Предисловие редакции: Часто воспринимаемые как один из результатов обширных исследований, проведенных Германией в годы Второй Мировой войны, внешние горизонтальные стабилизаторы, которые планируют устанавливать на космические летательные аппараты будущего, на самом деле были изобретены во Франции. Гай Инчболд (Guy Inchbald) исследует преимущества и недостатки конфигурации, описывая ее происхождение и 80-летнюю эволюцию.
10 октября 2010 года в небе над калифорнийской пустыней Мохаве был замечен странный трехфюзеляжный самолет. Внезапно центральный корпус отделился от двухфюзеляжного летательного аппарата-носителя, прекрасно продемонстрировав треугольное крыло с обрезанными законцовками и две изящно изогнутые хвостовые балки с их килями и стабилизаторами, причудливо закрепленными «наизнанку». Он грациозно улетел и спланировал вниз чтобы успешно совершить посадку на земную поверхность. За период, охватывающий почти 70 лет исследований, SpaceShipTwo VSS Enterprise стал первым поднявшимся в воздух опытным образцом с внешнем горизонтальным стабилизатором и только третьим (или, возможно, четвертым) летательным аппаратом в мире, в конструкции которого было реализовано данное техническое решение.
Концепция
«Наружное оперение» названо так потому, что каждая поверхность хвостового оперения крепится за законцовками крыла самолета. Обычно прикрепленное на хвостовых балках, это хвостовое оперение включает в себя внешние горизонтальные стабилизаторы и может включать или не включать дополнительные вертикальные стабилизаторы (кили). Это достаточно простая идея. Если попутные воздушные потоки от остальной части самолета будет мешать хвостовому оперению, то нужно убрать их с пути. Это может на первый взгляд это может выглядеть неуклюже и даже причудливо, но, как показали немецкие исследования в конце Второй Мировой войны, если все будет сделано должным образом, данное техническое решение может обеспечить и другие преимущества. Однако, вопреки многим сообщениям, немцы не были первыми, кто исследовал возможности «наружного оперения». Почести должны быть отправлены в другое место, поскольку изобретение и первые исследования «подвесного оперения» были сделаны еще в начале войны.
8 апреля 1942 года, в самый разгар войны и подчинения нацистскому режиму, малоизвестный авиаконструктор по имени Роже Эме Робер (Roger Aime Robert) обратился во французское патентное бюро и подал заявку на создание самолета новой формы. Инженер, работавший в компании CAPRA (Compagnie Anonyme de Productions et Realisations Aeronautiques) а затем в ее преемнице Mecanique Aviation Traction, более известной как Matra, был обеспокоен неустойчивостью, вызванной действиями таких средств повышения подъемной силы как закрылки, расположенные на задней кромке крыла самолета-бесхвостки.
Становилось все более очевидным, что полеты на высоких скоростях требуют обтекаемых конструкций с очень низким лобовым сопротивлением, и аэродинамическая схема «бесхвостка» была более перспективным вариантом, чем самолет классической схемы с громоздким хвостовым оперением. Немецкие исследователи, такие как Александр Липпиш и братья Хортен, в течение десятилетия создавали все более скоростные самолеты-бесхвостки, а до них бесхвостками в Великобритании занимался Джеффри Хилл. Они эффективно использовали заднюю часть крыла в качестве замены хвостового оперения либо подъемом задней кромки с появлением обратного изгиба, либо увеличивая стреловидность крыла и заставляя законцовки крыла выполнять работу хвостового оперения. Но по мере того, как росли максимальные скорости, росли скорости взлета и посадки. Крылья обычных высокоскоростных самолетов уже давно были оснащены закрылками, которые были расположены на задней кромке и которые отклонялись вниз для снижения скорости и обеспечения безопасных взлета и посадки. Однако закрылки вызывали заметную тенденцию к отклонению носа самолета вниз. На обычном самолете для противодействия этой тенденции используются рули высоты, но этот вариант не доступен для самолетов-бесхвосток.
Роже Робер осознал необходимость решения проблема коррекции угла тангажа высокоскоростного самолета-бесхвостки в случае – если это, конечно, будет осуществимо – оснащения его крыла закрылками. Для её решения Роже Робер увеличил стреловидность консолей крыла на угол достаточный для прикрепления консоли горизонтального стабилизатора, выступающей наружу с каждой законцовки. Небольшая капсула или гондола устанавливалась на законцовке крыла и к ней также прикреплялись киль и руль направления. Летательный аппарат должен был ввести себя как обычный двухбалочный самолет и мог оснащаться практичными посадочными щитками.
Хотя в своей патентной заявке Роже Робер называл свой самолет как бесхвостку, он также описывал разработанные им поверхности как стабилизаторы и подчеркивает на их точной эквивалентности обычному стабилизатору. Он особо отмечает резкий аэродинамический разрыв между основным крылом и вспомогательными поверхностями стабилизатора, который стал рассматриваться как ключевой отличительный признак между полноценным самолетом-бесхвосткой и внешним горизонтальным стабилизатором. Несмотря на то, что более позднее удлинение гондол назад и последующее изменение положения стабилизирующих поверхностей еще не произошло, это, несомненно, ранний пример внешнего хвостового оперения. Патент Роже Робера №931251 не был опубликован до 1948 года, т.е. спустя несколько лет после окончания боевых действий. До 1947 года Роже Робер даже не был в состоянии представить полную информацию. Тем не менее его заявка на патент предшествует любому другому упоминанию, известному автору.
Немецкая эффективность
Год или два спустя после изобретения Роже Робера главный конструктор компании Blohm und Voss Рихард Фогт и Георг Хааг (George Haag) – его подчиненный, занимавшийся разработкой крыльев, – продолжили развитие концепции. Остается неизвестным, были ли они знакомы с идеей Роже Робера, слышали ли о ней где-то еще или пришли к ней самостоятельно. Рихард Фогт, прославившийся новаторским и неортодоксальным подходом в создании самолетов, искал аэродинамическую форму, которая могла использовать преимущества недавно появившегося реактивного двигателя. Простая установка реактивного двигателя в обычный фюзеляж самолета создает длинный и неэффективный воздуховод от носа до хвоста. При двухмоторной силовой установке реактивные двигатели могли размещаться в коротких гондолах консолей крыла, но у небольшого и скоростного истребителя один двигатель должен был быть установлен внутри фюзеляжа. Очевидным решением стало укорочение фюзеляжа, но оно не оставляло места для обычного хвостового оперения.
Немцы назвали стреловидное крыло Ffeilflieger или крыло-стрела. Когда Александр Липпиш строил самолеты-бесхвостки, оснащенные стреловидными крыльями и развивавшие все большие скорости, он столкнулся со все более возраставшими проблемами обеспечения устойчивости и управляемости и проблемами с балансировкой, вызванными отсутствием хвостового оперения. Александр Липпиш пробовал различные подходы к их решению, но все они оказались плохой заменой, поскольку резкое увеличение стреловидности крыла, чтобы его законцовки эффективно работали в качестве хвостового оперения, привели к возникновению других проблем. Единственным самолетом-бесхвосткой Липпиша, который был запущен в серийное производство, стал оснащенный ракетным двигателем Messerschmitt Me 163 Komet, демонстрировал серьезные проблемы с управляемостью за пределами своего довольно ограниченного диапазона эксплуатационных режимов полёта. Хвостовые балки, примененные инженерами компании Blohm und Voss, фактически отделили законцовки крыла от остальной части стреловидного крыла и перемещали эти внешние части назад. В результате этого перемещения внешние части крыла оказались достаточно далеко от центра приложения подъемной силы и, имея достаточное плечо рычага, могли действовать в качестве хвостового оперения.
Недостатком применения такого решения на боевом самолете являются большие усилия, прилагаемые для отклонения управляющих поверхностей этого нового хвостового оперения. Они будут иметь тенденцию отклонять хвостовое оперение вверх и вниз целиком, что приводит к скручиванию крыла и тем самым уменьшить или даже обратить вспять эффект перемещения управляющих поверхностей. Фирменный стальной трубчатый лонжерон-топливный бак Фогта был достаточно жестким, чтобы противостоять такому кручению, но был слишком толстым, чтобы поместиться в тонком скоростном крыле истребителя, и поэтому Рихард Фогт разработал лонжерон, напоминавших лонжерон митчелловского «спитфайра». Круглый лонжерон был «сплющен» с появлением D-образной формы, при этом лонжерон также стал передней кромкой крыла. Стреловидное крыло также обладало тем преимуществом, что хвостовые балки оставались короткими, что ограничивало кручение лонжерона.
При тщательном проектировании самолет со стреловидным крылом может быть устойчивым в полете без необходимости использования килей. Одним из приемов, известных со времен первого британского авиатора Джона Уильяма Данна и с которым иногда экспериментировал Липпиш, заключается в том, чтобы резко опустить законцовки крыла. Взаимодействие последних с воздушным потоком может быть сложным, но в целом они способствуют курсовой устойчивости. Однако рули направления крепить некуда. По-видимому, в компании Blohm und Voss была разработана новая система управления самолетом, позволявшая обходиться без килей и рулей направления, но никаких записей об этом нет. Возможно в конструкции самолета использовалась та или иная форма аэродинамического тормоза, подобно тому, что был применен на Northrop XP-56 Black Bullet. У этого опытного истребителя элероны (они же рули высоты) состояли из верхней и нижней половин, которые могли разделяться и раскрываться, разворачивая консоль крыла назад.
Следующее, что нужно было сделать Рихарду Фогту и его команде, – это протестировать систему управления на полноразмерном самолете. Незадолго до этого конструкторами чехословацкого производителя самолетов компании Škoda-Kauba был разработан V6 – проект экспериментального двухбалочный самолет с коротким фюзеляжем, толкающим воздушным винтом и прямым крылом. Представляется вероятным, что Рихард Фогт уже работал с компанией, поскольку в предыдущей конструкции компании – истребителе V5 – использовался вариант его стального трубчатого лонжерона. В 1944 году планер проекта V6 был модифицирован с установкой внешнего хвостового оперения и присвоением машине нового обозначения SL6; к сожалению, сообщения об этой машине скудны и ненадежны. Единственный известный чертеж самолета показывает, что хвостовые балки были перемещены к законцовкам крыла и закреплены, но происхождение и история этого чертежа остается неизвестной. Источники также расходятся во мнениях относительно того, летал ли SL6 когда-нибудь, но мы предположим, что он поднимался в небо, поскольку компания Blohm und Voss продвинулась вперед в своих разработках.
Официальная группа сайта Альтернативная История ВКонтакте
Телеграмм канал Альтернативная История
Читайте также:
👉 Подписывайтесь на канал Альтернативная история ! Каждый день — много интересного из истории реальной и той которой не было! 😉