Итак — крыло. С одной стороны, штука простая. Длинная плоскость, зализанных форм, прорезающая воздух и создающая подъемную силу в зависимости от «угла атаки». С другой стороны — достаточно вырезать полоску бумаги, перехватить ее посередине и несколько раз поводить рукой в воздухе, чтоб оценить сложности. Полоска завернет края, а то и скрутится непредсказуемой спиралью.
Вот и на крыло действуют подобные силы. Перелом лонжерона и «складывание» крыла по примеру бабочек, является одной из распространенных причин авиационных катастроф. Но кроме таких очевидных проблем есть и менее явные подводные камни. Если взять тонкую доску, достаточной длины, зажать ее с одного торца, а второй торец покрутить руками, то убедимся, что доска довольно легко скручивается «винтом». Крыло, к сожалению, подвержено этой напасти в не меньшей степени. Только вот результат такого скручивания у крыла в полете гораздо неприятнее. Крыло начинает скручиваться то в одну, то в другую сторону, увеличивая амплитуду и разрушаясь. Такое явление называют «флаттер» и от него погибло множество самолетов, пока разбирались, в чем дело.
Кстати, явлению колебаний и скручиваний подвержены все детали воздушных кораблей, от рулей и стабилизаторов до шасси. В частности, разрушающая «пляска» шасси даже получила собственное имя — «шимми».
Названия красивые, да только за ними кровь пилотов, собиравших по крупицам знания о воздушном океане. Для моего времени подобные явления и способы их преодоления тайной уже не являлось, а вот исследователям прошлого приходилось идти с «закрытыми глазами», делая модель за моделью. Пожалуй, про исследователей уместнее даже применить термин «бежали, спотыкаясь», так как от самолетов братьев Райт до истребителей Второй Мировой прошло всего сорок лет. Так стремительно развивались только компьютеры в мое время.
Зачем тогда делать длинные крылья, если у них такие проблемы? Увы, тут прямая взаимосвязь. Чем больше размах крыла, тем выше его способность планировать. Не даром планера выглядят в небе как тонкий крест, с широко раскинутыми, узкими крыльями. Смотреть на такие крылья, из кабины планера в полете, весьма занятно. Они откровенно «взмахивают» и изгибаются при маневрах. Опытные пилоты не обращают на это внимания, а для пассажира гарантированны острые ощущения.
Но современные мне планеры — продукт карбона и дюраля. Нам такие технологии недоступны. Приходилось увеличивать толщину крыла до четырнадцати процентов его хорды. Грубо, при ширине крыла у корня в два метра, его толщина составила двадцать восемь сантиметров. Отдел прочности просил увеличить толщину еще больше, так как они не гарантировали целостность лонжерона, длинной двадцать метров с нагрузкой посередине не менее четырех тонн. Но и это мы попробуем на практике. Первый собранный нами самолет никуда не полетит, тем более, что двигатели для него еще не готовы, а будет разломан на стендах.
Крыло не ограничивается одним размахом и профилем. Много на нем дополнительных устройств. Например, есть у крыльев такая беда, как перетекание воздуха с нижней плоскости, где давление избыточно, на верхнюю плоскость, где развито разряжение. Такое перетекание уменьшает подъемную силу, и с ним борются, давая крылу сужение в плане — тогда встречный поток препятствует перетеканию воздуха. Да только рано или поздно крыло заканчивается, и вихри перетекания бурлят на концах с большой силой.
Со временем нашли управу и на эту напасть. На концы крыльев ставили аэродинамические шайбы, препятствующие образованию вихрей перетекания. Вариантов таких шайб имелось великое множество, но в нашем случае подходил только один — в виде дополнительного бака, загибающегося вниз от конца крыла. С учетом концепции гидроплана, баку нужно еще придать форму поплавка, на который может опереться самолет, если он все же завалится на крыло при взлете или посадке.
Другое дело, что этот бак нельзя делать большим — иначе потеряется аэродинамика самого крыла. Очередной компромисс между водой, воздухом, прочностью и развесовкой.
Кроме формы и описанных ухищрений, крыло имеет еще механизацию. Это очередной компромисс между взлетом на малой скорости и быстрому полету по маршруту. Теоретически, взлететь можно и без механизации. Только потребная скорость взлета может быть в несколько раз больше, чем с простейшей механизацией крыла.
Так что это за зверь? Грубо, это просто способность крыла «загнуть» свою заднюю кромку вниз, изменяя профиль. Самое оптимальное было бы взлететь на одном крыле с профилем оптимальным для малых скоростей, а после взлета поменять крыло на другое, с профилем для больших скоростей. В мое время так и не придумали, как можно сотворить такую ротацию — зато механизацию довели до совершенства. В современных мне самолетах из задней кромки крыла выползали целые «цепочки» закрылков, разделенных строго рассчитанными воздушными щелями.
Нам такое не осилить, но простой, щелевой закрылок, выпускающийся на два угла, меньший, взлетный и больший, посадочный — можем сделать. Закрылки, расположенные с обеих сторон от гондол двигателей, дадут особо значимый прирост подъемной силы, за счет потока воздуха от винтов. Хотя потребуют значительного силового подкрепления крыла, в месте их подвески.
Кроме закрылков, ближе к концу крыла, расположены элероны, которым самолет управляется по крену. Ради уменьшения взлетной скорости можно и их использовать в виде закрылков. Такие совмещенные устройства, в мое время, назывались «элевоны» и использовались довольно широко. Принципиально, механика их двоякого использования не сильно усложнена — достаточно включить в тягу «ромбовый домкрат» и элероны при взлете будут выпускаться не хуже закрылков, сохраняя при этом возможность управлять самолетом по крену на взлете.
Отдельный вопрос — усилия на ручках управления, отклоняющих многочисленные рули и элероны. На самом деле, усилители на рулях — вещь совершенно необязательная. Давно придуманы схемы аэродинамических компенсаторов усилий на рулях. Достаточно сказать, что огромный пассажирский самолет, эксплуатировавшийся в мое время, «Ил-62» — не имел усилителей рулей. Пилоты управляли самолетом исключительно своей мускульной силой, порой отдавая это дело в электромоторы автопилота.
Возвращаясь к крылу нашего гидросамолета, упомяну еще подкосы. Так как крыло требовалось длинным — возникла необходимость подкрепить его, ближе к середине, упором, идущим от краев внешних поплавков гидросамолета. Получился эдакий полутораплан, с трехметровым нижним «крылом» и двадцатиметровым верхним, соединенным с нижним упором, или, на языке авиации, «подкосом». Если говорить терминами самолетостроения моего времени, у меня вырисовывался «двухмоторный, поперечный, подкосный, гидрополутороплан, с верхнем крылом формы „чайка“ и балочным, двухкилевым оперением».
Про оперение вопрос пока был спорный. Изначально заложил двухкилевую, балочную схему, похожую на знаменитую «раму», времен войны. Обосновывался такой выбор просто — балки являлись логичным продолжением гондол двигателей, с точки зрения аэродинамики. Кроме того, при наличии балок легче было «навесить» закрылки и обеспечить управление ими. Наконец, проще выходила силовая схема стабилизатора с рулем высоты и двух килей, с рулями направления. Крестообразная тросовая растяжка, обеспечивающая продольную прочность конструкции, может быть использована как антенна радиостанции.
Отдельным пунктом в выборе балочной схемы стала гидродинамика «тримарана». Длинную центральную лыжу весьма тяжело «оторвать» от воды при взлете, и короткий фюзеляж, контактирующий с водой, для меня был предпочтительнее.
Получившаяся удобная задняя дверь, для погрузки внутрь самолета, стала просто дополнительным бонусом, который особо не влиял на выбор схемы, но и отказываться от него будет глупо.
Вот так и выглядела модель экспериментального воздушного корабля вице-империи. Алексей не мог налюбоваться на творение подмастерьев, и даже не хотел отдавать его на продувку в трубу, обоснованно полагая, что мы модель испортим. Обязательно разломаем! Да еще и не один раз. Расчеты — расчетами, но ничего не заменит практики.
Более того, продувки макета это еще не показатель. Продувать надо готовый самолет, но такой трубы у нас пока нет, и в ближайшее время не будет. Бледной заменой станет продувка самолета на «коромысле» тренажера, штормовыми ветрами. Разобьем полномасштабную модель наверняка, возможно, и не один раз — зато пилот останется живой.
Описанные этапы создания воздушного корабля, повергли царевича в глубокое уныние. Видимо он
