С лабораторией возились долго и весело. Даже Алексей отложил руководство и присоединился к экспериментам, сменив форму на кожаный передник. Правда, другие дела довольно часто отрывали нас от увлекательного занятия — выстругивания профилей и наблюдения за колебанием ниточек в потоке воздуха, облепляющих профиль будто шкура.
Углы и подъемную силу фиксировали простым транспортиром и весами. Все очень утилитарно, но результаты выходили интересные. По крайней мере, уже на десятой заготовке получили неплохой профиль для малых скоростей и больших углов атаки.
В очередную нашу отлучку лабораторию посетил небольшой пожар, намекнувший будущим воздухоплавателям, что прогар жаровых труб на двигателе — штука весьма опасная в окружении деревянных конструкций. Завели отдельный журнал для противопожарных экспериментов. Нам предстоит конструировать гондолы двигателей, и необходимо учесть прогар труб в полете как штатную ситуацию.
Вместе с горячими идеями стукнула мысль об обледенении, и лаборатория обзавелась еще одним отделом для конструирования систем охлаждения и обогрева. Для начала, предложил конструировать тонкий латунный радиатор в форме носка крыла. Конструкция проста, как весь самолет — латунную полосу изгибали по форме носка и чеканили в ней каналы для тока охлаждающий двигатель жидкости. Второй, гладкой, полосой каналы закрывали, герметизируя систему вальцовкой краев и пайкой. Вопрос стоял только в балансе толщины латуни, ее веса и живучести, что можно было проверить только экспериментами.
Отдел прочности развлекался полкейкой и изломом кусков лонжерона и обшивки. Обшивку, кроме как из фанеры, делать нам было не из чего. Можно, конечно, натянуть полотно, пропитанное олифой. Да только вес у такого полотна выходил немногим меньше фанеры, толщиной в миллиметр. Понятно, что при подобном раскладе фанера предпочтительнее и по прочности, и по долгожительству и по способности сохранять форму.
Безусловно, вопрос с легкой обшивкой могла бы решить шелковая ткань из Китая, только тут имелись свои подводные камни, начиная от мизерных объемов торговли, которые еще надо развивать, и заканчивая пропиткой, которую надо подбирать для шелка отдельно.
Пока вопрос решали линейно — отрабатывая технологию тонкой фанеры, прочной, водо и воздухо стойкой, легкой. Нервюры и лонжероны предполагали выклеивать аналогично обшивке — посему пара подмастерьев целыми днями клеили многочисленные геометрические конструкции из шпона разной пространственной ориентации, а потом ломали эти сооружения, набирая статистику. Ломали с выдумкой, организовывая не только простые нагрузки, но и удары и раскачивания — все согласно нашим свежим лекциям.
Мне теперь приходилось вечерами писать учебник аэродинамики, со вставками из теории самолета, которую уже и сам плохо помнил. И это притом, что вечер у меня начинался часа в два ночи. Но на душе стало хорошо и покойно.
5 февраля заменили полотняный винт воздуходувки на деревянный, выклеенный из шпона. Любопытно, что первый деревянный винт, выструганный из дерева, вышел хлипким. Мы испытывали его, бросая в серебристый круг вращающегося винта пригоршни песка и камушков. Вышло плохо.
Второй винт клеили, складывая слои шпона, вырезанные по нескольким лекалам, соответствующим продольным разрезам винта. Такой винт потребовал обработки гораздо меньше, чем вырезанный из цельного куска дерева. Соответственно, винт получился технологичнее и дешевле, обладая достаточной прочностью.
Потренировавшись на винте воздуходувки, начали разработку двухметрового винта для самолета. Двигатель под этот винт собрал второй цех, но там еще тучей роились проблемы. Все же, мощный агрегат потребовал к себе серьезного отношения, не удовлетворившись простым масштабированием.
Тандем вышел размером почти два метра и диаметром в сорок пять сантиметров, плюс еще по пятнадцать сантиметров диаметров жаровых труб по обеим сторонам двигателя. Можно сказать, разрез силового агрегата напоминал овал, с осями в пятьдесят на восемьдесят сантиметров. Весом это чудовище превысило триста сорок килограмм, зато мощностью вплотную приблизилось к двумстам лошадям.
Вес вышел явно завышенным, в связи с изначальным "монументализмом" коловратников, имеющимися у нас в запасе. Строй двигатели "с нуля", думаю, на сотню килограмм можно будет сделать легче и на полметра компактнее.
Пока матерый "тяни-толкай" шипел на окружающих выхлопом, и упрямо кипятил свою систему охлаждения. Отрабатывать на нем оборудование являлось делом захватывающим, но представить этого монстра в гондоле деревянного самолета пока не получалось.
Зато отработали, наконец, систему запуска. Так как изготовлять сложные детали мы не могли, пришлось обходиться тем, что есть. А был маленький паровой котел от паротяга, способный раскрутить газовый коловратник. Более того, обнаружилась любопытная особенность — добавление пара в факел горелки заметно увеличивало мощность двигателя.
Небольшой котел был утвержден как штатный пусковой механизм газового двигателя, с недокументированной функцией форсажа. Если понадобится взлетать на перегруженном самолете — форсаж лишним не будет.
Прикинув развесовку самолета, определил для двух двигателей только один пусковой котел, а вместо второго планировал поставить маленький паровой коловратник, планируя собрать котел и паровик в одно автономное устройство внутри фюзеляжа самолета. В случае чего, например, аварийной посадки или просто стоянки на аэродроме, эта автономка и кабину обогреет, и горячего чайку организует, и электричество выработает. Да и запускать двигатели горячим паром, в холодном климате, лишним не будет.
Вот так самолет, еще не родившись, обрастал оборудованием. Мелочи, но без них никак. Те же стальные ленты на днищах поплавков — вроде и лишний вес, зато можно садиться на лед, не особо боясь разбить фанеру. Остекление кабины пилотов — вроде и без него можно, но это на юге и у земли. С каждым километром высоты температура падает примерно на семь градусов. У земли двадцать градусов тепла, а на высоте трех километров она уже ниже нуля. В таких условиях никакой дополнительный вес лишним не будет. Еще желательно, чтоб двигателисты обеспечили небольшой отбор воздуха от двигателей, для наддува кабины — но с этим пока было не все хорошо...
Гораздо интереснее дела шли у радистов. Мы проверили прием радиостанции Долины не только на детекторный приемник Долины и Санкт-Алексия, но и два дня ходили по океану на канонерке, составляя таблицу приема. Понятно, что полкилометра антенны запихнуть на корабль просто некуда. Приемник работал от рамочной антенны накрученный из проволоки длиной в одну десятую волны. Коэффициент усиления у такой рамки вышел посредственный, зато диаграмма направленности позволяла пеленговать радиостанцию. Можно считать — родился радиопеленгатор.
При всей неказистости приемной антенны, дальность связи явно превысила сотню километров в океане. Дальше мы пока проверять не стали, составив таблицы затухания сигнала. Надо будет еще поработать над антеннами.
К 12 февраля на столе аэро лаборатории стоял двухметровый макет воздушного корабля. Пожалуй, одно из лучших моих творений, правда, пока еще неизвестно, как приживущееся в воздухе. Пора два слова сказать и о нем.
Изначально, прикинув вес двигателя и фанерной оболочки — отказался от малышей. Один планер с полотняной оболочкой мы соберем, более того, уже собираем. Но не для полетов, а для "ветряного тренажера".
Тренажер сооружали на прибрежном холме, в виде гигантского "коромысла". Идея тренажера проста, и его часто применяли на заре авиации. На длинное плечо коромысла шарнирно закрепляли самолет, а коротким плечом с грузом уравновешивали большую часть его веса. В таких условиях пилот мог легко "летать" в порывах ветра, набирая и теряя высоту, и даже делая повороты с креном. При этом можно ограничить углы отклонения коромысла, обезопасив пилота от падения на землю при грубых ошибках. Игрушка — но отобрать перспективных пилотов для обучения от тех, кто летать боится, можно вполне.
Возвращаясь к макету самолета, стоит вспомнить, что закладывал в него возможность взлета и посадки с земли и воды. С одной стороны, взлет и посадка на воду предпочтительнее — озер много. С другой, если будет самолет, то грех не лететь на нем вглубь континента, делая аэрофотосъемку. А вот будут ли там озера и реки, еще не факт.
При этом найти оборудованные аэродромы в этом времени кажется маловероятным. Отсюда вывод о необходимости короткого взлета и посадки.
Фюзеляж самолета вобрал в себя все наши наработки от скоростных катеров. Уже знакомая схема "морских саней" получила пик своего развития. Центральная "лыжа" вытянулась на четыре метра, или на сорок сантиметров по меркам макета. Две боковые, двух с половиной метровые лыжи, слегка приподнятые, растопыривались на три метра в стороны, образуя плавные прогибы днища "тримарана". Со стороны конструкция смотрелась красиво, на деле являясь чередой компромиссов. Реданы для глиссирования не уживались с ламинарным обтеканием воздуха. А аэродинамический профиль крыла был противопоказан обводам "тримарана" при посадке на воду.
Тем не менее, зализанные обводы тримарана, после взлета, вполне могли выполнять роль нижнего крыла, если продумать остальные формы фюзеляжа. Понятно, что трехметровый фюзеляж, соответствующий ширине посадочной опоры, создаст слишком большое сопротивление, и обводы верхней части напоминали обводы гоночных катеров моего времени — широкое, плоское основание, плавно переходящее в кабину полутораметровой ширины, возвышающуюся над центральной лыжей.
Макет фюзеляжа-тримарана мы старательно гоняли по заливу, не только таская его на веревочке, но и "стреляя" макетом из лука в воду. Большего не сделать, пока не попробуем макет в натуральную величину.
Самолет одним фюзеляжем не ограничивается. Хотя, посадка на воду накладывает свои ограничения и на все остальное. Например, винты необходимо поднимать максимально высоко над водой, спасая их от брызг и волн. Так как двигателей предполагалось использовать два, размещались они на крыльях, по обе стороны от фюзеляжа. Более того, в связи с минимальным диаметром фюзеляжа, крылья пришлось изломать по форме крыла чайки. При выклеивании лонжерона из шпона, его форма особой проблемой не являлась. Зато концепция "крыла чайки" решала несколько проблем. Поднимала двигатели, и, соответственно, винты над водой, обеспечивала оптимальное аэродинамическое согласование крыла с фюзеляжем, и позволяла лучше использовать центробежный разлет воздуха от винтов.
Про последнее надо сказать чуть подробнее. Винты не только закручивают воздух и "отбрасывают" его назад. Они еще "раскидывают" воздух в плоскости своего вращения. В мое время даже большие исследования были, когда винты заключали в кольца, подбором формы которых увеличивали тягу. Правда, увеличение выходило не такое значительное, чтоб компенсировать дополнительное лобовое сопротивление самих колец, и идея широкого распространения не получила, если не считать ее реализацию в турбореактивных двигателях. Зато доказали, что подбирая форму фюзеляжа и согласовывая с ней работу боковых винтов, можно добиться прироста тяги, или, точнее, уменьшения лобового сопротивления.
Основным критерием тут стало направление вращения винта. Винты должны "грести" воздух под крыло, к фюзеляжу, который должен начинать сужение в плоскости вращения винтов. В этом отношении, форма "крыла чайки" выходила оптимальным решением. Фюзеляж плавным полукругом переходил в наплыв крыла, выступающий вперед плоскости вращения винтов, поток загонялся в эту "ловушку", скользя по ней к хвосту. Так как задняя часть фюзеляжа сужалась, появлялся эффект выдавливания меж пальцев скользкой косточки, толкающей самолет вперед. Одновременно с этим под крылом создавалась "воздушная подушка", увеличивающая подъемную силу.
В мое время серьезные конструкторские бюро рассматривали взаимодействие разных частей самолета с точки зрения уменьшения вредного влияния. Искать способы собирать подъемную силу по крохам таким институтам не приходилось — они по науке работают. А вот на форумах любительской авиации, где пытались взлететь, имея только двигатель от мопеда, любые обоснованные извращения только приветствовались, и разбирались по косточкам. Почитать их перепалки, порой, бывало весьма познавательно.
Вот и добрались до крыла. Хоть оно и считается самой важной деталью самолета, однако летательные аппараты, порой, обходились и без него. Не считать же крылом винты вертолетов и автожиров. Кстати, к автожиру надо будет присмотреться потом подробнее. Вертолет пока не осилим, а вот автожир попробовать можно. Если получится — будет идеальный разведчик для ледоколов. Но это позже.
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.
