Четверг, 19.10.2017, 10:26 Приветствую Вас Гость

ОРУЖИЕ

Меню сайта
Категории раздела
ОРУЖИЕ
Правовое регулирование, характеристики, техника стрельбы.
Авиация
Рыцари брони
Оружие славы
Морские истории
Охотничье оружие
Центральный музей ВС СССР
Юмор
Форма входа
Реклама
Главная » Статьи » Авиация

★ Чаплыгин и Нестеров

 Первый раз мне довелось лететь на самолете, когда я был уже студентом. До сих пор помню это чувство торжества и волнения, испытанное мною при виде быстро уходящей вниз земли. Я восхищался всем: удобными креслами, облаками внизу, поданным завтраком, складными столиками, поворачивающимися лампочками над головой каждого пассажира, высотой и скоростью полета, объявленными стюардессой, самой стюардессой, ровным гулом моторов, температурой воздуха за бортом (минус пятьдесят). Впечатление от полета портила только моя соседка - девочка лет тринадцати, которая вертелась в кресле и без конца повторяла:

- Ой, как долго. Ну, скоро ли там? Который час? Сколько нам еще осталось? Ой, до чего надоело.

 «Какая наглость, - думал я, - из Ленинграда в Крым за два с половиной часа - это ей долго».

 Мне же, наоборот, было жалко, что самолет уже скоро пойдет на посадку. Я стал смотреть в иллюминатор, чтобы не упустить чего-нибудь интересного. И тут сердце мое екнуло.

 Я увидел, как на крыле появилась небольшая, но заметная продольная трещина.

 В тот же момент в животе у меня стало пусто и холодно - я понял, что самолет резко пошел вниз,

 Трещина заметно увеличилась. Казалось, будто неведомая сила вытягивает прямоугольный кусок в задней части крыла и отжимает его книзу.

 Коричневая земля с белыми игрушечными домиками неслась уже совсем близко.

 «Может, пойти предупредить летчиков? - лихорадочно думал я. - Может, еще не поздно? А вдруг и другие заметят? Поднимется паника - будет еще хуже».

 Девочка перегнулась через меня и тоже выглянула в иллюминатор. Я посмотрел ей в лицо - испугается или нет? Но она только откинулась в кресле и воскликнула:

- Слава богу, закрылки выпустил! Значит, уже скоро.

 Я почувствовал, что краснею до слез.

 Какая-то девчонка, школьница знает, что такое «выпустить закрылки», а ты, студент второго курса, не только понятия об этом не имеешь, но еще и перетрусил как слабонервная старушка. Позор; какой позор! Как хорошо, что я не бросился «предупреждать летчиков».

 В 1911 году уже десятки и сотни самолетов строились на заводах всех европейских стран.

 Самым крупным самолетом тех лет был четырехмоторный русский биплан «Илья Муромец». Размах его крыльев достигал 37 метров. Он мог подниматься на высоту двух километров с девятью пассажирами на борту, мог совершать шестичасовой беспосадочный полет и развивать скорость до ста километров в час. Сконструирован он был инженером Сикорским на основании аэродинамической теории, разработанной Жуковским.

 Винт НЕЖ, крыло НЕЖ, руль НЕЖ - эти слова часто мелькали в разговорах авиаторов всех стран, в проектах конструкторов, в статьях об авиации.

 НЕЖ Николай Егорович Жуковский. Его заслуги в разработке авиационной теории уже тогда были признаны всем миром. Но мало кто из непосвященных знал, какую неоценимую помощь оказал ему его ученик и соратник, другой замечательный русский ученый - Сергей Алексеевич Чаплыгин.

 Если Жуковский соединял в себе талант экспериментатора с огромным запасом математических знаний, то Чаплыгин был прежде всего математиком. Знавшие его рассказывали, что на научных конференциях и докладах он мог долго сидеть молча, прикрыв глаза, так что возникало впечатление, будто он задремал. Но вот в какой-то момент он поднимал голову, останавливал докладчика и в бесконечной цепи формул, которыми была исписана доска, указывал ему на допущенную ошибку. Именно Чаплыгин первым оценил значение открытия Жуковского, но, поздравляя его после доклада на тему «О присоединенных вихрях», он же и указал ему на огромную математическую трудность подсчета циркуляции скорости вокруг реального крыла, этой «J», необходимой для подсчета подъемной силы.

 Жуковский не мог с ним не согласиться.

 Действительно, подсчитать циркуляцию вокруг вращающейся пластины ничего не стоило: она давала равномерный симметричный вихрь, зависевший только от угловой скорости вращения пластины. Другое дело - реальное крыло. Ведь воздух будет обтекать его неравномерно. Нужно было бы знать скорость струек воздуха в каждой точке поверхности крыла, то есть закон распределения скорости по профилю крыла. Тогда при помощи интегрального исчисления величина циркуляции J, необходимая для формулы подъемной силы, была бы подсчитана. Но в том-то и дело, что распределение скоростей можно было бы узнать только экспериментально. Снова получался замкнутый круг: для того чтобы спроектировать крыло, надо знать распределение скоростей обтекания, а для того чтобы знать это распределение, надо иметь готовое крыло.

 Чаплыгин горячо берется за решение этой задачи, Нужно разорвать замкнутый круг. В постоянном сотрудничестве с Жуковским, шаг за шагом нащупывает он верное решение.

 Казалось бы, перед ним всего лишь два пути.

 Первый: взять готовое крыло, зарекомендовавшее себя до сих пор наилучшим образом (тонкую изогнутую пластину) и создать подробную теорию расчета циркуляции вокруг него. Второй: создать теорию для определения циркуляции вокруг тела любой формы. Но пойти по первому пути - значило обречь зарождающуюся авиацию на увековеченье этой случайно найденной формы - изогнутой пластины, на невозможность поисков новых, более эффективных форм. Пойти по второму - погрязнуть в пучине дифференциальных уравнений, либо вообще неразрешенных, либо таких сложных, что для обсчета их понадобились бы сотни математиков.

 Чаплыгин находит третий путь.

 Он как бы начинает рыть туннель с двух концов: с одной стороны - видоизменяет имеющееся крыло, «дужку», утолщая его и делая плавно обтекаемым, а с другой стороны создает относительно несложный математический аппарат для подсчета циркуляции вокруг крыльев такого типа. Эти чаплыгинские изыскания, обобщенные в постулате Чаплыгина- Жуковского, и легли в основу знаменитых типовых профилей для крыльев и винтов, получивших название НЕЖ.

 Нужда самолетостроителей всего мира в простых формулах для расчета таких профилей в 1910 году была столь острой, что один немецкий журнал ухитрился напечатать статью Жуковского даже раньше, чем она вышла в России.

 К 1911 году создание самолета, способного подниматься в воздух и лететь в нужном направлении, перестало быть проблемой. Но летчиков подстерегала новая опасность. Устойчивость полета - вот чего никак не удавалось добиться от первых машин. Любой маневр - взлет и посадка, поворот, снижение или увеличение скорости могли привести к тому, что самолет заваливался на бок или на нос, переворачивался вверх колесами и падал на землю. Профессия авиатора по-прежнему считалась очень опасной; кто-то даже подсчитал, что за год каждый двадцатый из них разбивался насмерть.

 Конечно, главное условие устойчивого полета - чтобы подъемная сила крыльев не стала меньше веса самолета (вертикальная устойчивость). А она может стать меньше, когда самолет потеряет или снизит скорость (например, идя на посадку). Попробуем же представить себе физическую природу подъемной силы из закона Бернулли. На рисунке показано крыло в разрезе (профиль крыла) и картина обтекания его воздушным потоком. Вследствие выпуклой формы крыла струя воздуха над ним оказывается более уплотненной, а значит - и скорость вдоль верхней поверхности больше, чем вдоль нижней. Но, по закону Бернулли, чем больше скорость потока, тем меньше давление, следовательно, воздух давит на крыло снизу сильнее, чем сверху. Отсюда и возникает подъемная сила.


Профиль крыла в разрезе и картина обтекания его воздушным потоком

 Теперь попробуем повернуть крыло под некоторым углом (углом атаки) к набегающему потоку, как это показано на рисунке. Струи над верхней поверхностью уплотнятся еще больше подъемная сила возрастет. Поэтому при увеличении угла атаки самолет сможет держаться в воздухе даже при сравнительно небольшой скорости. Когда вам придется быть на аэродроме, присмотритесь к тому, как садится самолет. Скорость его полета заметно падает, и он словно пытается компенсировать это уменьшение скорости тем, что задирает нос, то есть увеличивая угол атаки. Так же и аист садится на свое гнездо - крылья в последний момент разворачиваются из горизонтального положения в наклонное, и птица плавно опускается на выпущенные вперед ноги.

 Плавно? Нет, не совсем. И аист, и голубь, и чайка, прежде чем окончательно опуститься, обязательно несколько раз взмахнут крыльями. Потому что скорость стала слишком мала - планирующий полет на такой скорости невозможен. Но самолет взмахнуть крыльями не может. Единственное средство для него удержаться на малой скорости - задирать нос, увеличивать угол атаки.

 Вот один из первых «фарманов» идет на посадку. Встречный поток воздуха так силен, что летчик поневоле пригибает голову. Нет, садиться на такой скорости невозможно тонкие спицы колес не выдержат удара о землю... Нога на секторе газа чуть ослабляет давление - обороты пропеллера уменьшаются. Скорость тоже уменьшается, и самолет начинает заметно проваливаться вниз. Крылья перестают держать его. Надо помочь им.

 Рукоятку руля высоты взять на себя. Так. Задрать нос самолета еще больше, увеличить угол атаки.

 Земля надвигается все ближе.

 Осталось только перетянуть через последние елки, а там впереди уже зеленеет ровное поле. Рукоятку на себя, еще немного, еще. До несущейся внизу травы остается каких-нибудь пять метров.

 И тут будто невидимая сила бросает летчика вперед на штурвал.

 Самолет резко замедляет полет, становится почти вертикально и рушится вниз на самом краю аэродрома.

 Со всех концов бегут люди, несется санитарная карета. Раненого летчика осторожно вынимают из обломков самолета.

 Такие аварии были не редкость в первые годы существования авиации. Максимальный угол атаки, при котором увеличение подъемной силы внезапно прекращалось, а вместо него происходило резкое уменьшение скорости и падение самолета, назвали критическим углом атаки.

 Скорость при посадке должна быть минимальной - это было ясно каждому. Даже при посадке на подготовленную полосу чем меньше скорость, тем безопаснее момент соприкосновения с землей. А что же говорить о вынужденных посадках, когда самолет из-за неисправности должен был садиться прямо на поле или на проселочную дорогу? Но снижать скорость - значило уменьшать подъемную силу. И единственное средство, которым можно было компенсировать это уменьшение, не дать подъемной силе стать меньше веса самолета, был угол атаки. Но как раз этим средством первые летчики могли пользоваться очень ограниченно - в пределах, допускаемых величиной критического угла.

 Для того чтобы увеличить критический угол атаки, Чаплыгин предложил делать не цельное крыло, а составное. Задирая нос самолета при посадке, то есть увеличивая угол атаки, летчик одновременно специальным рычагом отодвигал так называемый предкрылок от основного крыла. Часть воздуха из-под нижней поверхности под действием разности давлений устремлялась в образовавшуюся щель и, обтекая крыло сверху, предотвращала срыв потока. Благодаря этому критический угол атаки удалось увеличить с 15 почти до 25 градусов. Казалось бы, просто? Но такая простота решения, конечно, была доступна лишь ученому, который представлял себе физическую и математическую картину обтекания крыла с такой ясностью, как Чаплыгин.


Крыло с предкрылком.       Крыло с закрылком.

 Другое улучшение конструкции крыла, предложенное учеными-аэродинамиками, - закрылок. Он представляет из себя пластину, закрепленную снизу у задней кромки крыла (или просто заднюю кромку, способную в нужный момент поворачиваться на шарнире). Опускание пластины как бы увеличивает вогнутость крыла. А это, в свою очередь, увеличивает подъемную силу, позволяет самолету держаться в воздухе при малых скоростях. Перед взлетом самолет выпускает закрылки - это позволяет ему оторваться от земли при малой скорости, то есть уменьшает необходимую длину пробега (можно обойтись более короткой взлетной полосой). В воздухе самолет разгоняется до крейсерской скорости. Теперь подъемная сила крыла оказывается достаточной и без закрылков; они только создают добавочное сопротивление полету - летчик убирает их. Когда же самолет идет на посадку и скорость его быстро убывает, закрылки снова выпускаются до отказа. В этот момент и возникает та «трещина», которая может напугать слабонервных профанов.

 Итак, вертикальная устойчивость полета на разных скоростях, казалось, была обеспечена. Но оставалась еще продольная и поперечная неустойчивость, - самолеты то заваливались на крыло, то зарывались носом, то просто переворачивались при слишком крутых поворотах. Ученые никак не могли сойтись на едином мнении по поводу того, каким способом надо бороться с этой бедой. Многие, в том числе даже Жуковский, считали, что необходимо разработать автоматическое устройство для поддержания устойчивости полета. Но окончательное решение пришло не из кабинетов и лабораторий, а от тех, для кого устойчивость самолетов была вопросом жизни и смерти, - от самих летчиков.

 ... В ясный сентябрьский день 1912 года дачная публика, прогуливавшаяся неподалеку от Гатчинской летной школы, увидела, как в воздух поднимается «фарман-4» с красными флажками на концах крыльев.

- Флажки? Что это значит? У летчиков какой-нибудь праздник? - спрашивали люди друг у друга.

- Нет, - отвечали знатоки. - Красные флажки означают, что курсант впервые летит самостоятельно.

- Но зачем оповещать об этом весь мир?

- Чтобы все другие самолеты уступали этому дорогу. Да и инструктору, оставшемуся на земле, легче наблюдать за полетом.

 Инструктор в форме поручика русской армии стоял посредине летного поля и щелкал себя сорванной веточкой по голенищу сапога.

- Наконец-то решился взлететь один, - пробормотал он себе под нос.

- Не думаете же вы, что Петр Николаевич боялся самостоятельного полета, - сказал стоявший рядом офицер.

- А что же он тогда откладывал со дня на день? Все рвутся поскорее взять в руки штурвал, только он... О господи, что он там вытворяет?

 Самолет долетел до дальнего конца поля и начинал разворот. Крылья блеснули, и одно красное пятнышко поднялось выше другого. «Фарман» шел с заметным креном.

- Но ведь двадцать раз говорил ему, - воскликнул инструктор, - осторожнее на поворотах! Плоско и по большой дуге. Блинчиком, тарелочкой... Уф, слава богу! Кажется, выровнялся. Еще бы немного - и наверняка сорвался бы.

 Но самолет, пройдя прямолинейный участок, снова начал резкий разворот с креном еще большим - градусов до тридцати.

 Инструктор схватился за голову.

 На третьем повороте он только пожал плечами, будто снимая с себя всякую ответственность.

 За четвертым наблюдал с нескрываемым любопытством, даже рот приоткрылся. Когда же самолет с выключенным мотором плавно спланировал на поле, инструктор не сделал курсанту никакого выговора, а только попросил повторить полет.

 Звали курсанта Гатчинской летной школы Петр Николаевич Нестеров.

 Повороты с глубоким креном - виражи были важнейшим звеном в разрабатывавшейся Нестеровым практической науке летания. До него крен самолета считался самым опасным явлением. Но почему? Велосипедист на треке, лыжник на склоне горы, птица в полете - все они совершают поворот с креном. И чем круче поворот, тем круче крен.

 Однако ни в какие летные эксперименты Нестеров не пускался очертя голову. Он непременно проводил предварительные расчеты всех сил, которые должны действовать на самолет в том или другом маневре. Потому-то ему нужно было время, чтобы подготовиться к самостоятельному полету. Ни одна книга по авиации, ни одна работа русских или зарубежных ученых не проходила мимо него. О теоретической возможности мертвой петли он говорил с цифрами в руках; еще будучи в Гатчинской школе, доказывал, что самолет, обладающий несколько большей скоростью и прочностью, чем «фарман-4», сможет выполнить ее. (Петля была выполнена им год спустя на «ньюпоре».) Товарищи посмеивались над ним, даже поместили шуточные стихи в его адрес в настенном альманахе, вывешенном в офицерском собрании. Нестеров ответил им тоже стихами:

... Одного хочу лишь я,
Свою петлю осуществляя:
Чтоб эта мертвая петля
Была бы в воздухе живая.
Не мир хочу я удивить,
Не для забавы иль задора,
А вас хочу лишь убедить,
Что в воздухе везде опора
.

 Многие русские и зарубежные летчики научились находить эту «опору в воздухе» благодаря работам Нестерова.

 В мае 1914 года Нестеров, уже прославленный на весь мир своей мертвой петлей, приехал в Москву. Москва в те дни восторженно принимала известного французского летчика Пегу. На вечере в Политехническом музее Пегу вытащил Нестерова на сцену и на глазах всей публики обнял его.

 Месье Пегу говорит, - сказал переводчик, - что на первую свою мертвую петлю он решился только после того, как прочел в газетах об успешном выполнении ее Нестеровым.

 В зале шутили: летчики уже летают вниз головой - значит, авиация становится на ноги.

 Действительно, успехи авиации были так стремительны, что профессор Жуковский в своем докладе, заглядывая в ближайшее будущее, говорил уже о полете через океан и даже о кругосветном перелете.

 Молодежь рвалась в авиацию, повсюду создавались летные кружки и школы. Нестеров работал над созданием самолета собственной конструкции, выступал с докладами, один из которых назывался: «О катастрофах и способах их избегать». Но если человеческая воля и ум уже научились оберегать от катастроф летательный аппарат, то способов предотвратить катастрофу, надвигающуюся на весь мир, не знал никто.

 30 июля разразилась первая мировая война.




Категория: Авиация | Добавил: 17.05.2015
Просмотров: 511 | Рейтинг: 0.0/0
Поиск по сайту
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Реклама
Copyright MyCorp © 2017