Самолеты грядущего | ТМ 1938-08/09

П. ГРОХОВСКИЙ, Рисунки А. ПРЕОБРАЖЕНСКОГО и С. ЛОДЫГИНА

Вспомним не такое уж далекое прошлое — конец XIX в. По улицам столиц бегали неуклюжие автомобили. Их обгоняли лошади и даже пешеходы. Поднимались в воздух первые управляемые аэростаты. Они горели и разбивались чуть ли не во время каждого полета. Смелая попытка шведского инженера Андре достигнуть Северного полюса на воздушном шаре стоила жизни ему и его спутникам. Знаменитые полеты Лилиенталя на планере закончились смертью отважного парителя...

Все это было на пороге современного этапа авиации. Гибли смелые изобретатели, прокладывая человечеству новые пути в воздухе. Но их опыт оставался, накапливался, и вот в начале XX в. человек добился великой победы: он создал себе крылья, оснащенные мотором.

В 1903 г. американцы братья Райт поднялись в воздух на аппарате с мотором и продержались около минуты. Полеты их удлинялись с каждым разом. Уже в 1905 г. они продержались в воздухе 38 минут, пролетев около 40 км.

В первые десять лет существования самолетов конструкторы создавали свои машины на ощупь, не зная, как они будут вести себя в воздухе. Первые самолеты походили на коробчатые змеи, на летающие этажерки. Во время империалистической войны самолеты нашли широкое применение. За несколько лет были изучены основные законы аэродинамики. Конструкции самолетов совершенствовались непрерывно. Вскоре самолет получил современную, закрытую, обтекаемую форму.

Уже в 1935 г. самолеты стали развивать скорость до 400 км в час, поднимались на высоту до 10 тыс м, пролетали по прямой без посадки до 8 тыс. км, поднимали с собой в воздух до 10 т.

Можно было подумать, что от авиации взято все, что наступило время разработать несколько стандартных конструкций самолетов для различных целей, с тем чтобы в дальнейшем в них вносились бы лишь небольшие изменения.

Конечно, это не так. В наши дни человечество завершает лишь первый этап развития авиации. Возможно, что мир уже стоит на пороге создания качественно новых летательных машин.

Современный скоростной одноместный самолет. Обращают на себя внимание небольшие размеры плоскостей и хвостового оперения. «Зализанность» самолета доведена до пределов. Такой самолет достигает скорости 550 км в час.

*

Попробуем представить себе, как будут выглядеть самолеты будущего. Вряд ли они будут походить даже на самые совершенные современные модели.

Уже сейчас появляются так называемые «летающие крылья». Машины освободились от хвоста, как от ненужного балласта. Правда, хвост придает самолету устойчивость, но он увеличивает размеры самолета, создает добавочное лобовое сопротивление, уменьшает маневренность и подвижность. Бесхвостые самолеты появились уже несколько лет назад. Все они пока имеют существенный недостаток: они мало устойчивы в полете.

Некоторые конструкторы пытаются освободиться от хвоста более осторожно: они постепенно укорачивают фюзеляж, приближая хвостовое оперение ближе к крылу. Один из таких самолетов фирмы Фоккер демонстрировался на парижской авиационной выставке в 1936 г. У этого самолета фюзеляж был заменен двумя узкими балками, которые поддерживали хвостовое оперение. Самолет отличался тонким профилем и небольшими размерами крыла. Нагрузка на 1 кв. м несущей поверхности крыльев достигала у этого самолета 140 кг — в полтора раза больше, чем у обычных машин. Этот самолет мог лететь со скоростью 506 км в час.

Надо думать, что, постепенно освобождаясь от фюзеляжа, конструкторы найдут, наконец, достаточно устойчивую форму бесхвостых самолетов. Уже сейчас некоторые фирмы в Америке начали проектировать мощные пассажирские «летающие крылья», рассчитанные на перевозку до 100 пассажиров.

Массовое появление таких самолетов может положить начало второго этапа авиации: в воздухе будут реять бесхвостые машины. Для этих машин потребуются новые формы обтекаемости. Оказывается, что для скоростей в 700—800 км в час современные «тупоносые» формы имеют слишком большое сопротивление. Конструкторы «летающих крыльев» постараются максимально заострить фюзеляж и профиль крыла. Мотор, по-видимому, будет вынесен назад. У современных самолетов поток воздуха, создаваемый винтом, ударяется в плоскости самолета и создает добавочное сопротивление. Тяга винта от переноски его назад значительно улучшится. Рули глубины будут находиться в задней кромке крыла, так же, как и элероны. Рули поворота расположатся на концах крыльев в виде особых шайб. Самолет не будет иметь никаких выступающих деталей. Даже козырек кабины сравняется с поверхностью. Как показывают приблизительные расчеты, скорость такого двухместного бесхвостого самолета с мотором в 2 тыс. л. с. можно довести до 800 км в час. Нагрузка на 1 кв. м крыла достигает 200 кг — вдвое больше, чем у современных машин.

«Двухбалочный» самолет, который демонстрировался на Парижской выставке. Хвостовое оперение приближено к крылу. Этот самолет — переходная ступень к бесхвостым «летающим крыльям».

*

Конструкции бесхвостых самолетов могут надолго завоевать воздушные пространства. Но вот скорость самолетов начнет достигать 1 тыс. км в час. Она приблизится к скорости звука, а затем и перерастет ее. С появлением таких «сверхзвуковых скоростей» пропеллер должен будет уступить свое место другому движителю. При слишком быстром вращении винта большая часть воздуха просто соскальзывает с лопастей, и винт уже не может увеличить свою мощность. Перед конструкторами встанет очередная проблема: чем заменить винт, честно проработавший в авиации десятки лет? Возможно, что в более или менее отдаленном будущем появится новый тип движителя, работающий, например, на центробежном принципе.

«Летающее крыло» будущего. Винт расположен сзади. На концах крыльев видны шайбы, в которых вмонтированы рули поворотов.

Представьте, себе большой, выпуклый наподобие буфера диск, в центре которого имеется отверстие. Это отверстие не сквозное. На некоторой глубине оно разделяется на несколько «шахт», идущих от центра в радиальном направлении и выходящих наружу у краев диска. Если мы начнем вращать такой диск, то под влиянием центробежной силы воздух, находящийся в его радиальных шахтах, будет отбрасываться к краям и вырываться наружу. На его место через отверстие в центре будет всасываться новая порция воздуха. У края диска можно поставить направляющую лопатку таким образом, что поток воздуха будет отбрасываться в одном направлении, под прямым углом к радиальным шахтам. Этот поток будет отталкивать диск в обратную сторону. Вращая такой диск с громадной скоростью, можно создать мощную тягу.

Кроме центробежного, можно представить себе и другой тип движителя, основанный на принципе полета насекомых, которые описывают своими крыльями замкнутую фигуру, напоминающую восьмерку. Лопасти такого пропеллера будут наносить удары по воздуху всей площадью, поэтому скольжение воздуха будет устранено.

Для дальнейшего развития авиации не только хвост, но и крылья могут оказаться ненужным балластом. Их будут сохранять лишь для взлета и посадки.

По-видимому, отмирание крыльев будет происходить постепенно, так же, как и отмирание хвоста. Появятся самолеты с выдвижными крыльями, которые после взлета будут убираться, как сейчас убираются выдвижные шасси. В дополнение к этому мотор вместе с движителем будет поворачиваться на особой раме. Таким образом, можно будет менять направление тяги вверх или вниз, в зависимости от того, куда повернута рама с моторной установкой.

Так начнется следующий этап авиации. Самолет снова изменит свою форму. Он станет походить на летающий снаряд или, скорее, на авиационную бомбу. От его крыльев останутся лишь небольшие отростки, похожие на стабилизаторы бомб. В воздухе появятся самолеты-снаряды. Скорость их превысит 1 тыс. км в час. Аэродинамика самолетов приблизится к артиллерийской баллистике.

Пройдут еще десятки лет, и самолет окончательно потеряет крылья и уподобится современному сигарообразному снаряду. Хвостовую часть этого снаряда будет опоясывать целый ряд отверстий, через которые можно будет направлять скоростной поток воздуха. Регулируя этот поток, направляя его в то или другое отверстие, можно поднять или опустить нос самолета, вести машину по горизонтали или по наклонным линиям и разворачиваться в ту или другую сторону.

Летающий снаряд, приводимый в движение центробежным движителем. В задней части снаряда виден пояс отверстий. Эти отверстия служат рулями управления. Закрывая и открывая их, можно регулировать скоростной поток воздуха, обтекающий самолет, и менять направление полета.

Взлет такого самолета-снаряда не представит особых трудностей. Для этой цели можно приспособить четырехколесное шасси, на котором перед взлетом устанавливается самолет. Как только будет достигнута достаточная скорость, самолет-снаряд соскользнет с тележки и поднимется в воздух. Шасси останется на аэродроме. Приземляться можно будет с помощью специальных шахт. Влетая в такую шахту через особый рупор, самолет-снаряд выпустит ряд тормозящих лапок по своей окружности. В шахте он попадет в мощный встречный поток воздуха, который быстро «погасит» скорость снаряда. В случае аварии или вынужденной посадки водитель может поворотом рукоятки отделить тяжелые баки с горючим и турбинную установку, сбросив их вниз. Кабина же с людьми опустится на парашюте.

Труба для посадки будущих самолетов-снарядов. Влетая в этот рупор, самолет попадает под действие мощного встречного потока воздуха, который быстро «гасит» его скорость.

Трудно сказать, какие рекорды может развить такой самолет будущего. Возможно, что он достигнет скорости до 2 тыс. км в час и высоты полета до 100 км. Борьба за скорость, за большие высоты на этом этапе авиации сильно ускорит развитие пока еще далеко не совершенных реактивных двигателей. Такие двигатели будут установлены на многих самолетах-снарядах.

*

Но возможно, что и этот этап авиации будет еще не последним. Люди захотят осуществить свою давнюю мечту — выйти из сферы притяжения Земли. Перед конструкторами встанет задача победить сопротивление воздуха, которое особенно сказывается на больших скоростях.

На снимках полета пули видно, что отверстие в стекле пробивается еще до того, как пуля его коснется. Стекло разбивается уплотненной средой воздуха, скопившегося вокруг носовой части пули. Непосредственно вокруг каждого летящего тела, будь то снаряд или самолет, появляется уплотненная оболочка воздуха, называемая пограничным слоем. Толщина этого пограничного слоя зависит от размеров летящего тела. Пограничный слой движется вместе с телом и предохраняет поверхность тела от слишком сильного трения о воздух.

Эти наблюдения наводят на мысль: не является ли наша атмосфера, т. е. воздух, окружающий Землю, таким же пограничным слоем для нашего земного шара. Новейшие исследования доказывают, что вся вселенная заполнена материей, но только разной плотности. Межпланетное пространство тоже заполнено материей, хотя и очень разреженной. Вот почему вокруг планет появляется уплотненная воздушная подушка. Так как в межпланетном пространстве материя исключительно разрежена, Земле понадобилась скорость в 30 км в секунду, чтобы получить пограничный слой плотностью всего лишь в одну атмосферу. Вокруг снаряда, пролетающего в этой уже уплотненной среде, создается пограничный слой плотностью в сотни атмосфер, хотя снаряд летит в воздухе во много раз медленнее, чем Земля в пространстве.

Пограничный слой снаряда достигает громадной плотности лишь в его передней, носовой части. Этим вызывается и большое сопротивление, которое оказывает воздух во время полета снаряда. Земной шар не испытывает такого сопротивления. Земная атмосфера распределена равномерно по всей поверхности. Исключительно важную роль в этом играет вращение Земли вокруг оси. Если бы Земля не вращалась, то в передней части шара создалась бы сильно уплотненная воздушная подушка, а в другом полушарии атмосфера была бы крайне разрежена. Но Земля, вращаясь, последовательно подставляет под давление все свои стороны. Частицы воздуха не успевают оторваться от земной поверхности и снова попадают под давление, как бы прибивающее их к Земле.

Это явление можно довольно легко проверить на модели. Соорудите диск, на краю которого может вращаться по своей оси шарик. Если привести в движение диск и вместе с тем заставить вращаться шарик, вы будете иметь грубую модель Земли, вращающейся одновременно и вокруг своей оси, и по орбите. Наклейте по окружности шарика, по его, так сказать, «экватору» шелковинки. Если привести во вращение один лишь диск, эти шелковинки вытянутся в одну сторону наподобие «хвоста» кометы. Такой вид имеет струя воздуха, создающаяся вокруг пули или снаряда. Если вращать один лишь шарик, оставляя диск неподвижным, то шелковинки под влиянием центробежной силы распустятся во все стороны по радиусам. Если же, вращая шарик, одновременно привести в движение и диск, то шелковинки будут со всех сторон равномерно прижиматься к шару. С ними произойдет то же, что происходит с частицами воздуха вокруг Земли.

Так аналогия с движением планет наводит на мысль, что можно уничтожить сопротивление уплотненного пограничного слоя, который скопляется в передней части летящего тела. Если сделать это тело шарообразным и придать ему вращение вокруг оси во время полета, то пограничный слой будет равномерно распределяться по всей поверхности. В результате отпадет колоссальное сопротивление воздуха, которое появляется при быстром полете.

Так люди, может быть, смогут когда-нибудь создать маленькие «летающие планетки» шарообразной формы.

Попробуем представить себе один из таких летающих шаров.

Внешняя оболочка летающего шара подвижная. Она может вращаться по оси только в одном направлении — сверху вниз. Внутри находится вторая оболочка, подвешенная к той же оси, но под влиянием силы тяжести остающаяся неподвижной относительно оси во время полета. Она разбита на несколько этажей. В ее нижней части находятся грузы, запасы продовольствия. Выше расположен этаж с жидким реактивным топливом (кислород, жидкий углерод). Еще выше — научные лаборатории, комнаты для экипажа, мастерские и другие подсобные помещения.

Как происходит движение такого шара-планеты?

Во внутренней оболочке шара устроен так называемый реактивный пояс: по окружности кольцом расположены камеры, в которых происходит сгорание топлива. Во внешней, вращающейся оболочке шара этому реактивному поясу соответствует пояс с соплами, через которые газы, образуемые в камерах, могут вырываться наружу. Этот внешний пояс вплотную прижат к внутреннему так, что скольжение внешней оболочки не создает никаких препятствий для работы реактивных камер. В зависимости от того, какой сектор реактивных камер работает, шар может двигаться вперед или назад, вверх или вниз под любым наклоном. Для того чтобы осуществлять повороты шара, предусмотрено еще и несколько боковых камер.

Самолет далекого будущего — «летающая планетка». На этом летающем шаре люда смогут преодолеть земное притяжение

Перед подъемом шар катится по земле до тех пор, пока не наберет достаточную скорость для взлета. Вслед за тем включаются в работу реактивные камеры так, чтобы тяга направляла шар под желательным углом вверх. Так же примерно происходит и посадка. Но тяга при этом переносится вперед и тормозит шар.

Скорость истечения газов через реактивные сопла может быть доведена до 2 тыс. м в секунду. В результате вращения внешней оболочки сопротивление воздуха будет сравнительно ничтожным.

На таком летающем шаре люди достигнут неслыханной скорости — более 100 тыс. км в час. За шесть-семь часов можно будет долететь до Луны и вернуться обратно. Человек на таком снаряде легко преодолеет притяжение Земли и вырвется на просторы вселенной.