Иногда они поднимаются: необычные летательные аппараты

Мы привыкли, что все современные самолеты выглядят примерно одинаково. Но среди них попадаются очень странные экземпляры

С момента первого полета «Флайера-1» братьев Райт над дюнами Северной Каролины самолеты прошли большой путь. Обычно у них есть крыло из двух симметричных половинок, продолговатый корпус, два или четыре двигателя, явно распознаваемая кабина впереди, хвостовое оперение сзади. Но из этого правила есть исключения.

Как на бочке с порохом: Leduc 0.10

Этот летательный аппарат без признаков кабины пилотов по нынешним временам выглядит объяснимо — как типичный беспилотник. Только вот придуман и построен он был, когда беспилотных самолетов еще не существовало, и кабина в нем есть — только она спрятана внутри корпуса и стоит перед единственным двигателем.

Собственно, Leduc 0.10 — это и есть в основном реактивный двигатель с крылом и хвостом. Причем двигатель это особый — прямоточный (также обозначается аббревиатурой ПВРД). Машину, оснащенную реактивным двигателем (самолет, автомобиль, поезд), двигает вперед реактивная струя газа, выходящая из двигателя и образованная при сжатии воздуха на входе и воспламенении топлива в камере сгорания. Большинство современных авиадвигателей относятся к числу турбореактивных (ТРД) — в них воздух в камеру сгорания нагнетается турбиной, установленной на входе. Помимо прочего, именно за счет этого машина с таким двигателем может самостоятельно тронуться с места.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель не таков и устроен гораздо проще: когда машина с ним движется вперед, воздух естественным образом попадает в камеру сгорания, там смешивается с продуктами сгорания топлива, и образуется реактивная струя. Нетрудно догадаться, какова главная проблема такого двигателя: на низкой скорости не возникает достаточного для его работы давления воздуха в камере. Очевидно, что и тронуться с места самостоятельно он не сможет. Тем не менее работы по исследованию и применению таких двигателей велись много лет.

Так, в 1937 году инженер Рене Ледюк получил заказ от французского правительства на разработку первого самолета с прямоточным двигателем. Аппарат получил обозначение Leduc 0.10. Предполагалось, что подниматься в воздух и разгоняться он будет, будучи установленным на самолете-стартере, а далее уже в воздухе отделится от него и отправится в самостоятельный полет.

Первый такой полет, впрочем, состоялся только после Второй мировой войны, в 1947-м. Интересно, что в ходе испытания Leduc 0.10 показал лучшие летные качества (скорость, высоту полета и др.), чем существовавшие на тот момент реактивные истребители. Работы над этой и усовершенствованными моделями самолетов с ПВРД велись до конца пятидесятых — в частности, создали модификации Leduc 0.21 и Leduc 0.22, последняя из которых должна была стать сверхзвуковой, но не смогла развить нужную скорость, — и в конце концов были свернуты, проиграв конкуренцию самолетам с ТРД.

Увидеть Leduc 0.10 (на фото он показан на опорах на имитации фюзеляжа самолета-стартера) и его младшего, но более продвинутого брата Leduc 0.22 сегодня можно во французском Музее авиации и космонавтики в Ле-Бурже. Кстати, ПВРД не вышли из обихода — их стали использовать на беспилотниках и крылатых ракетах

Источник: ignis / Wikimedia Commons

Задом наперед: Piaggio P.180 Avanti

Не будь этот бизнес-самолет оборудован пропеллерами, он вполне мог бы сойти за посадочную капсулу с космического корабля из будущего. Но и пропеллеры, официально называемые тут воздушными винтами, у него «не с той стороны» — как у Карлсона, который живет на крыше, у судна или дирижабля!

Мы ведь привыкли, что винт (или винты) находится у самолетов спереди — на носу или на передней кромке крыла — и работает в тянущей конфигурации. Оказывается, можно сделать и иначе: в толкающей конфигурации. Больше того, немалое число ранних самолетов, включая тот, что подняли в воздух братья Райт в 1903-м, работали именно так. Позднее такая конфигурация появлялась многократно, хотя и не получила большого распространения и потому выглядит сегодня непривычно.

Почему же главный инженер Piaggio Алессандро Мадзони избрал именно такую схему? Потому что она, по его мнению, в сочетании с другими характеристиками самолета, включая аэродинамику, обеспечивает бóльшую топливную эффективность, чем близкие по характеристикам реактивные самолеты, и бóльшую скорость, чем винтомоторные конкуренты.

Из-за того что горизонтальные стабилизаторы, которые у обычных самолетов находятся в хвостовой части, у Avanti приделаны к носу, эта машина несколько напоминает рыбу-молот

Источник: James / Flickr

С 1986 года было выпущено более 230 таких самолетов в разных конфигурациях, включая медицинскую и патрульную; в разработке также находится беспилотная версия для военных. Но в первую очередь это именно частный самолет вместимостью 7–9 человек. Дальность полета зависит от загрузки, и четырех пассажиров он может доставить на расстояние 2800 км — это как от Москвы до Дублина.

На честном слове и на косом крыле: AD-1

Еще один разрыв шаблона и подрыв устоев: мы привыкли, что крыло самолета имеет две полуплоскости, или консоли, расположенные симметрично справа и слева от фюзеляжа. (Внимание: у абсолютного большинства поднимающихся в небо сегодня самолетов именно одно крыло; два — это когда они установлены одно над другим, как у биплана Ан-2. Крыльев может быть и три — тогда самолет называется трипланом.)

Любители авиации знают, что консоли у некоторых самолетов могут двигаться, это называется схемой с изменяемой геометрией крыла (такая была впервые применена на американском Bell X-5 в 1947-м и сегодня используется, в частности, на Су-24, Ту-160 и Rockwell B-1 Lancer). Оказывается, это не все, до чего додумались инженеры-авиастроители.

Пример полета их фантазии — экспериментальный самолет НАСА AD-1. Его единственное крыло — цельное и может поворачиваться вокруг вертикальной оси, по команде пилота вставая наискосок. При взлете, наборе высоты и посадке крыло должно стоять перпендикулярно продольной оси фюзеляжа, а с ростом скорости — поворачиваться на угол до 60 градусов, уменьшая аэродинамическое сопротивление самолета и снижая расход топлива.

AD-1 построили по проекту Берта Рутана, авиаконструктора, спроектировавшего за свою карьеру целый ряд уникальных летающих машин, включая Voyager, совершивший в 1986-м первый в истории беспосадочный кругосветный перелет без дозаправки за девять дней, а также суборбитальный частный пилотируемый космический корабль многоразового использования SpaceShipTwo.

Но вернемся к AD-1. Первый полет эта небольшая машина совершила в конце 1979 года. А так как испытания вело НАСА, известное крайне строгими правилами тестирования новых устройств, то на угол в 60 градусов крыло решились повернуть только к середине 1981 года, все это время обкатывая машину с меньшими углами поворота и на разных скоростях.

Испытания показали, что управлять самолетом с крылом наискосок можно, но при повороте крыла более чем на 45 градусов управляемость сильно снижается. К концу лета 1982-го программа была свернута и самолет отправился в Авиационный музей Хиллера в Калифорнии, где он находится по сей день. С тех пор попыток построить летающие машины с косым поворотным крылом не было.

Важно понимать, что AD-1 — чисто тестовый аппарат. Длину он имеет 11,8 м, размах крыла — 9,8 м, полная масса — меньше 1 тонны, корпус изготовлен из стеклопластика. Самолет был оснащен двумя небольшими по мощности реактивными двигателями, а управлял им один пилот (всего за время полетов управление AD-1 освоили полтора десятка человек). Двигаться быстрее 400 км/ч машина была не способна, а ее крейсерская скорость составляла примерно 270 км/ч. Чтобы проверить концепцию на более высоких скоростях, потребовался бы новый прототип но он так и не был создан

Источник: NASA / WikimediaCommons

Внутри гигантского крыла: Калинин К-7

Если без крыла самолету не обойтись — без него нечему будет создавать подъемную силу, — то фюзеляж летательному аппарату совсем не обязателен: все необходимое можно разместить непосредственно внутри крыла. Довольно логично, что такая схема самолета будет называться летающим крылом.

К числу ее преимуществ относят бóльшую полезную нагрузку (то, сколько самолет может поднять в воздух) и снижение радиолокационной заметности. Первый патент на такую конструкцию самолета, от 1910 года, принадлежит легендарному немецкому авиаконструктору Хуго Юнкерсу, а реализована идея была в 1930-е.

Одной из первых в мире машин, построенных по такой схеме, можно считать советский самолет-гигант K-7 харьковского конструкторского бюро К.А. Калинина. Сразу оговоримся: это не летающее крыло в чистом виде, как германский Horten Ho 229 1944 года или американский бомбардировщик-невидимка B-2. У К-7, в отличие от них и других им подобных бесхвостых аппаратов, имелось хвостовое оперение, покоившееся на двух балках. Но грузовой и/или пассажирский отсеки, а также двигатели машины были размещены внутри крыла.

И крыло это было поистине монументальным — 53 м в размахе (больше, чем у самой большой модификации Boeing 767), более 2,3 м в высоту, эллиптической формы и площадью более 450 м2 — почти как современная баскетбольная площадка. Это был один из крупнейших в мире самолетов дореактивной эры. В движение его приводили семь винтовых двигателей по 750 л. с. Каждый — шесть тянущих впереди и один толкающий сзади.

Использовать К-7 предполагалось как в мирных, так и в военных целях. В гражданском исполнении он мог бы перевозить до 128 пассажиров на расстояние до 5000 км (или 64 пассажира в каютах класса люкс). Также были предусмотрены варианты бомбардировщика и десантного самолета. В последнем случае самолет мог быть использован для заброса 112 парашютистов или, например, танка и другой техники.

К сожалению, всему этому не суждено было воплотиться в жизнь: первый полет огромная машины выполнила 21 августа 1933 года, а уже 21 ноября того же года разрушилась в воздухе в ходе испытаний, погубив 15 из 20 человек, находившихся на борту. Спустя два года программа К-7 была закрыта, и еще два строившихся летных экземпляра так и не поднялись в воздух.

От проекта К-7 осталось совсем немного визуальных свидетельств, это фото в полете — одно из них. Скорее всего, погубил самолет и весь проект флаттер — самовозбуждающиеся незатухающие колебания элементов конструкции летательного аппарата, которые могут привести к его разрушению. Бороться с ним научились лишь к началу сороковых

Источник: Wikimedia Commons

До серийного производства с тех пор добрались только два летающих крыла: уже упоминавшийся Northrop Grumman B-2 Spirit и беспилотник Lockheed Martin RQ-170 Sentinel — и тот и другой в США, и построено их порядка двух десятков штук каждого.

Вертолетосамолет: Bell V-22 Osprey

На самом деле, у такой конструкции есть официальное название: конвертоплан. И конвертопланы не являются винтокрылыми машинами, хотя и могут вести себя как таковые. У вертолета роль крыла выполняет винт (или винты), создающий и подъемную и движущую силу.

Конвертоплан же имеет обычное крыло и представляет собой летательный аппарат с поворотными двигателями (или крыльями), в котором сочетаются, по крайней мере теоретически, лучшие качества самолетов и вертолетов — способность вертикально взлетать и садиться, как вертолет, а в горизонтальном полете, повернув двигатели перпендикулярно земле, двигаться, как обычный самолет, с использованием подъемной силы горизонтального крыла — быстрее и дальше, чем вертолет.

Первый детально проработанный проект такой машины появился в Германии в 1938 году, но его реализации помешала Вторая мировая война. А первый и на сегодняшний день единственный серийный конвертоплан — Bell Boeing V-22 Osprey — придуман и построен в США. И если вам кажется, что создание такой машины — весьма непростая инженерная задача, вы не ошибаетесь.

Американские военные, заказчики V-22, почувствовали нужду в таком летательном аппарате в начале 1980-х, но первый полет V-22 совершил только в 1989-м. Еще спустя 11 лет Корпус морской пехоты США начал подготовку пилотов, а на службу машина поступила лишь в 2007-м.

V-22 Osprey в раскраске Корпуса морской пехоты США на авиасалоне Фарнборо в 2012 году. Источник: AIRBOYD / YouTube

Аппарат длиной 17,5 м, с размахом крыла 14 м и диаметром винтов в 12 м каждый, используется в армии США, ВВС и на флоте, а также Силами самообороны Японии и сегодня. При этом служба проходит не беспроблемно: с 2007 года V-22 Osprey, существующий в шести вариантах с разной специализацией, разбивался не менее семи раз и погубил 16 человек. Еще несколько крушений произошли за годы разработки и испытаний летательного аппарата.

Построено таких машин больше 350 штук. Osprey может нести до 32 пассажиров или более 9 тонн грузов, развивать скорость до 565 км/ч и совершать перелеты длиной более 1600 км. Больше того, если он стал временно не нужен, его можно сложить для удобства хранения — например, если он оказывается на палубе или в трюме корабля. В настоящее время готовится к серийному производству усовершенствованный гражданский аналог V-22 Osprey под названием AgustaWestland AW609 — частный летательный аппарат на 6–9 человек.

Автор текста: Никита Харчевников