Как британские пилоты помогли покорению звукового барьера (C)
В свое время группа британских летчиков-испытателей, рискуя жизнью, вводила поршневые истребители Spitfire в скоростное пикирование, приближая эпоху сверхзвуковых полетов.
14 октября 1947 г. американский летчик-испытатель Чарльз "Чак" Йегер совершил то, что многие считали невозможным.
Несмотря на боль от перелома двух ребер (он упал с лошади несколькими днями ранее), Йегер поднялся в воздух на экспериментальном ракетном самолете Bell X-1 и стал первым человеком, преодолевшим скорость звука.
Хотя в историю сверхзвуковой авиации вошло именно его имя, рекорду Йегера предшествовали полеты других испытателей, вплотную подбиравшихся к звуковому барьеру.
Эти испытания были весьма рискованными - не всем летчикам удалось выжить.
Еще больше впечатляет тот факт, что пилотировавшиеся ими самолеты были технически не способны развить скорость звука: сама попытка приблизиться к звуковому барьеру грозила разрушением летательного аппарата.
Благодаря испытательным полетам одноместных истребителей Supermarine Spitfire, сыгравших ключевую роль в Битве за Британию, исследователи поняли, какие аэродинамические трудности необходимо преодолеть, чтобы создать сверхзвуковой самолет.
Рекордный полет Чака Йегера на ракетном самолете Bell X-1 стал возможным благодаря информации, собранной в рамках программы скоростных испытаний на дозвуковых истребителях
Истребитель Spitfire, разработанный британским конструктором Реджинальдом Митчеллом, поступил на вооружение Королевских ВВС Великобритании незадолго до начала Второй мировой войны.
Более поздние модификации истребителя могли развивать в горизонтальном полете скорость свыше 650 км/ч за счет мощного двигателя Rolls-Royce Merlin и четырехлопастного воздушного винта, создававшего дополнительную тягу.
В аэрофоторазведывательном варианте, без пулеметов и боезапаса на борту, самолет мог летать еще быстрее.
Превосходные летно-технические качества делали Spitfire отличной платформой для испытательных полетов, в особенности для высокоскоростных исследований.
В ходе этих испытаний летчики выводили самолет в область ранее не встречавшихся им аэродинамических явлений, возникающих по мере приближения к звуковому барьеру.
В книге Wings on My Sleeve ("Крылья за спиной") прославленный британский летчик-испытатель Эрик Браун пишет, что скоростные испытательные полеты начались в конце 1943 года.
В рамках этой программы майор Дж.Р. Тобин ввел самолет Spitfire Mark XI в пикирование с углом тангажа -45°.
Истребитель развил скорость 975 км/ч, или 0,89 числа Маха (М - технический термин, где значение 1 М упрощенно соответствует скорости звука).
Ни одному летчику Spitfire ни до, ни после Тобина не удалось достичь такой скорости и остаться в живых.
Однако вскоре произошло гораздо более драматическое событие.
В апреле 1944 г. майор Энтони Мартиндейл ввел в пике точно такой же Spitfire Mark XI. На этот раз редуктор воздушного винта, призванный ограничивать максимальную скорость полета, отказал.
Воздушный винт оторвало, а пикирующий самолет понесся к земле на скорости свыше 1000 км/ч (0,92 М).
Мартиндейлу повезло - он выжил после того, как у его Spitfire оторвало воздушный винт
Мартиндейла спасли от гибели элементарные законы физики. После отделения тяжелого воздушного винта центр тяжести самолета сместился к хвосту, в результате чего машина вышла из пике и на большой скорости начала набирать высоту.
Из-за перегрузки летчик на какое-то время потерял сознание, а когда очнулся, оказалось, что самолет летит на высоте 13 км.
Мартиндейлу удалось спланировать к земле и совершить успешную посадку.
Перегрузки во время пикирования были настолько большими, что слегка отогнули крыло назад, придав ему стреловидную форму - именно такую форму в дальнейшем стали применять на сверхзвуковых самолетах.
Крыло отогнулось вследствие воздействия набегающего потока воздуха на большой скорости, объясняет Род Ирвин, председатель аэродинамической секции Королевского воздухоплавательного общества:
"Когда скорость самолета приближается к значениям 0,85-0,95 М, поток воздуха, обтекающий крыло с дозвуковой скоростью, на отдельных участках поверхности выходит на сверхзвук. Обтекание становится нестабильным, появляется тряска, и возникает чувство, что из-за этого кардинального изменения в аэродинамике полета самолет сейчас развалится на части".
По словам Ирвина, эта проблема остается актуальной и для современных авиалайнеров, таких как Airbus A380 - их максимальная скорость ограничена пределом, после которого обтекающий крыло воздушный поток начинает локально достигать сверхзвуковых скоростей, что может привести к вибрации и так называемому бафтингу - аэродинамической тряске.
У самолетов, подобных Spitfire, имелся еще один существенный недостаток - собственно воздушный винт.
У ранних самолетов воздушный винт был напрямую подсоединен к двигателю; соответственно, по мере роста мощности двигателя винт вращался все быстрее.
Даже при полете со скоростью 480 км/ч воздух, обтекающий лопасти винта, уже мог достигать сверхзвуковых скоростей.
Возникающие при этом скачки уплотнения приводили к росту сопротивления, бафтингу и повышению уровня шума.
По словам Джереми Кинни, куратора в вашингтонском Национальном музее воздухоплавания и астронавтики при Смитсоновском институте, Реджинальд Митчелл, создавший Spitfire, знал о некоторых из проблем, связанных с воздушными винтами, по опыту создания гоночных самолетов в начале 1920-х гг.
"Если бы мы с вами присутствовали на одной из самолетных гонок в городке Каус на острове Уайт в 1923 г., то могли бы слышать грохочущие, лязгающие звуки всякий раз, когда над головой проносился самолет, - объясняет Кинни. - Это как раз оконечности лопастей преодолевали звуковой барьер".
Митчелл и другие авиаконструкторы того времени понимали, что прямое подсоединение воздушного винта к двигателю - с целью заставить винт вращаться все быстрее - вовсе не обязательно приведет к увеличению скорости самого самолета.
Американский истребитель North American P-51 Mustang также использовался для скоростных испытательных полетов, положивших начало работе по преодолению звукового барьераImage copyrightGETTY
Гораздо более эффективным оказалось создание воздушного винта изменяемого шага, у которого угол атаки лопастей менялся в зависимости от изменений числа оборотов двигателя.
Такие винты помогали Spitfire и другим подобным самолетам летать быстрее.
Но у этого процесса имелся физический предел, отмечает Кинни: "Сочетание поршневого двигателя с воздушным винтом стало своего рода символом ограничений, накладываемых на воздушные суда с ростом скоростей полета".
"В этом смысле создание турбореактивных двигателей стало настоящей революцией в авиации. Физически невозможно выжать из поршневого двигателя больше определенного числа оборотов в минуту".
Он добавляет: "По крайней мере до конца первой половины XX века авиаконструкторы следовали парадигме поступательного увеличения высоты, скорости и дальности полета. В рамках данной парадигмы необходимо было бы создать воздушный винт, способный работать, в том числе, и на сверхзвуковом режиме полета".
"Но технически это оказалось слишком сложной задачей. Да и зачем было над ней биться, когда уже появились первые варианты реактивных двигателей, отвечающих необходимым условиям?".
Высокоскоростные пикирования на истребителях Spitfire и на других типах авиационной техники, таких как американские North American P-51 Mustang и Republic P-47 Thunderbolt, помогли исследователям понять, какие технические трудности необходимо преодолеть на пути к сверхзвуковым полетам.
Они привели к созданию новой аэродинамической формы планера (с заостренным носом, уменьшенным размахом крыла и обтекаемым фюзеляжем), которая была лучше приспособлена к полетам в условиях формирования скачков уплотнения при приближении к звуковому барьеру.
Примером подобного аэродинамического решения служит Bell X-1, который испытывал Йегер.
Стивен Даулинг
BBC Future
P.S.
Мне повезло сфотографироваться на одном из авиашоу с Чаком Йегерем
14 октября 1947 г. американский летчик-испытатель Чарльз "Чак" Йегер совершил то, что многие считали невозможным.
Несмотря на боль от перелома двух ребер (он упал с лошади несколькими днями ранее), Йегер поднялся в воздух на экспериментальном ракетном самолете Bell X-1 и стал первым человеком, преодолевшим скорость звука.
Хотя в историю сверхзвуковой авиации вошло именно его имя, рекорду Йегера предшествовали полеты других испытателей, вплотную подбиравшихся к звуковому барьеру.
Эти испытания были весьма рискованными - не всем летчикам удалось выжить.
Еще больше впечатляет тот факт, что пилотировавшиеся ими самолеты были технически не способны развить скорость звука: сама попытка приблизиться к звуковому барьеру грозила разрушением летательного аппарата.
Благодаря испытательным полетам одноместных истребителей Supermarine Spitfire, сыгравших ключевую роль в Битве за Британию, исследователи поняли, какие аэродинамические трудности необходимо преодолеть, чтобы создать сверхзвуковой самолет.
Рекордный полет Чака Йегера на ракетном самолете Bell X-1 стал возможным благодаря информации, собранной в рамках программы скоростных испытаний на дозвуковых истребителях
Истребитель Spitfire, разработанный британским конструктором Реджинальдом Митчеллом, поступил на вооружение Королевских ВВС Великобритании незадолго до начала Второй мировой войны.
Более поздние модификации истребителя могли развивать в горизонтальном полете скорость свыше 650 км/ч за счет мощного двигателя Rolls-Royce Merlin и четырехлопастного воздушного винта, создававшего дополнительную тягу.
В аэрофоторазведывательном варианте, без пулеметов и боезапаса на борту, самолет мог летать еще быстрее.
Превосходные летно-технические качества делали Spitfire отличной платформой для испытательных полетов, в особенности для высокоскоростных исследований.
В ходе этих испытаний летчики выводили самолет в область ранее не встречавшихся им аэродинамических явлений, возникающих по мере приближения к звуковому барьеру.
В книге Wings on My Sleeve ("Крылья за спиной") прославленный британский летчик-испытатель Эрик Браун пишет, что скоростные испытательные полеты начались в конце 1943 года.
В рамках этой программы майор Дж.Р. Тобин ввел самолет Spitfire Mark XI в пикирование с углом тангажа -45°.
Истребитель развил скорость 975 км/ч, или 0,89 числа Маха (М - технический термин, где значение 1 М упрощенно соответствует скорости звука).
Ни одному летчику Spitfire ни до, ни после Тобина не удалось достичь такой скорости и остаться в живых.
Однако вскоре произошло гораздо более драматическое событие.
В апреле 1944 г. майор Энтони Мартиндейл ввел в пике точно такой же Spitfire Mark XI. На этот раз редуктор воздушного винта, призванный ограничивать максимальную скорость полета, отказал.
Воздушный винт оторвало, а пикирующий самолет понесся к земле на скорости свыше 1000 км/ч (0,92 М).
Мартиндейлу повезло - он выжил после того, как у его Spitfire оторвало воздушный винт
Мартиндейла спасли от гибели элементарные законы физики. После отделения тяжелого воздушного винта центр тяжести самолета сместился к хвосту, в результате чего машина вышла из пике и на большой скорости начала набирать высоту.
Из-за перегрузки летчик на какое-то время потерял сознание, а когда очнулся, оказалось, что самолет летит на высоте 13 км.
Мартиндейлу удалось спланировать к земле и совершить успешную посадку.
Перегрузки во время пикирования были настолько большими, что слегка отогнули крыло назад, придав ему стреловидную форму - именно такую форму в дальнейшем стали применять на сверхзвуковых самолетах.
Крыло отогнулось вследствие воздействия набегающего потока воздуха на большой скорости, объясняет Род Ирвин, председатель аэродинамической секции Королевского воздухоплавательного общества:
"Когда скорость самолета приближается к значениям 0,85-0,95 М, поток воздуха, обтекающий крыло с дозвуковой скоростью, на отдельных участках поверхности выходит на сверхзвук. Обтекание становится нестабильным, появляется тряска, и возникает чувство, что из-за этого кардинального изменения в аэродинамике полета самолет сейчас развалится на части".
По словам Ирвина, эта проблема остается актуальной и для современных авиалайнеров, таких как Airbus A380 - их максимальная скорость ограничена пределом, после которого обтекающий крыло воздушный поток начинает локально достигать сверхзвуковых скоростей, что может привести к вибрации и так называемому бафтингу - аэродинамической тряске.
У самолетов, подобных Spitfire, имелся еще один существенный недостаток - собственно воздушный винт.
У ранних самолетов воздушный винт был напрямую подсоединен к двигателю; соответственно, по мере роста мощности двигателя винт вращался все быстрее.
Даже при полете со скоростью 480 км/ч воздух, обтекающий лопасти винта, уже мог достигать сверхзвуковых скоростей.
Возникающие при этом скачки уплотнения приводили к росту сопротивления, бафтингу и повышению уровня шума.
По словам Джереми Кинни, куратора в вашингтонском Национальном музее воздухоплавания и астронавтики при Смитсоновском институте, Реджинальд Митчелл, создавший Spitfire, знал о некоторых из проблем, связанных с воздушными винтами, по опыту создания гоночных самолетов в начале 1920-х гг.
"Если бы мы с вами присутствовали на одной из самолетных гонок в городке Каус на острове Уайт в 1923 г., то могли бы слышать грохочущие, лязгающие звуки всякий раз, когда над головой проносился самолет, - объясняет Кинни. - Это как раз оконечности лопастей преодолевали звуковой барьер".
Митчелл и другие авиаконструкторы того времени понимали, что прямое подсоединение воздушного винта к двигателю - с целью заставить винт вращаться все быстрее - вовсе не обязательно приведет к увеличению скорости самого самолета.
Американский истребитель North American P-51 Mustang также использовался для скоростных испытательных полетов, положивших начало работе по преодолению звукового барьераImage copyrightGETTY
Гораздо более эффективным оказалось создание воздушного винта изменяемого шага, у которого угол атаки лопастей менялся в зависимости от изменений числа оборотов двигателя.
Такие винты помогали Spitfire и другим подобным самолетам летать быстрее.
Но у этого процесса имелся физический предел, отмечает Кинни: "Сочетание поршневого двигателя с воздушным винтом стало своего рода символом ограничений, накладываемых на воздушные суда с ростом скоростей полета".
"В этом смысле создание турбореактивных двигателей стало настоящей революцией в авиации. Физически невозможно выжать из поршневого двигателя больше определенного числа оборотов в минуту".
Он добавляет: "По крайней мере до конца первой половины XX века авиаконструкторы следовали парадигме поступательного увеличения высоты, скорости и дальности полета. В рамках данной парадигмы необходимо было бы создать воздушный винт, способный работать, в том числе, и на сверхзвуковом режиме полета".
"Но технически это оказалось слишком сложной задачей. Да и зачем было над ней биться, когда уже появились первые варианты реактивных двигателей, отвечающих необходимым условиям?".
Высокоскоростные пикирования на истребителях Spitfire и на других типах авиационной техники, таких как американские North American P-51 Mustang и Republic P-47 Thunderbolt, помогли исследователям понять, какие технические трудности необходимо преодолеть на пути к сверхзвуковым полетам.
Они привели к созданию новой аэродинамической формы планера (с заостренным носом, уменьшенным размахом крыла и обтекаемым фюзеляжем), которая была лучше приспособлена к полетам в условиях формирования скачков уплотнения при приближении к звуковому барьеру.
Примером подобного аэродинамического решения служит Bell X-1, который испытывал Йегер.
Стивен Даулинг
BBC Future
P.S.
Мне повезло сфотографироваться на одном из авиашоу с Чаком Йегерем