antonkachinskiy

Category:

Святогор. Доклад.

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

СОВЕТСКОЕ НАЦИОНАЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ИСТОРИКОВ

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ


                          1985 г.  ИЗ ИСТОРИИ АВИАЦИИ И КОСМОНАВТИКИ Вып.52

Доклад, прочитанный 11 февраля 1985 г. на заседании, посвященном 100-летию со дня рождения В.А.Слесарева

К.Ю.Косминков


                                                            САМОЛЕТ В.А.СЛЕСАРЕВА «СВЯТОГОР»

В история отечественного самолетостроения В.А.Слесарев известен в первую очередь как создатель оригинального самолета невиданных ранее размеров и массы. Проектные работы по этому самолету, названному "Святогор", начались в 1913 г. По схеме, конструкция и расчетным данным "Святогор" представлял большой интерес. Поэтому техническая комиссия Особого комитета воздухоплавательного отдела Главного инженерного управления, признав, что проект осуществим, рекомендовала строить самолет (1, с.217). Но средства на это отпущены не были. Когда же началась первая мировая война, один из богатых помещиков, член Всероссийского аэроклуба, взялся финансировать постройку "Святогора" и отпустил 100000 рублей. После этого началось строительство самолета Слесарева, которое осуществлялось на заводе Лебедева в Петрограде с декабря 1914 г. (I, с.217).

Прежде,  чем сказать о ходе постройки и доводки "Святогора", необходимо дать краткое его описание, чтобы представить особенности конструкции я компоновки. По схеме "Святогор", крупнейший из построенных самолетов своего времени, представлял собой трехстоечный биплан с четырехколесным шасси большого диаметра. Общая площадь крыльев составляла 280 кв.м, расчетный полетный вес 6500 кг (I, с.216). Два двигателя размещались в фюзеляже. От них посредством длинных валов со шкивами и гибкой передачи мощность передавалась на два больших винта, расположенных между крыльями за их задней кромкой. Валы были связаны между собой и в случае отказа одного из моторов другой вращал оба винта. Высота и ширина фюзеляжа 2,5 м. Конструкция его расчалочная с полотняной обтяжкой. В носовой части фюзеляжа в застекленной кабине находились летчик и наблюдатель.

Горизонтальное оперение относительной площадью всего 7,2% имело симметричный профиль. Благодаря центровке самолета 30-35% САХ оно было ненесущим.

К наиболее важным компоновочным особенностям "Святогора" относится внутрифюзеляжное расположение двигателей. Что же это давало по сравнению с рядным расположением моторов на крыле, как было принято, например, на тяжелых самолетах И.И.Сикорского. Каковы плюсы и минусы подобной компоновки? Начнем с плюсов.

Первый плюс заключался в снижении лобового сопротивления от силовой установки, так как гондолы винтов имели удобообтекаемую форму в отличие от моторов.

Второй плюс - повышенная безопасность полета. В случае возникновения неисправности мотора свободный член экипажа мог в полете легко подойти к нему и произвести, если возможно, необходимый ремонт или регулировку. Надо сказать, что в то время этому придавалось очень большое значение, потому что двигатели были не очень надежные и часто отказывали. Известны случаи, когда на самолете "Илья Муромец" член экипажа выходил в полете на крыло и ремонтировал мотор.

Третий плюс - симметричная работа винтов в случае отказа одного из моторов. Это позволило избежать возникновения большого бокового момента от несимметричной тяги и увеличения аэродинамического сопротивления от остановленного винта. Надо отметить, что синхронизация работы винтов, расположенных на значительном расстоянии от оси аппарата, в случае отказа одного или нескольких двигателей находит применение и сегодня. В частности, это сделано на пассажирском самолете Бериева Бе-32 и тяжелом транспортном вертолете Миля В-12.

Наконец, четвертый плюс - это возможность подобрать наилучшее соотношение между оборотами двигателей и винтов, т.к. редукторов, хорошо известных нам сегодня, тогда еще не было. Воздушные винты крепились на вал двигателей и имели равные с ним обороты. Благодаря возможности использовать редукцию, Слесарев установил на самолет винты большого диаметра, которые, как он считал, при малых оборотах (300-400 в минуту) могли дать большую тягу на взлете.

Теперь о минусах, связанных с внутрифюзеляжной компоновкой двигателей. Первым и главным минусом было наличие гибкой передачи от двигателей к винтам. От такой передачи необходимо было добиться высокой надежности при минимально возможной потере в мощности. Кроме того, -создание подобной передачи (длинные валы, шкивы, ремни и т.д.) требовало дополнительного веса. Второй минус - отсутствие разгрузки крыла от двигателей, что требовало усиления конструкции крыла и соответственно ее утяжеления. Этот вопрос имел особенно большое значение для тяжелых самолетов.

Таким образом, чтобы обеспечить работоспособность винтомоторной группы, Слесареву пришлось решать ряд технически сложных задач по организации передачи мощности на винты. Это была принципиальная задача, от успешного решения которой во многом зависел и успех всего дела. Такую задачу Слесарев решал впервые, так как в практике самолетостроения тех лет подобных компоновок не было.

В.А.Слесарев рассчитывал свой самолет под два немецких мотора "Мерседес", имевших мощность по 300 л.с. Но с началом войны получить их было уже нельзя. Других двигателей подобной мощности не было и Слесарев вынужден был взять два французских мотора "Рено" по 220 л.с. Снижение располагаемой мощности почти на 40%, очень сильно снижало возможности самолета и чрезвычайно усложнило работу, так как весовых и аэродинамических резервов уже не оставалось. В этих условиях жизненно важно было добиться высокого весового совершенства конструкции (естественно без ущерба для прочности), а также очень хороших аэродинамических качеств.

Что касается конструкции самолета, то здесь хочется привести выдержку из книги В.Б.Шаврова "История конструкций самолетов в СССР", где, говоря о "Святогоре", он пишет: "Конструкция "Святогора", спроектированная В.А.Слесаревым и осуществленная в натуре, по отзывам всех, ее видевших, была исключительно продуманной. Особенно большое впечатление производили узлы, поражавшие своей легкостью. ... Везде, где только можно, были сделаны отверстия облегчения (это хорошо видно на одной из фотографий подаренных музею Н.Е.Жуковского О.К.Антоновым -К.К.)... Громадные колеса были сделаны из дерева и фанеры ... их конструкция была легкой, несмотря на большие размеры" (1, с.216).

Аэродинамическому совершенству своего самолета Василий Адрианович уделял очень большое внимание. В этом отношении "Святогор" являлся, наверное, одним из лучших, если не лучшим образцом для своего времени. Для Слесарева здесь не было мелочей. Буквально все элементы "Святогора" имели хорошо обтекаемую форму. Такую форму имели стойки, подкосы и даже расчалки. Спицы колес обшивались с двух сторон фанерой. Можно отметить, что улучшению аэродинамических свойств "Святогора" способствовало и ненесущее горизонтальное оперение, которое получилось таковым ввиду принятой передней центровки.

Справедливости ради надо сказать, что по свидетельству В.С.Пышяова (3, с.79-80) преимущества такой центровки в то время еще не были широко известны и достоверно судить о том, из каких соображений Слесарев принял такое положение центра тяжести, сейчас трудно. Но, как бы там ни было, это дало положительный эффект. В результате всех мероприятий максимальное аэродинамическое качество - один из основных показателей совершенства любого самолета - по оценкам самого Слесарева (эти оценки базировались на экспериментах в его аэродинамической лаборатории) получалось больше 9 (2, д.4, л.2). Но тому времени это исключительно высокий показатель (для сравнения: у самолета "Илья Муромец" К = 5,6, у "Русского Витязя" оно было около 6). По расчетам конструктора "Святогор" с двумя "Рено" мог при весе 6,5 тонн развивать скорость у земли до 114 км/ч, что считалось вполне приемлемым для того времени.

В январе 1916 г. были получены двигатели "Рено" и начался монтаж силовой установки. Но к тому времени кончились не только отпущенные 100 тыс.рублей, но и 65000 рублей из личных сбережений конструктора. Василий Адрианович обратился за финансовой поддержкой в военное ведомство. Его расчеты по самолету были рассмотрены Техническим комитетом Главного военно-технического управления. Заключение было весьма неожиданным. В нем говорилось, что строящийся самолет не только не может показать заявленных Слесаревым данных, но и вообще не сможет летать с указанным весом. Естественно, в финансовой поддержке было отказано. В чем же дело? Почему получались столь различные результаты в расчетах Слесарева и Технического комитета? Обратимся к протоколу технического комитета, где прилагается расчет, на основании которого и было выдано заключение (2, д.4, л.3). В этом расчете аэродинамическое качество "Святогора” на скорости 114 км/ч принималось равным 5 (у Слесарева же было 9). Оценка качества всегда была весьма трудным делом, тем более в то время, когда аэродинамический эксперимент еще широко не применялся, да и не мог применяться ввиду очень скромных возможностей аэродинамических лабораторий. Поэтому при оценке аэродинамических свойств самолетов неизбежно возникали расхождения. В данном конкретном случае причина расхождения заключалась в том, что комитет, приняв качество 5, основывался на очень ориентировочных оценках статистического характера и не учел ряда особенностей конкретного аппарата. Расхождения возникли и в других аспектах. Так технический комитет принял КПД винта 75% и потери мощности на передачу к винтам 20% (у Слесарева было соответственно 80% и 15%). Казалось бы, разница не очень большая. Тем не менее, при весьма незначительной мощности она, как будет показано позже, могла существенно повлиять на результат. Несмотря на категоричность заключения Технического комитета полной уверенности в его правильности видимо не было. Поэтому 4 мая, т.е. через месяц, руководством военной авиации было направлено письмо Н.Е.Жуковскому с просьбой дать авторитетное заключение по вопросу об аэродинамических свойствах аппарата Слесарева (2, д.5).

Под председательством Н.Е.Жуковского была образована комиссия в составе лаборанта аэродинамической лаборатории МТУ Г.И.Лукьянова и руководителя проектирования аэропланов в МТУ инженера- механика В.П.Ветчинкина. Комиссия произвела предварительный приближенный расчет и единогласно пришла к заключению о том, что полет "Святогора" с весом 6,5 тонн при заявленной скорости 114 км/ч возможен (2, д.6, л.З). Уже 11 мая свое заключение комиссия направила в технический комитет. Для детального осмотра и обмера самолета Слесарева для возможно более точной оценки его свойств В.П.Ветчинкин, Г.И.Лукьянов, а также студент пятого курса МТУ А.А.Архангельский выехали в Петроград, где и проработали неделю. По возвращении из Петрограда в аэродинамической лаборатории МТУ Архангельским с 22 мая по 18 июня, т.е. почти месяц, исследуются части самолета, что было необходимо для проведения полного аэродинамического расчета и выдачи обоснованного заключения (2, д.9).

Между тем Технический комитет, получив заключение комиссии Н.Е.Жуковского, привлек петроградских специалистов для того, чтобы и те, в свою очередь, также дали свое заключение. Надо сказать, что пожалуй впервые столько авторитетных специалистов было призвано для оценки одного самолета. Это можно понять: уж очень необычен был "Святогор", а с другой стороны его постройка требовала немалых средств, и военное ведомство хотело получить своеобразную научную гарантию успеха дела, не желая платить крупную финансовую дань техническому риску.

Привлеченные комитетом петроградские специалисты выразили сомнения в целесообразности постройки "Святогора" и в возможности получить заявленные данные и даже дали отрицательное заключение. При рассмотрении протокола Технического комитета (2,д.7) обращает на себя внимание тот факт, что ряд их выводов был явно недостаточно обоснован и выражался, в основном, в оценке заключения комиссии Жуковского. Там же можно встретить и заведомо неверные заключения. Например, в протоколе Технического комитета от 2 июня 1916 г., посвященном рассмотрению самолета Слесарева, в частности, написано: "Профессор Ботезат со своей стороны высказал, что аэроплан Слесарева во всяком случае является малосовершенным аппаратом, ибо при мертвом грузе в 5 тонн полезная нагрузка составляет всего 1,5 тонны. Между тем при современном состоянии аэропланостроения при мощности в 440 л.с. легко можно иметь аэроплан с той же грузоподъемностью, но значительно более легкий и быстроходный (2, д.7, л.3). Однако, как известно, лучший самолет подобного класса - "Илья Муромец" серии Г-2 (1916 г.) при близкой к "Святогору" полезной нагрузке и немного большей скорости мощность имел (в зависимости от варианта) на 40-70% больше. Но все же, многие сомнения были обоснованы и понятны. Так, никто не мог достоверно оценить потери мощности в передаче на винты, а ведь это являлось чрезвычайно важным. Да и в расчетах комиссии Н.Е.Жуковского оставались неясные места, в частности при оценке сопротивления не учитывалась интерференция частей самолета, на что и было указано (2, д.7, л.3).

Таким образом, единства мнений в оценке "Святогора" не было. В этой ситуации Технический комитет пришел к выводу, что "...достройка аэроплана Слесарева, даже и в том случае, если подсчеты профессора Жуковского подтвердятся в действительности, никакой практической пользы принести не может (2, д.7, л.3). В финансировании строительства "Святогора" вновь было отказано. Надо признать, что с позиций военного ведомства принятое решение являлось разумным. Действительно, в России уже строился серийно тяжелый самолет "Илья Муромец" и делать другой самолет с близкими данными представлялось нецелесообразным. Необходимо отметить, что когда Слесарев начинал работу над своим "Святогором", он полагал, что полезная нагрузка у него будет 3 т, т.е. в 2 раза больше, чем у "Ильи Муромца". Когда же самолет был построен, то, несмотря на большое искусство, проявленное при его проектировании, вес самолета все же оказался на I тонну выше. Естественно, при фиксированном расчетном полетном весе, вес полезной нагрузки у него уменьшился и стал практически таким же, как у "Ильи Муромца". Протокол Технического комитета с отрицательным решением 10 июня 1916 г. был послан Н.Е.Жуковскому.

В это время в МТУ Архангельский завершал работы по оценке аэродинамики "Святогора". Комиссия во главе с Н.Е.Жуковским очень тщательно подошла к определению аэродинамики самолета Слесарева. Модель фюзеляжа и коробки крыльев исследовались в аэродинамической трубе. Сопротивление прочих частей рассчитывалось по данным других экспериментов или же с помощью известного тогда справочника Эйфеля. Необходимо отметить, что в случае сомнения в оценке сопротивления всегда бралась большая величина. В результате проведенной работы стало возможно построить кривые сопротивления и, задавшись КПД винта и потерями мощности, определить основные характеристики самолета. На основании этих материалов комиссия единогласно пришла к выводу, что полет самолета Слесарева при полной нагрузке в 6,5 тонн и скорости 114 км/ч является вполне возможным, а поэтому окончание самолета является желательным (2, д.8, л.1). Об этом и был уведомлен Технический комитет, куда 19 июня был отослан соответствующий протокол комиссии Жуковского с экспериментальными, расчетными материалами и с выводами. В этом протоколе указывалось, что с двумя принятыми двигателями "Рено”, "Святогор" может летать на скорости 122 км/ч, подниматься на высоту 1600 м и набирать 500 м за 12 минут. Комиссия также нашла, что с тем же весом, но с двумя моторами "Мерседес", которые первоначально предполагалось установить, его самолет мог летать на скорости 139 км/ч, подниматься на высоту 3200 м и набирать 500 м за 4,5 минуты.

На аэродинамическом расчете "Святогора” хочется остановиться несколько подробней с тем, чтобы стало ясно, сколь много значила для него хорошая аэродинамика и какое сильное влияние могли оказать потери мощности и КПД винта.

На рис.1 показаны кривые аэродинамического сопротивления "Святогора" И тяги винтов в функции скорости. Эти кривые взяты из материалов протокола комиссии Н.Е.Жуковского. Комиссия получила максимальное аэродинамическое качество равное 10,5 и приняла КПД винтов 80%, а потери  мощности 16%. Отсюда со всей очевидностью следует, что самолет мог летать со скоростью до 122 км/ч, что и было указано. Обращает на себя внимание необычайно большая величина Кmax. Если сделать предположение, что ввиду возможно имевшей место неблагоприятной интерференции или других факторов качество будет все же ниже, например 9,1 (т.е. почти как у 

Слесарева), то и в этом случае "Святогор" был в состоянии летать на скорости до 113 км/ч, хотя запасы тяги были очень незначительны. При худшем КПД винтов и больших потерях мощности, например таких, как принималось Техническим комитетом, самолет при Кmax=9,1 летать уже почти не мог, так как не обладал запасом тяги, но при Кmax =10,5 полет оказывался вполне возможным до скорости 115 км/ч. Таким образом, дополнительное уменьшение КПД винтов на 5% в сочетании с увеличением потерь мощности на передачу на 4% почти эквивалентно ухудшению Кmax на 1,5 единицы, т.е. очень заметно. Что касается изначально запроектированных моторов "Мерседес", то здесь полет был бы возможен даже при весьма значительных потерях мощности, так как избыток тяги оказывался существенно больше.

Представляет интерес оценка качества, необходимого для осуществления горизонтального полета. На рис.2 изображены поляры самолета в координатах К, Су для двух уровней Кmax: 10,5 и 9,1. Как видно, потребные величины качества получаются очень большими от 6,5 до 11, т.е. больше, чем Кmax самолетов того времени. Характерно, что для получения высокой скорости полета при заданном весе 6.5 тонн Сук max  должен быть весьма небольшим. Слесарев стремился получить и высокое значение Кmax и необходимый Сук max . Это было достигнуто в первую очередь всемерным снижением аэродинамического сопротивления Святогора , а также рациональным выбором удлинения крыла. Надо сказать, что величины Сук max большинства современных "Святогору" самолетов были в полтора-три раза выше. С такими величинами Сук max достичь на "Святогоре" скоростей порядка 110—120 км/ч при очень большой нагрузке на мощность было практически невозможно. Все это лишний раз свидетельствует о чрезвычайной важности аэродинамических свойств самолета, имевшего малую энерговооруженность. Надо отдать должное В.А.Слесареву, который стремился добиться высокого аэродинамического качества своего самолета. Это было достигнуто, в первую очередь, всемерным снижением аэродинамического сопротивления "Святогора", а также рациональным выбором удлинения крыла.

Пока авторитетные комиссии и специалисты по просьбе Технического комитета рассматривали возможности "Святогора", Слесарев продолжал на собственные средства достройку самолета. В марте 1916 г. начались его испытания, в ходе которых сразу же обнаружились разные неполадки в системе передачи мощности на винты. Цевочные зацепления заменили на шарниры Гука, потом на ременные передачи, которые на первых порах работали лучше, и с ними самолет совершал пробежки по аэродрому. Но затем и они стали отказывать. Их заменили на канатные, потом на тросовые. Но добиться надежной работы так и не удалось. Поломки продолжались и доводка "Святогора" затягивалась. Самолет морально старел. В 1921 г. В.А.Слесарев погиб. "Святогором" стали заниматься другие люди. Был проект его переделки под два мотора по 360 л.с. с установкой их на крыле (I, с.218). Но реализован он не был. В 1923 г. самолет разобрали.

В заключение хочется привести вполне справедливые слова В.Б.Шаврова, который писал: "Святогор” не был в воздухе. Многие трудности не дали возможности довести его до полной готовности, тем не менее этот самолет представляет собой выдающееся явление в истории нашей авиации. В.А.Слесарев на несколько лет опередил подобные зарубежные конструкции. Его подвела силовая установка, в чем нельзя винить Слесарева. Трансмиссия от двигателя к винту всегда была и остается трудной задачей, особенно для мощных двигателей. В 1915 г. в условиях России подобная задача была в сущности неразрешимой. Не смогли решить ее и немцы 2-3 года спустя в гораздо лучших условиях. Работа В.А.Слесарева была героической, но почти безнадежной попыткой решения очень сложной технической задачи" (I, с.218).

Литература и источники

1. В.Б.Шавров. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г. М., 1969.

2. Архив Научно-мемориального музея Н.Е.Жуковского, фонд В.А.Слесарева. Инв. К 3590.

3. В.С.Пышнов. Из истории летательных аппаратов.М.,1968.




Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic