В Государственном музее авиации Украины есть странный экспонат. Это небольшой спортивный самолет, числящийся как «Изделие 181» АНТК имени О. Антонова. Бросается в глаза форма его крыльев – под пропеллерами они необычным образом выгнуты, образуя полуарки. Неужели подобная конфигурация могла положительно повлиять на аэродинамику? И вообще – что это такое? Летала ли эта машина?

ЛА «Изделие 181» КБ Антонова — «советский кастер» — разработан в 1980-х годах для исследования аэродинамических свойств арочного крыла, но из-за развала Союза и экономического коллапса так и не поднялся в воздух. Ныне хранится в Государственном музее авиации Украины.

Как ни странно, у «антоновской» машины длинная история, корнями уходящая к самым истокам авиационной промышленности. Известно, что миром движет бизнес, в том числе и миром авиации. Человек может стать мировой знаменитостью и сделать огромное состояние всего на одном значимом патенте, на одном революционном изобретении. Так и пенсильванский инженер Уиллард Рей Кастер искренне верил в придуманную им аэродинамическую схему и практически положил жизнь на внедрение ее в реальность.

Кастер носил гордую фамилию – он был потомком знаменитого генерала Джорджа Кастера, героя гражданской войны в США, прославившегося безрассудством, бешеным темпераментом и храбростью. В какой-то мере Уиллард перенял родовые черты. В 1925 году он, молодой инженер, недавний выпускник, чинил сорванную ветром крышу сарая, и ее изогнутая форма навела его на интересную мысль – почему бы не придать подобную конфигурацию самолетному крылу? Если ветер слабым порывом сорвал крышу, он же сможет создать подъемную силу и для самолета! В 1928 году Кастер создал первую модель с крылом так называемой арочной конфигурации, а годом позже получил и соответствующий патент.

Модель подтвердила догадки Кастера. Крыло действительно создавало большую подъемную силу на малых скоростях. Теоретически полноценный самолет такого типа смог бы взлетать почти вертикально при очень коротком разбеге. Оставалось претворить патент в жизнь.

 Поиски финансирования и технические вопросы несколько оттянули реализацию идеи Кастера. Лишь в 1939 году он зарегистрировал собственную компанию National Aircraft Corporation, а тремя годами позже из цеха выехал первый настоящий самолет CCW-1 (Custer Channel Wing). Это была одноместная, сугубо экспериментальная машина, предназначенная для демонстрации преимуществ схемы. В движение она приводилась двумя 75-сильными двигателями Lycoming O-145 с толкающими пропеллерами. 12 ноября 1942 года самолет совершил первый – вполне успешный – полет. Правда, с посадкой дела не задались – она была жесткой, шасси подломились, и самолет проехался «на брюхе». Далее последовали 300 часов летных испытаний, в ходе которых оказалось (Кастер сам этого не ожидал), что машина может лететь вообще без крыльев – только арки и пропеллеры внутри них!

В таком «урезанном» варианте CCW-1 заинтересовал военных. В качестве эксперта пригласили престарелого уже Орвила Райта, и тот порекомендовал машину для военной тестовой программы. И вот тут против Кастера сыграло стандартизированное, линейное военное мышление. Бескрылый CCW-1 создавал такую же подъемную силу, как обычные крылатые аналоги, а скорость имел меньшую. То, что он умел взлетать почти вертикально, никого не заинтересовало – для таких целей перспективнее были вертолеты. И Кастер получил отказ. Сегодня CCW-1 хранится в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне. Так или иначе, Кастер доказал, что схема по меньшей мере может летать, и построил самолет CCW-2, тоже одноместный и экспериментальный. Конструктор взял готовый фюзеляж от самолета Taylorcraft BC-12, заменив единственный центрально расположенный двигатель двумя на крыльях своей схемы, опять же с толкающими пропеллерами. CCW-2 поднялся в воздух 3 июля 1948 года и суммарно налетал порядка ста часов. Практика показала, что и для взлета, и для посадки ему хватало полосы длиной 20 м, но в летных качествах он здорово проигрывал своим традиционным конкурентам, в частности популярному легкому самолету Piper J-3 Cub.

Интересно, что с точки зрения математической аэродинамики Кастер был совершенно прав. Подъемная сила тем выше, чем выше скорость потока по верхней кромке крыла относительно нижней. Полукруглые каналы-арки действительно пропускали поток сверху с более высокой скоростью, чем снизу; этому способствовал расположенный в арке толкающий пропеллер – в теории все было идеально. Более того, подобная форма позволяла не только проще взлетать и садиться, но лучше контролировать самолет в воздухе, особенно на низких скоростях. Казалось, что Кастер придумал идеальную схему для воздушной акробатики или для самолетов-тихоходов, работающих, например, в сельском хозяйстве.

Только вот практика разошлась с теорией. Самолет показал обыденные результаты, а в производстве профилей крыла был очень сложен. Военные, наблюдая за сомнительным полетом CCW-1, отметили и еще один минус: в случае отказа одного двигателя самолет невозможно было удержать на втором. А для боевой машины это существенно.

Но Кастер не сдался, и в 1953 году появился третий самолет – модель CCW-5 – полноценный пятиместный аппарат с фюзеляжем от машины Baumann Brigadier (индексы «3» и «4» получили машины, оставшиеся на бумаге). Самолет приводился в движение двумя шестицилиндровыми двигателями Continental O-470 мощностью по 225 л.с. каждый. 13 июля 1953 года самолет впервые поднялся в воздух – и проявил себя очень хорошо. Испытания показали, что более массивная и тяжелая машина выигрывает за счет конфигурации значительно больше, чем маленькие одноместные «колибри». Максимальная скорость самолета была невелика – 354 км/ч (конкуренты в классе развивали до 500 км/ч), но зато он мог контролируемо лететь на очень низких скоростях – до 20 км/ч! Для взлета с 670-килограммовой нагрузкой CCW-5 хватало 28 м полосы.

К 1956 году Кастер планировал начать серийное производство, но вот заказов что-то не поступало. В результате второй экземпляр CCW-5 появился лишь в 1964 году – и это был единственный «серийный» самолет. От первого машина отличалась 260-сильной модификацией двигателей. Модель дошла до наших дней и хранится в авиационном музее Рединга (Пенсильвания). К тому времени Кастер был уже немолод. Он разочаровался в идее – просто устал за нее бороться. У него было несколько десятков авиационных патентов, приносивших ему неплохой доход, и он ушел на покой. Но его оригинальная идея забыта не была.

Центральная арка

Пока Уиллард Кастер трудился над своими самолетами в Америке, конструктор компании Rhein Flugzeugbau GmbH немец Ханно Фишер, вдохновившись его идеями, построил в 1960 году оригинальнейшую машину под названием Rhein-Flugzeugbau RF-1. Фишеру пришло в голову сделать не два канала-арки, а один – посередине. Машина с цельнометаллическим фюзеляжем оснащалась двумя двигателями Lycoming O-540-A1A суммарной мощностью 250 л.с., приводившими единственный толкающий пропеллер. Самолет совершил всего один полет 15 августа 1960 года, но от его производства (и даже от создания второго прототипа) отказались – чересчур сложной по сравнению с обычными самолетами получилась конфигурация, ее плюсы просто не окупали себя.

Интересно, что причиной такого технического решения было вовсе не желание Фишера улучшить конструкцию. Идея Кастера с двумя двигателями на арочных крыльях была несомненно проще и удобнее. Проблема состояла в том, что Кастер сумел защитить свою идею таким количеством патентов, что другие авиастроители физически не могли их обойти. Центральная конфигурация арки (можно сказать, фюзеляж арочного типа) была единственно возможным обходным путем, но он не оправдал себя.

Противоборство с Osprey

Как ни странно, в 1980-х Уиллард Кастер все-таки получил шанс реализовать свою идею и продвинуться дальше прототипа. В 1981 году, после провала операции «Орлиный коготь» в Иране министерство обороны США объявило конкурс на летательный аппарат, способный подниматься вертикально, подобно вертолету, и при этом перевозить солдат и грузы на высокой, «самолетной» скорости. Для Кастера это был вызов. Началась разработка машины, которую должна была построить компания Product Development Group, – она и предложила Кастеру вернуться к его схеме.

К 1985 году была разработана машина CCW P-20 Raider. Теоретические сравнения с обычными самолетами, вертолетами и разрабатываемым по той же программе конвертопланом однозначно демонстрировали выигрыш арочной схемы по всем позициям – и по грузоподъемности на единицу мощности, и по полезной массе груза, и по другим характеристикам. Но и здесь вмешалась судьба – в декабре 86-летний Кастер скончался. На базе его разработок было спроектировано второе поколение, модель P-50 Devastator. На ней было применено новое решение – крылья не просто изгибались в форме перевернутой арки, но и имели дополнительные перемычки, а сама арка смещалась к передней кромке крыла. Это придавало крылу дополнительную жесткость.

Но, конечно, без Кастера проект не мог быть завершен – именно он был движущей силой всей истории. Обе машины остались только на бумаге, а конкурс выиграла совместная работа компаний Bell Helicopter и Boeing Helicopters – знаменитый ныне конвертоплан Bell Boeing V-22 Osprey, несмотря на то что его характеристики на бумаге сильно отставали от CCW.

Второй экземпляр легендарного CCW-5 сохранился и экспонируется в Mid-Atlantic Air Museum (Рединг, Пенсильвания). На схеме изображено движение воздуха по профилю крыла, каким его видел Кастер (современные исследования показали, что в отсутствие компьютерного моделирования он не учитывал ряд сил, действующих на крыло). 1 — крыло, 2 — двигатель, 3 — суппорт двигателя, 4 — пропеллер, 5 — канал.

Немного СССР

Со смертью Кастера идея, казалось бы, канула в Лету, как многие хорошие идеи за отсутствием энтузиаста. Но были еще советские конструкторы. Они, во-первых, не слишком беспокоились по поводу нарушения чужих патентных прав, а во-вторых, умели грамотно использовать и развивать хорошие идеи – как собственные, так и заимствованные. В итоге в конце 1980-х годов в киевском КБ Антонова разработали собственный самолет с арочным крылом – точь-в-точь повторяющий по конфигурации классические CCW-1, CCW-2 и CCW-5.

Единственной целью, которую преследовали создатели «Изделия 181» (официального наименования Ан-181 машина так и не получила), было практическое изучение арочной схемы. Легкий самолет получил V-образное хвостовое оперение, не убирающееся в корпус шасси и чешский шестицилиндровый двигатель LOM М-337А, расположенный по центру и приводящий во вращение оба толкающих пропеллера. В теории машина должна была взлетать максимум после 50 м пробега и устойчиво двигаться в воздухе на скорости всего 40 км/ч.

Но проверить это на практике было не суждено. Самолет успели показать на авиашоу 1991 года в Гостомеле и провести ряд наземных испытаний. А потом Союз распался, и независимым украинским авиастроителям стало не до экстравагантных схем – нужно было как-то приспосабливаться к новым условиям выживания. «Изделие 181» длительное время пылилось в ангаре, а в 2010 году благодаря идеальному состоянию и уникальности конструкции нашло свое место в Государственном музее авиации Украины.

Интересно, что будущее у арочной схемы все-таки есть. Да, она сложная. Да, она применима в определенных, ограниченных областях – но применима в полной мере, со всеми своими преимуществами. Для отраслей, где управляемость важнее скорости, например в упомянутом уже сельском хозяйстве, подобные самолеты могут стать незаменимыми. Если, конечно, найдется энтузиаст, подобный Уилларду Кастеру, который снова начнет нелегкую борьбу за арочное крыло.

Источник: Журнал Популярная механика

Он мог бы стать Ан-181 – экспериментальный самолет с арочной конструкцией крыла

Самолет, построенный в единственном экземпляре, известен как изделие-181, сегодня находится в авиамузее в Жулянах. Начало разработки относится к концу 1980 годов. Основной разработчик – конструкторское бюро имени О. Антонова. С 1989 года, работы продолжались уже в АНТК имени О. Антонова. Самолет разительно отличался от всех создаваемых летательных аппаратов – он создавался с применением в конструкции арочного типа крыла (комбинированное крыло).

Основная идея арочного крыла впервые была разработана американским конструктором У. Кастером, работавшим над идеей с 1930 года. Он даже построил несколько самолетов с подобным крылом. Идея арочного крыла заключалась, по мнению конструктора, в получении дополнительной подъемной силы за счет необычной формы. У. Кастер так и не смог доказать и полностью воплотить свою идею, не успел добиться от самолета с арочным крылом расчетных характеристик. Именно поэтому, сама идея, хоть и была известна, но испытать ее в реальном летательном самолете брались немногие. Сам автор рассчитал и стремился доказать, что арочное крыло способно обеспечить летательному аппарату почти вертикальный взлет при достаточно низкой взлетной скорости.

Почему киевские конструкторы выбрали данную схему крыла для нового самолета, точно не известно, но, зная историю создания самолетов в Советском Союзе, можно предположить, что конструкторы, в конце концов, своего бы добились, если бы не произошел распад Советского государства в 1991 году. Последствия разделения республик привел к полному прекращению финансирования всех разработок в уже в АНТК имени О. Антонова, что в полной мере относится и к данному проекту.

На момент прекращения работ, уже был построен в одном экземпляре экспериментальный самолет «Изделие 181», которому был присвоен бортовой номер «CCСР-190101». Он прошел ряд наземных испытаний, успешно провел скоростные пробежки. Известно, что методический совет который бы определил дату первого взлета должен был состояться через 1 месяц после вынужденного закрытия проекта.

Интерес вызывают характеристики самолета, которые выглядят и сегодня достаточно заманчиво – скорость взлета до 40 км/ч, длина взлетного разбега – не более 50 метров. Сегодня понятно, что даже если бы самолет взлетел, то обнаружились бы весьма существенные проблемы, которые бы в дальнейшем предстояло решать конструкторам и инженерам, но самолет точно бы полетел.

Почти полное забвение самолету обеспечило не только прекращения разработки, но и связанные с разработкой трудности реализации проекта. Понятно, что разрабатывать требуемое комбинированное крыло пришлось бы долгими усилиями и постоянными испытаниями, но после распада Советского Союза, денег на подобные эксперименты не было. В ряде источников экспериментальный самолет смело называют Ан-181, но это не соответствует действительности – самолету официально не присваивали такого индекса.

Широкой общественности самолет представили только раз в близ лежащем Гостомеле при проведения авиационного шоу в 1991 году. В 2010 году экспериментальный самолет под названием «Изделие 181» был передан в государственный авиамузей в Жулянах.

Устройство и конструкция
Самолет получил фонарь с возможностью отбрасывания в случае непредвиденных обстоятельств. Крыло комбинированное. Шасси не убираемого типа. Киль самолета V-образной конструкции. Двигатель – поршневой М332/М337 чехословацкого производства с воздушным охлаждением. Мощность 140/210 л.с. На комбинированное крыло установили два винта связанные с двигателем через редуктор. Кабина двухместного исполнения. Хвостовое оперение расположено «под струей» винтов имеет широкое исполнение для повышения устойчивости.

Итог
Согласно проекту, коэффициент подъемной силы должен был составить Су=17. Однако уже при создании прототипа, данного значения добиться не удалось, и его снижают до Су=10. Существует мнение, что отказ от дальнейшей разработки, как и от проведения летных испытаний связан с тем, что ко времени проведения первого полета коэффициент подъемной силы для данного комбинированного крыла упал до Су=4 и от проекта просто отказались. «Су» достигается при прохождение воздушных потоков под поверхностями крыла от работающих винтов.

Коэффициент вычисляется по известной формуле, на результат влияют несколько факторов. Так, установка 2 двигателей становится невозможной без потери «Су», к тому же различия в тяге винтов, приводит к многим проблемам, которые достаточно трудно решить. Существует вероятность, что проблемы присущие данной схеме не были решены, двигатель не оправдал надежд конструкторов. Управление хвостовым оперением было сложным делом, самолет был малоустойчив почти на всех используемых скоростях (по данным аэродинамических испытаний) Это в итоге и привело к закрытию проекта.

Интересная разработка самолета с арочным крылом имеет все шансы жить, ведь имеется некоторый опыт в создании экспериментальной базы. Возможно, когда возникнет необходимость создания самолета взлетающего на малых скоростях с малых ВВП, разработка будет продолжена. Ведь все не так уж и плохо, ведь американские конструкторы смогли добиться хороших результатов при создании самолетов серии «CCW».

Первые самолеты с арочным крылом серии «CCW» начал строить еще сам автор идеи У. Кастер:
– CCW-1 – создан в 1942 году. Имел двигатель мощностью 75 л.с. Совершил несколько испытательных полетов;
– CCW-2 – второй вариант самолета с комбинированным крылом. Создан на базе «Taylorcraft BC-12». Показал хорошие результаты, особенно при взлеты на встречный ветер;
– CCW-5 – последняя разработка самолета с арочным крылом. Полетел в 1953 году. Создан на базе «Baumann Brigadier». Продемонстрировал отличные результаты и характеристики. Пошел в серию. Был выпущен 1 экземпляр.

Основные характеристики «Изделия 181»:
– длина – 7.31 метра;
– крыло – 7.3 метра;
– высота – 2.5 метра;
– экипаж – 2 человека;
– вес норма/макс – 820/900 килограмм;
– двигатель – М-332/337А мощностью 140/210 л.с;
– винт – два винта диаметром 1.5 метра;
– скорость до 225 км/ч;
– дальность до 530 километров;
– высота – 4.2 километра;
– взлет/посадка – 70/80 метров.

Источники информации: http://topwar.ru/21007-on-mog-by-stat-an-181-eksperimentalnyy-samolet-s-arochnoy-konstrukciey-kryla.html

http://igor113.livejournal.com/48107.html
http://ru-aviation.livejournal.com/2145579.html
http://ru-aviation.livejournal.com/2453050.html
http://www.ukraviaforum.com/index.php/topic,4436.15.html

Кстати, обратите внимание на огромную толщину профиля, особенно в районе арок. При такой толщине и классическое крыло может обладать невысокой скоростью полета и как следствие, – коротким разбегом. Так что не так все однозначно, хотя я и не дочь крымского изобретателя 😉

Но повторюсь – поиски нового экономичного вида транспорта не требующего дорог, для России жизненно важны! Например бы для начала вот такой концепт-красавчик (к сожалению-НАСАвский):

или вот такая леталка: