Юный техник, 2000 № 07 - [4]
К тому времени значительно дальше продвинулся вариант тяжелого рекордного самолета «40 000-2».
Однако и от него пришлось отказаться по чисто экономическим соображениям. Постройка и испытания огромной машины с размахом крыльев 78,8 м и стартовым весом 27,3 т обошлись бы слишком дорого.
Между тем с 1982 года преподаватель кафедры «Конструкции самолетов» А.А. Бадягин, не привязываясь к какой-либо конкретной силовой установке, давал задания студентам на курсовое и дипломное проектирование «кругосветных самолетов» с гипотетическими турбореактивными и дизельными двигателями. Так нарабатывался материал по проекту самолета «Бумеранг». Здесь было много интересного. Но, поскольку проект не был привязан к конкретным двигателям, реализация его не представлялась возможной.
В итоге остановились на варианте легкого рекордного самолета «40 000» с авиадизелем Д-11 мощностью 140 л.с. конструкции профессора Т. М.Мелькумова. У этого двигателя расход топлива не превышал 157 г на лошадиную силу в час. Он был вне конкуренции.
У близких по мощности бензиновых моторов М-11 расход составляет 240 г/л.с.ч., а у авиационных газовых турбин той же мощности превышал 450 г/л.с.ч. Сам самолет представлял собой «бесхвостку» с размахом крыла 24,5 м и стартовым весом 2970 кг. Его сухой вес составлял 950 кг, с топливом — 2770. Максимальная скорость — 248 км/ч, крейсерская — 165 км/ч.
На примере этого самолета и рассмотрим основные принципы проектирования сверхдальних машин, применявшиеся группой Е.П. Голубкова.
В момент старта двигатель самолета работает на полную мощность. Однако многих, быть может, удивит, что после отрыва от земли она уже не нужна. Самолет переходит в крейсерский режим полета. Здесь уже достаточно 70 л.с. А дальше и вовсе потребная мощность снижается примерно по 10 л.с. на каждые 400 кг сгоревшего топлива. Когда самолет пойдет на посадку, имея в баках так называемый «навигационный» запас топлива (91 кг), для полета будет достаточно всего 15 л.с.
Есть много двигателей, имеющих очень низкий расход топлива в узком диапазоне мощностей. Но при снижении мощности в 5 — 10 раз расход у них резко возрастает. Такие двигатели для дальних полетов не пригодны. Дизель же Т.М. Мелькумова при мощности 15 л.с. расходует всего 200 г топлива на л.с.ч. — меньше, чем у многих автомобильных дизелей. Только на взлете он возрастает до 165 г на л.с.ч. Но в этом режиме работает лишь несколько минут.
Силовая установка, заметим, — это не только двигатель (хотя он и очень важен), но и винт, и многое другое, что обеспечивает полноценную работу. Для полета с крейсерской скоростью 165 км/ч требовался тихоходный винт большого диаметра.
Было бы очень трудно уберечь его от контакта с землей при взлете и посадке. Поэтому было решено применить соосные винты — два винта на одной оси, вращающиеся в разные стороны.
Многие авиационные двигатели ради снижения веса делаются быстроходными. Но тогда приходится с винтом через редуктор, а это не только лишний вес, но и довольно значительные, особенно при частичных нагрузках, потери мощности. Двигатель же Д-11 тихоходный. Его можно соединить с винтом непосредственно, использовав лишь небольшую шестеренчатую передачу для раздачи мощности на винты. Была и еще одна проблема. Двигатель необходимо охлаждать. Для этого существуют ребра охлаждения цилиндров, обдуваемые встречным потоком воздуха. Но если они выполнены неудачно, то создается весьма значительное сопротивление, которое «съедает» много топлива. Была решена и эта задача.
Проект «45 000». Для него тесен земной шар.
«Бумеранг» — самолет во всех отношениях неплохой, только двигателя для него не нашлось.
Здесь мы подходим к другой стороне проблемы сверхдальнего самолета. Его планер должен обеспечивать минимальное потребление энергии в полете, иметь минимальное сопротивление и вес при достаточном запасе прочности.
После расчетов был выбран диапазон скоростей 150–250 км/ч, при которых обтекание планера ламинарное и не сопровождается образованием вихрей. Но если расположить винт впереди, как это делается обычно, то создаваемый им возмущенный поток вызывает образование вихрей в районе фюзеляжа. Сопротивление сильно возрастет. Поэтому винты расположили в хвосте. Однако при этом поток на фюзеляже становился волнистым, а где-то в конце его и вовсе возникали вихри. Задачу разрешили отсосом воздушного потока у фюзеляжа за средним (миделевым) сечением, направив его в воздухозаборник двигателя. Форма самолета в целом была выбрана такой, чтобы площадь его поверхности получилась минимальной.
В классических схемах хвостовое оперение необходимо для поддержания устойчивости, но подъемную силу оно не создает и как бы является лишним. На преодоление его сопротивления расходуется до 10 % мощности. Его резонно перенесли вперед. Это к тому же повысило устойчивость самолета без сколь-нибудь заметного роста сопротивления.
Продувка моделей самолета в аэродинамической трубе показала очень высокое отношение подъемной силы к сопротивлению — аэродинамическое качество равно 29.
Относительно большой вес самолета допускал его изготовление по традиционной технологии с очень большим (что совсем не вредно при кругосветном полете) запасом прочности.
