Излом на крыле самолета — зачем он нужен
Секрет заключается в том, что систему типа «чаячье крыло» применяют в различных целях, причем эти цели иногда могут кардинальным образом друг другу противоречить. Более того, далеко не всегда крыло самолета gull wing вообще выполняет какую-либо функцию. Его появлению способствовал прецедент, связанный с ошибкой одного талантливого инженера.
В 1930 году знаменитый немецкий авиаконструктор Александр Липпиш спроектировал спортивный планер Fafnir. Липпиш разрабатывал машину для конкретных целей — демонстрации возможностей безмоторной авиации и установления рекордов. В своем стремлении к поиску революционного решения инженер применил, помимо ряда других интересных находок, схему крыла с изломом, предполагая, что она увеличит стабильность полета при боковых кренах. Как называется это крыло теперь? Нетрудно догадаться — «чаячье крыло».
Липпиш ошибался. Но надо же такому случиться, что Fafnir действительно оказался очень удачной конструкцией. Он выиграл ряд воздушных соревнований, «прогремел» по всей Германии, установил мировой рекорд высоты подъема для планера, совершил несколько сверхдальних перелетов. Сам Липпиш придавал конструкции крыла самолёта gull wing большое значение и полагал, что она сыграла немалую роль в успехе планера. Об этом же писали газеты — все-таки излом на крыле был самым заметным визуальным элементом «Фафнира». Планер Липпиша породил нечто вроде моды на «чаячьи крылья»: значительная доля планеров 1930-х годов использовала такую же схему.
Но проведенные много позже аэродинамические исследования показали, что роль излома была мизерной, если не сказать никакой. Липпиш вполне мог самолет, где крыло обычное— и тот был бы не хуже. Последовавшие же за модной тенденцией компании столкнулись с рядом проблем: «чаячье крыло» было значительно сложнее и дороже в изготовлении, да и выгод особых не давало. Преимущества или недостатки планеров создавались за счет других элементов. Тем не менее идея получила свое продолжение, потому что определенная функция у «чаячьего крыла» все-таки имелась.
В море и на суше
Современные исследования доказали: излом крыла вверх (классическое «чаячье крыло»), и обратный излом снижают аэродинамическое качество летательного средства. То есть отношение подъемной силы крыла самолёта к лобовому сопротивлению, а также скороподъемность — скорость набора высоты в полете. В чем же причина его популярности в 1930-е годы и вплоть до конца 1950-х? В первую очередь — в эстетике. Планеры с изломанным крылом напоминали благородных птиц, казались эффектнее, быстрее, красивее. Чистый дизайн, никакой функциональности. Но если в планеризме «чаячье крыло» оказалось не более чем игрушкой, то в самолетостроении идея Липпиша нашла очевидное функциональное назначение. И в первую очередь — в гидросамолетах.
В 1930—1940-х гидроавиация развивалась ударными темпами. Мощность двигателей и размеры самолетов росли как на дрожжах. Появлялись такие конструкции, как Boeing 314 (1938) — первый самолет, совершавший регулярные трансатлантические рейсы, или Hughes H-4 Hercules (1947) — самый большой самолет в мире, причем рекорд по размаху крыла летательного аппарата он удерживает по сей день. Все это были летающие лодки.
Рост мощности предъявлял определенные требования и к пропеллерам. В скоростных истребителях «работало» повышение оборотов двигателя, но для относительно тихоходных гидросамолетов такая схема не подходила. Для эффективной работы мощного двигателя приходилось увеличивать диаметр винта. Это меняло и устройство крыла самолета.
Тут-то и возникло расхождение. С одной стороны, крыло должно было находиться достаточно близко к воде, поскольку поплавок на слишком длинной опоре терял жесткость и мог подломиться при посадке. А при использовании более массивной конструкции система становилась тяжелее. Но с другой стороны, точки крепления двигателей должны были возвышаться над водной поверхностью для создания должного зазора между лопастями пропеллеров и водой. Изгиб позволил решить эту проблему — двигатели устанавливались на верхней точке крыла, на самом изломе, а законцовки с поплавком «спускались» к воде. Первой лодкой, в конструкции которой использовался этот прием, стала Short R.24/31 Knuckleduster, британский плавающий моноплан 1933 года. Из хорошо известных российскому читателю амфибий с «чаячьим крылом» стоит упомянуть Бе-12, построенный в 1960 году ОКБ Бериева. Бе-12 оказался достаточно удачной моделью, в документации он получил говорящее наименование «Чайка». Впрочем, аналогичные крылья имел и самолет-амфибия Бе-6 — его предшественник.
А вот в «сухопутных» самолетах «чаячье крыло» себя не оправдывало. Первой попыткой его применения был польский моноплан PZL P.1 системы Жигмонта Пилявского. Элемент изгиба крыла самолёта конструктор использовал, чтобы максимально поднять плоскость крыла над фюзеляжем, обеспечивая пилоту наилучший боковой обзор (в классических монопланах того времени крылья и их крепления перекрывали большую часть поля зрения пилота). Система Пилявского более или менее прижилась и даже получила особое название — «польское крыло». Впоследствии оно использовалось в советском истребителе 1938 года И-153 «Чайка» — как иначе мог он называться?
Обратный излом
Итак, прямой излом (с острием угла, смотрящим вверх) на аэродинамику влиял негативно, зато позволял решить другие конструктивные задачи и повысить эстетические свойства самолета. А если «сломать» крыло в другом направлении? Появляется еще один вид крыльев самолета. Как ни странно, подобная система («обратная чайка») на земле решала ровно ту же задачу, что прямой излом — на воде. В отличие от гидропланов, обычные самолеты имели один центрально расположенный двигатель и, соответственно, пропеллер. Зазор между лопастями и землей при взлете и посадке тут играет еще большую роль, нежели у амфибий. Соответственно, увеличить этот зазор можно, расположив стойки шасси на самых нижних точках крыльев и таким образом максимально увеличив дорожный просвет самолета. Конечно, можно удлинять и сами стойки — но при этом, как говорилось выше, снижается их жесткость и растет масса. Схему «обратной чайки» использовал, например, американский истребитель Vought F4U Corsair — он имел самый большой из всех американских самолетов такого класса диаметр пропеллера и при этом очень короткие, жесткие стойки шасси, укрепленные как раз в точке излома крыла, на стыке корневого и концевого участков.
Среди других самолетов того времени с «обратной чайкой» были немецкие — Junkers Ju 87 — и японские, в частности Mitsubishi A5M, предшественник легендарного «Зеро». Интересно, что конструкция крыла самолёта с изломом в их случае давало и еще одно преимущество: крепление основания крыла к округлому фюзеляжу производилось под прямым углом, что упрощало конструкцию и делало ее прочнее. У «Юнкерса» увеличенная таким образом посадка позволяла также разместить под корпусом больший запас бомб.
Нужно ли это сейчас?
Все задачи, которые могло решить «чаячье крыло», давно отошли в прошлое. Изменилось все — самолеты, двигатели, пропеллеры. Совсем иначе выглядят современные бомбардировщики и гидросамолеты, никто не заблуждается относительно аэродинамических преимуществ излома на крыле — от былой славы осталась только эстетическая составляющая. Зачем современному самолету крылья как у чайки? Незачем. Проще говоря, сегодня gull wing имеет смысл только в плане дизайна.
Строят ли сегодня самолеты с подобной схемой? Самолеты — нет, а вот планеры иногда встречаются. Также gull wing широко используется в авиамодельном искусстве благодаря эстетической составляющей. Фраза «Самолет летит, крылья гнутые» потеряла актуальность. Но все-таки красоту не отберешь, каким бы сомнительным ни было функциональное назначение. Чайка прекрасна, не правда ли?