Летающий «черновик»

Летающий «черновик»

Модель для изобретателя почти то же, что черновик для поэта. Тот, кто видел черновые рукописи Пушкина, видел «муки слова». Легкая, изящная, совершенная пушкинская строка рождалась нелегко. Можно представить по этим исправленным и перечеркнутым словам и целым фразам, как великий поэт читал один вариант стиха за другим, прислушивался к музыке слов и отвергал одну строку за другой, пока не добивался того, чего хотел.

То же делает изобретатель с моделями. Итак, труд, всюду труд — набрести в скитаниях мысли на плодотворную идею, представить себе будущее устройство или механизм, придумать модель, построить ее; если она не действует, доискаться причины; если действует, но с ленцой, — работать над ней, работать и работать.

Так вот, задуманная летающая модель, о которой я хочу рассказать, должна была бы быть такой, какие мне пришлось не раз видеть и строить. Ее испытания, конечно, будут сопровождаться непрерывной цепью многочисленных переделок и упрощений…

Стоило подумать о том, как хорошо было бы создать летающий аппарат, способный, как птица, летать быстро, садиться везде и взлетать отовсюду, — и мечты уносились очень далеко, столь далеко, что любой здравомыслящий специалист отказался бы их поддержать, дабы себя не скомпрометировать.

Любой, но не академик Борис Николаевич Юрьев, один из зачинателей советского вертолетостроения, крупный ученый-аэродинамик, основатель советской экспериментальной аэродинамики. Я работал у него на кафедре «Винтокрылых летательных аппаратов» начальником лаборатории, о которой я уже упоминал. Борис Николаевич глубоко верил, что настанет время, когда начнут развиваться только мирные ветви авиации: дирижабли, аппараты машущего полета и в первую очередь летательные аппараты, конвертируемые на вертолетной основе. То есть такие, которые могут взлетать, как вертолеты, а летать — как самолеты. В воздухе ротор будет у них преобразовываться в крылья. Вертолет и самолет сольются воедино, в одну машину, объединяющую их сильные стороны: летать со скоростями самолета и обходиться для посадки и взлета любой крохотной лесной полянкой.

Заманчиво? Очень!

Б. Н. Юрьев рисовал на листах ватмана схемы этих машин. Мы привыкли все новые схемы летательных аппаратов моделировать, то есть делать по ним летающие модели. Такое уж было назначение нашей лаборатории. Но одно дело — нарисовать схему летательного аппарата, другое — заставить летать его модель. Первым препятствием является один принципиальный вопрос, а именно — в тот момент, когда конвертируемый аппарат будет превращаться из вертолета в самолет, он наверняка потеряет устойчивость.

Я стал пристальней изучать все необычные типы летательных аппаратов, самых оригинальных, самых удивительных. Они смотрели с листов пожелтевших страниц старых журналов довольно таинственно и ничего не говорили о том, где она, та ступенька, что ведет к конвертированию.

Оставалось терпеливо накапливать наблюдения и думать, думать, думать.

Конвертирование есть изменение, превращение вертолета в самолет. Прежде чем, до конца использовав преимущества вертолета, перестроиться на использование преимуществ самолета, нужно еще суметь преодолеть недостатки, присущие вертолету.

Современный вертолет устроен так, что одна лошадиная сила мощности его двигателей поднимает в воздух 5–6 килограммов веса. А у самолета обычно — 20–25! Однако и в вертолете одна лошадиная сила могла бы поднять в воздух 25 килограммов, а в конце прошлого века академик Рыкачев снимал с воздушных винтов и по 50 килограммов тяги на одну лошадиную силу. Но лопасти вертолета спроектированы так, что они способны были не только поднимать тяжести вверх, но и обеспечить машине достаточную скорость горизонтального полета, ну, скажем, 180 километров в час. Соответственно расходуется и мощность. Вот если бы вертолет взлетал, не развивая горизонтальной скорости, тогда не трудно было бы дойти до взлетного веса 15 килограммов на лошадиную силу. А дальше, на какой-то безопасной высоте, спокойно можно было превратить вертолет в самолет.

Какая же схема вертолета будет наиболее удобной для этого? Заметим следующее: мотор, установленный в фюзеляже вертолета, приводит во вращение вал ротора, но при этом возникает усилие, заставляющее мотор и фюзеляж поворачиваться вокруг того же вала в противоположном направлении. Явление это легко понять, вспомнив об «отдаче» выстрелившего ружья. Вы, конечно, заметили, что у многих вертолетов имеется хвостовой винт. Он как бы придерживает вертолет за хвост — гасит реакцию вращения ротора, передаваемую фюзеляжу. Это аппараты, построенные по схеме М. Л. Миля. А на вертолетах Н. И. Камова, собственно, два ротора, которые вращаются в разные стороны. Поэтому крутящий момент нейтрализуется. Зато в этом случае значительно усложняется сам ротор.

Можно вращать ротор посредством моторов и винтов, устанавливаемых не на фюзеляже, а прямо на лопастях. Тогда никакой реакции вращения фюзеляжу не передается. Такая схема предложена инженером Велльнером. Я выбрал ее, рассуждая так: вот если бы суметь поставить в полете двухлопастной ротор перпендикулярно фюзеляжу, как крылья, и направить тягу винтов вперед… «Гладко было на бумаге». А вот как все это проделать в воздухе?

И все же я спросил Бориса Николаевича: что, если смоделировать именно эту схему? Он согласился с тем, что схема Велльнера самая подходящая для осуществления конвертирования.

В тот же день я поехал в Политехническую библиотеку. Восемь месяцев потребовалось мне на то, чтобы собрать по крупинкам сведения о схемах с винтами на лопастях. В конце концов я узнал все, что когда-либо печаталось об этих схемах, и убедился, что, пожалуй, библиотечная работа есть самая интересная сторона этого эпизода моей изобретательской жизни. По сути дела, если бы не она, то что пришлось бы мне делать? Идти ощупью и надеяться на опыт, интуицию, а то и просто на случай? Проявить такое же терпение и упорство, но только у себя за рабочим столом?

Но, проявляя настойчивость, можно овладеть иностранным языком, отремонтировать квартиру, покорить девичье сердце, да мало ли что сделать еще! А вот что-нибудь изобрести… Изобретать на основе одного лишь упорства — «нетехнологично». Гораздо продуктивнее работает голова, когда знаешь по своей теме основную литературу, знаешь тенденцию развития родственных областей, знаешь методы, какими решаются в них технические задачи.

Может показаться, что это копание в литературе напоминает действия разборчивой невесты из комедии Н. В. Гоголя, рассуждавшей: «Если бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича, да взять сколько-нибудь развязности, какая у Балтазара Балтазаровича…» Но ведь гоголевская невеста только рассуждала и не переходила к практике: она не могла собрать из разных элементов одну «модель» жениха, обладающую нужными параметрами. А если бы попыталась, то убедилась бы, что главные трудности тут только и начинаются. Из каждого рационального зерна, собранного в житницах библиотеки, предстояло еще вырастить новую техническую идею. Собирание этих зерен было только подготовительной работой.

Есть забытый тип летательного аппарата — автожир. Автожир имеет ротор, как вертолет, а также и винт для горизонтального полета. Ротор автожира раскручивается для взлета либо встречным потоком воздуха от винта, либо двигателем через механический привод. В полете ротор крутился сам. Подъемная сила у одних автожиров создается только ротором, другие могут взлетать на крыльях, с разбегом, обычно весьма малым. Зенит автожиростроения — 1934 год, позднее этот аппарат был вытеснен вертолетом. И тем не менее для конвертирования схема его казалась более перспективной, чем вертолетная. Не только у обыкновенного, но и у крылатого вертолета остановить ротор нельзя: это означало бы, что прекращается и подъем и тяга. Перестанет вращаться ротор, и вертолет упадет. У крылатого автожира ротор остановить можно. Тогда аппарат превратится в самолет и будет лететь с самолетными скоростями. Это, пожалуй, и есть преддверие конвертации! Однако конвертировать автожир мало радости — автожиров с полетным весом более тонны никто не делал.

Но что-то подсказывало мне: «Он тебе еще пригодится…» — и я продолжал листать брошюры об автожирах, изучать их чертежи, постигать их недостатки.

У автожира ротор не передает на фюзеляж крутящего момента. Стало быть, мы можем поставить на нашем неведомом летательном аппарате два ротора: один вертолетный, работающий по системе Велльнера, а второй — над ним — автожирный.

Ну, а дальше? Если в горизонтальном полете после того, как аппарат наберет нужную высоту, вертолетный ротор отключить от двигателя, аппарат спланирует, снижаясь, как бы на двух автожирных роторах. Теперь через десять-пятнадцать секунд плавно остановим лопасти вертолетного ротора и автоматически установим их перпендикулярно оси фюзеляжа. Аппарат будет продолжать планирование на одном роторе.

Стоп! Давайте разберемся, чтобы было понятно, какую техническую задачу предстоит решить еще.

Если взглянуть на вертолетный ротор системы Велльнера сверху, то видно, что гребные винты работают точь-в-точь как волы, ходящие по кругу и вращающие два рычага какого-нибудь вертикального ворота. Если волов остановить так, чтобы рычаги оказались перпендикулярными направлению нашего взгляда, окажется, что один вол стоит к нам рогами, а другой — хвостом… То есть винт на одной лопасти был бы на роторе Велльнера обращен вперед, а другой — назад. Первый винт готов к работе — он ведь создает тягу. Второй винт нужно переместить так, чтобы он тоже стал смотреть вперед и, создавая тягу, тянул свою лопасть в том же направлении, что и первый. Поэтому нужно эту лопасть повернуть вокруг ее оси ни мало ни много на 180°! (Если бы это был рычаг ворота, запряженный волом, то вол оказался бы рогами на зрителя, но… вверх ногами.)

Но перевернуть таким образом лопасть с вращающимся на ней воздушным винтом очень нелегко! Казалось бы, мы в ловушке. Правда, могут спросить: почему не пойти простым путем — заставить тот винт, который оказался обращенным в сторону, обратную направлению полета, работать не на тягу, а обратно? Такое изменение направления движения в технике называется реверсом. Специалисты говорят, что при этом сильно падает коэффициент полезного действия винта. Винтов с одинаково высоким коэффициентом полезного действия в прямом и в реверсивном режиме тогда еще не существовало. Ну, а если бы удалось спроектировать винт с высоким к.п.д. и при реверсе тяги? Как тогда все упростится!

Над конструированием таких винтов я пробился полтора года, пока случайно не обнаружил, что решение до смешного простое. Такой винт был тут же испытан на модели с двигателем внутреннего сгорания. Результаты были ошеломляющие. Модель, винт которой реверсировался еще в воздухе, садилась чуть ли не с нулевой скоростью.

Теперь лопасть вертолетного ротора не нужно было переворачивать, а это очень упрощало всю схему. Летательный аппарат с застопоренным вертолетным ротором становится типичным крылатым автожиром. Но ведь пока крутится автожирный ротор, аппарат не сможет набрать скорость более двухсот километров в час. Остается последний шаг: решить, куда и как убрать автожирный ротор после конвертирования? Просто взять и остановить в воздухе автожирный ротор нельзя: лопасти его поломает встречным потоком воздуха. Ведь, только пока он вращается, нужная форма лопастей сохраняется под действием центробежных сил.

А что, если ротор сделать похожим на раздвижную антенну, устанавливаемую на автомашинах? Прикинул — четырех вдвигающихся одна в другую секций для лопасти достаточно. Сложенный ротор, вытянувший лопасти вдоль фюзеляжа, не внесет заметного ухудшения в обтекаемость аппарата, и сей последний перейдет на самолетные скорости 600–800 километров в час: ведь после конвертирования он самолет.

После приходили и другие решения того, как поступить с автожирным ротором. Разрабатывать их было уже куда легче, потому что в многолетних трудах и поисках было найдено приемлемое принципиальное решение проблемы.

Даже беглое описание модели такого аппарата должно было показать читателю, что «игрушка» получилась сложной. Легкого старта у нее быть, пожалуй, и не может. Зато когда она взлетит, будет радостно сознавать, что теперь решение конструктивных задач создания настоящего самолета этого типа во многом упростится еще на модели. Наиболее сложные черновые вопросы, неподатливые узлы до некоторой степени будут освоены еще при модельном решении технической задачи.

Однако решать задачу набело — вовсе не будет означать простого повторения модели, соответственным увеличением ее размеров. Беловик, модель-самолет, придется создавать творчески, заново: как художники пишут картину по этюдам.