Немецкое влияние

Немецкое влияние

Константин КОСМИНКОВ Николай ВАЛУЕВ Москва

Эта статья необычна для авиационных журналов. Необычна, во-первых, тем, что посвящена авиационной науке ~ области знания со своим специфическим и, надо признать, отнюдь не простым языком и поэтому трудно поддающейся описанию, рассчитанному на сравнительно широкий круг читателей. Во-вторых, тема работы касается малоизученного вопроса, вот уже более сорока лет вызывающего активный интерес историков авиации. Речь идет о том, каким образом и какие именно исследовательские работы по стреловидным крыльям и крыльям малого удлинения, проводившиеся в Германии в период второй мировой войны и представлявшие собой новое слово в аэродинамике, оказались в руках союзников, в том числе СССР, и как немецкие искания в этой области повлияли на, послевоенное развитие самолетостроения. До последнего времени хранившиеся в нашей стране документы по этой теме, были малодоступны для историков авиации. К сожалению, это обстоятельство послужило благоприятной почвой для появления в российской печати (да и не только в российской) целого ряда спекуляций и фальсификаций, что и явилось толчком, побудившим авторов провести свое исследование, которое базировалось на доступных им подлинных документах, научных публикациях, а также внушающих доверие литературных источниках и воспоминаниях свидетелей событий.

Из известного справочника «Реактивные самолеты мира» (Green W., Cross R. The jet aircraft of the world, London, 1955) о советском истребителе МиГ-15, который наряду с американским F-86 Sabre являлся первым серийным самолетом со стреловидным крылом: «Своей конструкцией истребитель МиГ-15 много обязан немецким исследованиям аэродинамики стреловидных крыльев, проведенным во время второй мировой войны, В конструкции самолета заметно сильное немецкое влияние). О самолете F-86: «Как и в случае с советским истребителем МиГ-15, при разработке одноместного истребителя F-86 Sabre были использованы данные немецких исследований аэродинамики стреловидных крыльев». Аналогичные высказывания о влиянии немецких исследовательских работ в области аэродинамики на развитие реактивных послевоенных самолетов можно встретить и во многих других справочниках и книгах по истории авиации. Но в чем конкретно выразилось это влияние и какова его «составляющая» в исследованиях проблем скоростной авиации, проводившихся в других странах в период второй мировой войны и после ее окончания, для широкого круга читателей, да и многих специалистов так и остается неясным. Тем более, что в самой Германии до окончания войны ни один самолет со стреловидным крылом в воздух не поднимался 1*.

Как уже ясно из сказанного выше, речь идет о немецких исследованиях в области аэродинамики больших скоростей и, в первую очередь, по стреловидным крыльям и крыльям малого удлинения, в частности треугольным. Но сначала немного об истории появления таких крыльев.

1* Единственное исключение составляет бомбардировщик Юнкерс Ju 287 с крылом обратной стреловидности, построенный и летавший в 1945 г. Однако, такое крыло долгое время являлось тупиковым направлением в развитии авиации и, несмотря на определенные аэродинамические преимущества, даже в настоящее время не получило сколь-нибудь заметного распространения.

1 Схема самолета D 5 (1910 г)

2 Мотопланер БИЧ-11(Б.М. Черановский. 1932 г)

3 Двухместный легкий самолет «Дельта-1» (А. Липпиш. 1931 г)

Сегодня стреловидное крыло у многих ассоциируется с реактивными околозвуковыми и сверхзвуковыми самолетами, что вполне естественно. Но так было не всегда. Само по себе стреловидное крыло не является чьим-то персональным изобретением — оно известно чуть ли не с рождения авиации. Чтобы убедиться в этом достаточно посмотреть на схему английского самолета D.5 (1910), построенного по проекту Джона Данна. Крылья бипланной коробки этого оригинального самолета имели стреловидность 30°. До середины 40-х годов в различных странах было построено множество летательных аппаратов самого различного класса и назначения со стреловидным и треугольным (или близким по форме к треугольному) крылом: от планеров и легких самолетов Александра Липпиша (Германия) и Бориса Ивановича Черановского (СССР) до дальних и тяжелых бомбардировщиков, таких, например, как двухмоторный ДБ-ЛК В. Н. Беляева (СССР, 1939) и четырехмоторный ХВ-35 фирмы Нортроп (США. 1946).

Характерной чертой, объединявшей эти аппараты, была их аэродинамическая компоновка. Все они выполнялись по схеме бесхвостка (или полубесхвостка) или летающее крыло. реже — в схеме утка. Стреловидность крыла использовалась исключительно как средство балансировки. то есть для необходимого сближения центра тяжести с точкой приложения равнодействующей подъемной силы (аэродинамическим фокусом). Практика тех лет вызвала потребность в научном рассмотрении физических особенностей обтекания летательных аппаратов со стреловидными крыльями, а также в создании пригодных для инженерного использования методов расчета их аэродинамики, динамики полета и прочности. Правда, все эти задачи не относились к разряду первоочередных проблем самолетостроения и аэродинамики тех лет и скорее воспринимались как экзотические, поскольку именно таковыми считались тогда летающие крылья, утки и бесхвостки. Магистральный путь развития авиации шел в рамках совершенствования традиционных схем самолета.

Хотя фронт научных исследований в области стреловидных крыльев вначале был весьма узок, первые результаты появились довольно скоро. Из них наиболее существенный, можно сказать фундаментальный, был получен в 1924 году в NACA известным впоследствии, а тогда еще сравнительно молодым ученым Максом Мунком (М. Munk). Примечательно. что Мунка в то время интересовали вопросы устойчивости самолетов со стреловидным крылом [1]. Полученный вывод имел столь важное значение, что о его сути следует сказать особо.

Макс Мунк. центр Ленгли, 1926 г

Адольф Букман Послевоенное фото

4 Схема дальнего бомбардировщикаДБ ЛК(1939 г)

5 Схема тяжелого бомбардировщика Нортроп ХВ-35 (1946 г.)

Мунк показал, что для стреловидных крыльев большого удлинения определяющей является только составляющая скорости, перпендикулярная передней кромке крыла, а продольная составляющая при отсутствии вязкости не оказывает никакого влияния на создание подъемной силы и аэродинамического сопротивления [2]. Впоследствии это положение сыграло определенную роль в осмыслении преимуществ стреловидного крыла при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Как любой теоретический вывод, отмеченный выше результат был получен Мунком в рамках принятой математической модели при определенных допущениях (несжимаемая среда, отсутствие вязкости, большое удлинение крыла). Поэтому, хотя его вывод и раскрывал физические основы явления, но не давал еще надежных для практики методов расчета обтекания компоновок летательных аппаратов в реальных условиях. Для этого требовалось еще много усилий.

И вот произошло событие, которое могло существенно повлиять на развитие аэродинамики. В 1935 году на международном конгрессе, посвященном аэродинамике больших скоростей. была представлена новая работа А. Буземана (Busemann) — первый научный труд, в котором доказывалось преимущество стреловидного крыла при сверхзвуковой скорости полета [3]. Любопытный факт: в своей работе немецкий ученый рассматривал вопросы подъемной силы крыла. а вовсе не проблему волнового сопротивления (как часто полагают), являющуюся одной из центральных задач аэродинамики сверхзвуковых скоростей. Позднее Буземан писал: При исследованиях. готовившихся для съезда в честь Вольта в 1935 г. в Риме, я особенно много занимался вопросом о безнадежном падении коэффициента подъемной силы при скоростях в 1,5, 2, 3 раза превышающих скорость звука. Это падение не устранялось ни при каком профиле. …Возникла идея о применении при сверхзвуковых скоростях стреловидных крыльев. Расчеты показали, что эффект стреловидности оказался большим. чем можно было ожидать- [4].

Казалось бы. основополагающий труд Буземана должен был дать мощный импульс для развития аэродинамики стреловидных крыльев. Но этого не произошло. Более того, о выводах немецкого ученого вскоре забыли. Парадоксально, но факт. Надо сказать, что история науки и техники знает немало подобных примеров. Но в чем дело в данном конкретном случае?

Причина, очевидно, заключалась в следующем. 1920-х. да еще и 30-х годах для ученых-аэродинамиков вопросы. связанные с учетом сжимаемости воздуха, и тем более со сверхзвуковым полетом, представляли в основном чисто теоретический интерес. Уж очень далека была тогда скорость полета самолетов от скорости звука. Как раз к таковым и относилась работа Л.Буземана. Ни сам Буземан, ни другие участники конгресса в Риме, в том числе такие выдающиеся ученые как Теодор фон Карман и Сергей Алексеевич Чаплыгин, один из основоположников газовой динамики, не сочли идеи новои работы сколь-нибудь важными для практики самолетостроения.

Прошло целых-четыре года, когда немецкий ученый А. Бетц, работавший в аэродинамической лаборатории Л. Прандтля в Геттингене, указал на целесообразность использования стреловидного крыла также и при больших дозвуковых скоростях. Однако эта идея не стала достоянием мировой научной общественности: осложнение политической обстановки в Квропе накануне второй мировой войны обусловило сильное ужесточение секретности и резкое сокращение научных контактов. В СССР этот процесс прошел даже несколько раньше. Со второй половины 30-х годов развитие авиационной науки в европейских странах и в США во многом шло изолированно. И вот в этот период, продолжавшийся до конца второй мировой войны, наибольших успехов в аэродинамике больших скоростей добилась Германия. Ответ на вопрос почему именно Германия, а не США, например, или Англия или Советский Союз, представляется не столь уж сложным. Именно Германия стала первой страной, где реактивную, а следовательно и скоростную, технику начали рассматривать не только как научно-технический эксперимент. а с точки зрения ближайшего практического п. прежде всего, военного применения. Поэтому и некоторые научные направления, а также опытно-конструкторские работы. недавно еще считавшиеся областью более или менее отдаленной перспективы, стали уже представлять интерес практический и при соответствующем государственном финансировании получили ускоренное развитие.

Зал заседания в дирекции DVL (главный корпус). 1937 г

Столовая для служащих DVL (неруководящий состав). 1937 г

Стоит обратить внимание на тот факт, что уже в середине 30-х годов ученые и многие авиаконструкторы понимали, что эпоха винтомоторной авиации близится к концу и в будущем неизбежен переход на реактивную тягу. Было также понятно, что без соответствующего научного сопровождения эту задачу решить невозможно. Поэтому уже во второй половине 30-х годов во многих странах приступили к созданию довольно крупных аэродинамических труб с большой дозвуковой скоростью потока в рабочей части, способных выдавать надежную количественную информацию для практических нужд самолетостроения. Тогда же стали появляться и сверхзвуковые трубы небольшого пока еще размера, позволявшие проводить тематические исследования качественного характера. Развивались методы расчета в области аэродинамики, газовой динамики, реактивных двигателей.

В этом общем движении трудно отдать безусловный приоритет результатам. полученным в той или иной стране. По вот в области аэродинамической компоновки высокоскоростных самолетов в бесспорных лидерах оказалась Германия. Работы по стреловидным крыльям и крыльям малого удлинения (о них речь впереди) во В|к-мя воины велись в аэродинамической лаборатории в Гёттингене и в главном немецком авиационном научно-исследовательском центре — DVL (аналог отечественному ЦАГИ). располагавшемся в Адлерсхгофе (Adlcrshof) близ Берлина. За пять лет деятельности в этом направлении там были получены первые систематические данные об аэродинамических особенностях крыльев нового типа. В процессе той работы родилось много новых идеи, впоследствии оказавшихся весьма плодотворными. Однако задача практического применения таких крыльев на самолетах оказалась слишком сложной и до конца войны решить ее не успели.

И вот наступил 1945 год. Военная машина Германии была сокрушена и Союзники получили уникальную возможность проникнуть в научно- технические секреты своего недавнего противника. DVL оказался в восточной зоне оккупации, а Геттинген — в западной. Но прежде. чем рассказывать о том, как был организован поиск немецких исследовательских материалов, что удалось найти, а чего нет, стоит немного сказать о том, что же представлял собой DVL весной 1945 года.

По мнению советских специалистов. DVL — это довольно крупное научно-исследовательское учреждение. В начале 1945 г. там работало 2128 человек, в том числе 13 профессоров. 125 докторов-инженеров (кандидатов технических наук в отечественной терминологии), 450 инженеров и 195 техников, конструкторов и чертежников. В задачи института входили разработка и изучение проблемных вопросов авиации, улучшение и модификация существовавших образцов самолетов, моторов, предметов оборудования, проведение испытании. DVL располагал высококвалифицированными кадрами, хорошо оборудованными лабораториями и большой производственной базой. В состав DVL организационно входили 18 институтов: Аэродинамики. Лопаточных машин. Прочности самолетов. Термодинамики и рабочего процесса. Моторных установок, Моторной механики. Механики полета. Газодинамики. Исследования материалов. Испытания материалов. Электрофизики, Исследования горючего и смазочного [материалов], Бортовых приборов и аэронавигации. Аэрофотографии, Наземной и астрономической навигации. Авиационной медицины. Техники регулирования. Гидроавиации (институт располагался в Гамбурге).

Рабочая часть трубы

322 метровый гидроканал DVL 1937 г

Здание штопорной трубы DVL имело оригинальный вид

Общий вид большой аэродинамической трубы DVL 1937 г

Среди экспериментального оборудования наибольший интерес вызвала скоростная аэродинамическая груба замкнутого типа. Максимальная скорость потока в рабочей части диаметром 2.7 м составляла 300 м/с (М-0.88). Эта труба, отличавшаяся высоким качеством потока (малой турбулетнтностыо в рабочей части), являлась главнейшей экспериментальной установкой 1Л1.для исследований в области больших дозвуковых скоростей. Как удалось выяснить, труба работала еще 20 апреля 1945 г.

Все институты DVL располагались в 106 зданиях, из которых 41 пострадало от воздушных бомбардировок (31 здание было полностью разрушено). Но основная часть экспериментальных установок, в том числе скоростная аэродинамическая труба, уцелела. В связи с систематическими бомбардировками научная библиотека DVI.. научный секретариат и восемь институтов были в 1943–1945 гг. полностью или частично эвакуированы в небольшие города центра и юга 1ермании, часть которых оказалась в западной зоне оккупации. Однако основная часть DVL. в том числе и институт аэродинамики, не эвакуировались и оставались в Адлерсхгофе.

Фото предоставлены авторами. Схемы Н. Лавров.

Библиография:

1 Hansen J Engineer in charge (A history of the Langley aeronautical labotatory.1917–1958). Washington, NASA sp-4305,1987

2 Max M Munk. Note on the relative effect of the dihedral and the sweep back of airplane wings. NASA TN 177.1924. p 2

3 Busemann A Aerodynamischer Auftrieb bei Uberschallgeschwmdigkeit, Convengo di Scienze Fisiche. Matemetiche e Naturali. Tenia La Alte Velocita in aviazione. Roma 1935 (Roma, 1936): 315-47

4 Busemann A Pfeilflugel bei hohen Geschwmdigkeiten «Liliental — Gesellschaft f Luftfahrtforschung», 1943.14 IV. № 164, S. 27-40

Продолжение следует