Первые шаги к самолету-крылу

 

Джон Кнудсен Нортроп родился в американском городе Ньюарке 10 но­ября 1895 года. В 1914 году его семья переехала в город Санта-Барбара — именно там Джон, завершавший обу­чение в школе, начал увлекаться аэро­навтикой. В 1916 году Джона Нортропа приняли на работу на должность чертежника в авиационную фирму Loughead Aircraft Manufacturing Company, преобразованную впоследствии в компанию, ставшую одной из самых известных в мире, — Lockheed Aircraft Company. Приобщение Джона к миру авиации началось с его участия в раз­работке двухмоторной летающей лод­ки F-1.

Дальнейшая служба Нортропа— сначала в должности чертежника, а затем и инженера-проектировщика — проходила на фирме Douglas в горо­де Санта-Моника, где ему посчастли­вилось принять участие в разработке нескольких первых самолетов Дональда Дугласа. Судя по всему, Нортроп обладал немалыми способностями, потому что в 1923 году молодого кон­структора назначили главным инжене­ром фирмы.

В 1927 году Нортроп вернулся в ком­панию Lockheed — в то время там ве­лась работа по созданию самолета «Вега», получившего впоследствии до­статочно большую известность. Имен­но тогда Нортроп увлекся утопической для того времени идеей создания са­молета, полностью лишенного элементов, не создающих подъемной силы. Красота такой аэродинамической схе­мы, носящей название «летающее кры­ло», настолько вдохновила конструкто­ра, что он начал не только прорабаты­вать оптимальные компоновки самоле­тов, но и экспериментировать на моде­лях. Одна из таких моделей массой 85 г с размахом крыла 840 мм, сделанная из бумаги, дерева и ткани, до сих пор хранится в Национальном аэрокосми­ческом музее в Вашингтоне.

Свой первый самолет типа «летаю­щее крыло» Нортроп спроектировал в 1928 году, дав ему название AVION MODEL 1 FLYING WING. Изготовление этого летательного аппарата осуществ­лялось на фирме Avion Corporation, организованной Нортропом в городе Бербанке.

При создании своего «летающего крыла» Нортроп использовал самые передовые для своего времени конст­рукторские и технологические приемы. Размах крыла аппарата составлял 9252 мм, длина — 6227 мм и высота — 1524мм. Конструкция его была цель­нометаллической, схема — монокок с работающей обшивкой, закрепленной заклепками с «потайной» головкой. Такая схема обеспечивала приличный выигрыш в массе, а по жесткости и прочности она не уступала традицион­ным для того времени конструкциям.

В соответствии с концепцией лета­тельного аппарата типа «летающее крыло», все его конструктивные эле­менты, включая экипаж, полезную на­грузку и силовую установку, должны быть заключены в его внутреннем объе­ме. Нортропу в значительной степени удалось соблюсти эти условия. Прав­да, из центроплана выдавался вперед обтекатель двигателя и, что более все­го противоречило концепции, имелось небольшое двухбалочное хвостовое оперение, для обеспечения продольной балансировки, — необходимость последнего вызывалась тем, что у крыла отсутствовала стреловидность по зад­ней кромке и, соответственно, не было возможности создать плечо аэродина­мических сил, возникающих на элеро­нах.

Самолет был спроектирован под че­тырехцилиндровый 90-сильный двигатель «Менаско А-4», соединенный длинным валом с двухлопастным ме­таллическим толкающим винтом. От­крытая кабина пилота находилась сле­ва от плоскости симметрии самолета. Впервые FLYING WING взлетел 10 мая 1929 года. В ходе летных испыта­ний, в которых участвовали летчики

Эдди Белланд, совершивший первый полет, и Джон Мейерс, в конструкцию самолета вносились изменения. Так, толкающий винт был заменен на тяну­щий, экипаж увеличен до двух человек, а вместо А-4 установлен 95-сильный двигатель «Керрис». По отзывам летчиков, самолет был устойчив и легко управляем.

FLYING WING, не имевший коммер­ческого успеха, серийно не выпускал­ся. Финансирование строительства эк­спериментального аппарата произво­дилось из прибыли, получаемой от производства самолета «Альфа» тра­диционной схемы, разработанного на фирме AVION в 1928 году. В 1930 году финансовые проблемы вынудили Hopтропа продать фирму Avion Corporation и прекратить работу над своим первым «летающим крылом».

В 1932 году Нортроп с помощью Доналда Дугласа создает новую компа­нию с главным офисом в Эль-Сегундо, которая, по сути, стала филиалом фирмы Douglas. Фактические владель­цы компании предпочитали не финан­сировать реализацию футуристичес­ких проектов Нортропа, а использова­ли способности Нортропа для проек­тирования самолетов традиционной схемы. Одна из таких машин — сугубо гражданский самолет «Гамма» — в 1933 году превратилась в армейский штурмовик А-17. Он оказался удачным и строился большими сериями. Позже на базе штурмовика был разработан знаменитый палубный пикировщик DAUNTLESS.

Однако успехи в разработке само­летов традиционных схем не вскружи­ли голову Джону Нортропу. Он твердо верил, что будущее авиации принад­лежит аппаратам типа «летающее кры­ло», и был готов отстаивать эту точку зрения и в теории, и на практике.

В 1938 году произошел окончатель­ный разрыв Нортропа с фирмой Douglas — он продал свой пакет акций Доналду Дугласу и компания, органи­зованная некогда Нортропом, вместе со штатом сотрудников стала отделением фирмы Douglas. В сентябре 1939 года вырученные от продажи акций средства дали возможность Нортропу создать независимую компанию Northrop Aircraft Inc. Наконец конст­руктор мог полностью отдаться реа­лизации своей идеи аэродинами­чески идеального самолета типа «ле­тающее крыло»!

Несмотря на утопичность, идея со­здания «летающего крыла» привлекла немало сторонников. Самыми, пожа­луй, последовательными единомыш­ленниками Джона Нортропа стали из­вестный ученый-аэродинамик Теодор фон Карман, преподаватель аэродина­мики Калифорнийского технологическо­го института, и один из его самых талантливых студентов Уильям Сеарс. Нортроп осуществлял общее руковод­ство проектами и занимался эскизным проектированием, Карман делал необ­ходимые расчеты, а Сеарс воплощал идеи в чертежи.

Первым самолетом, призванным по­казать все преимущества самолета без фюзеляжа и хвостового оперения, стал N-1M (NORTHROP 1 MODEL). Построй­ке машины предшествовали исследо­вания продувочных моделей «летающих крыльев» в аэродинамических трубах и математические расчеты. Правда, методика расчетов считалась ненадежной, так что единственным ре­альным способом отработки выбран­ной аэродинамической схемы были летные испытания реального самоле­та.

В отличие от FLYING WING, N-1M полностью отвечал концепции идеаль­ного «летающего крыла». Самолет-кры­ло имел симметричный профиль с ото­гнутыми вниз законцовками, выполняв­шими функцию отрицательной аэроди­намической крутки(на «бесхвостках» с прямой стреловидностью такая крутка использовалась для балансировки ап­парата). На законцовках размещались аэродинамические тормоза. В центро­плане крыла, под выступающими вала­ми двигателей, располагались рули высоты, а посредине размаха — откло­няемые поверхности, которые одновре­менно служили для управления по кре­ну и для изменения тангажа.

При проектировании эксперимен­тального самолета Нортроп, хорошо представлявший объем возможных пе­ределок и, соответственно, финансовых расходов, ожидавших NORTHROP 1 MODEL в ходе испыта­ний, тщательно продумал конструк­цию машины и предусмотрел возмож­ность изменения основных парамет­ров крыла. В результате получился своего рода самолет-трансформер: на N-1M можно было оперативно изме­нять перед очередным полетом стре­ловидность консолей крыла, попереч­ное V и углы отклонения законцовок крыла, изначально отогнутых вниз на 35 градусов. Предусматривалась также возможность смещения центра тяжести самолета за счет передвиже­ния груза в центроплане. Чтобы «гуляющий» центр тяжести не вызывал затруднений при взлете и посадке, к обычному трехстоечному шасси с носовым колесом добавили четвер­тую усиленную хвостовую стойку, предотвращающую заваливание ма­шины назад.

В июле 1940 года постройка N-1M была завершена. Самолет-крыло при­везли на авиабазу Мюрок, где на дне высохшего озера Роджерс начались летные испытания. К слову, озеро Роджерс, расположенное в 162 км от Лос-Анджелеса, до сих пор считает­ся идеальным местом для испытания авиационной техники. Общая пло­щадь практически гладкой поверхно­сти достигает 114 км2, а искривление ее составляет лишь 0,5 м на 9 км. Как испытательный полигон дно озера ис­пользовалось с начала 30-х годов Ар­мейским воздушным корпусом (про­образ современных ВВС).

Первый взлет самолета-крыла NORTHROP 1 MODEL произошел не­зависимо от желания летчика-испыта­теля Вэнса Бриза. 3 июля 1940 года во время рулежки машина попала носо­вой стойкой в выбоину и подпрыгнула. Пролетев несколько сотен метров на высоте 6 м, она благополучно опусти­лась на землю. Попытки поднять са­молет выше не увенчались успехом. Наблюдая за происходящим, Нортроп сказал: «Похоже, что у нас получился самолет с 20-футовым потолком».

NORTHROP 1 MODEL летал подоб­но экраноплану, опираясь на воздуш­ную подушку и легко скользя над зем­ной поверхностью. В полете у испыта­теля складывалось впечатление, что он едет по пустыне на автомобиле. И только после замены 65-сильных дви­гателей на более мощные 117-сильные моторы самолет-крыло смог совер­шить полноценный полет с набором высоты.

Первые полеты доставили конструк­торам массу неприятностей, связан­ных с проблемой охлаждения распо­ложенных внутри крыла двигателей. Ситуация улучшилась после установ­ки специальных дефлекторов, направ­ляющих воздушный поток на цилинд­ры мотора. В процессе испытаний было совершено еще около 200 поле­тов, в ходе которых исследовалось более 30 различных конфигураций самолета-трансформера. При этом каждому изменению конфигурации «лета­ющего крыла» предшествовали про­дувки соответствующей модели в аэро­динамической трубе. Тем не менее некоторые варианты, показавшие на продувках вполне пристойные резуль­таты, в полетах вели себя совершен­но неудовлетворительно.

Помимо определения основных кри­териев компоновки аппарата типа «ле­тающее крыло», производился поиск оптимальных способов управления пространственным положением маши­ны. Основными органами управления были элевоны. Для изменения танга­жа их отклоняли одновременно, а для изменения крена — раздельно. Пово­рот самолета происходил при введе­нии его в крен. Для улучшения харак­теристик управления по направлению использовалось торможение потока на соответствующей законцовке крыла, для чего применялись воздушные тор­моза на отогнутых законцовках. Вклад же отогнутых законцовок в курсовую стабилизацию был столь незначитель­ным, что в 1941 году от них отказались. Крыло выпрямили, а воздушные тор­моза сконструировали в виде расщеп­ляющихся щитков.

Максимальная высота полета N-1M оказалась недостаточной для проведе­ния проверки штопорных характерис­тик самолета без опасений за жизнь летчика — запаса высоты для вывода машины из штопора у него практичес­ки не оставалось. Поэтому испытате­лям пришлось затаскивать самолет на большую высоту так же, как планер, — с помощью буксирного троса. На бук­сировке самолет вел себя устойчиво, а его штопорные характеристики ока­зались вполне удовлетворительными.

Будущее показало, что результаты испытаний нельзя распространять на все самолеты типа «летающее крыло», поскольку штопорные характеристики конкретных аппаратов существенно от­личаются друг от друга.

Самолет NORTHROP 1 MODEL сохранился до сих пор — он представлен в экспозиции Национального аэрокос­мического музея в Сьютленде (штат Мэриленд). Правда, конструкция его уже не соответствует первоначально­му варианту. В частности, в планере

 

Летно-технические характеристики самолета NORTHROP 1 MODEL

Размах крыла, мм................................... 11 750

Длина, мм...................................................5200

Высота, мм................................................. 1500

Площадь крыла, м2.....................................28,1

Масса пустого самолета, кг.................. 1555,0

Нормальная взлетная масса, кг............1739,7

Максимальная взлетная масса, кг........1770,6

Максимальная скорость полета, км/ч .... 323,4

Крейсерская скорость, км/ч....................257,4

Минимальная скорость полета, км/ч.....193,1

Практический потолок, м......................4572,0

Дальность полета, км...............................482,7