У Державному музеї авіації України є дивний експонат. Це невеликий спортивний літак, що числиться як «Виріб 181» АНТК імені О. Антонова. Впадає в очі форма його крил - під пропелерами вони дивним чином вигнуті, утворюючи полуарки. Невже подібна конфігурація могла позитивно вплинути на аеродинаміку? І взагалі - що це таке? Літала ця машина?
Як не дивно, у «антоновской» машини довга історія, корінням йде до самих витоків авіаційної промисловості. Відомо, що світом рухає бізнес, в тому числі і світом авіації. Людина може стати світовою знаменитістю і зробити величезні статки за все на одному важливому патенті, на одному революційному винахід. Так і пенсильванский інженер Віллард Рей Кастер щиро вірив в придуману ним аеродинамічну схему і практично поклав життя на впровадження її в реальність.
Кастер носив горде прізвище - він був нащадком знаменитого генерала Джорджа Кастера, героя громадянської війни в США, який прославився безглуздям, шаленим темпераментом і хоробрістю. В якійсь мірі Віллард перейняв родові риси. У 1925 році він, молодий інженер, недавній випускник, лагодив зірвану вітром дах сараю, і її вигнута форма навела його на цікаву думку - чому б не надати подібну конфігурацію літакового крила? Якщо вітер слабким поривом зірвав дах, він же зможе створити підйомну силу і для літака! У 1928 році Кастер створив першу модель з крилом так званої арочної конфігурації, а роком пізніше отримав і відповідний патент.
Модель підтвердила здогадки Кастера. Крило дійсно створювало велику підйомну силу на малих швидкостях. Теоретично повноцінний літак такого типу зміг би злітати майже вертикально при дуже короткому розбігу. Залишалося втілити патент в життя.
Віллард Кастер і серія CCW
Пошуки фінансування і технічні питання кілька відтягнули реалізацію ідеї Кастера. Лише в 1939 році він зареєстрував власну компанію National Aircraft Corporation, а трьома роками пізніше з цеху виїхав перший справжній літак CCW-1 (Custer Channel Wing). Це була одномісна, суто експериментальна машина, призначена для демонстрації переваг схеми. У рух вона наводилася двома 75-сильними двигунами Lycoming O-145 з штовхають пропелерами. 12 листопада 1942 року літак здійснив перший - цілком успішний - політ. Правда, з посадкою справи справи не пішли - вона була жорсткою, шасі підломилися, і літак проїхався «на череві». Далі були 300 годин льотних випробувань, в ході яких виявилося (Кастер сам цього не очікував), що машина може летіти взагалі без крил - тільки арки і пропелери всередині них!
Другий примірник легендарного CCW-5 зберігся і експонується в Mid-Atlantic Air Museum (Редінг, Пенсільванія).
У такому «урізаному» варіанті CCW-1 зацікавив військових. В якості експерта запросили старого вже Орвіла Райта, і той порекомендував машину для військової тестової програми. І ось тут проти Кастера зіграло стандартизоване, лінійне військове мислення. Безкрилий CCW-1 створював таку ж підйомну силу, як звичайні крилаті аналоги, а швидкість мав меншу. Те, що він умів злітати майже вертикально, нікого не зацікавило - для таких цілей перспективніше були вертольоти. І Кастер отримав відмову. Сьогодні CCW-1 зберігається в Національному музеї авіації і космонавтики у Вашингтоні. Так чи інакше, Кастер довів, що схема щонайменше може літати, і побудував літак CCW-2, теж одномісний і експериментальний. Конструктор взяв готовий фюзеляж від літака Taylorcraft BC-12, замінивши єдиний центрально розташований двигун двома на крилах своєї схеми, знову ж таки з штовхають пропелерами. CCW-2 піднявся в повітря 3 липня 1948 року і сумарно налітав близько ста годин. Практика показала, що і для зльоту, і для посадки йому вистачало смуги довжиною 20 м, але в льотних якостях він здорово програвав своїм традиційним конкурентам, зокрема популярному легкому літаку Piper J-3 Cub.
На схемі зображено рух повітря за профілем крила, яким його бачив Кастер (сучасні дослідження показали, що під час відсутності комп'ютерного моделювання він не брав до уваги ряд сил, що діють на крило). 1 - крило, 2 - двигун, 3 - супорт двигуна, 4 - пропелер, 5 - канал.
Цікаво, що з точки зору математичної аеродинаміки Кастер мав цілковиту рацію. Підйомна сила тим вище, чим вище швидкість потоку по верхній кромці крила щодо нижньої. Напівкруглі канали-арки дійсно пропускали потік зверху з більш високою швидкістю, ніж знизу; цьому сприяв розташований в арці штовхає пропелер - в теорії все було ідеально. Більш того, подібна форма дозволяла не тільки простіше злітати і сідати, але краще контролювати літак в повітрі, особливо на низьких швидкостях. Здавалося, що Кастер придумав ідеальну схему для повітряної акробатики або для літаків-тихоходів, що працюють, наприклад, в сільському господарстві.
Тільки ось практика розійшлася з теорією. Літак показав звичайні результати, а у виробництві профілів крила був дуже складний. Військові, спостерігаючи за сумнівним польотом CCW-1, відзначили і ще один мінус: в разі відмови одного двигуна літак неможливо було втримати на другому. А для бойової машини це суттєво.
Але Кастер не здався, і в 1953 році з'явився третій літак - модель CCW-5 - повноцінний п'ятимісний апарат з фюзеляжем від машини Baumann Brigadier (індекси «3» і «4» отримали машини, що залишилися на папері). Літак приводився в рух двома шестициліндровими двигунами Continental O-470 потужністю по 225 к.с. кожен. 13 липня 1953 року літак уперше піднявся в повітря - і проявив себе дуже добре. Випробування показали, що більш масивна і важка машина виграє за рахунок конфігурації значно більше, ніж маленькі одномісні «колібрі». Максимальна швидкість літака була невелика - 354 км / ч (конкуренти в класі розвивали до 500 км / ч), але зате він міг контрольовано летіти на дуже низьких швидкостях - до 20 км / год! Для зльоту з 670-кілограмовою навантаженням CCW-5 вистачало 28 м смуги.
До 1956 року Кастер планував почати серійне виробництво, але ось замовлень щось не надходило. В результаті другий примірник CCW-5 з'явився лише в 1964 році - і це був єдиний «серійний» літак. Від першого машина відрізнялася 260-сильною модифікацією двигунів. Модель дійшла до наших днів і зберігається в авіаційному музеї Редінга (Пенсільванія). На той час Кастер був уже немолодий. Він розчарувався в ідеї - просто втомився за неї боротися. У нього було кілька десятків авіаційних патентів, які приносили йому непоганий дохід, і він пішов на спочинок. Але його оригінальна ідея забута була.
Центральна арка
Поки Віллард Кастер трудився над своїми літаками в Америці, конструктор компанії Rhein Flugzeugbau GmbH німець Ханно Фішер, надихнувшись його ідеями, побудував в 1960 році оригінальний машину під назвою Rhein-Flugzeugbau RF-1. Фішеру прийшло в голову зробити не два каналу-арки, а один - посередині. Машина з суцільнометалевим фюзеляжем оснащувалася двома двигунами Lycoming O-540-A1A сумарною потужністю 250 к.с., що приводили єдиний штовхає пропелер. Літак здійснив всього один політ 15 серпня 1960, але від його виробництва (і навіть від створення другого прототипу) відмовилися - надто складною в порівнянні зі звичайними літаками вийшла конфігурація, її плюси просто не окупали себе.
Цікаво, що причиною такого технічного рішення було зовсім не бажання Фішера поліпшити конструкцію. Ідея Кастера з двома двигунами на арочних крилах була безсумнівно простіше і зручніше. Проблема полягала в тому, що Кастер зумів захистити свою ідею такою кількістю патентів, що інші авіабудівники фізично не могли їх обійти. Центральна конфігурація арки (можна сказати, фюзеляж арочного типу) була єдино можливим обхідним шляхом, але він не виправдав себе.
ЛА «Виріб 181» КБ Антонова - «радянський кастер» - розроблений в 1980-х роках для дослідження аеродинамічних властивостей арочного крила, але через розвал Союзу і економічного колапсу так і не піднявся в повітря. Нині зберігається в Державному музеї авіації України.
Протиборство з Osprey
Як не дивно, в 1980-х Віллард Кастер все-таки отримав шанс реалізувати свою ідею і просунутися далі прототипу. У 1981 році, після провалу операції «Орлиний кіготь» в Ірані міністерство оборони США оголосило конкурс на літальний апарат, здатний підніматися вертикально, подібно вертольоту, і при цьому перевозити солдатів і вантажі на високій, «літакової» швидкості. Для Кастера це був виклик. Почалася розробка машини, яку повинна була побудувати компанія Product Development Group, - вона і запропонувала Кастер повернутися до його схемою.
До 1985 року була розроблена машина CCW P-20 Raider. Теоретичні порівняння зі звичайними літаками, вертольотами і розробляються по тій же програмі конвертопланів однозначно демонстрували виграш арочної схеми по всіх позиціях - і за вантажопідйомністю на одиницю потужності, і по корисної масі вантажу, і за іншими характеристиками. Але і тут втрутилася доля - в грудні 86-річний Кастер помер. На базі його розробок було спроектовано в другому поколінні, модель P-50 Devastator. На ній було застосовано нове рішення - крила не просто вигиналися в формі перевернутої арки, а й мали додаткові перемички, а сама арка зміщалася до передній крайці крила. Це надавало крила додаткову жорсткість.
Але, звичайно, без Кастера проект не міг бути завершений - саме він був рушійною силою всієї історії. Обидві машини залишилися тільки на папері, а конкурс виграла спільна робота компаній Bell Helicopter і Boeing Helicopters - знаменитий нині конвертоплан Bell Boeing V-22 Osprey, незважаючи на те що його характеристики на папері сильно відставали від CCW.
18 квітня 1952 року. Стендові випробування літака Custer CCW-2 в дослідницькому центрі NASA Langley Research Center. Результати випробувань були визнані задовільними, і Кастер отримав гроші на створення повноцінного літака CCW-5.
трохи СРСР
Зі смертю Кастера ідея, здавалося б, канула в Лету, як багато хороших ідей за відсутністю ентузіаста. Але були ще радянські конструктори. Вони, по-перше, не надто турбувалися з приводу порушення чужих патентних прав, а по-друге, вміли грамотно використовувати і розвивати хороші ідеї - як власні, так і запозичені. У підсумку в кінці 1980-х років в київському КБ Антонова розробили власний літак з арочним крилом - точь-в-точь повторює по конфігурації класичні CCW-1, CCW-2 і CCW-5.
Єдиною метою, яку переслідували творці «Вироби 181» (офіційного найменування Ан-181 машина так і не отримала), було практичне вивчення арочної схеми. Легкий літак отримав V-подібне хвостове оперення, що не забирається в корпус шасі і чеський шестициліндровий двигун LOM М-337А, розташований по центру і приводить в обертання обидва штовхають пропелера. В теорії машина повинна була злітати максимум після 50 м пробігу і стійко рухатися в повітрі на швидкості всього 40 км / ч.
Але перевірити це на практиці не судилося. Літак встигли показати на авіашоу 1991 року в Гостомелі та провести ряд наземних випробувань. А потім Союз розпався, і незалежним українським авіабудівникам стало не до екстравагантних схем - потрібно було якось пристосовуватися до нових умов виживання. «Виріб 181» тривалий час припадала пилом в ангарі, а в 2010 році завдяки ідеального стану і унікальності конструкції знайшло своє місце в Державному музеї авіації України.
Цікаво, що майбутнє у арочної схеми все-таки є. Так, вона складна. Так, вона може бути застосована в певних, обмежених областях - але може бути застосована повною мірою, з усіма своїми перевагами. Для галузей, де керованість важливіше швидкості, наприклад в згаданому вже сільському господарстві, подібні літаки можуть стати незамінними. Якщо, звичайно, знайдеться ентузіаст, подібний Уілларду Кастер, який знову почне нелегку боротьбу за арочне крило.
Стаття «Помахуючи арками на крилах» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2014 ).
Невже подібна конфігурація могла позитивно вплинути на аеродинаміку?І взагалі - що це таке?
Літала ця машина?
У 1925 році він, молодий інженер, недавній випускник, лагодив зірвану вітром дах сараю, і її вигнута форма навела його на цікаву думку - чому б не надати подібну конфігурацію літакового крила?
