Борьба за скорость

Инж. И. САМСОНОВ

Скорость, скорость и еще раз скорость — вот что нам нужно для дальнейших побед нашей авиации. 7 февраля герой Советского Союза Георгий Байдуков и летчик-испытатель Николай Костанаев обратились через «Правду» ко всем работникам советской авиации с предложением «установить по примеру некоторых европейских аэроклубов ежегодные воздушные гонки советских летчиков. Территория наша достаточно велика, чтобы можно было выбрать любую трассу для этих состязаний».

Это предложение нашло горячий отклик среди работников авиации. Совещание летчиков и руководителей нашей авиации, состоявшееся в редакции «Правды», обратилось с просьбой к Центральному аэроклубу разработать порядок и условия воздушных соревнований советских летчиков. Недавно в газетах были опубликованы трассы предстоящих гонок для сухопутных и морских самолетов. Впервые в этом году в нашей стране будут проведены состязания на скорость.

Воздушные соревнования на скорость имеют свою историю. Еще в 1912 г. француз Жак Шнейдер организовал скоростные состязания морских самолетов на кубок своего имени. По желанию Шнейдера, гонки должны были состояться ежегодно и страна, победившая в течение 3 лет подряд, становится постоянной обладательницей кубка. С 1925 г. гонки из-за большой дороговизны их организации стали происходить через год. И вот, в гонках 1927, 1929 и 1931 гг. победительницей оказалась Англия, к которой и перешел навсегда кубок Шнейдера.

За все время этих гонок было только 3 настоящих соперника — Америка, Англия и Италия. Америка, потерпев поражение в 1926 г., больше в соревнованиях не участвовала. Успехи же Англии и Италии надо объяснить не только высокой техникой, но также и хорошей организацией тренировки летного состава в специальных школах.

Завоевав кубок Шнейдера, Англия прекратила всякие работы по производству скоростных машин и распустила свою летную скоростную школу; Италия же продолжала скоростные полеты внутри страны.

В 1934 г. на гоночном поплавковом гидросамолете Макки-Кастольди МС-72 мощностью 3200 л. с. летчик капитан Анджелло поставил мировой рекорд скорости — 709,0 км/час. Этот рекорд еще никем не побит.

В 1933 г. во Франции миллионерша Дейч де ла Мерт положила начало новых скоростных соревнований на кубок своего имени. Подобно кубку Шнейдера, кубок Дейч де ла Мерт навсегда переходит в собственность национального аэроклуба той страны, которая 3 раза будет победительницей. Место состязания — Франция. Дистанция не меньше 2 тыс. км по замкнутому кругу. Ни вес самолета, ни мощность его мотора не ограничивались. Но было поставлено условие: общий объем цилиндров не должен превосходить 8,0 л. Это заставило конструкторов направить все усилия на то, чтобы поднять литровую мощность своих моторов, т. e. мощность, приходящуюся на 1 л объема цилиндров. В результате были получены моторы малого размера и веса, но развивающие до 500 л. с. — необычайно высокое достижение.

Предки современных самолетов: аэроплан «Вуазен» (вверху), на котором Фарман свыше 25лет назад пролетел 13 м;

аэроплан братьев Райт—«Бэби» (справа); в свое время он считался быстроходным. Эта машина была снабжена мотором в 8 л. с. и имела 2 пропеллера.

Первые состязания состоялись в мае 1933 г. Победителем оказался самолет Потез, который прошел 2 тыс. км за 6 час. 11 мин. и при моторе 310 л. с. дал среднюю скорость 322,8 км. Прекрасные результаты показал также самолет Кодрон с мотором «Рено» 165 л. c., показавший скорость 317 км. В 1934 г. победил самолет Кодрон-450 с мотором «Рено» 325 л. c., давший среднюю скорость в 389 км в час. На отдельных участках скорость превышала 400 км/час.

Кроме гонок вышеописанного типа, есть еще другой вид скоростных состязаний — это скоростные перелеты на дальние дистанции. Один из таких перелетов — из Англии в Австралию —  был организован в октябре 1934 г. Длина пути составляла около 19800 км. Это было замечательное состязание. Путь лежал и над сушей, и над морями, и над горами, и над такими местностями, где вынужденная посадка грозила гибелью. Так как время остановок засчитывалось в летное время, то все участники старались проводить на земле только самое короткое время. Полеты происходили и днем, и ночью. Из 20 участников этого перелета более или менее благополучно закончили его только 8 или 9 человек.

Победителем, получившим первую премию, оказался самолет английской фирмы Хавилланд «Комета», с полетным весом 2380 кг, с двумя моторами Хавилланд «Джипси-VI» по 230 л. c., имеющий максимальную скорость 376 км/час, спроектированный специально для этого перелета. Весь путь им был покрыт за 75 час., со средней путевой скоростью 253,5 км/час. Второе место занял американский транспортный самолет Дуглас ДС-2 с двумя моторами Райт «Циклон-3» по 711 л. с. каждый, весом около 8 тыс. кг. Он пролетел эту дистанцию за 90 час. 7 мин. со средней скоростью около 200 км/час. Наконец, третье место досталось американскому транспортному самолету Боинг 247-Д с двумя моторами Пратт и Уитни «Уосп С-1-Н-1» по 550 л. c., с полетным весом 6200 кг. Он прилетел в Мельбурн через 92 час. 51 мин. со средней скоростью 193,5 км/час.

В ознаменование десятилетия исторического перелета Линдберга в 1927 г. из Америки в Европу через Атлантический океан в текущем году, в период с 1 по 31 августа, состоится скоростной перелет из Нью-Йорка в Париж. Участвовать могут машины как сухопутные, так и морские, любой мощности, типа и назначения. Первый приз —  1500 тыс. франков — получит летчик, перелетевший это расстояние менее чем за 33 час. 30 мин. (время перелета Линдберга). Если полет длится более 48 час., то он просто не регистрируется. Посадки по пути разрешаются, но время их зачитывается в летное время. Весьма серьезными противниками в этом состязании являются американцы, которые лучше, чем кто-либо, умеют проектировать и строить самолеты, обладающие радиусом до 5 тыс. км при весьма высоких скоростях полета.

Ha этом самолете Чарльз Линдберг совершил безостановочный трансатлантический перелет.

Американцы за последнее время перестали принимать участие в европейских состязаниях и если устраивают гонки, то только внутри своей страны. Мировой рекорд скорости на сухопутном самолете принадлежит американцу Говарду Хьюзу, который на самолете собственной конструкции и на дистанции 3 км достиг скорости 567,15 км/час. В сентябре 1936 г., по последним сведениям, Хьюз на своем самолете совершил беспосадочный перелет через всю Америку, покрыв расстояние около 4 тыс. км за 7 час. 29 мин. 27 сек., со средней скоростью 534 км/час. Это надо признать выдающимся достижением.

*

Полеты на гоночных машинах очень ответственны. Пилотирование здесь требует большой напряженности, опытности, сообразительности и самообладания. Скорость человеческого мышления, как известно, имеет свои пределы. На гоночных машинах типа Макки-Кастольди со скоростями порядка 700 км/час один неверный маневр ручкой управления может ввести машину в опасный режим, и катастрофа произойдет прежде, чем пилот успеет осознать и исправить свою ошибку. Ведь обычно полеты происходят на высоте 200—300 м от земли. Скорость 700 км/час — это, примерно, 200 м в секунду. Это значит, что легкое движение ручки от себя, — и машина с высоты 200 м через 2—3 сек. с работающим мотором врежется в землю. Вот почему пилотам скоростных машин необходима длительная тренировка.

Любой самолет характеризуется двумя скоростными режимами — максимальной и посадочной скоростью. Прогресс авиации требует всемерного увеличения максимальной скорости. Безопасность воздушного транспорта требует, чтобы скорость посадки была как можно меньше и не превосходила, примерно, 90—100 км/час. Подойти к земле с очень большой скоростью вообще опасно. Кроме того, чтобы погасить эту скорость, самолет очень долго бежит по земле после посадки. Высокая скорость полета требует увеличения нагрузки на 1 кв. м крыла или, что то же самое, уменьшения площади крыла. Посадочная же скорость также зависит от нагрузки на 1 кв. м крыла и для своего уменьшения требует значительного уменьшения этой нагрузки или, что то же, увеличения площади крыла. Конструктору приходится идти на компромисс и добиваться более или менее удачного решения задачи. Для этой цели предложено много разных способов, один из которых — это специальные закрылки на задней кромке крыла, которые отклоняются книзу при посадке и тем самым уменьшают посадочную скорость. Но они мало помогают в гоночных машинах.

Дело в том, что нормальные современные самолеты имеют нагрузку на 1 кв. м порядка 80—110 кг, у гоночных же машин типа Макки-Кастольди нагрузка на 1 кв. м — 202 кг, а посадочная скорость — порядка 220—240 км/час (это вместо 100)! Этим и объясняется тот факт, что рекорды скорости поставлены на поплавковом самолете, относительно менее совершенном, чем сухопутный, из-за большого лобового сопротивления, присущего ему; но посадки на воду с такой скоростью менее опасны, кроме того, пробег по воде может быть неограниченно большим, тогда как на суше он ограничивается аэродромом. Для такой скорости никакого аэродрома не хватит!

Увеличения скорости полета можно добиться двумя путями: улучшением аэродинамических форм машины, улучшением отделки ее, рациональным подбором профиля крыла, тщательным изучением влияния одних элементов машины на другие (интерференция); другой путь — это увеличение мощности моторов. На этот путь встали конструкторы машин в состязаниях на кубок Шнейдера. Конструкторы моторов в погоне за мощностью шли на всякие ухищрения: число оборотов доводилось до 3000—3500 в минуту. Это выше нормально принятых оборотов мотора (1800—1950 оборотов в минуту). Так как вместе с мощностью мотора рос и вес его, то для снижения веса приходилось идти на уменьшение если не прочности, то запаса надежности. Иначе говоря, сечения всех напряженных деталей и частей мотора делались такими, чтобы только-только не сломаться, без всякого припуска на износ, на долговечную службу. Поэтому мотор был относительно прочен, но недолговечен, а, следовательно, обладал небольшим запасом надежности. В результате такой перенапряженности мотора срок его службы катастрофически падал, доходя всего до 10 час., после чего мотор совершенно выбывал из строя. Так как такое форсирование мощности в одном моторе имеет все же свои пределы, приходилось идти на удваивание мощности путем постановки 2 моторов, как это было сделано в гоночной машине «Савойя», или на спаривание двух моторов в один агрегат, как это сделано на моторе «Фиат», поставленном на Макки-Кастольди MC-72. Мощность этого чудо-мотора, дававшего в 1931 г. 2800 л. c., была в 1934 г. доведена до 3200 л. c.! Но такое увеличение мощности влечет за собою целый ряд осложнений. При большой мощности мотор выделяет очень большое количество тепла, которое необходимо рассеять. Радиатор, охлаждающий воду и рассеивающий это тепло, в самолетах с нормальной мощностью имеет размеры, сходные с размерами автомобильного радиатора.

Для охлаждения воды в моторах гоночных машин приходится применять радиаторы, занимающие всю поверхность крыльев, фюзеляжа, поплавка и даже хвостового оперения. Кроме того, мощный мотор создает очень большой реактивный момент, который, особенно при малых размерах гоночных машин, сильно кренит самолет в сторону, обратную вращению винта. Это происходит оттого, что при вращении винта в одну сторону сам самолет стремится вращаться в другую сторону, но так как масса самолета во много раз превосходит массу винта, то все дело сводится к тому, что самолет накреняется. Это явление тем сильней, чем меньше вес самолета и больше его мощность. В воздухе это явление уравновешивается действием аэродинамических сил. Несколько сложнее дело у гидросамолетов. Для борьбы с этим явлением один из поплавков приходится делать несколько больше другого по объему и устанавливать поплавки не симметрично относительно оси самолета, что в Свою очередь приводит к стремлению самолета сворачивать в сторону от принятого направления полета. Пилоту приходится бороться с этим явлением с помощью руля направления.

В дальнейшем конструкторы отказались от чрезмерного форсирования мощности, да и самые условия гонок на кубок Дейч де ла Мерт, в которых, как уже указывалось, литраж мотора ограничивался 8 л., заставили больше внимания уделить самому самолету. Зато и результаты получились прекрасные. Самолет Кодрон С-362 полетного веса всего 755 кг с мотором «Ренье» 220 л. с. имеет скорость 410 км/час; самолет той же фирмы Кодрон С-460 выпуска 1935 г. имеет полетный вес 950 кг, мотор «Рено-456» мощностью 330 л. с. и развивает максимальную скорость 469,3 км/час. Результаты надо признать исключительными для моторов такой небольшой мощности.

Самолет Хавилланд «Комета» — победитель перелета Англия— Австралия.

Самолет Кодрон С-460 — победитель гонок на кубок Дейч де ла Mepт.

Самолет Макки-Кастольди МС-72 — самый быстроходный самолет в мире.

Самолет Говарда Хьюза — самый быстроходный сухопутный самолет в мире.

Для оценки аэродинамических качеств самолета немец Эверлинг вывел три формулы, с помощью которых вычисляются особые коэффициенты, оценивающие качество самолета и называемые «числами Эверлинга»; таких формул три, соответственно основным характеристикам самолета: «число скорости», «число высоты» и «число дальности». Чем выше коэффициент, или «число», тем лучше самолет. Для нас особенно показательным является «число скорости». Так вот оказывается, что «число скорости» для машин Шнейдеровских гонок значительно меньше, чем для современных транспортных пассажирских самолетов. «Число скорости» для гоночного самолета «Сюпермарин-S-6В», выигравшего кубок Шнейдера и показавшего с мотором 2300 л. с. скорость 655 км/час, имеет значение — 24,2. «Число скорости» нормальной машины со средними качествами колеблется в пределах 25—30.

В то же время скоростной немецкий самолет Хейнкель НД-70 с мотором в 600 л. с. поднимает, кроме пилота, еще 8 пассажиров и почту и развивает скорость до 377,0 км/час. Эта же машина в 1933 г. была держателем мирового рекорда скорости с 500 кг нагрузки. «Число скорости» ее равняется 48,0! Это показывает, что аэродинамические совершенства ее выше, чем у гоночных машин, вся скоростная потенция которых заключается в чудовищной мощности мотора.

*

Как мы уже отмечали выше, гонки Шнейдеровские и на кубок Дейч де ла Мерт происходили по треугольнику, во-первых, для того чтобы ограничить место состязаний сравнительно небольшой площадью, а во-вторых, чтобы исключить влияние ветра на результаты испытания. По углам выбранного для гонок треугольника ставятся специальные башни — пилоны, около которых самолет должен сделать поворот и перейти на новый курс. Поворот самолета сопровождается обычно креном во внутреннюю сторону; поворот с креном носит название виража. И вот оказывается, что это, казалось бы, столь незначительное происшествие, маленький эпизод в сложной процедуре гонок — вираж — становится вдруг весьма важным событием из-за влияния, которое он оказывает на величину средней скорости, развиваемой самолетом. А ведь результаты выводятся на основании именно этой средней скорости! Дело в том, что на прямом участке треугольника самолет развивает максимальную скорость, на вираже же летчик должен сбавить газ и пройти вокруг пилона с меньшей скоростью, ибо если он этого не сделает, то развивающиеся на повороте центробежные силы вызовут очень сильные перегрузки всего самолета в целом. Подобное явление можно наблюдать даже в трамвае на повороте, особенно, если он происходит с большой скоростью. Все пассажиры начинают судорожно хвататься за что попало, чтобы воспротивиться действию этой опрокидывающей силы. Самолет летит со скоростью, во много раз превосходящей скорость трамвая, а потому это явление значительно сильнее.

Под действием колоссальной центробежной силы на вираже у летчика происходит отлив крови из кровеносных сосудов головы. У него начинается головокружение, потемнение в глазах, он даже частично теряет сознание. Чем меньше радиус виража и чем с большей скоростью он совершается, тем сильнее эти явления.

В гонках на кубок Дейч де ла Мерт наивыгоднейший радиус виража равен, примерно, 500 м. В среднем правильно сделанные виражи снижают среднюю скорость полета на 3—5%. Английский конструктор Хенли-Педж произвел целый ряд теоретических исследований с целью выявить размер радиуса поворота при безопасной для пилота перегрузке в зависимости от скорости самолета; оказалось, что при скорости полета в 400 км/час этот радиус равен, примерно, 500 м, что и было подтверждено гонками. Скорость в 600 км/час требует радиуса поворота в 1,0 км, а 800 км/час —  2 км. Вот с каким трудом, опасностями и трудностями удается отвоевать каждый лишний километр скорости! После этого позволительно спросить: какую же реальную ценность представляют собой эти состязания, что они дают?

Прежде всего они знаменуют подъем научной работы. В разных учреждениях производится целый ряд крупных и мелких научно-исследовательских работ, связанных с разными вопросами coстязаний (изыскание наивыгоднейшего профиля крыла, наилучших очертаний фюзеляжа, влияние отдельных частей и деталей на общее сопротивление, исследование ряда винтов и т. д.). Как показал опыт уже неоднократно проведенных подготовок к состязаниям, эти научные работы являются ценным вкладом в авиапромышленность и используются не только при проектировании гоночных машин.

*

Гонкам обычно предшествует необычайный подъем конструкторской мысли. Приходится решать целый ряд труднейших проблем: необходимо создать мотор исключительно мощный, но небольшой по габаритам, обладающий при этом очень простыми и удобными формами, чтобы его можно было наиболее удачно закапотировать; при этом конструктор самолета требует от конструктора мотора снижения веса мотора до таких величин, что это одно уже составляет сложнейшую проблему. И такие моторы созданы. Это, во-первых, английский мотор Роллс-Ройс R мощностью 2800 л. c., вес которого на 1 л. с. был доведен до 0,3 кг. Нормальный серийный мотор дает, примерно, 0,7 кг на 1 л. с. О втором моторе упомянуто выше — это сдвоенный мотор «Фиат» мощностью 3200 л. c., который весит также, примерно, 0,3 кг на 1 л. с.

Максимальная скорость передвижения принадлежит гидросамолету Макки-Кастольди MC-72. Она равна 709 км/час. Будем считать эту скорость исключительной, так как она достигнута с мотором 3200 л. c., который трудно эксплуатировать на практике. Максимальная же скорость самолета, имеющего мотор нормального, принятого в эксплуатации типа, принадлежит сухопутной машине американца Говарда Хьюза с мотором Пратт и Уитни «Твин Уосп Джуниор» 1150 л. с. Эта скорость — 567,12 км/час. Рекорд скорости на гоночной машине легкого типа принадлежит самолету Кодрон С-460 с мотором «Рено-456» мощностью 330 л. с. Эта скорость, примерно, 470,0 км/час. На дальних скоростных перелетах мы имеем следующее: на расстоянии, примерно, в 20 тыс. км максимальная скорость принадлежит самолету Хавилланд «Комета», перелетевшему за 71 час из Англии в Австралию со средней скоростью 253,5 км/час. На расстоянии 10 тыс. км 7 октября 1931 г. Жозеф ле Бри и Доре на самолете Девуатин показали среднюю скорость 149,853 км/час. В августе 1936 г. этот рекорд был перекрыт на самолете АНТ-25 Чкаловым, Беляковым и Байдуковым, пролетевшими 9374 км за 56 час. 20 мин. со средней скоростью 167,0 км/час. На расстоянии около 4 тыс. км самым скоростным оказался самолет того же Говарда Хьюза, перелетевший за 7 час. 29 мин. 27 сек. поперек всей Америки со средней скоростью 534 км/час. Но эти рекорды не остаются только рекордами. Авиапромышленность, сумевшая создать эти чудесные машины, быстрыми шагами догоняет свои собственные рекорды, и то, что сегодня воспринимается как рекордное достижение, через два, максимум через три года становится обыденной вещью. Еще не так давно скорость 450—480 км/час была рекордной, а сегодня — это нормальные скорости истребителей.

Во время героического перелета героев Советского Союза Чкалова, Байдукова и Белякова на самолете АНТ-25. На снимках: т. Чкалов в кабине; т. Байдуков отдыхает в полете.

Наша страна имеет прекрасные летные кадры. В СССР созданы все условия для воспитания летчиков, их роста, славы. Они окружены любовью народа, заботой партии и правительства. Воздушные соревнования, борьба за рекорды вызовут широчайший отклик в Советской стране. Одно из первых мест по высотным и дальним полетам нами уже завоевано. Предстоящие полеты на скорость умножат наши авиационные рекорды.