В нашей стране вот уже второй десяток лет создается принципиально новый летательный аппарат, которому для приземления и взлета не требуются дорогостоящие бетонные взлетно-посадочные полосы.
Между тем современные самолеты, как уже говорилось, все тяжелеют. «Антей», к примеру, берет на борт 80 т груза, но и сам весит 450 т. Эксплуатация таких гигантов связана с немалыми трудностями. Их колеса оказывают столь большое удельное давление на грунт, что взлетно-посадочные полосы приходится покрывать слоем прочнейшего бетона, толщина которого приближается к метру.
В результате стоимость строительства и обслуживания подобных сооружений составляет более половины всех расходов на тяжелую авиацию. Впрочем, дело не только в деньгах. Серьезную озабоченность вызывает и безопасность полетов. Случись с такой машиной что-либо в воздухе вдали от аэродрома — это верная катастрофа: ведь приземлиться он может только на бетонную полосу.
Именно поэтому давно уже предпринимаются попытки создать крупные машины, способные садиться на обычный грунт. Конструкторы прибегают к разным хитростям. К примеру, предлагают заменить колесные шасси посадочными устройствами на принципе воздушной подушки. По идее такое шасси позволяет сажать тяжелый самолет даже на вспаханное поле.
Впервые такая машина была испытана в нашей стране еще в 1940 году. Она могла садиться чуть ли не на болото, но размеры и вес посадочного устройства, заменившего колеса, оказались неприемлемо велики. От затеи пришлось отказаться.
Серьезна для авиации и еще одна проблема — минимального веса машины при достаточной ее прочности. У самолетов традиционного типа есть ахиллесова пята — концентрация сил в корнях крыльев — местах, где они соединяются с фюзеляжем. Освободиться от этих сил пытались неоднократно. Еще в 1918 году немецкий авиаконструктор X. Юнкерс получил патент на «свободнонесущее крыло», в котором размещались двигатели, топливо, пассажиры и грузы. Их вес равномерно распределялся по длине крыла, и его удавалось сделать достаточно легким. Фюзеляжже заменяли балки, несущие только хвостовое оперение, необходимое для придания машине устойчивости.
Наш авиаконструктор Б. И. Черановский в 1920 году предложил пассажирский самолет, представлявший собой «летающее крыло». В плане оно имело форму параболы, что позволяло надеяться на устойчивый полет без хвостового оперения и даже без намека на фюзеляж. Ожидалось, что равномерное распределение нагрузок и гладкая, без выступающих элементов обшивка обеспечат прекрасную аэродинамику машины. Но эксперименты на моделях показали — толстое и широкое крыло малого удлинения имеет очень высокое лобовое сопротивление и плохую устойчивость. Так что проект остался не осуществленным.
Все эти проблемы с блеском решены в новом летательном аппарате, основы конструкции которого были заложены профессором Н. Л. Щукиным еще три десятка лет тому назад.
Прежде чем перейти непосредственно к рассказу о новом летательном аппарате, вспомним, что еще в XVIII веке французский математик Ж.Л. д'Аламбер теоретически обосновал парадоксальное утверждение, которое в упрощенном виде звучит так: при отсутствии сил вязкости сопротивление движению тела в несжимаемой жидкости равно нулю. При скорости, близкой к половине звуковой, сжимаемость воздуха почти не принимает участия в создании сопротивления, а вот про вязкость этого не скажешь. Тут она — корень зла.
На муху, севшую на мед, вязкость оказывает непосредственное силовое воздействие. По отношению к крупному самолету, летящему с дозвуковой скоростью, вязкость выполняет функции в основном «управленческие». То есть она перераспределяет обтекающие его потоки воздуха, и вступающие в действие силы инерции воздушных масс начинают создавать мощное сопротивление. Подчеркнем еще раз, что чисто вязкостные силы составляют весьма малую часть этого сопротивления. Например, у самолета с шириной крыла 2 м и летящего со скоростью 600 км/ч силы вязкости в 20 млн раз меньше сил инерции! Но вязкость, как мы уже упомянули, выполняет роль детонатора, разрушающего стройный поток воздушной среды.
И тут напрашивается мысль — поскольку уничтожить вязкость воздуха нельзя, не стоит ли попытаться за счет работы двигателей самолета скомпенсировать ее действие? Причем сделать это надо очень тонко, в таком месте, где силы «зла» только начинают свою подрывную работу.
Более тридцати лет назад эту идею успешно осуществил в эксперименте наш ученый. Рассмотрим его открытие применительно к толстому крылу малого удлинения. Тут основные беды происходят из-за отрыва потока с образованием множества больших и малых вихрей на задней верхней поверхности. Именно здесь и установил Щукин особую систему щелей. Работают они попарно. В переднюю щель компрессором подается воздух, струя которого выходит на поверхность крыла и, описав дугу, засасывается в заднюю щель. И так в каждой паре.
В результате сверху на крыле образуется движущаяся воздушная пелена, прилегающая к его поверхности. Соприкасаясь с ней, набегающий поток не испытывает торможения, и на значительной части крыла возникает подъемная сила. В итоге аэродинамическое качество (отношение подъемной силы крыла к создаваемому сопротивлению) с 3–4 поднимается до 15–18!
Итак, проблема улучшения обтекаемости толстого крыла решена. Правда, строить на его основе самолет классического типа, увы, нерационально. Придется ставить винт, диаметр которого должен хотя бы в два раза превышать толщину крыла.
Щукин блестяще избежал этого. В разработанном им летательном аппарате максимально используются особенности формы и открытые им принципы.
Тягу для полета создают турбовентиляторные двигатели, размещенные в просторных объемах крыла. Часть отбираемого от них воздуха идет на работу системы активного управления струей вблизи поверхности аппарата. Благодаря вентилятору, встроенному в силовую установку, а также плоской нижней поверхности крыла по-новому решается вопрос об использовании воздушной подушки. Для ее создания оказалось достаточным поставить снизу специальные выступы — скеги. При этом ни вес летательного аппарата, ни его сопротивление практически не возросли.
Подобный самолет может взлетать и садиться на любой аэродром, даже на грунтовую площадку, водную поверхность, да и длина взлетно-посадочной полосы не превысит 500 м. Машина способна летать на совсем малой высоте в режиме экраноплана. И в этом случае дальность полета возрастет вдвое.
В 1990 году российская фирма «ЭКИП» взялась за создание летательных аппаратов нового типа. За прошедшие годы она построила уже две летающие модели нового аппарата. Одна из них, массой 7,5 т, не раз демонстрировалась на зарубежных выставках в полете.
А в проекте пассажирская машина взлетной массой 120 т и полезной нагрузкой в 40 т. При скорости 650 км/ч она может одолевать до 4,5 тысячи км на высоте 10–12 км. Самолет классического типа при аналогичных характеристиках мог бы поднять не более 30 т.
Даже если в салоне все места заняты (а вмещает он 350 пассажиров), он кажется просторным.
Для большей надежности в полете устойчивость машины дополнительно обеспечивают четыре плоскости, снабженные аэродинамическими рулями и закрылками. Эти две системы могут работать независимо друг от друга, к тому же многие жизненно важные системы многократно продублированы.
Каждый из турбовентиляторных двигателей приводится в действие двумя турбинами. В случае отказа одной другая увеличивает свою мощность, и вентилятор работает, почти не снижая производительности. Даже если выйдут из строя три из четырех турбин, что почти невероятно, машина сможет продолжать полет.
А сесть она может на любой клочок ровной земли или водную поверхность. Если для обычного самолета полет над океаном — всегда риск, посадка его на воду чаще всего ведет к гибели, то для «ЭКИПА» — это режим наибольшей безопасности. Не случайно огромный интерес к работам фирмы проявляют страны Юго-Восточной Азии, расположенные на островных территориях.
И еще одно немаловажное достоинство новинки — здесь вполне реально использовать в качестве самолетного топлива жидкий водород, килограмм которого при сгорании в специально сконструированной газовой турбине может заменить почти 3 кг керосина. За счет этого можно было бы втрое увеличить дальность полета или почти вдвое — массу полезной нагрузки. К тому же водород при сжигании не загрязняет атмосферу.
Правда, плотность жидкого водорода более чем в 11 раз ниже, чем керосина. Баки для его хранения должны иметь надежную и довольно толстую теплоизоляцию. В обычном самолете они займут столько места, что для пассажиров и грузов его просто не останется. У самолетов же фирмы «ЭКИП» подобных проблем нет — разместить в них водородные баки можно, совсем не стесняя салон. А на водородном топливе новый летательный аппарат способен облететь земной шар.
Словом, пока у новой машины просматривается лишь один серьезный недостаток — у фирмы нет денег на реализацию своего проекта в полном масштабе. А государство наше, как обычно, финансировать новую разработку не торопится. Зато проектом всерьез заинтересовались зарубежные специалисты. И поговаривают, что в скором времени «ЭКИП» вполне может улететь за океан. А мы опять останемся у разбитого корыта.
В нашей стране вот уже второй десяток лет создается принципиально новый летательный аппарат, которому для приземления и взлета не требуются дорогостоящие бетонные взлетно-посадочные полосы.