История балансирных летательных аппаратов
Стремление человека подняться в небо имеет долгую историю, и воздушный змей сыграл в ней ключевую роль задолго до появления современных самолетов. Этот простой летательный аппарат стал отправной точкой для множества экспериментов. Особенно активно пионеры авиации исследовали возможности полетов на больших змеях на рубеже XIX и XX веков.
Наш соотечественник Александр Федорович Можайский проводил опыты с большим змеем, которого буксировала тройка лошадей. Знаменитые полеты немецкого исследователя Отто Лилиенталя, посвященные изучению аэродинамики крыла, получили высокую оценку Николая Жуковского, основоположника аэродинамики. Русские пилоты Борис Российский, Петр Нестеров и даже будущий авиаконструктор Андрей Туполев также начинали с полетов на простейших аппаратах, разгоняясь для взлета с гор на санях или используя другие методы.
Все эти ранние конструкции объединял общий принцип управления, который сегодня кажется необычным. Они не имели привычных элеронов, рулей высоты и поворота. Пилот управлял полетом, перемещая свое тело и тем самым изменяя центр тяжести всего аппарата. Такие планеры получили название балансирных.
С развитием авиации и увеличением веса летательных аппаратов управление балансировкой стало неэффективным, и эта концепция была надолго забыта.
Возрождение идеи в XX веке
Интерес к балансирным планерам неожиданно возродился в середине XX века, но уже на качественно новом уровне. Идея гибкого крыла оказалась востребованной в космической программе. Американский корабль «Джеминай» использовал для планирования и посадки параглайдер — конструкцию на основе гибкого крыла. Позже эта же технология легла в основу нового вида спорта.
В СССР в 1970-е годы по всей стране снова начался всплеск экспериментов с большими змеями и параглайдерами. Энтузиасты в Саратове, Москве, Куйбышеве (ныне Самара), Минске, Киеве и других городах строили и испытывали различные конструкции, от классических плоских змеев до современных гибких крыльев. Советские воднолыжники проявляли готовность освоить буксировку на таких аппаратах.
Конструкция параглайдера (гибкого крыла)
Опыты саратовской группы, начавшиеся с пятиугольного змея, в итоге привели к созданию и облету параглайдера. Ниже подробно описывается именно эта, наиболее совершенная конструкция, многие узлы которой универсальны и подходят для других типов змеев.
Рис. 1. Общий вид змея: 1, 2—труба ø 30х1, L=4050 мм, материал Д16Т; 3 — труба ø 30х1, L=3200 мм, материал Д16Т; 4 — труба ø 25х1, L=4200 мм, материал СТ20 (деталь выгибается из одного куска); 5 — трос двойного плетения ø 1,5 — 2 мм; 6 — ткань типа ACT—100, общая площадь 13,5 м2.
Рис. 2. Геометрия конструкции.
Каркас и узлы крепления
Основу каркаса составляют дюралевые трубы марки Д16Т диаметром 30 мм с толщиной стенки 1 мм. Конструкция включает две боковые и одну центральную трубу, соединенные поперечной трубой через специальные узлы (А, Б, В). Для удобства транспортировки каркас можно сделать разборным, соединяя части болтами. Например, боковые трубы состоят из верхней (2500 мм) и нижней (1550 мм) частей, скрепляемых стальной втулкой (узел В).
Рис. 3. (Узел А.)
Рис. 4. (Узел Б.)
Рис. 5. (Узел В1 и В2.)
Центральная труба также собирается из двух частей в узле Б. Узел А жестко фиксирует вершину конструкции. Поперечные трубки крепятся к боковым трубам болтами, а для жесткости усиливаются стальными втулками и распорками.
Трапеция и система расчалок
Трапеция (стойки и перекладина) крепится к поперечной трубе через узел Ж и расчаливается относительно каркаса авиационными тросиками диаметром 1,5–2 мм. Эти тросики идут от узлов на трапеции к узлу А и концам боковых труб, обеспечивая жесткость всей конструкции. Для точной регулировки натяжения используются талрепы.
Рис. 6. (Узел Ж.)
Важно правильно отрегулировать натяжение: основные тросики, идущие к центральной трубе, не должны прогибать ее более чем на 100 мм, а боковые расчалки должны быть лишь слегка натянуты, без провисания. В полете аэродинамические силы дополнительно натягивают систему, окончательно фиксируя геометрию.
Обшивка и материалы
Для обшивки используется авиационное полотно АСТ-100, перкаль или парашютная ткань. Крыло вшивается в три кармана (два боковых и один центральный). При раскрое крайне важно соблюдать направление нитей: продольные нити материала должны идти по образующим конической поверхности, которую формирует крыло в полете, чтобы избежать неконтролируемого вздутия.
Рис. 7. Схема раскроя оболочки.
Гигроскопичные ткани рекомендуется покрыть несколькими слоями нитролака и нитроэмали. Перед покраской полотно нужно натянуть на собранный каркас.
Буксировка и безопасность
Для буксировки используется капроновый или хлопчатобумажный канат длиной 25–45 метров в зависимости от планируемой высоты полета. На канат крепятся яркие пенопластовые шары для визуального контроля. Оба конца каната оснащаются стальными кольцами.
Для обеспечения плавучести в случае посадки на воду все трубы каркаса заглушаются пенопластовыми пробками, а на центральную трубу и перекладину дополнительно крепятся пенопластовые элементы (киль, шайбы). Все соединения выполняются болтами М6 с обязательной шплинтовкой гаек.
Вопросы выбора катера-буксировщика, конструкции аварийного замка для сброса каната и техники пилотирования будут рассмотрены в следующей публикации.
Л. ТИМОШУК,
Москва