«Техника-молодежи» 1977 №5, 50-51
«ПРОБНЫЕ ШАРЫ»
В конце 40-х годов о сверхзвуке мало что могли сказать даже побывавшие за барьером летчики. Слишком непродолжительны были эти броски по скоростной шкале, чтобы составить представление о том, как, собственно, нужно «вылизывать» формы крыла, оперения, фюзеляжа? В расчете на какие режимы надо «лепить» самолет? Ведь, стартуя на перехват высотной и скоростной цели, сверхзвуковой истребитель последовательно проходит через все числа М, а сесть ему нужно на не слишком длинную полосу. Нужны боевой авиации и машины, отлично приспособленные к барражированию на дозвуке, но могущие, если надо, преодолеть барьер. Каким двигателем оснастить самолет, чтобы располагать избытком мощности для прорыва через М=1, но не возить «мертвый» груз в дозвуковой зоне?
Добыть недостающую информацию и должны были беспилотные и пилотируемые «зонды» — экспериментальные, исследовательские самолеты и другие летательные аппараты. Еще в 1946 году в СССР под руководством известного специалиста по аэродинамике самолета профессора И. Остославского построили и испытали серию моделей, действовавших по принципу падающей бомбы. Сброшенные с самолета-носителя крылатые — с прямыми, стреловидными, треугольными и ромбовидными плоскостями — бомбы развивали околозвуковые скорости.
В конце 40-х годов ЛБ (так сокращенно называли «летающую бомбу») оснастили твердотопливным ускорителем. Разгонять снаряд силе земного притяжения помогал теперь двигатель. Скорость достигала 1700 км/ч. Крылатый снаряд позволил нащупать закономерности сверхзвукового полета.
Примерно в то же время летчики-испытатели А. Пахомов и Г. Шиянов летали на ракетном самолете конструкции М. Бисновата. На высоту эту экспериментальную машину с тонким стреловидным крылом доставляла «авиаматка» Пе-8.
В конце 1948 года на опытном самолете Ла-176, который впервые, в порядке эксперимента, был оснащен стреловидным (45°) крылом, летчик О. Соколовский преодолел в полете со снижением заветный звуковой барьер.
В середине 50-х годов КБ А. Микояна создало сразу две экспериментальные машины — до предела облегченный истребитель с дополнительным двигателем — ЖРД — и специально спроектированный, тоже с комбинированной силовой установкой. В 1957 году на ракетно-турбореактивном МиГе достигнута скорость, в 2,33 превышающая звуковую...
В США в «конце 40-х — начале 50-х годов были созданы экспериментальные самолеты Х-1, D-558 «Скайрокет», Х-2 и Х-3.
Первый из ракетных спринтеров, Х-1 (1946), оснастили четырехкамерным ЖРД с общей тягой 2722 кг. Регулировать мощность можно было последовательным включением камер. При собственном весе двигателя 95 кг он пропускал через свои камеры сгорания 1360 л спирта и 1300 л жидкого кислорода всего за 2,5 мин работы на полной тяге.
Крыло Х-1 и его более поздних модификаций — прямое, с относительной толщиной от 10 до 4% (выражается процентным отношением наибольшей толщины профиля крыла к длине профиля, хорде).
Экспериментальный Дуглас D-558-II «Скайрокет» впервые поднялся в воздух в начале 1948 года. Крыло — стреловидное с дозвуковым профилем. Силовая установка состояла поначалу из двух двигателей — ТРД с тягой 1360 кг и четырехкамерного ЖРД с полной тягой 2720 кг. Взлетал «Скайрокет» на ТРД с помощью стартовых ускорителей под фюзеляжем, набирал высоту и пикировал, развивая сверхзвуковую скорость. Позже ТРД сняли. Машину поднимали на 10-километровую высоту самолетом-носителем В-29 и сбрасывали. Предоставленный самому себе, «Скайрокет» с помощью ЖРД забирался на 18-25 км. Достигнув потолка, D-558 на полной тяге летел с небольшим снижением, а затем, после сгорания всего горючего, планировал и шел на посадку. Летали на «Скайрокете» и по другим программам: от чисто научных и престижно-рекордных до испытаний с ярко выраженным военным «прицелом». Один из последних экземпляров приспособили для ношения бомб, топливных баков и других грузов под крылом, чтобы исследовать, как поведет себя сверхзвуковая машина с наружными боевыми подвесками.
Самой главной ношей «Скайрокета» и других экспериментальных самолетов была регистрирующая и измерительная аппаратура, вес которой достигал нескольких сот килограммов. Машину буквально нашпиговали километрами проводов, датчиками, тензометрами. 400 манометров замеряли давления в разных точках крыла и оперения, более 900 тензометров, соединенных с осциллографами, фиксировали усилия при управлении и напряжения в конструкции самолета. Пять кинокамер снимали шкалы приборов.
Подбирая научную аппаратуру, исследователи заботились не только о сиюминутных проблемах скоростного полета. Впереди, далекий пока для военной авиации, маячил новый барьер — тепловой. И чтобы подойти к нему во всеоружии точных сведений об аэродинамическом нагреве, летающие лаборатории оснастили датчиками температуры: простейшими и сложными. Х-2, например, напоминал перед полетом со скоростью 3000 км/ч жар-птицу — самолет покрыли разноцветными красками. Каждая размягчалась и начинала стекать при вполне определенной температуре.
Итак, что же выяснилось в результате полетов экспериментальных и опытных машин? Столь пугавший конструкторов рост сопротивления в трансзвуковой (число М, близкое к 1) зоне приобретает за барьером более плавный, спокойный характер. Сжимаемость воздуха, из-за которой круто подскакивало сопротивление, не проявляет себя так агрессивно при больших числах М. Трение же, напротив, выходит на первый план и определяет более половины всего вредного сопротивления.
В области чисел М, близких к 2, сопротивление прямой и скошенных под углами 45 и 60 градусов поверхностей, при одинаковой относительной толщине, практически одинаково. Из-за иных соотношений между разными компонентами сопротивления индуктивного, волнового, трения сверхзвуковой самолет можно оснастить либо прямым, либо треугольным крылом малого удлинения. Как и прежде, предпочтение нужно отдать тонким (3-6%) профилям с острым нооком. С другой стороны, чем тоньше крыло и острее его передняя кромка, тем меньше углы атаки, при которых начинается срыв потока. Ухудшение несущих свойств поверхностей приводит к увеличению взлетно-посадочных скоростей и снижению эффективности элеронов и рулей. Поэтому на скоростных машинах вместо рулей высоты стали применять цельноповоротные стабилизаторы.
|
|