Сигма в форме дельты

О «Стреле» часто пишут в духе «Россия — родина слонов» — забытый, мол, приоритет скромного провинциального инженера, предвосхитившего облик сверхзвуковых самолётов. Это, конечно, лукавство: Александр Москалёв первым построил аэроплан с треугольным крылом малого удлинения, но не первым его придумал, а наглухо засекреченная «Стрела» не повлияла на дальнейшее развитие авиации. Работа Москалёва ценна без всяких вымышленных приоритетов — как яркий пример нетрадиционного технического решения, смелая и неординарная попытка авиации 30-х годов прыгнуть выше головы.

Из Воронежа в Воронеж

Александр Сергеевич Москалёв родился в уездном городке Валуйки в 1904 г. Сейчас это Белгородская область, тогда — Воронежская губерния. В 1913 г. семья Москалёвых перебирается в губернскую столицу, а девять лет спустя молодой человек, успевший отслужить в Красной армии и поработать в уголовном розыске, поступает в Воронежский государственный университет. Учёба Москалёва растянулась на шесть лет и три города — транзитом через Казань он заканчивает физико-математический факультет Ленинградского государственного университета. Его диплом был «гидродинамическим», но не связанным с авиацией — он оптимизировал форму зернопроводов, дабы в них не возникало «пробок». Тем не менее трудиться Москалёв приходит на ленинградский авиазавод «Красный Лётчик» (ныне Северный) — вскоре после того, как оттуда был переведён в Москву отдел морского опытного самолётостроения под началом патриарха гидроавиации Дмитрия Павловича Григоровича. Того вскоре посадили, и ленинградцы «повисли в воздухе», имея довольно мало задач.

Москалёв показал себя активным инженером — он организует молодёжное конструкторское бюро, создаёт свой проект истребителя на конкурс и лёгкую летающую лодку МУ-3 («морской учебный»). Аэропланы в то время называли по инициалам их создателей — у Туполева были АНТы, а у Москалёва, по идее, АСМы, но что-то пошло не так: истребитель обозначался, как «самолёт Александра Москалёва» САМ-1, МУ-3 — САМ-2. Летающую лодку построили в 1931 г., и за исключением неправильно подобранного винта, она показала себя вполне прилично. Но запустить её в серию не получилось — в балтийском климате у конструктора развилась болезнь лёгких, и ему пришлось возвращаться в Воронеж. Там как раз завершается строительство авиазавода №18, и молодой специалист сразу получает должность заместителя начальника серийного конструкторского отдела. Параллельно он экстерном заканчивает Ленинградский технологический институт — навскидку мне даже среди великих наших авиаконструкторов не вспоминается кто-нибудь с двумя «вышками».

Летающая лодка МУ-3 (САМ-2) — первый построенный самолёт Александра Москалёва [2]

В Воронеже Москалёв вновь организует опытно-конструкторское бюро (ОКБ-31) и проектирует лёгкий пассажирский самолёт САМ-5, что впоследствии в разных модификациях выпускался мелкими сериями и внёс свой вклад в победу, как санитарный. На САМ-5 сполна проявилось внимание инженера к деталям и желание во что бы то ни стало «вылизать» аэродинамику — самолётик со стосильным мотором мог перевозить пять человек, конкурируя по экономичности с автомобилями. Но при всей своей прогрессивности выглядел САМ-5 вполне традиционно, чего не скажешь о втором «этапном» проекте Москалёва — истребителе САМ-4 «Сигма», чья идея зародилась в конце 1933 года.

А. С. Москалёв на фоне САМ-5 [2]

Фантастика на кульмане

Одним из важнейших требований, предъявляемых к истребителям времён Интербеллума, была скорость. И к началу 1930-х гг. в её наращивании наметился кризис. Показательно, что мировые рекорды тогда ставили не сухопутные самолёты, а гидропланы — благодаря возможности разбегаться бесконечно долго «воздушные торпеды» обходились рахитичными крылышками, дававшими мало сопротивления. Боевым самолётам этот опыт не подходил, вот и упёрлись истребители, как в стену, в максимальную скорость едва за 300 км/ч. Несколько лет спустя в авиацию придут убирающиеся шасси, предкрылки и закрылки, закрытые кабины, винты изменяемого шага. Они позволят выйти из тупика, но пока от отчаяния рассматривались самые экзотичные технические решения.

Фантастическая форма «Сигмы» стала результатом, будем честны, не очень инженерного подхода к проектированию. Александр Сергеевич сам признавал, что вдохновили его немецкие материалы отнюдь не по авиации, а по артиллерии: «если скорость самолета будет приближаться к скорости снаряда, то и рациональная форма самолета должна приближаться к оптимальной форме снаряда». Вот и вся наука. По большому счёту, Москалёв скопировал форму крыла с образующей снаряда, так же как авиаторы «дорайтовской» эпохи пытались делать самолёты в форме птиц, летучих мышей и планирующих семян. Но Москалёв всё же был учёным, работал на кафедре аэромеханики Воронежского университета и свои соображения проверял расчётами и продувками в аэродинамической трубе. А методики… они, как правило, позволяют улучшить уже существующую схему, однако чтобы совершить качественный рывок, придумав нечто, о чём ранее никто и помыслить не мог, наверное, и нужны такие «ненаучные» озарения на стыке разных дисциплин.

Теневая фотография (шлирен-метод) сверхзвукового полёта пули, имеющей приблизительно оживальную форму

САМ-4 выполнен по аэродинамической схеме «бесхвостка» — стабилизатор автор выкинул, как источник вредной массы и сопротивления. Способность самолётов сносно держаться в небе без него была к тому времени неоднократно доказана. Но главная изюминка «Сигмы» — конечно,крыло. Для несущих поверхностей характерен такой параметр, как удлинение (λ) — отношение квадрата размаха к площади. Чем оно выше, тем лучше аэродинамические характеристики крыла, и лишь соображения прочности заставляют ограничивать эту величину. У спортивных планёров удлинение достигает нескольких десятков, у пассажирских самолётов — 10…12. «Ровесник» «Сигмы», знаменитый истребитель И-16 имел λ=5,6, столько же было, например, у «Спитфайра». У экзотического «блина» Циммермана, в чьей «летучести» специалисты сомневались, пока он, собственно, не полетел,λ=1,3. У САМ-4 Москалёва λ=0,975!

САМ-4 «Сигма», рисунок А. С. Москалёва [2]

Другой рисунок с кабиной в плоскости симметрии [4]

Разумеется, крыло с настолько нетрадиционным удлинением не могло иметь привычный вид прямоугольника, трапеции или эллипса. Очень грубо его можно назвать треугольным или дельтавидным. Нет, Москалёв не придумал «дельта-крыло» — имя его автора, впервые догадавшегося сложить бумажного голубя, погребено глубоко в пучине истории. И видимо, именно оригами вдохновило британцев Батлера и Эдвардса, подавших патентную заявку на самолёт с треугольным крылом аж в 1867 году. Когда авиация перешла на сверхзвук, «дельта-крыло» прочно завоевало в ней место — МиГ-21, Су-15, «Мираж III» и множество других самолётов тому подтверждение. Только у них передняя кромка прямая, а у «Сигмы» — криволинейная, с плавно увеличивающейся к концу стреловидностью. Сам Москалёв назвал эту форму готической (действительно, похоже на стрельчатую арку), изредка такое обозначение можно встретить и в учебниках по аэродинамике. Но в нашей технической традиции более распространён термин «оживало». Оживальную образующую имеют те самые снаряды, носовые части большинства сверхзвуковых самолётов и ракет, частенько она используется на законцовках крыла. Очень редко всё крыло имеет оживальную форму. Самый известный пример — «Конкорд», но там к оживалу спереди присобачили корневой наплыв. Кстати, такое же крыло имел и первый опытный Ту-144, правда, впоследствии от него отказались в пользу более технологичной «двойной дельты» — треугольнойформы с изломом по передней кромке. Кили у САМ-4 располагались на концах крыла — решение, впоследствии встречавшееся во многих проектах реактивных «бесхвосток» (например, космоплана X-20 DynaSoar), но почему-то никогда не доходившее до металла.

Первый опытный Ту-144 с оживальным крылом — серийные машины будут совсем другими [3]

Фюзеляж «Сигмы» не выступал за контур несущей поверхности, что даёт многим исследователям основания считать её не «бесхвосткой», а «летающим крылом». Двигательная установка состояла из двух новейших и мощнейших на то время советских моторовМ-100 мощностью по 860 л.с. — лицензионных копий французской «Испано-Сюизы» 12Ybrs. Они стояли в средней части фюзеляжа друг за другом, вал заднего проходил через полый вал переднего, оба вращали соосные воздушные винты. Кабина была сдвинута влево от оси симметрии, посему валы не «протыкали» её, как на «Аэрокобре», а шли сбоку. Во время войны тандемные двигатели и соосные пропеллеры стали атрибутом многих проектов тяжёлых скоростных самолётов (почти все так проектами и остались); когда же рождалась «Сигма», это была лютая экзотика. Одновременно к ней прибег итальянский конструктор Марио Кастольди на гоночном самолёте«Макки» М.72. Достигнутые им 709 км/ч тогда были абсолютным рекордом и до сих пор не превзойдены в классе поршневых гидросамолётов. Москалёв же, ничтоже сумняшеся, написал расчётную скорость 900…1000 км/ч. В неё не верили даже в «родном» вузе.

Мотор М-100 на стенде. [http://авиару.рф/aviamuseum/dvigateli-i-vooruzhenie/aviamotorostroenie/aviamotory-sssr/porshnevye-i-dizelnye/porshnevoj-aviatsionnyj-dvigatel-m-100-hispano-suiza-12ybbrs/ ]

В сентябре 1934 г. амбициозный инженер направляет эскизный проект «Сигмы» в опытный отдел главного управления авиационной промышленности (ГУАП) наркомата тяжёлой промышленности — за неимением в то время Минавиапрома разработки самолётов тогда планировала эта зубодробительная организация. Начальник отдела Иосиф Машкевич отнёсся к «несусветной фантастике» прохладно, проект отправился в архив. Тут и сказке… не конец!

Взлетит или не взлетит?

Чтобы летать, самолёту, очевидно, нужна подъёмная сила; для её создания и служит крыло — хоть нормальное, хоть «москалёвское». Принцип создания подъёмной силы у всех крылатых летательных аппаратов (ЛА) един — воздух взаимодействует с несущей поверхностью таким образом, что давление под ней становится больше, чем над ней. Умножив разницу на площадь, получим её — подъёмную силу. А вот механизм образования этой разницы зависит от формы крыла и режима полёта. Прежде чем пускаться в дальнейшие объяснения, не лишним будет напомнить принцип относительности Галилея применительно к аэродинамике: силы, действующие на летящее в воздухе тело (например, самолёт), будут такими же, как если бы это тело было неподвижным и обтекалось потоком воздуха с той же скоростью. Принцип этот для аэродинамики фундаментален и почти всегда справедлив.

Канонический случай — обтекание профиля двумерным потоком с дозвуковой скоростью. Сталкиваясь с профилем, воздух обходит его с двух сторон, и с обеих струйки уменьшают своё сечение («поджимаются»), при этом у них растёт местная скорость, а с ней и кинетическая энергия потока. Закон сохранения энергии в отношении движущегося воздуха неумолим — выросла кинетическая, значит должна упасть потенциальная. А потенциальная энергия заключена в давлении — на малых скоростях их соотношение вполне достоверно описывается пресловутым законом Бернулли, согласно которому давление обречено понижаться. Пройдя зону максимальной толщины, струйки, наоборот, начинают расширяться, и в идеальном случае у задней кромки давление такое же, какое было у невозмущённого потока. Таким образом, с обеих сторон профиля давление пониженное. Но за счёт его формы и угла атаки сверху разрежение сильнее — так подъёмная сила и получается.

Распределение скоростей вокруг профиля NACA230-10 под углом атаки α=5°. Над верхней дужкой скорость намного больше, чем над нижней…

…а давление, соответственно, меньше

Обтекание крыла большого удлинения, за исключением концевой части, можно грубо считать плоскопараллельным — получается, подъёмную силу оно создаёт так же, как профиль. В случае же плоскостей малого удлинения игнорировать трёхмерные эффекты нельзя. Допустим, вокруг крыла «Сигмы» создалась некая разница давлений — есть же у него, в конце концов, профиль. Но воздух стремится перетечь из области с большим давлением под крылом в область с меньшим давлением над ним. На обычной несущей поверхности это происходит в компактных областях вблизи законцовок; крыло же малого удлинения, по сути, из одних законцовок и состоит, поэтому перетекание там очень интенсивное. Переваливаясь через боковую кромку крыла (на «дельте» она же и передняя), поток отрывается от его поверхности и закручивается в вихрь. Скорость вращения добавляется к линейной скорости потока, соответственно, падает и давление, что нам и нужно. Если удлинение мало, основную часть подъёмной силы создаёт именно вихревая структура над несущей поверхностью.

1.     Спирально-конические вихри индуцируют подъёмную силу на треугольном крыле [https://aviation.stackexchange.com/questions/21069/what-is-vortex-lift ]

Обычное крыло на углах атаки порядка 10…15° попадает в опасный режим, когда воздух перестаёт обтекать его плавно, в так называемый срыв потока — при этом падает подъёмная сила и теряется управляемость самолётом. Для крыла малого удлинения срывное обтекание, по сути, обычно, а вихревая структура над ним остаётся устойчивой и симметричной. Оно может работать на огромных углах атаки — порядка 30…45°. Дальше вихри начинают разрушаться, но делают это плавно, а возникающий момент стремится увести самолёт с опасного режима.

У крыла малого удлинения при равной площади меньше размах и длиннее корневая хорда, нежели у обычного. При той же толщине профиля (определяемой соображениями компоновки и прочности) относительная толщина (отнесённая к хорде) у него гораздо меньше. Это сказывается при приближении скорости полёта к скорости звука, когда основной компонентой аэродинамического сопротивления становится волновое, обусловленное эффектами сжимаемости воздуха. Оно тем ниже, чем меньше относительная толщина.

Помимо роста сопротивления при появлении на «нормальном» крыле локальных сверхзвуковых зон (поток с обеих сторон профиля ускоряется, то есть скорости звука он достигнет раньше, чем сам самолёт) возникает крайне опасное явление: подъёмная сила перераспределяется таким образом, что самолёт начинает неодолимо затягивать в пикирование. Так погиб Григорий Бахчиванджи и множество других лётчиков, прокладывавших дорогу к высоким скоростям. У стреловидного крыла этот эффект менее выражен, но всё-таки требует энергично работать рулями для балансировки, вызывая дополнительное сопротивление. У треугольного крыла момент меняется совсем слабо, причём может проявляться как на пикирование, так и на кабрирование — если сделать составное крыло с разной стреловидностью по передней кромке, как на Ту-144 или «Конкорде», то у него переход через звуковой барьер вообще не будет влиять на балансировку.

Знал ли Москалёв о волновых эффектах треугольного крыла? В своих мемуарах 70-х годов он не говорит об этом впрямую, но упирает-таки на «околозвуковые» достоинства. И всё же за сорок лет до того о них ещё никто толком не ведал, иначе едва ли дорога к звуковому барьеру была бы усеяна трупами лётчиков. Зато недостатки крыльев малого удлинения на небольших скоростях уже были известны. В первую очередь это большое индуктивное сопротивление — на создание вихрей уходит прорва энергии. Кроме того, несмотря на способность летать на огромных углах, максимальная подъёмная сила крыла «Сигмы» ненамного выше, чем у обычного, поскольку существенно ниже градиент её роста по углу атаки. А оптимальные режимы полёта приходятся на большие углы, чем обычно — это будет стоить испытателям самолёта Москалёва немалого числа нервных клеток.

Рождение «Стрелы»

Воронежцу помогла русская эмиграция и родной Наркомат внутренних дел, однако особенности работы последнего сделали эту историю совсем загадочной. В середине 1936 г. в Комитет Обороны поступила докладная от могущественного Генриха Ягоды: якобы советская разведка установила, что перебежчик из СССР в Маньчжурию по фамилии Поставин изобрёл необычный самолёт, предложил его японцам… и вскоре умер, наверняка не без чьей-то помощи. Прилагались и материалы проекта, на основе которых в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) быстренько сделали и продули модель. Исследования показали полную бестолковость компоновки. Сейчас уже ясно, что как минимум часть доклада Ягоды была абсурдной ложью — он, например, утверждал, что японцы наклепали 400 «дротиков» Поставина.

Продувочная модель «вундерваффе» Поставина [4]

Г. Дьяконов [5] полагает, что «бондиана» выдумана от начала и до конца, дабы скрыть истинный источник «слива», а именно фирму Игоря Сикорского. Тот собрал у себя много русских эмигрантов, и один из его ближайших соратников Михаил Евгеньевич Глухарёв придумал истребитель «Dart Gluhareff», очень похожий на «Сигму» — только не с тянущими, а с толкающими винтами. Американских военных эдакая экзотика не заинтересовала, но, видимо, среди белоэмигрантов затесался красный «жучок». Если это так, то разведка сработала очень оперативно, ибо к 1937 г. проект едва начал оформляться.Пожалуй, этому дурному детективу не хватает лишь одного «кувырка»: а вдруг и сам «Dart Gluhareff» появился под влиянием разведданных о «Сигме»? Было бы весьма иронично.

Схема «дротика Глухарёва» [8]

По словам Москалёва, информация об американском проекте дошла до Сталина, он потревожил начальника ГУАП Михаила Кагановича, а тот передал августейшую обеспокоенность вниз по цепочке. Тут-то Иосиф Машкевич и вспомнил, как несколько лет назад дал отповедь провинциальному инженеру с его «несусветной фантастикой». В мае 1937 г. Москалёва вызвали в Москву — Каганович поручил ему за десять недель построить легкомоторный самолёт-аналог будущего истребителя с двигателем «Рено» мощностью 140 л.с. В том же решении фигурировал экспериментальный планёр и даже радиоуправляемая «летающая бомба», но они так и остались в разряде благих пожеланий. Эскизный проект под названием «Стрела» САМ-9 Александр Сергеевич начертил прямо там, в Москве, а вернувшись в Воронеж, немедля развернул постройку прототипа на производственных площадях местного авиатехникума. Параллельно делали модель для продувок в аэродинамической трубе ЦАГИ. Жёсткий срок удалось выдержать — уже 27 июля начались наземные испытания «Стрелы».

«Стрела» оснащалась двигателем «Рено» 4Pei, довольно необычным для авиации: он был рядным, но охлаждался воздухом, поэтому мы не видим под фюзеляжем традиционного радиатора. Впоследствии этот мотор выпускался по лицензии воронежским заводом №16 под названием МВ-4

Москалёв, успевший съесть приличных размеров собаку на лёгких самолётах, сделал весьма изящную одноместную машину. От «Сигмы», помимо размеров, она отличалась преимущественно деревянной конструкцией и вертикальным оперением в виде одного большого киля, спереди плавно переходящего в фонарь кабины. Благодаря рядному мотору фюзеляж получился узким, стремительных очертаний, а длинные ноги шасси задавали самолёту большой стояночный угол.

Похоже, всё-таки не взлетит

Рулёжки проводил заводской лётчик А. Н. Гусаров. Он разгонял машину до 80 км/ч и утверждал, что та «просится в воздух». В августе из Москвы прибыла госкомиссия по испытаниям,включавшая маститых учёных-прикладников и знаменитого пилота Б. Н. Кудрина. Среди коллег тот пользовался славой укротителя всякого рода летающей экзотики, но «у него с первого взгляда на «Стрелу» сразу же появилось неодолимое отвращение к самолёту». Он категорически отказался оторвать САМ-9 от земли хотя бы на пару метров и пару секунд: тогда это называлось подлётами и было непременным этапом испытаний, переходным между рулёжками и «настоящими» полётами.

Лётчик А. Н. Гусаров [2]

Лётчик артачился, Москва звонила и давила — назревал скандал. В итоге госкомиссия доверила испытания Гусарову, несопоставимому с Кудриным по опыту и мастерству, зато верившему в машину. Очередную серию скоростных рулёжек прервало происшествие, будто бы подтверждавшее неприязнь столичного летуна. Гусаров как-то неаккуратно «дал ногу», и самолётик попросту перевернулся «на спину», лёг на грунт килем и кромкой крыла. Видимо, свою роль сыграл реактивный момент от винта — у «Стрелы», в отличие от «Сигмы», пропеллер один, и на малых оборотах он явно стремился завалить короткокрылый аппарат в сторону, противоположную своему вращению. Травм лётчика и повреждений матчасти не случилось, но страху авария нагнала. А если бы дело было на «бетонке»? А если бы нелепый треугольник плюхнулся прямо на фонарь? И без того сомнительное реноме «Стрелы» драматически пошатнулось, но испытания продолжили, встроив в остекление стальной обруч, который должен был защитить голову лётчика, задумай самолёт вновь кувыркнуться.

«Стрела» во время «подскока» Гусарова — самое известное изображение самолёта [2]

7 августа 1937 г. Гусаров совершил первый подлёт, добавивший его свидетелям изрядно седых волос. Чтобы оторваться от полосы напротив комиссии, лётчик затянул разбег и отпустил аэроплан в воздух на скорости около 150 км/ч. «Стрела» резко подскочила метров на пятнадцать, быстро кренясь влево, пока не встала крылом почти вертикально. Члены комиссии успели зажмуриться и похвататься за сердце, когда Гусаров выровнял самолёт и, пролетев более километра, плавно приткнул его на три точки почти в конце полосы. Подрулив к большим учёным, он искренне недоумевал, почему они смотрят на него, как на чуждого марксизму-ленинизму ожившего покойника. Гусарову было далеко до Кудрина, Чкалова и других легендарных испытателей, но дело своё он знал. За доли секунды до непоправимого он сугубо рефлекторно сделал именно то, что надо, даже не заметив заглянувшей ему в лицо смерти. Когда же ему рассказали, как всё выглядело со стороны, он тоже перехотел летать. Для дальнейших разбирательств «Стрелу» погрузили в ярославский грузовик-«пятитонку», благо, она помещалась в кузов без разборки, накрыли брезентом и отправили в Москву.

Макет «Стрелы» [3]

И всё-таки летает!

Знаменитая Ходынка тогда кишмя кишела легендарными лётчиками, ибо была центральным испытательным аэродромом, где держала экзамен вся новая авиатехника. «Матёрые кабаны» ходили вокруг странного самолётика, цокали языками, делали пробежки, соглашались, мол, машина просится в воздух, но никто из них не спешил удовлетворить эту просьбу. Михаил Громов честно признался: «духу не хватает». На пару подлётов уговорили Гусарова, после осмелели и другие, но в настоящий полёт всё-таки не рвались. Сорок лет спустя лётчик-испытатель А. П. Чернавский писал: «Мы просто не успели или, вернее, не смогли воспринять психологически самолёт «Стрела». Мы не были готовы, опять же психологически, работать на машине такого типа! Винить нас за это нельзя, нас надо было просто понять! Бипланы со стойками, расчалками и вдруг стремительный изящный треугольник!». Впрочем, тогда изящным его никто не считал.

Модель «Стрелы» в Научно-мемориальном музее Н. Е. Жуковского

В конце концов энтузиаст нашёлся — начинающий пилот Николай Степанович Рыбко. И дело, видимо, не в молодой безбашенности, а в том, что с Москалёвым он говорил на одном языке. Они ведь оба были «белыми воронами»: Москалёв с двумя «вышками» среди инженеров, а выпускник авиатехникума Рыбко — среди летунов. История «Стрелы» достаточно известна, но при этом полна очень странных нестыковок.Одна из них — дата первого полёта. Рыбко, Москалёв и его заместитель Л. Б. Полукаров в своих воспоминаниях называют разные даты в августе-сентябре 1937 г. Однако современные исследователи [4][5], анализируя архивные документы, пришли к выводу, что «треугольник» поднялся в небо 7 февраля 1938 г. Как трое непосредственных участников событий «промахнулись» на полгода… да и промахнулись ли? Так или иначе, задача у Рыбко была вполне банальная: взлететь в северо-западном направлении, сделать «коробочку» (замкнутый полёт по прямоугольнику со скруглёнными углами) на небольшой высоте, сесть. Началось всё хорошо: в погожий денёк самолётик разогнался и бодро подскочил метров на двадцать. А дальше Москалёв уже привычно похолодел: «Стрела» не набирала высоту и не делала попыток развернуться. Почти задевая колёсами высокие деревья и дома, она исчезла за горизонтом. Едва ли в жизни конструктора были более тягостные минуты. На Ходынке началось нечто близкое к панике — задавил её телефонный звонок. Звонил Рыбко с аэродрома Центрального аэроклуба в тогда ещё подмосковном Тушине.

Н. С. Рыбко впоследствии стал прославленным лётчиком, героем Советского Союза [2]

Что случилось, стало ясно лишь из рассказа пилота. На взлёте он энергично взял ручку на себя, и «Стрела» послушно полезла наверх. Рыбко уменьшил угол атаки, дабы постепенно выходить в горизонтальный полёт — тут-то самолётик и показал свой норов, вообще перестав набирать высоту. Было похоже, что ему не хватает мощности, посему пилот не рискнул закладывать вираж, а решил аккуратно, «не дыша», ползти в Тушино, благо, оно было практически перед носом. Вы можете примерно повторить его маршрут, проехав на метро от Беговой до Спартака. Ещё одна странность смущала лётчика: «Стрела» плавно, с небольшой амплитудой и частотой, но непрерывно покачивалась с крыла на крыло. Сначала Рыбко парировал эти колебания рулями, потом бросил — они особо не мешали, а лишний раз дёргать еле летящую машину как-то не хотелось. Томительные минуты закончились, Рыбко приткнулся на тушинскую «взлётку» и немедля загнал секретную технику в ангар, откуда её потом привычно увезли на грузовике под брезентом.

Примерная трасса первого полёта «Стрелы» на современной карте Openstreetmap. Теперь там так уже не полетаешь

По всему выходит, что характеристики «Стрелы» катастрофически не дотягивают до расчётных — по большому счёту, лететь она вообще не может. Среди цаговцев зародилось предположение, что рудиментарное крылышко «несёт» за счёт воздушной подушки в зоне близости земли, а с иссяканием экранного эффекта оно превращается в тыкву. Всё оказалось проще и обиднее. Наши знаменитые лётчики-испытатели, оставившие мемуары: Стефановский, Галлай, Шелест, — неизменно упирают на то, что отечественная методология испытаний совершенно не склонна к риску: всё, что будет проверено в небе, перед полётом по возможности просчитывается на земле. Либо уважаемые авторы сильно приукрасили действительность, либо отточенная методика дала сбой конкретно на «Стреле». Как мы уже знаем, подъёмная сила и аэродинамическое качество крыла малого удлинения максимальны на гораздо больших углах атаки, нежели у обычного крыла. Благодаря продувкам в аэродинамической трубе Москалёв тоже был в курсе особенностей своего самолёта. А Рыбко о них не сообщили, и он пытался вести «Стрелу» как привык, что и дало закономерный результат. Более того, на ней и не было прибора для определения угла атаки или тангажа. Приборные доски тогдашних аэропланов вообще были верхом аскетизма, и лётчики в качестве авиагоризонта использовали обычный земной горизонт и капот мотора — запоминали, какое их взаимное расположение характерно для горизонтального полёта, а большего им и не требовалось.

Аэродромная братия волками смотрела на Москалёва, но Рыбко всё ещё верил в «Стрелу», да и ГУАП не был готов закрыть проект. Из подручных материалов соорудили примитивный указатель угла, после чего полёт повторили. Непривычно задрав нос, САМ-9 набрал высоту более километра, делал виражи и горки, летал с брошенной ручкой. Наконец, к конструктору пришёл успех — впервые в истории успешно летал самолёт с треугольным крылом малого удлинения. Лишь одно омрачало триумф: по мигающему блику даже с земли были видны поперечные колебания машины под углом 5…7°.

Где проходил второй полёт — опять же, непонятно. Москалёв [1] пишет о Ходынке, Дьяконов [5] утверждает, что оттуда «Стрела» совершила только рейс до Тушина, дальнейшие же испытания перенесли на Плещеево озеро. Огромный и идеально ровный «аэродром» предложил Рыбко, чьи родственники жили в Переславле-Залесском. Там он совершил, по своим воспоминаниям, пять полётов, по мнению историков авиации — три. Соответственно, первый из них был для поставленной на лыжное шасси «Стрелы» не то третьим, не то вторым. Версия, что после первого, неудачного, полёта её сразу отвезли в Переславль, представляется мне логичной — куда безопаснее испытывать непонятно как держащийся в воздухе самолётик не среди городской застройки, а на заснеженной пустоши. В апреле 1938 г. «Стрелу» вернули в Москву, где она вновь бороздила небо Ходынки. Всего на ней было выполнено, по разным оценкам, от пяти до восьми полётов. После завершения этого этапа её ещё и испытали на наземном стенде: подвесили к П-образной опоре и обдували потоком от винта бомбардировщика. Сидевший в кабине Рыбко пытался «поймать» колебания, но, по всей видимости, у него не получилось. В техническом отчёте по работе ЦАГИ за первое полугодие 1938 г. мытарства «Стрелы» подытожены следующим образом: летать она может, однако для продолжения исследований надо всё-таки устранить эти странные поперечные колебания. 

Голландский шаг в никуда

Москалёв в своих воспоминаниях называет поведение САМ-9 «голландским шагом» (dutchroll). Это явление динамической неустойчивости было описано почти на заре авиации — за 20…25 лет до «Стрелы» — и неплохо изучено. Движения самолёта по крену и рысканью связаны — одно вызывает другое — поэтому поперечную и путевую устойчивость нередко объединяют термином «боковая устойчивость» в противовес устойчивости продольной. «Голландский шаг» возникает, когда степень поперечной устойчивости самолёта сильно выше степени его путевой устойчивости. Если такой самолёт случайно качнётся по крену (например, из-за порыва ветра), вернуть его в исходное положение устремятся сразу два момента: крена (вокруг продольной оси) и рысканья (вокруг вертикальной оси). Но второй будет запаздывать и продолжит действовать даже когда status quo восстановится, переваливая крыло на другую консоль. Казалось бы, картина именно нарисованная Москалёвым и Рыбко, за исключением того, что «голландский шаг» не так безобиден, как они говорили. И боролись с ним именно как с «голландским шагом»: увеличением площади киля. Но есть два нюанса. Во-первых, при «голландском шаге» самолёт не только качается с крыла на крыло, но и водит носом вправо-влево, как собака — это именно совместное движение по крену и рысканью. Однако Рыбко ни о каких курсовых колебаниях не вспоминает. Во-вторых, сам Москалёв описывает причины покачивания, как попеременное взаимодействие киля со сходящими с правой и левой консолей крыла вихрей — то есть либо он облыжно назвал «голландским шагом» явление с нехарактерными для него причинами, либо неверно описал эти самые причины.

Самолёт отправили в Воронеж, где ему увеличили площадь киля и поставили дополнительные шайбы на концах крыла. По воспоминаниям Москалёва, на модифицированной «Стреле» успешно летал Гусаров, но когда в Воронеж командировали Рыбко, тот так и не смог подняться на ней в небо: от постоянных дождей грунтовое лётное поле напрочь «раскисло». И никто уже не пытался решить эту проблему — интерес заказчика к самолёту стремительно угасал. А тут и ЦАГИ подоспел со своим заключением: схема «Сигмы» при двух тысячесильных моторах выиграет у обычного истребителя аналогичной мощности всего несколько километров в час, при этом «треугольный самолёт» будет неповоротливым болидом, совершенно неприспособленным к воздушному бою. Учитывались ли в этих расчётах эффекты сжимаемости воздуха на околозвуковых скоростях, с коими треугольное крыло справится не в пример лучше обычного? Подозреваю, что нет. Ну и мне непонятно, почему Москалёв, как и другие создатели экзотической авиатехники того времени, например, Чарльз Циммерман, нацелился именно на истребитель, а не попытался применить своё изобретение на скоростном бомбардировщике типа «Москито».

Так или иначе, осенью 1938 г. работы по «Стреле» были официально прекращены, все суперсекреты предстояло уничтожить. Самолёт сожгли, в костёр отправилось множество фотографий и документов — следы подчистили весьма тщательно. Долгое время считалось, что фотографий «Стрелы» не сохранилось — историки авиации оперировали лишь рисунками и фотографиями продувочной модели. В 2015 г. Д. А. Соболев опубликовал [4] найденные им кадры САМ-9 на «виселице» — стенде, на коем тщетно пытались отловить «голландский шаг».

«Стрела» на «виселице» [4]

До самой войны Москалёв строил оригинальные лёгкие аэропланы, нередко с рекордными характеристиками. В октябре 1941 г. его конструкторскую группу эвакуировали в рабочий посёлок Заводоуковск Тюменской области, где она разместилась в машинно-тракторной станции, на заброшенной старинной мельнице и в амбарах дореволюционного «Товарищества братьев Колмаковых». В глухом таёжном посёлке с замерзающим водопроводом, перебиваясь с хлеба и картошки на кислые помидоры и капусту, налаживая выпуск десантных планёров, Москалёв продолжал прорабатывать «Сигму» — уже совсем другую.В 1945 г. ОКБ-31 реэвакуировали, но не в Воронеж, а в Ленинград. Завод на Корпусном аэродроме, где его разместили, был изрядно разрушен, однако оттуда достучаться до начальства куда легче, чем из глубинного Заводоуковска.

РМ-1 — рисунок А. С. Москалёва [6]

Москалёв, как и 11 лет назад, направляет в Министерство авиапромышленности (МАП) проект истребителя РМ-1 (САМ-29) с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) РД-2М тягой 1500 кгс конструкции Л. С. Душкина. Расчётная скорость машины 2200 км/ч — втрое быстрее, чем у новейших реактивных истребителей, коих в Советском Союзе даже нет. Но теперь ни в МАПе, ни в ЦАГИ конструктора не называют фантазёром, ведь в Германии находят десятки удивительных проектов, в том числе и похожих на москалёвские. Однако с позиций сегодняшнего дня можно уверенно сказать: как боевой самолёт САМ-29, подобно любому истребителю с ЖРД, был бесперспективен из-за эксплуатационных трудностей и крайне малой продолжительности полёта. Зато он мог дать уникальные экспериментальные данные по высокоскоростной аэродинамике и даже впервые в мире (раньше американского Х-1) преодолеть звуковой барьер. Но ленинградскому воронежцу вновь не везёт: МАП накрывает война репрессий, нарком военного времени А. И. Шахурин отправляется в тюрьму, в этой мутной водице САМ-29 так и не построили.

«Сигма» и РМ-1 — сравнение форм в плане [2]

Печальные истории родины слонов

У Москалёва были единомышленники. В 1936 г. проект «бесхвостого треугольника» предложил инженер ОКБ Константина Калинина П. Я. Козлов. И это был не сверхскоростной истребитель, а «летающий автомобиль», то есть аналог «каблуков» Клойда Снайдера и Рауля Хоффмана. Его облик обусловлен не какими-то аэродинамическими особенностями, а компактностью — самолётик должен был ездить по обычным автодорогам, не снимая и не складывая крыло. В трудах по истории авиации вскользь утверждается, что ракетные перехватчики, подобные РМ-1, проектировали Р. Л. Бартини, С. П. Королёв и Б. И. Черановский. Последний продолжил и после войны, в Московском авиационном институте даже построили планёр-прототип — при его испытаниях погиб лётчик, на том всё и кончилось. Знаменитым конструктором истребителей мог стать и Олег Константинович Антонов — одновременно с легендарным «кукурузником» Ан-2 он проектировал смертоносный треугольный самолёт по теме «Маша».

Проект «летающего автомобиля» П. Я. Козлова [4]

Москалёв в своих воспоминаниях утверждает, что на его РМ-1 очень похож проект истребителя Бартини, однако, видимо, это всё-таки не так. Тем не менеев определённый момент пути двух одарённых инженеров действительно оказались параллельными. Это тем более удивительно, что пока Москалёв «бомбил» МАП своим РМ-1, Бартини продолжал трудиться в «шараге»: 4-м спецотделе НКВД. Он был одним из немногих репрессированных авиаконструкторов, коим не повезло отсидеть «от звонка до звонка» (хотя по сравнению с иными, закопанными под Коммунаркой, ему как раз повезло). Он освободился в 1948 г., а в середине 50-х предложил целую серию проектов ударных «трёхмаховых» гидросамолётов-ракетоносцев, самым известным из коих стал А-57 — «бесхвостка» с выведенной «на кончике пера» треугольной формой крыла с несколькими изломами по передней кромке и сильной отрицательной круткой. Тем временем в Ленинграде в лаборатории при Академии имени А. Ф. Можайского под руководством А. С. Москалёва прорабатывался столь же эпический ГСБ — тоже гидросамолёт взлётным весом до 250 тонн со скоростью до 4500 км/ч и дальностью до 15000 км. Рассматривались разные компоновки: и «нормальные», и бесхвостые, и с треугольным крылом, и со стреловидным, имеющим наплыв. ЦАГИ оценил характеристики всех этих проектов, как недостижимые, а чтобы отстоять свою позицию, по словам Игоря Чутко [6], не гнушался «подкручиванием» цифр. Разработку и А-57, и ГСБ закрыли, и тут проявилась разница характеров Москалёва и Бартини. Для Роберта Людвиговича высшим кайфом был сам процесс технического творчества — придумав некую идею, он выкидывал её в мир, а дальше уже не особо беспокоился о её судьбе: «наше дело предложить, ваше дело отказаться». Он отряхнулся и пошёл дальше — к гигантским вертикально взлетающим экранолётам-амфибиям. А Москалёв был честолюбив, ему требовалось воплощать идеи в жизнь. После неудачи с ГСБ он окончательно забросил конструкторскую работу — преподавал себе в Академии и писал «в стол» полные горечи и обиды мемуары под названием «Голубая спираль». Опубликовали их только в 1995 г., через 13 лет после смерти автора.

Э-153 — планёр-прототип истребителя «М» О. К. Антонова

Похоже, позиция ЦАГИ изрядно затормозила работы по «бесхвосткам» и дельтавидным крыльям в Советском Союзе. Учёные института считали более перспективными формами для достижения больших скоростей стреловидную и так называемую ромбовидную, чьей проработкой руководил П. П. Красильщиков. Последняя вообще-то гораздо ближе к москалёвской «готике», нежели к ромбу, но отличалась прямолинейными очертаниями, явной обратной стреловидностью задней кромки и меньшим сужением. В 1951 г. создан самолёт Як-1000, выполненный по «нормальной» (со стабилизатором) аэродинамической схеме с очень маленьким «ромбовидным» крылом и шасси велосипедного типа. Уже при скоростных рулёжках возникли проблемы с шасси, а шедшие параллельно исследования аэродинамики и динамики полёта показали, что из-за неблагоприятного сочетания моментов инерции пилотировать самолёт будет очень тяжело и опасно. В результате Як-1000 стал одним из немногих в послевоенной авиации примеров, когда самолёт был построен, но так и не взлетел.Крыло малого удлинения в нашей стране оказалось дискредитировано — к счастью, ненадолго. Видимо, под впечатлением от иностранных разработок наша авиационная общественность убедилась, что оно перспективно. В 1955 г. полетел МиГ-21, за ним последовал Ла-200, Су-9, Су-15, Т-4. Все кроме Т-4 («утка» с «плавающим» оперением) имели «нормальную» схему. «Бесхвостки» же, по коим в Союзе была масса наработок, пошли в дело лишь в виде Ту-144 и «Бурана», у коих зарубежное влияние совершенно очевидно.

Як-1000 во всей «красе»[

На западе «дельта-крыло» сделал модным немецкий инженер Александр Липпиш. В 1931 г. он построил «летающее крыло» с характерным названием «Дельта I», однако несущая поверхность у этого прототипа межконтинентального пассажирского самолёта была не как у Москалёва, а трапециевидной с удлинением λ=6,7. Во время войны многие немецкие авиаконструкторы пришли к конфигурации по типу «Стрелы», собираясь штурмовать на ней звуковой барьер. Самым известным проектом стал Р.13 Липпиша с толстым треугольным крылом, внутри коего располагался плоский прямоточный воздушно-реактивный двигатель, работавший на угольной пыли, и не менее толстым килем со втиснутой в него кабиной лётчика. До конца войны успели построить планёр-прототип DM-1 — американцы его вывезли и тщательно исследовали. Липпишу внимали, брали от него хорошее, исправляли грубые ошибки.Результатом стали F-102A, F-106A, B-58, А-12 и SR-71 (самый быстрый самолёт!) в США, «Мираж III»,«Мираж IV»,«Мираж V»и«Мираж 2000» во Франции, J35 Drakenв Швеции, Vulcanв Великобритании, в конце концов, «Конкорд» и «Спейс Шаттл» — это только серийные «бесхвостки» с треугольным крылом малого удлинения; если взять оное крыло применительно к опытным самолётам, к «нормальной» схеме, к «утке», к беспилотникам — список вырастет в несколько раз. Отцом-теоретиком всего этого добра считается Липпиш.

Р.13 Александра Липпиша должен был иметь толстый профиль крыла с закруглённой передней кромкой; видимо, автор уповал на то, что при сверхзвуковой скорости крыло полностью окажется за головной ударной волной и будет обтекаться дозвуковым потоком. Идея себя не оправдала, и американцы, позаимствовав форму в плане, делали профиль тонким и почти острым [3]

В таком виде американцы нашли DM-1 — планёр-аналог Р.13.

Одна из публикаций «Голубой спирали» сделана под другим названием с пространным предисловием [2], чей лейтмотив даже не «Россия — родина слонов», а «Воронеж — родина слонов». Действительно, Липпиш при всём своём несомненном разностороннем таланте к идее «дельта-крыла» пришёл через десятилетие после Москалёва; и через десять же лет после «Стрелы» взлетел построенный по заветам немца XF-92A.

С экспериментального XF-92A началась бурная история реактивных «бесхвосток» с треугольным крылом

Но кому это интересно, если все последующие разработчики шли именно по следам Липпиша, ибо про Москалёва просто не знали, в чём, конечно, не его вина. Пламенные борцы за приоритеты вечно упускают, что если родина слонов вынуждена импортировать слонов, то её собственные слоны разбежались либо сдохли. Есть ли в этом повод для гордости?

«Дельты на марше»: четвёрка американских президентов взирает с горы Рашмор на четвёрку F-106A, 1981г.

Литература

1. Москалев А. С.Голубая спираль. — Воронеж: ВИГО «Генезис». 1995

2. Гагин В. В. Авиаконструктор А. С. Москалёв. К 95-летию со дня рождения. Воронеж: Воронежское книжное издательство. 1999.

3. Соболев Д. А. Столетняя история «летающего крыла». М.: Русавиа. 1998

4. Соболев Д. А. Экспериментальные самолёты России. 1912-1941. М.: Русавиа. 2015

5. Дъяконов Г. «Стрела» Москалёва. Доклад на заседании Клуба любителей истории авиации. 30.9.2023

6. Чутко И. Э. Стрела // Мост через время. М.: Политиздат. 1989

7. Аэродинамика летательных аппаратов [под ред. Г. А. Колесникова]. М., Машиностроение, 1993

8. Райгородецкий А. П. Проект истребителя «DartGluhareff» («Стрела Глухарёва») (США. 1939 год) // ЖЖ «Оружейная экзотика»

---

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.