Первые шаги к самолету-крылу
Джон Кнудсен Нортроп родился в американском городе Ньюарке 10 ноября 1895 года. В 1914 году его семья переехала в город Санта-Барбара — именно там Джон, завершавший обучение в школе, начал увлекаться аэронавтикой. В 1916 году Джона Нортропа приняли на работу на должность чертежника в авиационную фирму Loughead Aircraft Manufacturing Company, преобразованную впоследствии в компанию, ставшую одной из самых известных в мире, — Lockheed Aircraft Company. Приобщение Джона к миру авиации началось с его участия в разработке двухмоторной летающей лодки F-1.
Дальнейшая служба Нортропа— сначала в должности чертежника, а затем и инженера-проектировщика — проходила на фирме Douglas в городе Санта-Моника, где ему посчастливилось принять участие в разработке нескольких первых самолетов Дональда Дугласа. Судя по всему, Нортроп обладал немалыми способностями, потому что в 1923 году молодого конструктора назначили главным инженером фирмы.
В 1927 году Нортроп вернулся в компанию Lockheed — в то время там велась работа по созданию самолета «Вега», получившего впоследствии достаточно большую известность. Именно тогда Нортроп увлекся утопической для того времени идеей создания самолета, полностью лишенного элементов, не создающих подъемной силы. Красота такой аэродинамической схемы, носящей название «летающее крыло», настолько вдохновила конструктора, что он начал не только прорабатывать оптимальные компоновки самолетов, но и экспериментировать на моделях. Одна из таких моделей массой 85 г с размахом крыла 840 мм, сделанная из бумаги, дерева и ткани, до сих пор хранится в Национальном аэрокосмическом музее в Вашингтоне.
Свой первый самолет типа «летающее крыло» Нортроп спроектировал в 1928 году, дав ему название AVION MODEL 1 FLYING WING. Изготовление этого летательного аппарата осуществлялось на фирме Avion Corporation, организованной Нортропом в городе Бербанке.
При создании своего «летающего крыла» Нортроп использовал самые передовые для своего времени конструкторские и технологические приемы. Размах крыла аппарата составлял 9252 мм, длина — 6227 мм и высота — 1524мм. Конструкция его была цельнометаллической, схема — монокок с работающей обшивкой, закрепленной заклепками с «потайной» головкой. Такая схема обеспечивала приличный выигрыш в массе, а по жесткости и прочности она не уступала традиционным для того времени конструкциям.
В соответствии с концепцией летательного аппарата типа «летающее крыло», все его конструктивные элементы, включая экипаж, полезную нагрузку и силовую установку, должны быть заключены в его внутреннем объеме. Нортропу в значительной степени удалось соблюсти эти условия. Правда, из центроплана выдавался вперед обтекатель двигателя и, что более всего противоречило концепции, имелось небольшое двухбалочное хвостовое оперение, для обеспечения продольной балансировки, — необходимость последнего вызывалась тем, что у крыла отсутствовала стреловидность по задней кромке и, соответственно, не было возможности создать плечо аэродинамических сил, возникающих на элеронах.
Самолет был спроектирован под четырехцилиндровый 90-сильный двигатель «Менаско А-4», соединенный длинным валом с двухлопастным металлическим толкающим винтом. Открытая кабина пилота находилась слева от плоскости симметрии самолета. Впервые FLYING WING взлетел 10 мая 1929 года. В ходе летных испытаний, в которых участвовали летчики
Эдди Белланд, совершивший первый полет, и Джон Мейерс, в конструкцию самолета вносились изменения. Так, толкающий винт был заменен на тянущий, экипаж увеличен до двух человек, а вместо А-4 установлен 95-сильный двигатель «Керрис». По отзывам летчиков, самолет был устойчив и легко управляем.
FLYING WING, не имевший коммерческого успеха, серийно не выпускался. Финансирование строительства экспериментального аппарата производилось из прибыли, получаемой от производства самолета «Альфа» традиционной схемы, разработанного на фирме AVION в 1928 году. В 1930 году финансовые проблемы вынудили Hopтропа продать фирму Avion Corporation и прекратить работу над своим первым «летающим крылом».
В 1932 году Нортроп с помощью Доналда Дугласа создает новую компанию с главным офисом в Эль-Сегундо, которая, по сути, стала филиалом фирмы Douglas. Фактические владельцы компании предпочитали не финансировать реализацию футуристических проектов Нортропа, а использовали способности Нортропа для проектирования самолетов традиционной схемы. Одна из таких машин — сугубо гражданский самолет «Гамма» — в 1933 году превратилась в армейский штурмовик А-17. Он оказался удачным и строился большими сериями. Позже на базе штурмовика был разработан знаменитый палубный пикировщик DAUNTLESS.
Однако успехи в разработке самолетов традиционных схем не вскружили голову Джону Нортропу. Он твердо верил, что будущее авиации принадлежит аппаратам типа «летающее крыло», и был готов отстаивать эту точку зрения и в теории, и на практике.
В 1938 году произошел окончательный разрыв Нортропа с фирмой Douglas — он продал свой пакет акций Доналду Дугласу и компания, организованная некогда Нортропом, вместе со штатом сотрудников стала отделением фирмы Douglas. В сентябре 1939 года вырученные от продажи акций средства дали возможность Нортропу создать независимую компанию Northrop Aircraft Inc. Наконец конструктор мог полностью отдаться реализации своей идеи аэродинамически идеального самолета типа «летающее крыло»!
Несмотря на утопичность, идея создания «летающего крыла» привлекла немало сторонников. Самыми, пожалуй, последовательными единомышленниками Джона Нортропа стали известный ученый-аэродинамик Теодор фон Карман, преподаватель аэродинамики Калифорнийского технологического института, и один из его самых талантливых студентов Уильям Сеарс. Нортроп осуществлял общее руководство проектами и занимался эскизным проектированием, Карман делал необходимые расчеты, а Сеарс воплощал идеи в чертежи.
Первым самолетом, призванным показать все преимущества самолета без фюзеляжа и хвостового оперения, стал N-1M (NORTHROP 1 MODEL). Постройке машины предшествовали исследования продувочных моделей «летающих крыльев» в аэродинамических трубах и математические расчеты. Правда, методика расчетов считалась ненадежной, так что единственным реальным способом отработки выбранной аэродинамической схемы были летные испытания реального самолета.
В отличие от FLYING WING, N-1M полностью отвечал концепции идеального «летающего крыла». Самолет-крыло имел симметричный профиль с отогнутыми вниз законцовками, выполнявшими функцию отрицательной аэродинамической крутки(на «бесхвостках» с прямой стреловидностью такая крутка использовалась для балансировки аппарата). На законцовках размещались аэродинамические тормоза. В центроплане крыла, под выступающими валами двигателей, располагались рули высоты, а посредине размаха — отклоняемые поверхности, которые одновременно служили для управления по крену и для изменения тангажа.
При проектировании экспериментального самолета Нортроп, хорошо представлявший объем возможных переделок и, соответственно, финансовых расходов, ожидавших NORTHROP 1 MODEL в ходе испытаний, тщательно продумал конструкцию машины и предусмотрел возможность изменения основных параметров крыла. В результате получился своего рода самолет-трансформер: на N-1M можно было оперативно изменять перед очередным полетом стреловидность консолей крыла, поперечное V и углы отклонения законцовок крыла, изначально отогнутых вниз на 35 градусов. Предусматривалась также возможность смещения центра тяжести самолета за счет передвижения груза в центроплане. Чтобы «гуляющий» центр тяжести не вызывал затруднений при взлете и посадке, к обычному трехстоечному шасси с носовым колесом добавили четвертую усиленную хвостовую стойку, предотвращающую заваливание машины назад.
В июле 1940 года постройка N-1M была завершена. Самолет-крыло привезли на авиабазу Мюрок, где на дне высохшего озера Роджерс начались летные испытания. К слову, озеро Роджерс, расположенное в 162 км от Лос-Анджелеса, до сих пор считается идеальным местом для испытания авиационной техники. Общая площадь практически гладкой поверхности достигает 114 км2, а искривление ее составляет лишь 0,5 м на 9 км. Как испытательный полигон дно озера использовалось с начала 30-х годов Армейским воздушным корпусом (прообраз современных ВВС).
Первый взлет самолета-крыла NORTHROP 1 MODEL произошел независимо от желания летчика-испытателя Вэнса Бриза. 3 июля 1940 года во время рулежки машина попала носовой стойкой в выбоину и подпрыгнула. Пролетев несколько сотен метров на высоте 6 м, она благополучно опустилась на землю. Попытки поднять самолет выше не увенчались успехом. Наблюдая за происходящим, Нортроп сказал: «Похоже, что у нас получился самолет с 20-футовым потолком».
NORTHROP 1 MODEL летал подобно экраноплану, опираясь на воздушную подушку и легко скользя над земной поверхностью. В полете у испытателя складывалось впечатление, что он едет по пустыне на автомобиле. И только после замены 65-сильных двигателей на более мощные 117-сильные моторы самолет-крыло смог совершить полноценный полет с набором высоты.
Первые полеты доставили конструкторам массу неприятностей, связанных с проблемой охлаждения расположенных внутри крыла двигателей. Ситуация улучшилась после установки специальных дефлекторов, направляющих воздушный поток на цилиндры мотора. В процессе испытаний было совершено еще около 200 полетов, в ходе которых исследовалось более 30 различных конфигураций самолета-трансформера. При этом каждому изменению конфигурации «летающего крыла» предшествовали продувки соответствующей модели в аэродинамической трубе. Тем не менее некоторые варианты, показавшие на продувках вполне пристойные результаты, в полетах вели себя совершенно неудовлетворительно.
Помимо определения основных критериев компоновки аппарата типа «летающее крыло», производился поиск оптимальных способов управления пространственным положением машины. Основными органами управления были элевоны. Для изменения тангажа их отклоняли одновременно, а для изменения крена — раздельно. Поворот самолета происходил при введении его в крен. Для улучшения характеристик управления по направлению использовалось торможение потока на соответствующей законцовке крыла, для чего применялись воздушные тормоза на отогнутых законцовках. Вклад же отогнутых законцовок в курсовую стабилизацию был столь незначительным, что в 1941 году от них отказались. Крыло выпрямили, а воздушные тормоза сконструировали в виде расщепляющихся щитков.
Максимальная высота полета N-1M оказалась недостаточной для проведения проверки штопорных характеристик самолета без опасений за жизнь летчика — запаса высоты для вывода машины из штопора у него практически не оставалось. Поэтому испытателям пришлось затаскивать самолет на большую высоту так же, как планер, — с помощью буксирного троса. На буксировке самолет вел себя устойчиво, а его штопорные характеристики оказались вполне удовлетворительными.
Будущее показало, что результаты испытаний нельзя распространять на все самолеты типа «летающее крыло», поскольку штопорные характеристики конкретных аппаратов существенно отличаются друг от друга.
Самолет NORTHROP 1 MODEL сохранился до сих пор — он представлен в экспозиции Национального аэрокосмического музея в Сьютленде (штат Мэриленд). Правда, конструкция его уже не соответствует первоначальному варианту. В частности, в планере
Летно-технические характеристики самолета NORTHROP 1 MODEL
Размах крыла, мм................................... 11 750
Длина, мм...................................................5200
Высота, мм................................................. 1500
Площадь крыла, м2.....................................28,1
Масса пустого самолета, кг.................. 1555,0
Нормальная взлетная масса, кг............1739,7
Максимальная взлетная масса, кг........1770,6
Максимальная скорость полета, км/ч .... 323,4
Крейсерская скорость, км/ч....................257,4
Минимальная скорость полета, км/ч.....193,1
Практический потолок, м......................4572,0
Дальность полета, км...............................482,7
