Самолеты с арочным крылом

Совсем недавно вы познакомились с идеей создания конструкции самолета будущего, который будет брать энергию для двигателей из воздуха, преобразуя трение и вибрацию во время полета в электричество. Просматривая материалы о летательных аппаратах мне удалось найти интересную информацию об удивительной конструкции самолета с арочным крылом, который прошел испытания и доказал свою способность летать, подымаясь в воздух практически вертикально.

Материал сокращенный, полностью на портале ПМ.  

В Государственном музее авиации Украины есть странный экспонат. Это небольшой спортивный самолет, числящийся как «Изделие 181» АНТК имени     О. Антонова. Бросается в глаза форма его крыльев – под пропеллерами они необычным образом выгнуты, образуя полуарки. Неужели подобная конфигурация могла положительно повлиять на аэродинамику? И вообще – что это такое? Летала ли эта машина?

Как ни странно, у «антоновской» машины длинная история, корнями уходящая к самым истокам авиационной промышленности. Известно, что миром движет бизнес, в том числе и миром авиации. Человек может стать мировой знаменитостью и сделать огромное состояние всего на одном значимом патенте, на одном революционном изобретении. Так и пенсильванский инженер Уиллард Рей Кастер искренне верил в придуманную им аэродинамическую схему и практически положил жизнь на внедрение ее в реальность.

В 1925 году он, молодой инженер, недавний выпускник, чинил сорванную ветром крышу сарая, и ее изогнутая форма навела его на интересную мысль — почему бы не придать подобную конфигурацию самолетному крылу? Если ветер слабым порывом сорвал крышу, он же сможет создать подъемную силу и для самолета! В 1928 году Кастер создал первую модель с крылом так называемой арочной конфигурации, а годом позже получил и соответствующий патент.

Модель подтвердила догадки Кастера. Крыло действительно создавало большую подъемную силу на малых скоростях. Теоретически полноценный самолет такого типа смог бы взлетать почти вертикально при очень коротком разбеге. Оставалось претворить патент в жизнь.

От модели к настоящему самолету CCW

В 1939 году Кастер зарегистрировал собственную компанию National Aircraft Corporation, а тремя годами позже из цеха выехал первый настоящий самолет CCW-1 (Custer Channel Wing). Это была одноместная, сугубо экспериментальная машина, предназначенная для демонстрации преимуществ схемы. В движение она приводилась двумя 75-сильными двигателями Lycoming O-145 с толкающими пропеллерами. 12 ноября 1942 года самолет совершил первый — вполне успешный полет, а после 300 часов летных испытаний, в ходе которых оказалось (Кастер сам этого не ожидал), что машина может лететь вообще без крыльев — только арки и пропеллеры внутри них!

Сегодня CCW-1 хранится в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне. Так или иначе, Кастер доказал, что схема по меньшей мере может летать, и построил самолет CCW-2, тоже одноместный и экспериментальный. Конструктор взял готовый фюзеляж от самолета Taylorcraft BC-12, заменив единственный центрально расположенный двигатель двумя на крыльях своей схемы, опять же с толкающими пропеллерами. CCW-2 поднялся в воздух 3 июля 1948 года и суммарно налетал порядка ста часов. Практика показала, что и для взлета, и для посадки ему хватало полосы длиной 20 м, но в летных качествах он здорово проигрывал своим традиционным конкурентам, в частности популярному легкому самолету Piper J-3 Cub.

На схеме изображено движение воздуха по профилю крыла, каким его видел Кастер (современные исследования показали, что в отсутствие компьютерного моделирования он не учитывал ряд сил, действующих на крыло). 1 – крыло, 2 – двигатель, 3 – суппорт двигателя, 4 – пропеллер, 5 – канал.

Интересно, что с точки зрения математической аэродинамики Кастер был совершенно прав. Подъемная сила тем выше, чем выше скорость потока по верхней кромке крыла относительно нижней. Полукруглые каналы-арки действительно пропускали поток сверху с более высокой скоростью, чем снизу; этому способствовал расположенный в арке толкающий пропеллер — в теории все было идеально. Более того, подобная форма позволяла не только проще взлетать и садиться, но лучше контролировать самолет в воздухе, особенно на низких скоростях. Казалось, что Кастер придумал идеальную схему для воздушной акробатики или для самолетов-тихоходов, работающих, например, в сельском хозяйстве.

В 1953 году у Кастера появился третий самолет — модель CCW-5 — полноценный пятиместный аппарат с фюзеляжем от машины Baumann Brigadier (индексы «3» и «4» получили машины, оставшиеся на бумаге). Самолет приводился в движение двумя шестицилиндровыми двигателями Continental O-470 мощностью по 225 л.с. каждый. 13 июля 1953 года самолет впервые поднялся в воздух — и проявил себя очень хорошо. Испытания показали, что более массивная и тяжелая машина выигрывает за счет конфигурации значительно больше, чем маленькие одноместные «колибри». Максимальная скорость самолета была невелика — 354 км/ч (конкуренты в классе развивали до 500 км/ч), но зато он мог контролируемо лететь на очень низких скоростях — до 20 км/ч! Для взлета с 670-килограммовой нагрузкой CCW-5 хватало 28 м полосы.

CCW-5 появился лишь в 1964 году — и это был единственный «серийный» самолет.

ЛА «Изделие 181» КБ Антонова – «советский кастер» – разработан в 1980-х годах для исследования аэродинамических свойств арочного крыла, но из-за развала Союза и экономического коллапса так и не поднялся в воздух. Ныне хранится в Государственном музее авиации Украины.

Разработки в СССР

Со смертью Кастера (скончался в декабре 1986 г) идея, казалось бы, канула в Лету, как многие хорошие идеи за отсутствием энтузиаста. Но были еще советские конструкторы. Они, во-первых, не слишком беспокоились по поводу нарушения чужих патентных прав, а во-вторых, умели грамотно использовать и развивать хорошие идеи — как собственные, так и заимствованные. В итоге в конце 1980-х годов в киевском КБ Антонова разработали собственный самолет с арочным крылом — точь-в-точь повторяющий по конфигурации классические CCW-1, CCW-2 и CCW-5.

Единственной целью, которую преследовали создатели «Изделия 181» (официального наименования Ан-181 машина так и не получила), было практическое изучение арочной схемы. Легкий самолет получил V-образное хвостовое оперение, не убирающееся в корпус шасси и чешский шестицилиндровый двигатель LOM М-337А, расположенный по центру и приводящий во вращение оба толкающих пропеллера. В теории машина должна была взлетать максимум после 50 м пробега и устойчиво двигаться в воздухе на скорости всего 40 км/ч.

Но проверить это на практике было не суждено. Самолет успели показать на авиашоу 1991 года в Гостомеле (Киевская область) и провести ряд наземных испытаний. А потом Союз распался, и об этой разработке забыли. «Изделие 181» длительное время пылилось в ангаре, а в 2010 году благодаря идеальному состоянию и уникальности конструкции нашло свое место в Государственном музее авиации Украины.

Интересно, что будущее у самолета с арочным крылом все-таки есть. Да, конструкция сложная, да, она применима в определенных, ограниченных областях — но применима в полной мере, со всеми своими преимуществами. Для отраслей, где управляемость важнее скорости, например, в упомянутом уже сельском хозяйстве, подобные самолеты могут стать незаменимыми. Если, конечно, найдется энтузиаст, подобный Уилларду Кастеру, который снова начнет нелегкую борьбу за арочное крыло.

Спасибо за прочтение. smiley Понравился пост? Есть что сказать? Присоединяйтесь в комментариях: