Американская летающая тарелка 1959 года
Обсудить 0
В 1947 году предприятие Avro Canada приняло в свой штат Джона Фроста. Этот 32-летний инженер сразу подключился к разработке сверхзвукового летательного аппарата Avro Arrow. Действуя в рамках программы, Фрост проводил эксперименты на базе лабораторий Avro. Его интересовало, как воздух без отрыва от поверхности обтекает плавно искривленные формы. Это явление называется эффектом Коанда. Эксперименты показали, что газовую струю, исходящую из двигателя, можно направить вдоль фюзеляжа в зону под брюхом аппарата типа «летающая тарелка». Там сформируется своего рода воздушная подстилка, на которой будет парить летательный аппарат.
По стопам НЛО
В те годы американские военные мечтали о сверхзвуковом самолете, который смог бы перехватывать советские дальние бомбардировщики, взлетая с не слишком оборудованных аэродромов. В 1955 году за пробные исследования в этом направлении американцы были готовы сразу выложить миллион долларов. Специалисты, занимающиеся историей авиации, вспоминают, что в ту эпоху военные хватались за идеи, которые сейчас представляются чистой фантастикой. «Компоновка типа летающей тарелки сулила определенные преимущества, — говорит Расселл Е. Ли, куратор Смитсоновского национального музея авиации и космических исследований (Вашингтон). — Такая конструкция обладает симметрией, позволяющей, по крайней мере в теории, лететь в любую сторону. Остается только продумать, как научиться управлять вектором тяги, эффективно и быстро меняя его направление. Вставая на место исследователей, работавших в начале 1950-х годов, я готов согласиться, что подобная идея вполне заслуживала бы дальнейшей разработки».
Задолго до эпохи компьютерного моделирования инженеры полагались на масштабные модели, которые обдувались в аэродинамических трубах. Половинка от «летающей тарелки» претерпела более 500 часов испытания в дозвуковой аэродинамической трубе при Центре авиационных разработок Райта неподалеку от авиабазы в штате Огайо.
Дунуть под себя
Конструкция Фроста, вошедшая в историю под названием Avrocar, была подробно описана в не так давно рассекреченном 117-страничном отчете. («ПМ» уже рассказывала о главных перипетиях проекта в статье «Нелетающая тарелка», июнь 2010 года.) В отличие от стреловидной предшественницы Avro Arrow, Avrocar имел форму хрестоматийного НЛО. Предложенная конструкция оснащалась центральной турбиной (ее назвали турборотором), которая питалась энергией от шести турбореактивных двигателей. Турборотор всасывал воздух, который далее распределялся по внутренним каналам летательного аппарата. Реактивная струя вырывалась из сопел, размещенных по периферии алюминиевой «тарелки», а специальные закрылки и заслонки могли направлять струи к земле, позволяя аппарату зависать на месте.
В Онтарио на испытательных установках компании использовались жидкостные U-образные манометры. С их помощью измеряли давление воздуха, когда он протекал по внутренним каналам летающей тарелки.
Инженеры гарантировали, что 9 т тяги, обеспечиваемые этими реактивными струями, можно будет направить вертикально вниз со всех сторон летающего диска. «Такая конфигурация с соплами, расположенными по кругу, должна была обеспечить надежную воздушную подушку, доводящую подъемную силу до 13,5 т и позволяющую вертикальный взлет, — утверждается в докладе. — Таким образом, аппарат должен подниматься на высоту 6 м над землей». Зависнув над аэродромом, пилот развернет тягу всех сопел в одном направлении и сможет двигаться по горизонтали. В этом документе виден как на ладошке весь ребяческий оптимизм, которым были одержимы разработчики. Фрост предсказывал, что летающая тарелка сможет двигаться на скоростях в 4 М, «достигать высот в 30 км и иметь дальность полета 1000 морских миль (1800 км)».
Заманчивые формы
Фрост был не единственным инженером, кто в начале 1950-х экспериментировал с необычными формами высокоскоростных летательных аппаратов. В те же годы инженеры из Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA) проводили испытания различных форм, которые можно было бы реализовать для капсул, возвращающихся в атмосферу из космоса. Аппарат, предназначенный для самостоятельного приземления по окончании космического полета, должен сохранять управляемость в широком диапазоне скоростей, замедляясь от гиперзвукового режима полета до полной остановки. Разумеется, летающая тарелка компании Avro не предназначалась для выхода в космос, но ее формы весьма напоминали очертания капсул, разрабатывавшихся для возвращения из космоса.
Пилот управляет летающей тарелкой, направляя реактивные струи через управляющие заслонки по периметру летательного аппарата. В момент взлета заслонки с верхней стороны обода закрываются, а те, что снизу — открываются. Направленные вниз реактивные струи создавали тягу в 9 тонн. Отражение этих струй от земли обеспечивало еще дополнительные 4,5 тонн подъемной силы. Принципиальным элементом аппарата были воздухозаборники. К 1956 году были перепробованы самые различные их конфигурации в поисках оптимальной подачи воздуха как на низких, так и на высоких скоростях.
И Фрост, и инженеры из NACA пришли к одному и тому же выводу: круглая форма обещает самые лучшие результаты. Роберт Браун, профессор, преподающий космические технологии в Технологическом университете штата Джорджия (с 2010 по 2011 год он служил в NASA ведущим технологом), говорит, что круглая форма высокоскоростного летательного аппарата сулит два важных преимущества. «Если вы хотите двигаться на сверхзвуковой скорости, вам так или иначе придется иметь дело с высокими температурами, — объясняет он. — Чашеобразные формы весьма эффективно рассеивают тепло. С другой стороны, такие формы обеспечивают вполне предсказуемые аэродинамические параметры во всех нужных нам скоростных режимах». При этом Браун ссылается на блюдцеобразную форму, характерную для донной части космических капсул. «Если посмотреть снизу, — говорит он, — возвращаемая капсула космического корабля Apollo будет выглядеть в точности как летающая тарелка».
Польский наездник
Итак, вернемся в 1959 год. Пилот польского происхождения Владислав Потоцкий воевал в годы войны в составе Британских Королевских ВВС и был удостоен ордена British Distinguished Flying Cross (крест за летные боевые заслуги). Не так давно он уже испытывал аппарат Avro Arrow. Сейчас ему поручено управление аппаратом Avrocar — летающей тарелкой весом в 2,5 т. Это первый полет, когда аппарат свободен от трех страхующих растяжек.
Заслонки в разрезе
Оторваться от земли не такая уж и проблема. А вот потом начинается то, что происходило всегда: как только тарелка поднимается на высоту больше одного метра, то есть взлетает над своей собственной воздушной подушкой, она начинает брыкаться, как бычок на родео. Разработчики мрачно смотрят на эту картину — такое бывало и раньше. Это явление получило название «хабкеппинг», поскольку аппарат ведет себя точно так же, как колпак с автомобильного колеса («хабкеп»), если он отлетит и упадет на асфальт. Потоцкий прекращает полет и сажает Avrocar на землю.
Модели летающих тарелок сотнями часов продувались в сверхзвуковых аэродинамических трубах в Массачузеттском технологическом институте.
Год за годом инженеры будут пробовать один прием за другим, пытаясь стабилизировать полет своего аппарата. В дело пойдут разнообразные закрылки, юбки, насадки на сопла, стабилизаторы, различной формы переходные каналы. В какой-то момент по настоянию военных и вопреки сопротивлению Фроста к аппарату попробовали даже приделать хвост. Ничего не помогало. Avrocar так и не научился устойчивому полету, и вообще он смог летать либо не выше метра, либо не быстрее, чем на скорости 50 км/ч. То самое, что нужно для перехвата бомбардировщиков.
Avro Canada
Министерство обороны США заключило контракт с компанией Avro Canada на разработку летающей тарелки с шестью двигателями. Аппарат должен был взлетать вертикально за счет воздушной подушки, после чего переходить к горизонтальному полету. Программа была остановлена в 1961 году, но до этого компания успела построить два трехдвигательных прототипа. В конце 2012 года правительство США сняло гриф секретности с доклада об этой программе, написанного в 1956 году. Таким образом публика узнала о новых подробностях касательно американской попытки создать свою летающую тарелку. Приведенные здесь фотографии позаимствованы из этого документа.
Уставший газ
На аппарате стояло три здоровенных турбореактивных двигателя, и ему все равно не хватало мощности. Реактивная струя, блуждая во внутренних дебрях летающей тарелки, теряла изначальную тягу. «Ребята плохо разбирались в газодинамике, — говорит Джефф Андервуд, историк из музейного штата на базе ВВС Райт-Паттерсон в штате Огайо. — Двигатели, судя по всему, обеспечивали приличную тягу, но вся она разбазаривалась из-за внутреннего трения, и к тому моменту, когда приходило время реактивной струе вырваться наружу, никакой мощности уже не оставалось».
Эффект флотации (эффект Коанда)
В самом начале ХХ румынский исследователь Анри Коанда показал, что воздушный поток имеет свойство прилипать к обтекаемой поверхности, если она имеет достаточно плавные изгибы. Этот простой принцип лежит в основе всей современной гидро- и аэродинамики.
AVROCAR. Инженеры из компании Avro обнаружили, что, направляя реактивную струю вдоль нижней поверхности аппарата, можно создать некую воздушную подложку под его брюхом, которая позволяет ему парить в воздухе. Правда, при этом они промахнулись в оценке и толщины этой подложки, и ее подъемной силы.
В других аппаратах. В некоторых самолетах, к примеру, в C-17 Globemaster III эффект Коанды используется для того, чтобы направить реактивную струю на обтекание верхней части крыльев. Это повышает скорость набегающего воздушного потока и повышает подъемную силу, когда самолет движется на малой скорости.
Невзирая на это поражение, компания Avro в целом была на правильном пути. Покуда Фрост возился со своей тарелкой, французский авиаконструктор Мишель Вибо тоже занимался вопросами управления полетом за счет изменения вектора тяги реактивной струи. Его концепт истребителя с неподвижным крылом (он был назван Gyropter) использовал четыре турбовинтовых установки для вертикального взлета. К концу 1950-х годов его работы легли в основу конструкции британского самолета Harrier Jump Jet. Инженеры, разрабатывавшие самолет вертикального взлета Harrier, пришли к выводу, что более эффективным решением будет поворот сопла, а не попытки как-то извне изменить направление реактивной струи.
Изменение вектора тяги
В некоторых самолетах для более эффективного управления предусмотрен поворот сопел реактивных двигателей. Есть конструкции, в которых все сопло поворачивается в любом направлении, обеспечивая исключительную маневренность.
AVROCAR. Американская летающая тарелка для парения и полета использовала такую же систему с поворотом реактивной струи. Воздух засасывался через впускное окно и распределялся по периметру тарелки. Заслонки либо направляли струи прямо вниз, и тогда реализовывался режим парения, либо в сторону, и тогда аппарат летел в горизонтальном направлении.
В других аппаратах. Некоторые реактивные снаряды управляются за счет того, что у них поворачиваются сопла реактивных двигателей. Двигатель самолета F-22 Raptor (см. фото) поворачивает реактивную струю, благодаря чему может совершать очень крутые повороты. Самолет F-35B Lightning II, созданный специально для базирования на авианосцах, способен направлять реактивную струю вертикально вниз и благодаря этому зависать на месте.
Полетит даже кирпич
Сейчас научились создавать очень маневренные, но при этом аэродинамически неустойчивые летательные аппараты, и, для того чтобы такие механизмы не падали, за их управлением следят компьютерные системы. Бортовой процессор, воспринимая команду пилота, снятую с движений ручки управления, вносит в нее бесчисленные поправки и подстройки, самостоятельно меняя и положение сопла, и наклоны аэродинамических поверхностей. «Все эти проблемы решены именно за счет компьютерного управления. Теперь летать может все что угодно, — говорит Роберт Браун, профессор в Технологическом университете штата Джорджия, бывший ведущий технолог в NASA. — Поднимите с земли кирпич, снабдите его двигателем и бортовым процессором, и он полетит как миленький».
Дискобразный фюзеляж
Такая форма весьма благоприятна для полетов в широком диапазоне скоростей. На высоких скоростях эта форма позволяет рассеивать тепло, возникающее из-за трения о воздушную струю. При низких скоростях она обеспечивает хорошую подъемную силу, но не дает существенного лобового сопротивления.
AVROCAR. Компания Avro заинтересовала США самой идеей сверхзвукового самолета, который мог бы взлетать с места и перехватывать советские бомбардировщики. Фюзеляж в форме диска обеспечивал предсказуемую аэродинамику и на высоких, и на низких скоростях. Кроме того, подобный аппарат мог бы лететь в любом направлении.
В других аппаратах. Круглые обводы используются в днищах возвращаемых капсул космических аппаратов. Так же будет устроен космический самолет Dream Chaser. Нарочито затупленный нос фюзеляжа будет идеальным для возвращаемого аппарата, который проходит через весь диапазон скоростей — от гиперзвуковых до полной остановки.
Как ни странно, первым в истории самолетом с использованием электроники, управляющей аэродинамическими плоскостями (этот принцип был назван fly-by-wire), оказался именно Avro Arrow, но команда, занимавшаяся разработкой Avrocar, так никогда и не попробовала реализовать у себя эту идею.
Если бы можно было как-то решить проблему мощности, такая электронная система вполне могла бы стабилизировать неустойчивый полет летающей тарелки. Однако вместо этого Фрост искал чисто механические решения, и они привели его к полному поражению.
Поучительный тупик
На проекте канадской компании американцы поставили крест в 1961 году. В обмен на свои многомиллионные инвестиции американские военные получили прототип Avrocar в двух экземплярах. Один из них, разобранный на отдельные агрегаты, хранится на объединенной базе Лэнгли-Юстис и находится в ведении Музея транспорта, организованного Вооруженными силами США. Тот прототип, который отошел во владение ВВС, закончил было свой путь в Смитсоновском музее, где десятилетиями забавлял публику, служа образцом совершенно несуразных фантазий. Однако в 2007 году он по обмену перешел во владение Национального музея ВВС США на авиабазе Райт-Паттерсон.
Новые хозяева перевезли свое приобретение из Вашингтона (округ Колумбия) на базу Райт-Паттерсон, использовав для этого транспортный самолет C-5 Galaxy, а от аэродрома до музея его уже доставили на автоплатформе. Группа реставраторов изготовила фонари над кокпитом, обновила сиденья и подчистила кое-где ржавчину. И вот наконец в 2008 году Avrocar был выставлен на обозрение публики.
Музейные сотрудники читают лекции о переменном векторе тяги, демонстрируя «летающую тарелку» как пример тупиковой ветви в развитии этой идеи. Впрочем, от таких тупиков тоже есть какая-то польза. Как говорит Дэйв Лаззарайн, руководитель группы реставраторов, работавший над восстановлением Avrocar, инженеры приезжают в музей Райт-Паттерсон в поисках вдохновения. «Они переосмысливают то, чем занимались люди до них, — говорит он, — и пытаются придумать что-то такое, чего раньше никто не делал».
Люди творческие понимают, что авиация — это непрекращающийся процесс развития, и смотреть на тупиковые варианты этого развития бывает не менее поучительно, чем любоваться триумфальными победами.
