Давайте надуем самолёт...
«Локхид Мартин» P-791, как типичный представитель «надутого самолёта»
Начав в прошлой части рассказ о гибридных дирижаблях, я сознательно обошел в нем магистральное направление нынешней конструкторской мысли, направленной на скрещивание концепции летательного аппарата легче воздуха, использующего аэростатическую подъёмную силу с технологиями летательного аппарата тяжелее воздуха, который использует для поддержания своего полёта самолётное крыло.
Дело в том, что вариант, использованный в PA-97 «Пясецкий» Helistat был достаточно необычен и диктовался требованиями заказчика, Департамента лесного хозяйства США. Именно специфика вывоза больших количеств леса с удалённых делянок диктовала потребность аппарата в длительном зависании над выбранным участком леса. А уже зависание как позволяло вертикальный взлёт и посадку, так и определяло использование вертолётного винта, как подъёмного механизма.
Если же в задачу летательного аппарата входит лишь посадка и взлёт с коротких, слабоподготовленных (в идеале - просто расчищенных от посторонних предметов) площадок с использованием укороченного взлёта и посадки, то идея гибридного дирижабля приобретает совсем другой вид.
Нам уже не нужен аппарат, который бы мог, подобно дирижаблю или вертолёту неограниченно долго зависать в воздухе, вертикально садиться или взлетать - нам достаточно того, чтобы аэростатическая сила лишь значительно помогла самолётному крылу при посадке и, особенно, взлёте и обеспечила минимальную взлётную и посадочную скорость и, как следствие, короткий разбег и пробежку нашего «надутого самолёта». Ну, или, если вам так больше нравится - «сдутого дирижабля».
Для анализа преимуществ «надутого самолёта» нам надо будет посмотреть на формулу подъёмной силы. Вот она:
В этой формуле Су - это безразмерный коэффициент подъёмной силу, p - плотность воздуха на высоте полета, v - скорость относительно воздуха, S - характеристическая площадь крыла.
Как видите, подъёмная сила крыла зависит от квадрата скорости летательного аппарата и находится в прямой пропорции от площади его крыльев.
Отсюда следует и грустная закономерность: снижение взлётной скорости вдвое тут же приводит нас к тому, что площадь крыла приходится увеличивать вчетверо. Ну а за снижение взлётной скорости в десять раз, чего бы нам очень хотелось для случая любого самолёта, нам прийдется заплатить увеличением размеров крыла в сто раз.
Именно по такому пути идут самолёты-бипланы. За счёт удвоения несущей площади крыльев они могут взлетать с меньшими скоростями, нежели сравнимые с ними по размеру и по массе монопланы, то есть самолёты с одним крылом:
Легендарный Ан-2, который садится на любом колхозном поле - классический биплан.
Однако, путь увеличения количества подъёмных плоскостей самолёта для целей снижения взлётной скорости имеет свои пределы - наибольшее распространение в итоге получили бипланы и, отчасти, трипланы, как, например, немецкий истребитель времён Первой мировой войны Fokker DR1 Triplane:
Fokker DR1 Triplane в наши дни.
Именно на такой машине летал легендарный немецкий ас Манфред фон Рихтгофен, более известный как Красный барон. Триплан в те годы был настоящим прорывом в инженерно-авиационной мысли. Самолеты с тремя плоскостями отличались от бипланов (не говоря уж о монопланах) великолепной маневренностью и нетребовательностью к взлётно-посадочным полосам. Но за всё в жизни приходится платить: большее количество крыльев создает более серьёзное лобовое сопротивление и, как следствие, ограничивает максимальную скорость бипланов и, особенно, трипланов.
В силу этого серийные самолёты так и остановились на концепции трипланов, а попытки создания квадропланов и комбинированных трипланов так и остались опытными и экспериментальными моделями:
Квадроплан Armstrong Whitworth Fk10.
Летающая лодка Caproni Ca.60 Noviplano - тройной триплан.
В похожий предел уперлись и попытки максимально увеличить размер крыла классического моноплана. Здесь наиболее отличились так называемые летающие лодки - для такого типа самолётов критически важна низкая взлётная скорость, так как, в отличии от обычного, «сухопутного» самолта летающим лодкам приходится ещё и преодолевать сопротивление воды при их взлёте, что и так вынуждает конструкторов устанавливать мощные стартовые двигателя.
Здесь пределом инженерных возможностей стали две уникальные машины - немецкая лодка «Дорнье» Do X со взлётным весом в 52 тонны и американский монстр «Хьюз» H-4 Hercules, который на взлёте весил 180 тонн:
Click to viewДля понимания того, насколько важна была взлётная скорость для летающих лодок - приведу вашему вниманию сравнительные размеры «Боинга-747», «Аэробуса А-380», Ан-225 «Мрия» и летающей лодки «Хьюз»:
Для сравнения: взлётная масса Ан-225 составляет до 640 тонн, А-380 - 560 тонн, а «Боинг-747» может взлетать с массой в 442 тонны.
Однако, 180-тонный Н-4 по прозвищу «Пижон» (Spruce Goose, дословно - «Еловый Гусь») мог похвастаться тем, что взлетал уже на 100 км/час, в то время, как «Боингу-747» для взлёта необходима скорость минимум в 300 км/час.
Вот что означает квадрат скорости в случае самолётного крыла - за возможность взлёта уже на 100 км/час «Еловому Гусю» пришлось заплатить рекордным размахом его крыльев (кстати, сделанных не из алюминия, а из берёзовой фанеры) в 97,5 метра, который не превзойдён летательными аппаратами и до сих пор. Хотя, как мы помним, безумцы всегда хотят странного - и всегда побеждают.
Но, если мы посмотрим в сторону летательных аппаратов легче воздуха - мы внезапно увидим, что даже размеры «Елового Гуся» просто так - пыль, тьфу и растереть на фоне настоящих гигантов неба:
Сравнение крупнейших самолётов в истории и цеппелина «Гинденбург»
То есть, в случае дирижабля, который мы хотим научить летать «по-самолётному», того самого «надутого самолёта», который не забудет своих самолётных привычек, но одновременно и сможет использовать аэростатическую силу - у нас будет сразу же практически бесплатно в нашем распоряжении громадная площадь его поверхности, которой только остаётся придать более-менее сносную аэродинамическую форму.
При этом взлётная скорость такого франкенштейна будет просто мизерная - как за счёт помощи аэростатической силы, так и за счёт громадного размера такого «надувного крыла».
Кроме того, важно и то, что получившийся летательный аппарат будет всё-таки тяжелее воздуха: то есть отпадает нужда в сложной системе балластировки классического дирижабля, которая должна была управлять его плавучестью. Для снижения и посадки такому гибридному дирижаблю можно просто сбросить скорость и он естественным образом пойдёт на плавное снижение.
Ну и, в качестве последнего преимущества - размер такого «надувного крыла» будет меньше размеров сравнимого с ним классического дирижабля. Что сразу же снижает требования по погодным ограничениям для такого гибридного дирижабля.
Ну а платой за всё это является потеря возможности зависания или вертикальной посадки или взлёта, что, однако, всё равно позволяет такому гибридному дирижаблю использовать практически неподготовленные площадки, взлетая с мизерными скоростями в 20-30 км/час.
Интересно, что концерн EADS планирует использование гибридных дирижаблей за наблюдениями за Арктикой. К вопросу о погоде и о ветре.
Именно по такому пути пошли создатели современных гибридных дирижаблей, которые поднялись в воздух в середине 2000-х годов. Кстати, выставленный в заголовок статьи «Локхид Мартин» P-791, несмотря на успешные испытания в 2006 году, в итоге проиграл тендер другому гибридному дирижаблю - детищу компании «Скай Кэт» HAV-3:
И, несмотря на итоговый отказ Министерства обороны США от реализации программы гибридного дирижабля в 2013 году, работы над HAV-3 будут продолжены в Великобритании, где первый полёт нового, увеличенного концепта «Скай Кэта» под названием НАV-304 запланирован на 2016 год.
Нынешний, уже испытанный в программе Пентагона вариант гибридного дирижабля HAV-3 имеет размеры прототипа, а серийный гибридный дирижабль HAV-304 уже должен иметь внушительную грузоподъёмность, имея взлётный вес в 30 тонн, из которых около 18 тонн будет обеспечиваться аэростатической силой, а оставшиеся 12 тонн будут добираться за счёт подъёмной силы его корпуса.
Не остановлены и работы по «Локхид Мартин» P-791 - этот дирижабль, сразу построенный в виде полноразмерного летательного аппарата, уже переквалифицирован в гражданский транспорт под именем SkyTug и может перевозить груз весом до 18 тонн.
В России же пока работы над новыми, гибридными дирижаблями пока что не вышли за пределы уже упомянутого «Термоплана». Кроме «Термоплана» в России лишь велись работы по концепции гибридного дирижабля Филимонова, который фигурировал в прессе под названиями ФИАЛКА, БАРС и АКЛА.
В варианте БАРС (безаэродромный аэростатически-разгруженный самолёт) концепт даже совершил несколько подъемов в воздух в 1995 году:
Однако, данные подъёмы производились без аэростатического объёма внутри летательного аппарата, что, в общем-то, определялось весьма скудным финансированием проекта.
На сегодняшний день прототип БАРСа находится в Тюмени, а его создатели по-прежнему ищут инвесторов, которым бы стало интересным постройка революционного летательного аппарата в заснеженной и громадной России:
Надеюсь, у них всё получится.
Ведь, как говорят, надежда умирает последней. В кончном счёте, ведь даже Говард Хьюз строил «Елового Гуся» в конце проекта уже практически сам, вложив в его единственный полет больше денег, чем правительство США. Ему просто хотелось сделать самолёт лучше, чем кто-либо делал до него.
В итоге Хьюз даже был обвинен в излишних тратах на Н-4 и сказал в своё оправдание: «Я вложил в это всю свою жизнь и поставил на кон всю свою репутацию. Я уже говорил, что если меня постигнет неудача, я покину страну и больше никогда сюда не вернусь. И я от своих слов не отказываюсь».
«Пижон» полетел под управлением Говарда Хьюза 2 ноября 1947 года, когда уже закончилась Вторая мировая война и немецкие подлодки уже не угрожали коммуникациям союзников.
Мы знаем, что безумцы всегда хотят странного - и всегда побеждают.
Победим и мы.