logo


Может ли биплан лететь со сверхзвуковой скоростью? Ответ на этот вопрос кажется очевидным: рекорд скорости для бипланов – 518 километров в час – был поставлен в 1941 году и не побит до сих пор.

В марте 1941 года, итальянский пилот Валентино Куз проводил испытания новейшей модификации истребителя FIAT CR.42. Базовая машина была одним из последних пошедших в серию бипланных истребителей, и, надо сказать, в небе Второй Мировой (разумеется, в ее первой половине) была грозным противником, совмещая достаточно высокую скорость (440 км/ч), отличную маневренность и мощное вооружение – крупнокалиберные пулеметы Breda SAFAT. Досталось от этих «Фиатов» и советским летчикам: противостоявшие им венгры на CR.42 добились в начале войны эффективности 12:1, на каждый сбитый венгерский истребитель приходилось 12 уничтоженных советских самолетов.

Машина же, на которой летал Куз, называлась Fiat CR.42DB, и отличалась установкой немецкого двигателя Daimler-Benz DB 601A – того самого, что ставился на «Мессершмитты». Улучшение аэродинамики при переходе с радиального 14-цилиндрового Fiat A.74 RC38 на «жидкостный» «Даймлер-Бенц» и соответствующий прирост мощности с 840 л.с. до 1000 л.с. и сделали CR.42DB мировым рекордсменом, но в серию он не пошел, поскольку не имел особых преимуществ перед одновременно разрабатывавшимися истребителями-монопланами.

Впоследствии боевых бипланов никто не разрабатывал, а гражданские, одним из последних был наш Ан-2, на то, чтобы обогнать резвого итальянца, даже не претендовали. И даже единственный, кажется, реактивный биплан, PZL M-15 Belfegor, не разгонялся быстрее 200 км/ч – да и зачем сельхозсамолету высокие скорости? Зачем ему был нужен реактивный двигатель, также сейчас никто сказать не может…

Однако, кажется, бипланная коробка (которая, как известно, одно крыло, а не два) еще не сказала своего последнего слова. Правда, предпоследнее слово в этом вопросе было произнесено немецким аэродинамиком Адольфом Буземанном еще в 1950-е. Его теоретические исследования показали, что крыло-коробка может не просто существовать на сверхзвуковых скоростях, но и превосходить обычное крыло.

Секрет крылся в том, что профиль плоскостей бипланного крыла был подобран так, что скачки уплотнения, ответственные за резкое увеличение сопротивления при сверхзвуковых скоростях, возникают только в промежутке между плоскостями, где взаимно гасятся. В результате волновое сопротивление бипланного крыла оказывается меньше, чем таковое отдельных его составляющих, и само оно по своим свойствам приближается к плоской пластине.

Но на протяжении полувека «Крыло Буземанна» было лишь аэродинамическим курьезом, поскольку практически использовать его не было, казалось, никакой возможности. Проблема крылась в том, что крыло Буземанна можно было оптимизировать для определенного угла атаки и скорости (обязательно сверхзвуковой), но невозможно использовать во всем широком диапазоне, который проходит во время полета самолет: эффективность крыла при отклонении от оптимального режима резко падает. Получается, что самолет с крылом Буземанна просто не сможет разогнаться до тех скоростей, на которых он смог бы показать себя, а скорее всего, даже не сможет взлететь.
Однако идея все же стоила разработки с использованием современных компьютерных технологий. Ведь в теории крыло Буземанна давало не просто выигрыш в сокращении волнового сопротивления – оно еще и не создавало ударную волну, точнее очень сильно гасило ее. И сейчас, когда скорости обычных реактивных пассажирских самолетов кажутся недостаточными, а их шумность является одним из основных эксплуатационных показателей, идею Буземанна просто необходимо было или перевести в разряд чистой теории и забыть, или попытаться найти ей практическое применение.

Начали эту работу в середине 2000-х в Масачуссетском Технологическом и в Стэнфорде, где компьютерная модель показала, что бипланное крыло на высоких скоростях действительно имеет меньшее сопротивление, чем обычное. Японцы из университета Тохоку с помощью серии продувок моделей бипланной коробки в небольшой сверхзвуовой аэродинамической трубе тогда же выяснили, что по сравнению с обычным сверхзвуковым самолетом биплан будет иметь на 85% меньшую шумность. Но как быть с работой на малых скоростях?

И тут вроде бы есть надежда. Трудности бипланной коробки проистекают из-за того, что на высоких дозвуковых скоростях поток воздуха в промежутке между плоскостями движется медленнее, чем снаружи. Из-за этого образуется область сжатого воздуха, превращающая бипланную коробку в аналог крыла с профилем большой высоты, а это – огромное аэродинамическое сопротивление. Что касается внешних поверхностей коробки, то, поскольку они практически параллельны набегающему потоку, их несущая способность на малых скоростях очень мала. Ситуация та же, как если бы вместо крыла на самолет была поставлена доска…

Поскольку с внутренней частью профиля крыла Буземанна сделать ничего нельзя, то едва ли не единственным способом улучшить протекание между плоскостями воздуха является снижение поверхностного трения. И вроде бы при выполнении внутренних поверхн

остей крыла идеально гладкими можно устранить торможение воздуха на входе, устранить уплотнение и «разделить» плоскости, снизив общее сопротивление крыла. Что касается внешних поверхностей, то тут вроде бы может помочь выполнение носков плоскостей слегка отогнутыми (верхней – вверх, нижней – вниз), так что улучшаются несущие свойства обоих плоскостей.
В США предполагается продолжать исследования по сверхзвуковому биплану, перейдя от двухмерных компьютерных моделей к трехмерным. Одновременно тамошние специалисты смогут составить хотя бы приблизительное представление о внешнем виде такого аэроплана.

 

Японцы же, уже показавшие картинки четырехмоторного сверхзвукового биплана миру, предложили более технически сложный, почти фантастический, но зато простой по теории вариант обеспечения крылу Буземанна приемлемых характеристик на малых скоростях. В их концепте Misora профили плоскостей меняются в полете так, чтобы на малых создавать значительную подъемную силу, а на больших трансформироваться в классическое крыло Буземанна.
Одни называют работы по сверхзвуковому биплану революцией, в результате которой станет возможно создание скоростного самолета с расходом топлива в разы меньшей, чем у «Конкорда» и потому доступного для широких масс авиапутешественников. Другие утверждают, что скорее всего самолета, построенного по какой-либо из двух этих моделей, мы так и не дождемся.

Гражданская авиация – очень консервативная отрасль, и облик пассажирских самолетов практически не изменился с 1930-х. Причины – и в мнении потребителей, опасающихся новых неопробованных решений, и всей индустрии, включая аэропорты, оптимизированной под самолеты классической схемы. Оттого, хотя летающее крыло известно давно, как и его преимущества, оно не используется в гражданской авиации. «Конкорд» был исключением из правил, возникшим скорее как политическая манифестация достижений авиации, а не экономически оправданный коммерческий проект. Следовательно, «Мисору» и ей подобные концепты ждут годы исследований, годы испытаний прототипов, а в общем – многие десятилетия работы, осложненной отсутствием масштабного финансирования. Мы видим, какие сроки назначены работам по самолетам с двигателями с открытым ротором и прочим нетрадиционным машинам – и это несмотря на то, что большинство решений в них отработано весьма давно.Так что подождем еще 20-30 лет, за которые, правда, может случиться все что угодно…

Комментировать

*

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.