850 км/час. ... АН-225 был создан в 1988 году и предназначался для доставки на космодром орбитального космического корабля «Буран» (продолжая и дальше разговор на «мове», надо сказать: «Брехня!» - самолет в комплексе с вертолетом «Ми-10», тоже самым большим в мире, создавался для мобильной переброски межконтинентальных ракет в непредсазуемое место старта, - И.К.) ... ».2.32
«Airbus уже приступил к созданию суперсамолета А-380 стоимостью $250 млн., который будет способен перевозить 555 пассажиров со скоростью 850 км/ч. Европейцы обещают выпустить в первый полет А-380 уже в 2004 году. «Потребность в таком среднемагистральном самолете, который бы вышел на авиалинии между странами СНГ и внутри России, высока. Однако он должен также завоевать западноевропейский и восточный авиарынки», заявили ... в ОКБ «Ильюшина».2.33
Беда только в том, что европейские аэробусы - это надежная программа, рассчитанная на десятки лет, а «Мечта»... пока так и остается мечтой. Ее недавний полет - это «реализация 6-месячной программы модернизации самолета стоимостью в $20 млн. ... По оценке генерального конструктора бюро «Прогресс» Федора Муравченко, если бы Украина имела не один, а три Ан-225 (подчеркнуто мной, - И.К.), она завладела бы всем рынком крупногабаритных воздушных перевозок, ... (который) ... ежегодно увеличивается на 7-13%».2.32 В общем, «з’iв» бы, если б были зубы.
Но это локальная, чисто украинская проблема, отрыжка советского наследия пятнадцатилетней давности, а более точно - прошлого века. Беда же XXI-го столетия, по крайней мере, его начала, в том, что сверхтяжелые авиалайнеры потребуют еще большего увеличения взлетно-посадочных скоростей, которые даже у современных аэробусов зачастую превышают крейсерские скорости истребителей времен Второй мировой войны. Повышение нагрузки на шасси в еще большей степени усугубляет эту проблему. Поэтому переход к вертикальному взлету таких супер-лайнеров в ближайшем будущем неизбежен. Категоричность этого очевидного вывода только усиливается, когда читаешь уже в обычной прессе до чего дело дошло. Жаль только, что статьи, которые я привожу ниже в сокращении, не читают те, как сказано в одной из них, «кто так или иначе вовлечен в деятельность воздушного транспорта». Гражданская авиация мира и Америки, в частности, - в «предынфарктном» состоянии. И лучше, чем здесь, об этом не скажешь...
(2.5.19.)
Чтобы обеспечить абсолютную безопасность, «нужно создать абсолютно надежный самолет, посадить в него идеально и безошибочно работающий экипаж, задействовать столь же идеально и безошибочно работающие наземные службы, а также научиться безупречно точно прогнозировать погодные условия. Увы, видимо, такой день наступит не скоро. ...
Семьдесят лет назад авиабаза первой в мире системы регулярных воздушных перевозок - службы авиапочты США - располагалась в Мейвуде, штат Иллинойс. 31 из 40 первых летчиков этой службы погибли в катастрофах. Средняя продолжительность работы каждого составили... три года. ... Теперь все изменилось, продолжительность жизни пилота гражданской авиации в среднем равна продолжительности жизни в его стране. ... Если в 60-е годы на миллион полетов приходилось около 10 катастроф, то теперь этот показатель снизился в 6 раз и равен 1,5. ...
Доклад, подготовленный по заказу «Боинга», ... обобщил мировой опыт авиакатастроф и авиапроисшествий с коммерческими реактивными самолетами за 1959 - 1995 годы. ... Последнее десятилетие на миллион полетов самолетов в Океании, например, не произошло вообще ни одной катастрофы (уже произошла, - И.К.); в США, Канаде и Японии приходилось 0,5 катастрофы; в Европе - 1,1; на Ближнем Востоке - 1,2; в Азиатско-Тихоокеанском регионе - 2,9; в Латинской Америке - 4,5; в Китае - 5,1; а в Африке - 12. В СНГ ... на миллион вылетов пришлось 3,9 катастрофы.
Весьма интересными оказались данные о том, что 9 из 10 трагедий происходят в радиусе менее 30 километров аэродромов. ... 5,1% авиапроисшествий произошли при рулении самолета, высадке или посадке пассажиров; 13% - на взлете; 13,4 - при наборе высоты; 12,6 - на снижении и начальном этапе захода на посадку; 19% - на конечном этапе захода на посадку; 31,1 - при посадке. И лишь 5,7 - в крейсерском полете.
Проблемой стало и то, что наземные структуры и аэродромы не успевают за развитием авиации и ростом числа авиаперевозок. ... Число пассажиров постоянно растет, но строить так часто новые аэропорты невозможно. ... По прогнозам крупнейшего европейского производителя гражданских самолетов концерна «Эрбас индастри», в ближайшие 20 лет объем воздушных перевозок вырастет в три раза. Американская компания «Макдонелл-Дуглас» считает, что к 2015 году только авиакомпании США ... будут перевозить почти 1,2 миллиарда пассажиров в год - вдвое больше, чем теперь. ...
Стремление людей больше летать принесет с собой и «снежный ком» проблем, который будет расти пропорционально объему перевозок. ... О том, каких это потребует усилий, говорит лишь один пример: в 1936 году в Федеральном регистре авиационных правил США насчитывалось 2411 страниц, а в 1975 году - более 60 тысяч. Сколько же новых правил и требований придется составить в будущем, и кто это будет зубрить?».2.29 Летчики в таких случаях говорят: «Каждая строчка НПП - «Наставления по производству полетов» написана кровью». И это просто факт, без всякого преувеличения.
(2.5.20.)
Таких прогнозов - в мою бытность в Аэрофлоте (70-е годы ХХ-го века) - через наш перспективный отдел в год проходило с десяток. Мы и сами творили их, в том числе совершенно секретный внутриминистерский отчет по уровню отечественной гражданской авиации. Он так и назывался: «Уровень». На дворе гремели фанфары в продолжение сталинского «летать выше всех, дальше всех, быстрее всех», в ясное небо взлетали «лучшие в мире советские самолеты», а нам в сумеречных кабинетах было позволено резвиться от души: «хуже в 2 раза, в 3, в 5, вообще не имеет аналогов в советской авиационной технике»... Отсюда и теперешнее «поштучное» производство Авиапрома на фоне десятков тысяч западных классных машин. Уж если что и прогнозировать, то рост населения Земли, а уж оно-то, дай ему волю, загрузит транспорт на полную катушку. Ну, и еще, реальный уровень транспортного обслуживания.
«К 2050 году численность землян составит 9 млрд человек, причем население Европы будет сокращаться, а Азии и Африки - расти. Такой прогноз делает американское Бюро информации о населении. В настоящее время в Европе проживает 728 млн человек, но через 50 лет число жителей Старого Света сократится до 658 млн. Демографы объясняют это высокой стоимостью жизни в Западной Европе и развалом СССР. Люди не очень уверены в будущем», - отмечает один из авторов исследования. ... В то же время число жителей Индии к 2050 году может составить 1,6 млрд человек, африканцев - 1,8 млрд, несмотря на высокий процент ВИЧ-инфицированных на Черном континенте».2.30
Ну, в общем, нас много будет... Так мы и этот прогноз в курилке обсуждали. «Каким будет белый человек через сто лет? - Армянское радио отвечает: узкоглазым, смуглым и курчавоволосым». В те годы этот анекдот воспринимался просто как смешной анекдот, а вот поди ж ты - прогноз вполне соответствует более позднему - научному. Но что произойдет с американской гражданской авиацией всего через 40 лет - этого даже мы - записные прогнозёры - представить не могли.
«Насколько плохо обслуживает клиентов «Юнайтед Эйрлайнз» в последнее время? Денверская газета «Вестворд» провела среди своих читателей опрос-конкурс под названием: «Что «Юнайтед» сделала с моим летним отпуском»? Победителем должен был стать наиболее пострадавший, но определить такового было непросто. Судите сами: одному путешественнику потребовалось 13 часов и 6 посадок в различных аэропортах, чтобы добраться в Денвер из Сан-Диего. ... «Я не отправила бы и дохлую собаку на самолете «Юнайтед», - говорит Пэгги Андерсон, фармаколог из Сан-Диего. Багаж Пегги компания тоже потеряла, и это неудивительно: ее рейс отменялся четыре раза! ... (Разумеется, здесь выигрышно было бы заметить, что если такой же Пэгги сто лет назад взбрело бы в голову отправить дохлую собаку по воздуху, прямая дорогая ей была бы в «желтый» дом. А мы сейчас эту галиматью с сочувствием читаем, хотя от этого никому не легче. При всем воображении, представить трудно, что наговорит неумирающая милашка Пэгги в 2100-ом. Проблемы ведь почище наших будут. «Пятнадцать минут, как последняя собака, жду в своем Сан-Диего этот чертов «Спейс-Юнайтед», а мне через час нужно быть у фрэнда на Галапагосских островах!». И ей тоже будут сочувственно кивать, - И.К.).
Согласно данным Федерального управления авиации, нынешнее лето (2000, - И.К.) еще не кончилось, а его уже можно назвать худшим сезоном в истории американских авиалиний (послушали бы вы, что наговорили в газетах осенью-2001-го после 11-го сентября! Авиакомпании тогда, в том числе и злополучная «Юнайтед», лопались почище тех «Боингов», что врезались в «Близнецов». Национальной трагедией Америки стало не обрушение двух символических небоскребов, а обрушение именно авиакомпаний, а за ними и национальной экономики, - И.К.). ...
По данным Международной ассоциации работников авиатранспорта, за последние 5 лет на 400% возросло количество инцидентов, в ходе которых разгневанные пассажиры оскорбляли сотрудников авиалиний, угрожали им расправой и даже пускали в ход кулаки. Появился даже специальный термин - «авиагнев». ... «Не приходится удивляться, - говорит Вильям Леман, вице-президент Ассоциации стюардов, - что когда в жаркую погоду вы запираете человека в свмолете, а затем объявляете о задержке рейса, он срывает злость на том, кто оказался под рукой». ...
(2.5.21.)
Как могло случиться, что национальный сервис достиг критической точки? Как ни странно - это побочный продукт экономического процветания: 670 миллионов пассажиров (подчеркнуто мной, - И.К.), как ожидается, воспользуются услугами американских авиалиний, что в два раза больше чем двадцать лет назад. ... (Ужас! - 670 миллионов летающих на 250 миллионов проживающих. В последние советские годы, помнится, было что-то около 100 к 150-ти. А все потому, что потребности давно обогнали возможности, - И.К.).
Большинству американцев авиаперелеты не просто по карману - для многих они стали частью образа жизни. Например, Джефри Шеллан, работает у себя дома, в пригороде Денвера, но его компания расположена в Анахайме (Калифорния), и ему приходится регулярно летать туда. При этом его родители живут в Сиэтле, и он навещает их довольно часто... Люди летят на свадьбы, дни рождения, просто на уикэнд (вот оно - будущее в настоящем, - И.К.).
Как следствие - нагрузки на авиалинии резко возросли. Сегодня распродается около 80% билетов, тогда как раньше - 50-60%. ... Недавно в преддверии праздника компания «Дельта» продала 408.000 из 416.000 билетов. 30 июня (2000, - И.К.) достигла рекорда и «Юнайтед», распродав 89,5% билетов. Такого не было в течение 35 лет. (Даже в Союзе официальный средний коэффициент загрузки был 0,5, причем половина «загружаемых» была «командировочными». Не тыкайте в меня пальцами, что наши самолеты летали «под завязку». DC-10, один из первых аэробусов, которым мы летели в тот же Сан-Луис, был необъятен, как областной кинотеатр. «Когда же они успеют загрузить этот сарай, - изумился я, впервые вступив в нутро американского «чартера». Через семь минут кресел не было видно, - торчали одни жующие головы, а моторы за окном уже урчали перед взлетом. Это было в 95-ом, когда сервис еще был на высоте, а аэробусы эксплуатировались, как было задумано, - на коротких и средних авиалиниях, - И.К.).
Пока в авиасервисе доминируют аэропорты-гиганты (60 самых больших аэропортов контролирует до 90% всех авиаперевозок), попавшим в «воздушную яму» пассажирам вряд ли удастся из нее выбраться. Инфраструктура явно не поспевает за меняющейся ситуацией. ... Но даже если бы федеральным властям удалось улучшить систему контроля, а самим авиалиниям - усовершенствовать свою работу, это не решило бы главную проблему: нет волшебной палочки, с помощью которой чрезмерное количество людей, сидящих в чрезмерном количестве самолетов, одновременно может протиснуться через один аэропорт. А число пассажиров и в дальнейшем будет возрастать: от 670 миллионов в этом году до миллиарда (! - И.К.) в 2010-м. «Мы смотрим в будущее и не видим там никакого просвета», - сказал Дэвид Фаскус на заседании Ассоциации воздушного транспорта в Вашингтоне. ... (Единственное, о чем я прошу «федеральные власти» и в США, и в России: прочитайте еще раз эту главу и поищите «просвета» и «волшебную палочку» в вертикальном взлете всех коммерческих самолетов, - И.К.).
Пожалуй самым лучшим для достижения существенного прогресса для всех, кто так или иначе вовлечен в деятельность воздушного транспорта, было бы отказаться от кастового мышления, понять, что все мы - часть единой системы. Чем обвинять друг друга, лучше бы вместе работать над тем, чтобы эту систему улучшить. Или, перефразируя Бенджамина Франклина: мы должны летать все вместе или, разделенные, мы несомненно останемся сидеть на взлетной полосе».2.31
Последнее настолько верно, что считайте, это написал я сам...
Выше я уже намекнул, что тему эту можно развить пострашнее, если описать, что с стало с гражданской авиацией Америки через год - после 11 сентября 2001 года. Но не стану я здесь нагнетать уже и без того раздутые страсти о том, как тяжелые Боинги врезаются в красавцы-небоскребы, как такой же тяжелый аэробус А-300 плашмя падает на одноэтажную Америку, как авиакомпании и - в первую очередь - та же «Юнайтед Эйрлайнз», десятками и сотнями тысяч увольняют своих служащих из-за падения спроса на авиаперевозки... Все это, если и не забудется, то пройдет. От авиации человечеству никуда не деться - летали и будем летать. Вопрос лишь в том, чтобы наиболее безопасно. Даже если нет «абсолютно надежного самолета, ... безошибочно работающего экипажа и ... наземных служб, ... безупречно точного прогноза погоды»... Даже если оторвался двигатель, как у аэробуса над Квинсом...
Но подобно человеку с его «второй сигнальной системой», не только вызволяющей из критических ситуаций, но и обеспечивающей нам такую прекрасную жизнь, тяжелые СВВП, - нет! - все пассажирские (коммерческие) самолеты должны иметь вторую систему создания вертикальной силы, даже более мощную, чем крыло, которая позволяла бы им останавливаться в воздухе, совершать немыслимые сейчас маневры перед нежданным препятствием, плавно опускаться на любое ровное место..
(2.5.22.)
И наконец: если на борту СВВП силовой «гипермах», энергия которого используется для взлета и посадки, логично снабдить его еще и системами приема солнечной энергии для подзарядки маховика, как это видно на рисунке преобразования СОВП в СВВП. Конечно, не всем самолетам такое «украшение» «к лицу», но сколько их днями «жарится» на жарком солнце. Денек постоял - один раз «за так» взлетел. Никто не мешает подзаряжаться в полете; дальний рейс - 10-12 часов - еще один световой день - обеспечена посадка. На первый взгляд - курьез, да только совсем недавно - не прошло и ста лет, - курьезом было само летание. И дальше мы увидим, что этот «бред» - большая реальность, чем можно было бы подумать разглядывая разморенных львов под крылом рейсового самолета. Во всяком случае опыты - на уровне первых полетов братьев Райт - уже делаются. Но век-то еще только начинается:
«НАСА осуществило … запуск … экспериментального беспилотного самолета «Гелиос», работающего на солнечной энергии. Самолет был поднят на высоту почти 23 тыс. метров. Сконструированный в виде огромного «летающего крыла» длиной в 74 м с фюзеляжем в 2,5 м «Гелиос» оснащен 14-ю пропеллерами (и тут используется концепция «распределенного» винта! - И.К.), которые приводит в движение электромотор, получающий питание от солнечных батарей. … НАСА считают, что поставленный рекорд - не предел, и надеются, что их «летающее крыло», стоимостью в $15 млн., в следующий свой запуск поднимется на высоту до 30 тыс. м ».2.98
2.5.4. Квазивертикальный взлет
Везде по привычке я говорю о вертикальном взлете, а нужен ли он коммерческому летательному аппарату? Все, что делается в природе, делается целесообразно, то есть экономно. Посмотрите как взлетает или садится голубь. Сверхкороткий разбег (две длины тела) - и ввысь. Посадка еще эффектней: крутой, почти отвесный спуск, короткая задержка в воздухе, чтоб погасить скорость, - плюх! - и он уже, воркуя, расхаживает возле голубицы... Примерно так же взлетает современный истребитель: большая тяга, короткий разбег, нос резко задирается вверх, миг - и он уже растворился в сияющей голубизне. Прошли времена, когда самолет долго бежал, задыхаясь от собственной немощи, затем столь же долго «тянул» высоту, чуть не задевая колесами верхушки деревьев... В 70-е годы я скрупулезно исследовал короткий взлет самолета,2.90 по долгу служьы пытаясь понять, к чему это Аэрофлоту вертикальный взлет.
С учетом опыта подобных работ в ЦАГИ, был проведен сравнительный анализ транспортных возможностей самолетов обычного, вертикального и короткого взлета с различными силовыми установками (в скобках указана суммарная взлетная тяговооруженность):2.90,60
СОВП с силовой установкой (ТРДД), оптимальной для крейсерского полета (0,3).
СКВП-ОБ с тем же крейсерским ТРДД и обдуваемыми закрылками (0,5).
СКВП-ПД и СВВП-ПД с дополнительными подъемными двигателями (0.8 и 1,2).
СВВП-НВ с убирающимся (складываемым) несущим винтом (1.0).
Для сопоставимости результатов все перечисленные летательные аппараты были приведены к одному взлетному весу G0 = 23,5 тс и дальности полета L = 800 км. Сравнение производилось по относительной производительности `П в сравнении с той же характеристикой СОВП.
(2.5.23.)
На обобщенном графике видно, что по выбранному критерию оценки СКВП на расчетной дальности уступает СОВП в среднем на 9-12%, а относительные производительности СВВП-ПД и СВВП-НВ соответственно хуже на 24-28% и 48-52%. Последнее показывает, что несущий винт проигрывает даже подъемным двигателям, которые тоже имеют непростую конструкцию. Ожидается, что вихревые системы должны обеспечить лучшие результаты даже по сравнению с традиционным СКВП-ПД. При этом СКВП имеет в полтора раза меньшую тяговооруженость по сравнению с СВВП, что, естевтвенно, впрямую отражаентся на экономических характеристиках.
Что касается оптимальной взлетной дистанции, то решается этот вопрос просто: есть «Нормы летной годности»2.91 и нужно только понять, что они от нас - авиационных конструкторов, хотят. Хотят же они только одного - безопасности, ибо это как раз и есть тот самый документ, «каждая строка» в котором «написана кровью».
Дальше анализ ВПД по НЛГ
(2.5.24.), (2.5.25.), (2.5.26.)
Вихревые струи, истекающие практически из-под всей нижней плоскости фюзеляжа, как видно на рисунке, отражаются от опорной поверхности и создают поперечную циркуляцию воздушных потоков. По существу здесь формируются новые поперечные вихри, выполняющие функцию воздушной подушки. Тяга, создаваемая дополнительными подъемными устройствами, существенно уменьшает потребную длину разбега и позволяет осуществлять взлет с крутым набором высоты. Аналогично посадка осуществляется по крутой глиссаде с исключительно мягким приземлением на воздушные струи под фюзеляжем. Такую технологию взлета и посадки обозначим как «квазивертикальный взлет». Он представляет собой нечто среднее между коротким и «чистым» вертикальным взлетом, а потому требует существенно меньшей тяговооруженности (m » 0,7ё0,8), соответствующей параметрам короткого взлета. Совместно с указанными выше факторами, такая технология взлета может полностью нейтрализовать неблагоприятное влияние вертикального взлета на экономику перевозок и сделать экономически выгодным, не говоря уже о других достоинствах, именно такой вертикальный взлет для всех пассажирских самолетов. Самолетное шасси, обычно рассчитываемое на высокие посадочные нагрузки, в этом случае обращается в легкие выдвижные колеса, необходимые для стоянки и руления по взлетной площадке.
(2.5.27.)
Указанные особенности обеспечивают квазивертикальный взлет и посадку (КвВВП) данного самолета, который также может быть отнесен к классу вихрелетов. Под термином КвВВП, как и в случае, рассмотренном выше, понимается вертикальный взлет на высоту создаваемой подъемным устройством вихревой воздушной подушки (1) с последующим движением над опорной поверхностью на этой высоте (2) или дальнейшего набора высоты с разгоном по горизонтали (3). Аналогично осуществляются крутое снижение (5) и бесконтактная посадка (6), подобно тому, как это делают птицы.
Такой метод применялся ранее на автожирах с использованием инерции ротора. Однако последний не обладал запасом энергии, достаточным для длительного висения, а тем более перемещения в горизонтальной плоскости для подбора посадочной площадки с воздуха. Эти недостатки отсутствуют у рассматриваемого сверхлегкого вихрелета КвВВП.
2.5.5. Сверхлегкий самолет квазивертикального взлета «Сафари»
(2.5.28.)
Этот всепогодный легкий самолет вертикального взлета обладает наименьшими массогабаритными показателями среди одно- и двухместных самолетов, может совершать посадку практически на любую неподготовленную площадку, летать в любых погодных условиях, кроме объективно непреодолимых (ураган, тропический ливень, град)...
Такие качества, необычные для легкого самолета, «Сафари» придают силовой гипермаховик, который, являясь источником энергии, одновременно обеспечивает его гиперстабилизацию на земле и в полете. Подъемно-тяговое устройство - система «винт-крыло» - это адаптивное крыло, совмещенное с вихревой системой тяги.
Согласно,2.5.Энц адаптивным крылом называется такое крыло, профиль которого принимает форму, близкую к оптимальной на каждом заданном режиме полета. Элементы адаптивного крыла автоматически отклоняются в зависимости от скорости и угла атаки, сохраняя плавность обводов внешней, а иногда и внутренней поверхностей. Управление элементами адаптивного крыла осуществляется встроенной автоматизированной системой по некоторому закону, подобранному на основании расчета и экспериментальных исследований. При этом появляется возможность минимизировать индуктивное сопротивление в крейсерском полете и снизить до минимума пики разрежения на передней кромке крыла, что предотвращает отрыв потока и потерю подсасывающей силы на больших углах атаки.
(2.5.29.)
По аэродинамической компоновке рассматриваемый минисамолет представляет собой высокоплан с крылом 3 малого удлинения и коротким фюзеляжем 1, с килевыми пластинами 9, установленными непосредственно на крыле. Размещенная на нем же по всему размаху и хорде энергетическая механизация отклоняет вниз струи воздуха от вихревых подъемно-тяговых устройств 4 при взлете и посадке. Она не закрывается полностью и в крейсерском полете, формируя плоскую вихревую пелену за крылом, что увеличивает его общую площадь. Это позволяет лететь на минимальном угле атаки, что в свою очередь обеспечивает минимизацию крейсерской скорости.
Устойчивость самолета при движении и стоянке на имеющемся у него одном колесе 5, также как и его сверхустойчивость в полете обеспечивается размещенным за пассажирской кабиной 6 гипермаховиком 7, создающим гироскопический момент для стабилизации самолета при порывах ветра. Данное решение - вариант рассмотренной выше «внутренней стабилизации» СВВП. Поскольку маховик установлен с возможностью ограниченного качания относительно поперечной оси 8, такое решение позволяет изменять угол атаки самолета относительно плоскости вращения гипермаховика.
Указанные особенности обеспечивают квазивертикальный взлет и посадку (КвВВП) самолета, который также может быть отнесен к классу вихрелетов.
2.5.6. Мобильная авиационная система «Бумеранг»
(2.5.30.)
Система представляет собой комплекс дистанционно пилотируемых, вертикально взлетающих устройств типа «летающая платформа», размещенных на автомобильном шасси, снабженном системами управления и обслуживания указанных платформ.
Такое конструктивное выполнение обеспечивает мобильность и эффективность применения данной малогабаритной системы на больших площадях вблизи земли, в том числе, внутри города и на пересеченной местности.
В качестве силовой установки летающих платформ применен гипермаховик с обращенным компрессором центробежного типа. Вертикальная тяга обеспечивается четырьмя вихревыми подъемно-тяговыми системами, а горизонтальная - путем механического отклонения вектора тяги этих систем. При этом гипермаховик с вертикальной осью вращения, жестко закрепленный в корпусе платформы, позволяет ей двигаться относительно всех трех главных осей, а также поворачиваться относительно вертикальной оси. В то же время гироскопический момент маховика, исключая возможность наклона аппарата относительно продольной и поперечной осей, обеспечивает ему уникальное свойство, названное гиперустойчивостью.
Положение корпуса платформы в пространстве в этом случае строго соответствует ориентации гипермаховика при взлете. Иными словами, «внутренняя стабилизация» в данном, частном случае, позволяет платформе летать только в строго фиксированном, горизонтальном положении или, как говорят пилоты, «блинчиком». Ранее критически неустойчивая летающая платформа, теперь, подобно рассмотренным выше «Гирокару» и П.П.Шиловского, по существу превращается в «летающий гироскоп». Это накладывает определенные требования на пилотирование такого аппарата, одновременно придавая ему свойства, отсутствующие у традиционных самолетов и вертолетов, в обязательном порядке кренящихся на виражах. Варьируя вертикальную тягу, можно построить алгоритм управления полетным модулем так, что он за короткое время, почти мгновенно, будет переходить от висения к горизонтальному полету и обратно или менять направление своего движения; резко взмывать вверх или проваливаться; «размазываться» по невидимой плоскости; закрутиться относительно вертикальной оси волчком или притаиться практически в любой точке земли... Эти свойства особенно важны при использовании системы для разведки на поле боя или неуловимого высокоточного оружия. Дистанционное управление летающими платформами осуществляется при помощи специальной компьютерной системы, обеспечивающей для оператора полную имитацию полета в реальном масштабе времени.
(2.5.31.)
Кроме того. летающие платформы снабжены системами автоматического привода и посадки; спутниковой навигации и, при необходимости, автономной инерционной навигационной системой, разработанной еще в СССР для полета над Марсом; лазерной системой высокоточной посадки; блоками малогабаритных видеокамер, обеспечивающих круговой обзор в полете; съемными грузовыми контейнерами и специальным оборудованием по потребности (аэрофотоаппарат, фары, прожектор, выносной микрофон и громкоговоритель, минилебедка, легкое стрелковое вооружение, прочее). Отсутствие у полетного модуля системы «Бумеранг» внешних вращающихся элементов обеспечивает безопасность обслуживания системы.
(2.5.32.)
Система «Бумеранг» может выполнять следующие типовые операции:
n использоваться в качестве «летающего полицейского робота» для патрулирования городских улиц и закрытых дворов, задержания особо опасных преступников, в том числе, с применением автоматического оружия с воздуха, автономного и привязного патрулирования магистралей и дорог, принудительной остановки автомобилей - нарушителей дорожного движения;
n выполнять сельскохозяйственные работы с ультрамалообъемной обработкой растений на больших площадях и малой высоте полета;
n проводить автоматическую и визуальную аэрофотосъемку с малых высот;
n оценивать экологическое состояние атмосферы в городе, брать пробы грунта на зараженных участках местности;
n патрулировать линии электропередач, газо- и нефтепроводы, туристические и геологические маршруы;
n доставлять почту и мелкие грузы в труднодоступные районы;
n проводить противопожарную охрану лесов;
n наблюдать за миграцией диких животны и рыб, защищать от акул на побережье;
n выполнять всепогодную морскую разведку, спасательные операции на море, доставку легкого спасательного оборудования, продуктов питания и медикаментов, буксировать пострадавших к берегу или к кораблю;
n использоваться в антитеррористических операциях;
n осуществлять всепогодный пограничный дозор в труднодоступных местностях и на море.
На систему получен патент Российской Федерации № 5041536 от 6 апреля 1992.2.34
Уникальные особенности системы «Бумеранг» наглядно проявляются при сравнении ее с аналогичными системами, разработанными в разных странах мира.
(2.5.33.)
Известно несколько десятков небольших, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов, в основном, самолетного типа. Они применяются главным образом для выполнения оперативной разведки на поле боя, как это было во время «войны в заливе», где с большой эффективностью использовался управляемый с земли и запускаемый с рук микросамолет «Пойнтер». Практически аналогичен ему разведывательный самолет «Преер» («Хищник»), применявшийся американскими войсками в Афганистане и Ираке. К их недостаткам следует отнести высокие посадочные скорости, которые гасятся разрушаемой частью конструкции. В российской армии для этих целей используется микросамолеты «Шмель» и «Пчела», конструкции ОКБ им. А.С.Яковлева. Насколько они эффективны, судите сами. «В Нижнем Тагиле на выставке вооружений произошло ЧП с беспилотным самолетом-разведчиком «Пчела». Из-за правил безопасности сажать «Пчелу» рядом с трибунами запретили, и пришлось посадить самолет в 16 км от площадки. Приехавшие на место посадки техники самолета не обнаружили».2.35
Разведывательные вертикально взлетающие аппараты, как правило, используются в привязном варианте, поскольку имеют практически нулевую устойчивость. Из десятка разведчиков такого типа можно отметить летающую платформу «Сифер», конструкции фирмы Сикорский (США) и микровертолет соосной схемы фирмы «Бомбардье» (Канада).
(2.5.34.), (2.5.35.)
Мобильная авиационная система «Бумеранг» выгодно отличается от них минимальными размерами, компактной конструкцией, сверхвысокой устойчивостью, высокими летными, экономическими и экологическими показат0елями.
(2.5.36.)
Летно-технические характеристики полетного модуля системы, в первом приближении, были определены на основе методов, используемых при расчете вертолетов с последующей коррекцией полученных результатов для данного устройства. Были получены следующие результаты:
Потребная взлетная мощность (V = 0, Н = 0) P0 = 240,8 кВт;
Потребная минимальная мощность (Vmin = 118 км/ч) . . Pmin = 60,0 кВт;
Крейсерская мощность (Vкр = 160 км/ч) Pкр= 68,0 кВт
Расчетное полетное время tкр = 1 час
(2.5.37.)
Основные расчетные характеристики полетного модуля системы «Бумеранг»
Длина, м
2,3
Минимальная скорость, км/ч
118
Ширина, м
1,7
Крейсерская скоррость, км/ч
160
Высота, м
0,5
Максимальная скорость, км/ч
305
Диаметр подъемной системы, м
0,5
Дальность полета, км
180
Взлетный вес, кг
110
Рабочие высоты, м
0 - 3.000
Полезная нагрузка, кг
20
Предельная высота полета, м
10.000
Вес конструкции, кг
34
Дальность по земле, км
400
Вес гипермаховика, кг
56
Число модулей в системе
4
(5.2.38.)
Применение системы «Бумеранг» в сельском хозяйстве наиболее целесообразно при ультрамалообъемной обработке посевов с расходом химикатов порядка 0,5 - 1 л/га, что позволяет обработать за один вылет модуля до 10 -12 га сельхозугодий. При этом подвижный контейнер 2 устанавливается вблизи маркера 4, используемого затем в качестве контрольного при каждой последующей обработке поля 1. Пост дистанционного управления размещен либо на отдельном автомобиле, либо смонтирован в том же подвижном контейнере 2. Он снабжен компьютером 6, отображающим на дисплее рабочую «картинку» 7 обрабатываемой площади 1. Эта «картинка» создается в начале работы путем облета разведывательным модулем 8 границы 9 обрабатываемой площади 1. Видеокамера 8, размещенная на модуле, передаёт изображение в компьютер 6, где оно при помощи специальной программы «нарезается» на прогоны 10, соответствующие техническим характеристиками полетных модулей 3.
Обработка поля 1 может производиться одновременно всеми полетными модулями 3 вдоль виртуальных «прогонов» 10, или путем периодической смены модулей 3, когда у них кончаются запасы энергии или химикатов. Точки 11 начала работы следующего модуля также определяются при помощи управляющей компьютерной программы в соответствии с техническими возможностями полетных модулей 3.
(2.5.39.)
Контроль за полнотой обработки участка, да и сам процесс его разметки может быть значительно упрощен при использовании так называемых обратных эмульсий. При малообъемной обработке требуется равномерно распределить на каждый гектар 2-3, максимум 10 литров вещества, в то время как при обычных авиахимических работах на гектар выливается от 400 до 600 литров ядовитых веществ. Однако непосредственное супердисперсионное распыление жидкого препарата приводит либо к тому, что мгновенно высыхает, теряя свою активность, либо его сносит ветром в сторону. В моей практике исследований авиахимработ, известен случай дефолиации сорной растительности вблизи линии высоковольтной электропередачи, когда сильнодействующие химикаты были зафиксированы на расстоянии 15-20 км от места обработки.
Для исключения подобных последствий, дисперсионные аэрозоли смешивают с высоковязкими жидкостями, получая обратные эмульсии. По существу это гель, имеющий консистенцию крема или майонеза и состоящий примерно из 10% масла, в котором «спрессован» водный раствор химиката. Авиационные испытания показали, что примерно в течение часа после опрыскивания, на растениях остается белая, блестящая как сахарная, полоса эмульсии, что облегчает визуальный контроль за обработкой посевов. В этом случае компьютеру уже не нужно делить поле на равные прогоны, а сам оператор, сверяясь с телевизионной «картинкой» и изображением, передаваемым работающим модулем, укладывает полосу к полосе.
(2.5.40.)
Положительной особенностью обработки посевов с воздуха при помощи системы «Бумеранг» является интенсивная обработка всего растения, включая стебель и нижние стороны листьев, где обычно и прячутся насекомые. Самолет в этом отношении менее эффективен, поскольку накрывает шлейфом химикатов только верхние части растений.
Рисунок показывает, как осевые вихри 2, выходящие из вихревых подъемных устройств 1, при контакте с землей 3 трансформируются в поперечные (отраженные) вихри 4, которые и взаимодействуют с обрабатываемыми растениями 5. Растворенные в масле химикаты в мелкодисперсном состочнии подаются внутьь вихревых устройств 1, где смешиваются с воздухом и доставляются им к земле 3. В качестве рабочих используются передняя пара вихревых устройств с тем, чтобы исключить влияние на выходящие из них осевые вихри второй пары ВПТС. Как видно на приводимом рисунке, передние вихревые устройства установлены под небольшим углом к вертикальной оси модуля, что, при пренебрежимо малой потере тяги, обеспечивает существенно большую ширину захвата, чем при вертикальном размещении ВПТС.
(2.5.41.)
Умеренные скорости истечения воздушных струй обеспечивает «мягкое» взаимодействие с растениями, что не только исключает травмирование их воздушными потоками, но и позволяет применить «нехимическую» технологию борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Суть ее состоит в том, что обрабатываемое поле «накрывается» тончайшей липкой пленкой, создаваемой при мелкодисперсном распыле с воздуха специальных, абсолютно безвредных химикатов. Насекомые-вредители запутываются в этой пленке и погибают, а сама пленка уничтожается при первом же дожде. Данная технология отработана в России, однако отсутствие подходящего авиационного носителя, сдерживает ее промышленное использование.
(2.5.42.)
Особенно эффективна данная система для выполнения некоторых специфических, уникальных работ, например, выявление и уничтожение гнездовий саранчи, которая в последнее время, в связи с общим потеплением климата начала регулярные набеги на южные страны Обычно стаи этих зловредных насекомых зарождаются в пустынных, практически непроходимых и неконтролируемыхъ местностях на площади в сотни гектар, причем само гнездовье располагается на «пятачке» в 30-40 квадратных метров. Обнаружить, а тем более уничтожить такое гнездовье с воздуха обычными средствами невозможно. И вот что получается: «Многомиллионная армия красной саранчи вторглась на прошлой неделе в Южную Африку, оккупировав ряд приграничных районов. К воскресенью она уже оказалась на подступах к столице, где по ней был нанесен мощный удар химикатами с воздуха. Почти сутки самолеты опыляли несметную армаду, уничтожив большую часть прожорливых насекомых. Однако часть стаи, которая приземлилась в непосредственной близости от пригородных поселков, уцелела. ...Министерство сельского хозяйства предупредило, что невиданное за последние полвека нашествие может иметь самые негативные последствия для будущего урожая. Борьба с ней врукопашную не имеет никакого смысла. Со своей стороны, специалисты по борьбе с «красной угрозой» надеются, что удастся накрыть остатки стаи на очередном бивуаке. Но если ей все же удастся добраться до охваченной наводнениями прибрежной полосы Индийского океана с идеальными условиями для размножения насекомых, эта задача станет практически невыполнимой. И вот тогда Южная Африка действительно окажется на грани катастрофы».2.36
«Бумеранг» решил бы эту задачу - поиск и уничтожение гнездовий саранчи - с легкостью курицы, расклевывающей дождевого червя.
В качестве другой специфической задачи можно назвать охрану икорного бизнеса. «ООН сообщила, что снимает запрет на экспорт черной икры прикаспийскими странами: Россией, Азербайджаном, Казахстаном и Туркменией. Тем самым было признано, что победить браконьерство обычным мораторием на экспорт практически невозможно. ... По заявлению генерального секретаря Международной конвенции по охране природы (CITES) Виллема Вийнстекерса, на Каспии сложилась благоприятная ситуация по охране биоресурсов, поскольку «в первый раз страны смогли создать объединенную систему защиты Каспийского моря». Итогом такой оценки ситуации на Каспии стало то, что в ООН утвердили экспортные квоты, которые страны-экспортеры икры представили в Международную конвенцию. По согласованию с CITES в 2002 году Россия сможет экспортировать 29,4 т икры, Азербайджан - 7,7 т, Казахстан - 23,5 т, Туркмения - 5,8 т. Уровень нелегального икорного бизнеса, по мнению господина Вийнстекерса, по-прежнему «в 10, 12 или 13 раз превышает уровень легального». ...».2/92
Я могу категорически утверждать: по одной системе «Бумеранг» на каждую икородобывающую страну - и через месяц все браконьеры и их плавсредства будут мечены несмываемой краской. Затраты, ей-богу, будут ниже, чем потери от годового нелегального лова. Я могу утверждать так категорически потому, что видел аэрофлотские снимки с вертолета пиратских лодок, окруженных белесыми пятнами выброшенных за борт осетровых туш с безжалостно распоротыми брюхами. Все, что могли сделать вертолетчики - это вызвать на посмешище «рыбакам» маломощный милицейский катер.
(2.5.43.)
Система «Бумеранг» - разведчик лесных пожаров - еще один пример ее эффективного применения, поскольку известно, что эти пожары ежегодно приносят миллиардные убытки практически во всех странах мира. Из пестрой ленты многолетних газетных сообщений я вытянул для примера три - об относительно маленьком и очень больших лесных пожарах, случившихся в последние годы в Америке.
«Флорида. ... Мак Маккарти - один из 600 пожарных, брошенных властями на борьбу с лесным пожаром, уже уничтожившим 64 акра в национальном парке Осцеола и болоте-заповеднике Окефеноки. Пожарным, пытающимся остановить огненную стихию, приходится иметь дело еще с одной опасностью - аллигаторами. ...
Маккарти, житель городка Анадарко, штат Оклахома, - американский индеец из племени киова. Для борьбы с огнем прислали пожарных и другие индейские племена - навахо, крик, чероки, арапахо и чикасо. Индейцы традиционно одушевляют природные явления и дают им выразительные имена. Лесной пожар, с которым им приходится сражаться, индейцы назвали Дружеским Огнем. Он начался от удара молнии в дерево».2.37
«Хелена, Монтана. - В западных штатах полыхают 86 лесных пожаров, которые уже уничтожили более миллиона акров посадок. Власти закрыли южный вход а Йелоустонский национальный парк и эвакуировали людей. ... По данным Межнационального центра лесных пожаров, по всей стране сгорели 4,9 миллиона акров лесов (! - И.К.), что в два раза больше среднего показателя за последнее десятилетие.
В Монтане горят 25 крупных пожаров. ... В этом году в штате зарегистрировано 2.000 больших и малых пожаров, уничтоживших 460 тыс. акров леса. Это ... самая тяжелая за 100 лет катастрофа.».2.38
«Как сообщил официальный представитель Межведомственного центра по борьбе с пожарами, борьбу с огнем ведут свыше 10 тыс. пожарных, им помогают армейские части. ... Пожары также зарегистрированы в штатах Вашингтон, Вайоминг, Аризона, Невада, Калифорния, Колорадо, Нью-Мексико и Юта. ... Президент .. пообещал выделить дополнительно 150 млн. долларов на борьбу с огнем».2.39
«Америка выгорает», - название еще одного трагического репортажа... Убейте меня, но не могу я понять логику «гарантов Конституции»: швырять в огонь сотни миллионов долларов, чтобы сжечь в пожарах еще сотни миллиардов и жмотничать паршивый миллион, чтобы сделать эффективную воздушную систему наблюдения за лесом.
(2.5.44.)
Я хотел остановиться на этом, да 2002-ой оказался еще страшнее. Глобальное потепление, вызванное экологическим кризисом, о котором, собственно, я здесь только и говорю, помимо столетнего рекорда жары и в Москве, и в Монреале, вызвало небывалые (в буквальном смысле), лесные пожары в России. Страшно горел Дальний Восток, еще страшнее Красноярский край - я летал там в 76-ом, таком же пожарном году, когда часами полета из-за дыма не видно тайги, но сейчас передают, еще хуже - людей нет, авиатоплива нет, дождя в ближайшие два месяца не ожидают. Горела Новгородская область и тушить было невозможно, потому что в лесу взрывались снаряды, оставшиеся с войны. Полыхнуло и Подмосковье - ТВ передает: вокруг Москвы 600 лесных пожаров. Лето-2002 мы провели дома, значит, в Москве: нужно было порыться в архиве, подобрать материалы для книги. Что-то хотел сфотографировать в столице, да по ленности оставил на потом. Но «потом» - весь август и сентябрь от пожаров был такой смог, что, простите за каламбур, я не смог: о горящем шатурском торфе сообщали чуть ли не во всех в «Новостях».
А какая причина, кроме, естественно, жары? Неосторожное обращение с огнем грибников, ягодников, отдыхающих. Иногда говорили об умышленном поджоге. Но все равно, это дело рук человеческих. Главное - как любую болезнь, выявить загорание на раннем этапе. Постоянно барражирующий над лесом «Бумеранг», не скажу, что заметит дымящийся окурок, но непогашенный костер выявит запросто. Ну а для тушения его вполне достаточно двух ведер воды, которые соответствуют грузоподъемности модуля.
(2.5.45.)
Раскрою еще один секрет системы «Бумеранг»: его полетный модуль может быть снабжен складывающимися крыльями.Но это уже не первоначальный простейший модуль - пластмассовая мыльница с четырьмя дырками и маховиком. По существу, для этого необходимо провести глубокую модификацию, заменив блок вихревых подъемно-тяговых систем единым подъемно-тяговым вихреэжектором (ПТВЭ) и добавить к нему хвостовой управляющий диффузор (УД) (не показан). При этом форма полетного модуля в плане округляется, приближаясь к форме божьей коровки. Именно так и была названа эта кардинальная модификация вместо уныло-стандартного обозначения «Бумеранг-2».
«Божья коровка» (по-английски, «Lady-bird») напоминает прелестного жучка не только по названию. Как и «Сафари», он строится, если так можно выразиться, по «жучиной», а не «птичьей» концепции. Летать, как птица - это не только звонкая метафора, это принцип построения всей «крыльевой» авиации. Летать, как жук - звучит немного двусмысленно, но, присмотритесь! - какие прекрасные летуны практически все из жучиного племени. Жук летит и жужжит, - единственное слово, которое взяла от него авиация, - распушив яркие подкрылья, в несколько раз больше самого себя. И вдруг - плюх! - и уже ползет жесткий маленький жучишка. Если аэродинамика птичьего машущего полета кое-как еще исследована, то секреты летного искусства жука все еще за семью печатями. В «Божьей коровке», «Сафари» и бизнес-самолете (см. ниже) я попытался хотя бы практически реализовать этот древний способ летания.
(2.5.46.)
Помимо грациозного свободного полета, «Божья коровка» может летать очень и очень долго, используя экранный эффект. Известно несколько летательных аппаратов, построенных на этом принципе. Сущность феномена состоит в том, что подъемная сила крыла резко увеличивается, а его аэродинамическое сопротивление уменьшается при приближении крыла к земле или воде (экрану). Соответственно, отношение между этими величинами, называемое качеством крыла, увеличивается, повышая его несущую способность и, в той же степени дальность полета.
(2.5.47.)
В горизонтальном полете воздушная струя от подъемно-тягового вихреэжектора отбрасывается назад, поэтому при приближении к экрану она оказывается «зажатой» не только сверху и снизу, но и скошенными крыльями с боков, то есть в экранном полете под модулем формируется динамическая воздушная подушка, аналогичная той, которая была применена для транспортного модуля СМТС (см. разд. 2.3). Такая компоновка не только повышает подъемную силу модуля, а следовательно и дальность, но и увеличивает высоту его полета над экраном. Как следует из приведенного графика зависимости качества крыла от относительной высоты, при`h = 0,1качество крыла увеличивается примерно в два раза. На столько же оно повышается за счет поддува от ПТВЭ. Иными словами, при использовании экранного эффекта дальность полета «Божьей коровки» теоретически увеличивается до 186*2*2 » 800 км. Слово «теоретически» здесь применено потому, что полет, совершаемый на малой высоте над водой может осуществляться лишь при относительно небольшом волнении, что нереально при указанной дальности. Однако длительный полет над определенным районом акватории, скажем, в разведывательных целях (поиск жертв кораблекрушения, обнаружение косяков рыб, спасательных буйков, мин и прочее) вполне осуществим, особенно при комбинировании его с обычным полетом.
2.5.7. Автолет «Кенгуру»
Большое внимание, уделенное здесь «Бумерангу» и «Божьей коровке», объясняется тем, что это базовые конструкции, из которых как из яйца могут «вылупится» самые разнообразные «организмы» - от колибри до динозавра. Но родословную свою они ведут прямиком от тех «летающих платформ», которые придумал и осуществил выдающийся американский конструктор вертолетов Фрэнк Пясецкий.
(2.5.48.)
Появленике этого, особого класса летательных аппаратов вертикального взлета в конце 50-х годов, когда только начали поступать в эксплуатацию первые вертолеты И.Сикорского (США) и М.Миля (СССР), следует рассматривать как попытку создания более простой, альтернативной конструкции. За штурвалом одной из платформ сам Фрэнк Пясецкий, молодой и красивый. Семейный снимок в его доме сделан в мае 1994 года.
(2.5.49.)
Основное отличие «летающих платформ» от вертолетов состоит в том, что они снабжены жесткими самолетными винтами относительно небольшого диаметра (интуитивно схваченная идея «распределенного» винта или просто грамотный инженерный расчет?), которые заключены в профилированные каналы (аэродинамические кольца). Как мы уже знаем, в этом случае тяга винта «на месте», увеличивается за счет влияния кольца на 10-15%, а шум уменьшается вследствие экранирования винта.
(2.5.50.), (2.5.51.)
В 60-е годы «летающие платформы» исследовались на вертолетной кафедре Московского Авиационного института (МАИ). Будучи студентом III-го курса, автор принимал участие в разработке одной из таких конструкций, выполнив ее, показанную на фото, демонстрационно-продувочную модель.
(2.5.52.)
Имеется сообщение о «разработке канадской фирмой «Авро» по заданию ВВС США «летающей платформы» круглой формы в плане. Аппарат снабжен серией расположенных по периметру реактивных сопел, создающих подъемную силу при полете. При проведении испытаний были выявлены затруднения, связанные с обеспечением требуемой тяги и устойчивости. Первый полет аппарата состоялся в декабре 1959 года». 2.114 Отмечу, что тогда же в Америке наблюдался всплеск сообщений о «летающих тарелках» и «летающих блюдцах», реальной причиной котрых мог послужить характерный вид этого, засекреченного тогда аппарата, принципиально отличный от привычных вертолетов и самолетов.
«К концу 60-х годов интерес к аппаратам подобного типа постепенно снизился».2.40,117 Тем не менее, в 80-х годах проф. Моллер (США) построил (как и Пясецкий, в единственном экземпляре) «летающие платформы» двух типов:
* А, B.- «летающая тарелка», снабженная компьютерной системой обеспечения устойчивости в полете и шестью роторными двигателями, приводящими во вращение каждый собственную винтокольцевую подънмно-тяговую систему;
* C - «летающий автомобиль» «Мерлин-300», который по словам Моллера, «должен заменить современные автомобили», с пятью системами «винт в кольце», приводимыми индивидуальными двигателями, стабилизация которого в полете для надежности обеспечивается четырьмя бортовыми компьютерами.2.41
(2.5.51.), (2.5.52.)
Работы по последнему проекту были продолжены в лаборатории Дэвиса (Сан-Франциско, CША).2.42 В начале 99-го было объявлено о скором начале летных испытаний этого аппарата, но в дальнейшем новых сведений о нем в печать не поступало.
Эти конструкции, в принципе, могут ограниченно летать, но ни о каком практическом использовании их не может быть и речи, ввиду аэродинамической неэффективности, неустойчивости в воздухе, сложности конструкции и загруженности внутренних объемов силовой установкой и компьютерным оборудованием. Поэтому их следует рассматривать как очередной «свинтопрульный аппарат» («потому что с винтом прет»), по ироничному определению главного героя повести А.Бека «Жизнь Бережкова».
О феноменальной неустойчивости этих летательных аппаратов я могу рассказать по собственному опыту. После показанной выше демонстрационной четырехвинтовой модели МАИ, была изготовлена натурная система «спаренные винты в кольце» с электрическим приводом.2.43 Ее четырехлопастные воздушные винты с диаметром в 2 м вращались с частотой 1500 об/мин от двух электродвигателей мощностью по 100 кВт.
Теперь представим себе металлическую пластину, например, крышку от консервной банки, брошенную в кастрюлю с кипящей водой. Она опустится на дно и выравающиеся из-под нее пузыри пара будут периодически приподнимать ее края, толкая жестянку из стороны в сторону. При бурном кипении крышка как живая будет метаться по дну кастрюли. Каждый, кто стерилизовал подобным образом крышки для домашнего консервирования, мог видеть такой эффект.
(2.5.53.)
Нечто подобное произошло и с этим натурным стендом. Взгляните на его фотографию в заводском цехе. Он стоит на полу, на подставке из швеллеров, виден боковой вертикальный ограничитель. С другой стороны такого ограничителя нет, поскольку он мешал бы его установке на подставку. В таком положении цеховой электрик, которому вся эта «наукота до фени», решил «прокрутить» только что подключенные электродвигатели с уже присоединненными к ним воздушными винтами.
Они, естественно, исправно взвыли, винты развили тягу, устройство приподнялось на небольшую высоту и... вдруг неожиданно сползло со швеллеров. На миг оно зависло над полом, а затем «ложка» в подъемной силе, выявленная в предварительных экспериментах, начала работать c «убийственной» закономерностью.
(2.5.54.)
Как следует из графика изменения относительной подъемной силы системы «винт-крыло», вблизи относительной высоты`h = 0,15возникает значительный перепад («ложка») подъемной силы. Поэтому даже небольшого наклона или изменения высоты опорной поверхности, например, плиты пола или выбоины на ней, достаточно, чтобы подъемная сила в какой-то части устройства мгновенно меняла знак с плюса на минус и наоборот, вызывая его непредсказуемые прыжки и шараханья над полом.
При указанных диаметрах вращающихся самолетных винтов, то есть, больше человеческого роста, удар краем платформы под коленки неудержимо опрокинул бы любого «экспериментатора» прямо в эту двухсоткиловаттную мясорубку. Невольно вспоминается рассказ Зощенко о мужиках, которым «популярно разъяснили», что такое самолет: «У него такой пропеллер крутится быстро, корова попадет - раз, не поймешь, где копыта, где роги». - «А ежели лошадь», - спрашивают мужики. - «И лошадь тоже» - «Ишь, ироды, чего придумали, лошадей крошить» - и не дали денег на самолет.
Это в рассказе, а тут под ногами, «аки зверь лютый» воет, на всех кидается, незримо крутится, сбивает воздухом с ног... Кто был, кинулись врассыпную, оседлав подоконники и станки - никакого другого подъемного устройства для мгновенного вертикального взлета не потребовалось. Ввиду быстротечности процесса, сказать еще что-нибудь определенное не представляется возможным. А под ними в хаотических конвульсиях бесновался на длинном кабеле неуправляемый монстр, ураганным ветром и своим хилым телом круша все, но, прежде всего, себя. Спас всех тот же электрик, рывком сдернув рубильник с током. Как потом он сам спасался от коллег по цеху, - не знаю.
Возможно, этот эпизод стал последним доводом в судьбе «летающих платформ».
(2.5.55.)
Мне, однако, думается, что эта страница еще не перевернута. Автолет - неизбывная мечта любителей приключений: одновременно ездить, как на автомобиле, летать, как на самолете, взлетать и садиться вертикально, где только душа ни пожелает. Поэтому проекты типа «Cкайкара» Моллера время от времени появляются в печати. Если бы только не эта, опрокдывающая вверх колесами неустойчивость! И противоестественное сочетание тяжелого автомобильного шасси с легкой авиационной конструкцией...
Решает проблему все тот же транспортный гипермаховик. Взгляните на рисунок: внешне все тот же «летающий автомобиль» на базе пясецкой платформы, да только стоит он (и едет) на двух колесах. Это прямой потомок гирокара Шиловского (см. разд. 2.4), только движет его не древний бензиновый мотор, а энергия маховика.
(2.5.56.)
Но силовой маховик - это гиперстабилизатор, недаром это свойство отмечалось в «Бумеранге» как панацея для «летающих платформ». У наземного транспортного средства, наоборот, должна быть полная свобода колебаний и поворотов по всем осям. Поэтому маховик должен быть «вольным», например, на кардане, как авиационный гироскоп. Принципиальная схема простейшей гиросиловой установки такого типа показана на рисунке. Здесь гипермаховик, подвешенный на кардановых кольцах, имеет все степени свободы, не теряя в то же время своего главного свойства - сохранения неизменным начального положения оси вращения. Можно даже сказать, что весь транспортный аппарат качается и поворачивается вокруг «неподвижного» маховика. Это, так сказать, вариант «полной свободы» - так ездит автомобиль и летает самолет. Если зафиксировать аппарат относительно маховика по всем осям, проще говоря, жестко соединить их - это полетный модуль «Бумеранг», в нем просто мало места, чтобы давать «свободу». Он потому и летит в любую непогоду, устойчивый как бетонная плита. Вы никогда не держали в руках работающий гироскоп? Я держал. Приношу извинения за предыдущее сравнение - это жестче, чем бетонная плита!
Для автолета должен быть выбран компромиссный вариант: в свободном полете он намертво «закрепощен», при движении по земле - зафиксирован только относительно поперечной оси. Тогда ему, при общепринятом вертикальном положении оси вращения маховика, обеспечена свобода поворота «влево-вправо», а также качания относительно продольной оси, чтобы, грубо говоря, съехав на обочину, он не «висел» над скосом одним колесом. Зато продольная устойчивость (относительно поперечной оси) - абсолютна!. Именно поэтому ему и оставлено только два колеса - чтобы он был управляем относительно вертикальной оси. Можно было бы, конечно, оставить и одно - он и на нем бы превосходно ездил, - так, кстати, и сделано в «Сафари», но только строго по прямой, как крокодил. Так что тот случай, соответствует анекдоту про литовца, построившему дом в одну комнату: - «А меньше не имело смысла...».
Но фиксирование, а точнее сказать, регулируемое фиксирование относительно поперечной оси, имеет и тот смысл, что, с одной стороны, позволяет регулировать угол атаки при взлете автолета с разбегом и наборе высоты, а с другой, - дает ему еще одно качество: подобно рассмотренной выше «Божьей коровке», он может совершать полет над экраном (водой) на динамической воздушной подушке. А это - для него - практически неограниченная дальность. В общем, получился универсальный летательный аппарат для увлекательных загородных поездок и туризма: четыре сидения, два вместительных багажника, крейсерская скорость под 300 километров в час, вертикальные взлет и посадка, где хочешь, да еще и катайся на колесах хоть и по бездорожью или лети над гладью вод.
(2.5.57.)
Но радость моя была недолгой, поскольку родной ВПК (военно-промышленный комплекс) сварганил вот такое...
«На 4-й Международной выставке военной техники, технологий и вооружений «ВТТВ-2001» Сухопутных войск представлен уникальный аппарат, который может ездить, плавать и летать. ... - тримфибия, или МПТС - многофункциональное преобразуемое транспортное средство (еще почище, чем СМТС! - И.К.). Это и автомобиль, и самолет, и катер одновременно, потому оно может ехать, лететь и скользить по воде на подводных крыльях (чего? - И.К.). Главное достоинство этого чуда техники в том, что оно легко преобразуется из одного варианта в другой. В разработанных до этого «гибридах» всегда нужно было что-то прикручивать, а затем снимать и наоборот. Здесь же специальное устройство позволяет преобразовывать МПТС быстро, не выходя из кабины, с помощью ручек управления. К тому же тримфибия вписывается в габариты легкового автомобиля среднего класса. Экипаж МПТС - 4 человека или 2 человека плюс 150 - 200 кг груза. Дальность полета - до 1500 км (чего? - И.К.). Такие штуковины незаменимы для служб быстрого реагирования».2.44 Это уж точно: «такие штуковины, да с такими херовинами...
Очередная «мечта идиота»? Будучи в добром здравии - «ясном уме и твердой памяти» - вступать в спор не буду: ну, сделали и сделали. Много их таких делали...
А кстати, почему у меня он получил название «Кенгуру»? Объясняю. В начале 90-х, когда он вырисовался на бумаге, я отнес заявку во ВНИИГПЭ (ну, это там, где выдают патенты). Эксперт вызвал меня через полгода и сказал, что в 47-м было выдано свидетельство на подобное транспортное средство, только ездило оно с обычным мотором, а если встречалось препятствие, к нему подключался раскрученный заранее маховик и тогда это «средство» его переползало. «Но мое «средство» ведь все время ездит на маховике, и даже не столько ездит, сколько летает. - Сколько ездит, здесь не имеет значения, - ответил эксперт, - главное принцип. (И это правильно). - Вообще же, - добавил он, - я могу заявку составить так, что обойду уже сделанное подобное, или, наоборот, докажу, что абсолютно новое - уже сделано. (И это неправильно). - Так что, выбирайте, что хотите». Время было раннее перестроечное, все «входили» в рынок, он ясно намекал: «Деньги давай!». Поскольку я и тогда посчитал, что это неправильно, через месяц получил отлуп. Так что «изделие» до сихз пор не запатентовано - строй кто хочет. Если, конечно, перед этим сделает гипермаховик.
Да, так я с кенгуру начал... Если то «средство» переползало через препятствие с маховиком, у меня оно прыгает, как кенгуру... В 60-е годы, когда появились первые «Жигули», много наших летчиков в Германии на них разбилось. «Что случилось? - спрашивают у одного, выжившего. - А ничего. Обычное дело. Еду по дороге, тут шлагбаум, препятствие. Беру штурвал на себя и по газам... Что дальше - не помню».
Не из-за этого курьеза или прекрасных свойств я вставил его сюда. «Кенгуру» - это тоже базовая модель, на которой зиждется и транспортный модуль СМТС, и экомобиль. Он дает возможность снова напомнить столь важный для летательных аппаратов принцип регулируемой устойчивости относительно поперечной оси - он применим и для транспортного модуля, и для легкого «Сафари», и для рассматриваемого ниже аэрокосмического модуля. Если распространить такое же решение на остальные оси - получим принцип внутреннего управления летательным аппаратом или, на выбор, управляемую стабилизацию в полете. А это значит, отпадает необходимость в аэродинамических рулях вместе со всей хвостовой частью самолета. Он окончательно принимает форму «летающего крыла» со стабилизирующими его относительно вертикальной оси килями, и это, вероятнее всего, и есть истинная, оптимальная форма летательного аппарата, осуществляющего полет в атмосфере, то есть, в газовой среде.
2.5.8. Бизнес-самолет «Парабола»
Шутка авиаконструкторов: «Чтобы самолет не полетел, с ним надо хорошо поработать». В соответствии с ней рассмотрим еще одну летающую абракадабру квазивертикального взлета с использованием гипермаховиков и вихревых подъемных систем, уже примененных ранее на сверхлегком «Сафари». Теперь это более тяжелый аппарат, который можно назвать «абсолютным» бизнес-самолетом, эксплуатируемым в городской черте. «Абсолютный» означает здесь лишь то, что он, наряду с повышенными безопасностью и комфортом, выполняет «золотую триаду»: абсолютную экологическую чистоту, практическую бесшумность, вертикальный взлет.
Не говоря уже о широком развитии авиации этого типа в западных странах, актуальность поставленной задачи подтверждает факт принятия правительством Москвы «в целях создания в российской столице международного аэропорта для авиационных перевозок бизнес-класса ... решения построить в Северо-Западном административном округе, используя территорию аэродрома «Тушино», большой транспортно-финансовый авиакомплекс».2.45
«Новая авиационная система «Авиалайн» ... будет осуществлять региональные перевозки с помощью «малой авиации». Пилотным проектом «Авиалайна» станет маршрут Москва-Тула-Орел-Курск. ... Конечная цель проекта - создать единую региональную транспортную сеть «от порога до порога», подключив и автотранспортные средства. (Чуете? Уже и в других головах шевелятся мысли об Единой транспортной сети «от двери до двери»! - И.К.). Помимо использования аэродромов Тушино, Астафьево и Быково - в планах московской мэрии строительство 8-10 взлетно-посадочных площадок на Кольцевой дороге и возведение понтонных площадок для вертолетов на Москве-реке».2.95
(2.5.58.)
Показанный на рисунке один из возможных видов СВВП (для котого этот комлекс не нужен) предназначен для полетов на короткие расстояния типа «загородный дом - офис» (200-300 км) с относительно небольшой скоростью при вертикальном взлете и достаточно большом времени висения. При скорости 400 - 500 км/ч весь полет займет полчаса - вполне приемлемое время для делового человека. Но эти требования предопределяют особенности аэродинамической компоновки бизнес-самолета: большой мидель фюзеляжа 1, допускающий установку двух независимых гипермаховиков 8 с большими углами качания относительно поперечной и продольной осей (сферические полости 18); параболическое крыло 4 малого удлинения с элеронами 6, объединенное с несущим фюзеляжем 1; встроенные в крыло и в фюзеляж неподвижные вихревые системы 5 и 9; поворотные подъемно-тяговые модули 7, обеспечивающие тягу как на взлете (вертикально), так и в крейсерском полете (горизонтально); киль 19 с рулем направления 20; стабилизатор 11 с рулями высоты 12; основными 13 и носовыми 15 стойками шасси; выдвижной ступенькой 2 и внутренним трапом 3. При этом кабина 14 выполняется с необычным расположением 4-х сидений в ряд и подъемным фонарем 16, обеспечивающим легкий вход в кабину, одинаковый для всех пассажиров панорамный обзор и возможность делового общения в полете. В хвостовой части фюзеляжа 1 выполнены багажники 10, которые могут быть использованы как контейнеры для специальной аппаратуры, верхняя и нижняя полости 21 между сферическими объемами 18 заняты стандартной авионикой.
Примененное в данном проекте параболическое крыло обладает рядом достоинств применительно к самолетам именно такого типа:
1. имея эллиптическое распределение подъемной силы по размаху, оно создает минимум индуктивного сопротивления в полете;
2. обеспечивает безотрывность обтекания при больших углах атаки (amax » 450);
3. на сверхкритических углах (amax і 450) сохраняет симметричный сход потока, то есть обладают противоштопорным свойством.
В общем, как говорят в авиации, «рассчитано на дурака». Кроме того, возможность для самолета выхода на столь большие углы атаки обеспечивает ему исключительную маневренность при полете в городских условиях, а также возможность безопасной посадки даже при отключенной силовой установке, поскольку такое крыло, как и у «Сафари», довольно долго поддерживается у земли на динамической воздушной подушке, быстро теряя при этом поступательную скорость.
(2.5.59.)
Вообще говоря, это свойство «жучиной» аэродинамики, к которой я отношу крылья малого удлинения (КМУ) (l Ј 3), независимо от формы в плане. Указанные свойства КМУ обусловлены их существенно пространственным обтеканием, которое характеризуется интенсивным перетеканием воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю через боковые или передние кромки. Образующаяся на этих кромках пространственная вихревая пелена (вертикальная или наклоненная внутрь крыла) сворачивается в мощные вихревые жгуты над крылом по его концам вдоль потока. Далее по потоку они соединяются с концевыми вихрями, образующимися от основной вихревой пелены крыла. Такая пространственная вихревая система индуцирует на верхней поверхности крыла вдоль хорд дополнительную скорость. Это согласуется с высказанным положением о перетекании воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю, в результате которого увеличивается расход воздуха над верхней поверхностью и скорость потока над ней возрастает. В соответствии с законами гидродинамики, на верхней поверхности крыла возрастает разрежение, создающее дополнительную подъемную силу, которая с избытком компенсирует потери от местных срывов потока вдоль боковых или передних кромок.
(2.5.60)
Такой аэродинамический эффект у КМУ усиливается с увеличением угла атаки. Он затягивает полный срыв потока до больших углов, которые практически даже не всегда достижимы. Эта особенность КМУ прекрасно иллюстрируется на отечественных истребителях, выполняющих знаменитую «кобру» - когда самолет ставится по ходу полета почти вертикально. К сожалению, общая теория КМУ, в силу своей сложности, до настоящего времени окончательно не разработана.
Параболический самолет, получившийся из всех этих рассуждений, быть может, внешне неказист и не столь уж мал, однако с большой надежностью может удовлетворить любителей, кому «летать охота», но не очень хочется осваивать авиационные азы. Главное же в том, что все особенности крыла малого удлинения превосходно вписываются в идею аэрокосмического модуля, к рассмотрению которого теперь и перейдем.
