"Летающее крыло" опередившее свое время

В последние месяцы Второй мировой войны нацистская Германия проводила испытания экспериментального реактивного истребителя, больше напоминавшего космический корабль, чем самолет. Только сейчас мы начинаем понимать, насколько передовой для своего времени являлась та разработка.

В декабре прошлого года американский авиапроизводитель Northrop Grumman представил публике революционную концепцию истребителя, который, возможно, в будущем поступит на вооружение.

Самолет внешне похож скорее на летающую тарелку, чем на традиционный истребитель - авиационным специалистам такая аэродинамическая схема известна как "летающее крыло".

У летательного аппарата отсутствует вертикальный стабилизатор, или киль. За счет этого уменьшаются размеры планера и снижается его радиолокационная заметность.

Представленная концепция истребителя выглядит весьма футуристично, но корни ее следует искать гораздо глубже в истории, чем можно было бы подумать.

Впервые принцип "летающего крыла" был воплощен в поистине революционном реактивном боевом самолете, разработанном, построенном и испытанном в нацистской Германии под занавес Второй мировой войны.

Тот самолет - Horten Ho 229 - мог навсегда остаться заметкой на полях авиационной истории, но конструкция летательного аппарата настолько опережала свое время, что примененные в ней аэродинамические решения до сих пор до конца не осмыслены.

Один из ведущих специалистов американского космического агентства НАСА уже давно пытается разгадать секрет того, как конструкторам прошлого удалось создать "бесхвостку", способную летать.

Схема "летающее крыло" до сих пор не получила большого распространения в авиационном мире, поскольку заставить ее работать на практике чрезвычайно трудно.

В отсутствие вертикального стабилизатора, обеспечивающего устойчивость самолета в воздухе и предотвращающего его "рысканье" из стороны в сторону, планер очень плохо управляется.

Так зачем же пытаться построить летательный аппарат, пилотирование которым заведомо будет затруднено?

А вот зачем. Если все-таки добиться от "летающего крыла" управляемого полета, оно будет иметь ряд преимуществ по сравнению с самолетами традиционной схемы.

Во-первых, его труднее засечь радарам противника - отчасти из-за того, что отсутствие киля сокращает так называемую эффективную отражающую площадь планера.

Во-вторых, более аэродинамически "прилизанная" конструкция обладает меньшим лобовым сопротивлением, что приводит к экономии топлива, а также – теоретически - к более высокой скорости полета по сравнению с самолетами традиционной схемы при использовании однотипных двигателей.

Итак, в теории все это звучит заманчиво, но заставить "летающее крыло" работать в реальности весьма непросто.

Авиаконструкторы бьются над этой проблемой еще со времен братьев Райт. Именно поэтому достижения немецких братьев Хортен в области аэродинамики настолько впечатляют.

Вальтер и Реймар Хортены начинали разрабатывать авиационную технику еще в начале 1930-х гг., - в период, когда Германии было официально запрещено иметь военно-воздушные силы по условиям Версальского мирного договора, которым завершилась Первая мировая война.

Хортены записались в авиаспортивные клубы, создаваемые в то время с целью обхода данного запрета и заложившие основу будущих ВВС нацистской Германии - Люфтваффе.

Многие авиалюбители, впоследствии ставшие летчиками Люфтваффе, учились основам пилотирования на разнообразных планёрах - безмоторных летательных аппаратах.

Братья Хортены совмещали учебные полеты с разработкой собственных авиаконструкций, приспособив семейную гостиную под мастерскую.
Революционный истребитель

Хортены переняли ряд революционных идей у авиаконструктора Александра Мартина Липпиша, обладавшего незаурядным видением и заложившего основу конструирования самолетов с дельтавидным крылом - схемы, получившей распространение в эпоху реактивной авиации.

Успешная работа братьев над схемой "летающее крыло" привела к созданию безмоторного летательного аппарата Horten Ho IV.

Планерист в нем лежал ничком, за счет чего остекление кабины не слишком выступало над фюзеляжем - в результате планёр обладал уменьшенным лобовым сопротивлением.

К моменту начала испытаний Ho IV Вальтер Хортен уже успел повоевать в воздухе в ходе Битвы за Британию.

Расс Ли, один из кураторов вашингтонского Национального музея авиации и космонавтики, говорит, что этот эпизод стал поворотным в жизни Вальтера: "Как известно, немцы потерпели поражение в Битве за Британию. Тогда Вальтер осознал, что Германии необходим истребитель нового типа и что таковым может стать "летающее крыло".

Как раз в тот период главнокомандующий Люфтваффе Герман Геринг объявил о конкурсе конструкторских предложений в рамках авиационного проекта "3 x 1000" по созданию перспективного боевого самолета, способного перевозить бомбовую нагрузку в 1000 кг на расстояние в 1000 км и развивать скорость в 1000 км/ч.

Это подтолкнуло Хортенов к разработке Ho 229. Первый из трех построенных опытных образцов был безмоторным планёром, предназначенным для аэродинамических испытаний.

Второй прототип, снабженный парой реактивных двигателей, совершил успешный полет 2 февраля 1945 г., но разбился несколькими неделями спустя вследствие отказа силовой установки - при этом летчик-испытатель погиб.

Однако, по словам Ли, летные испытания продемонстрировали способность самолета взлетать, совершать крейсерский полет и садиться, то есть в целом его конструкция была удачной.

Ли очень хорошо изучил историю создания Ho 229: ему поручено восстановить до музейного состояния третий по счету и единственный уцелевший опытный образец, Ho 229 V3, который так и не был достроен.

Как и многие другие передовые образцы немецкой авиационной мысли, после войны этот летательный аппарат привезли в США. По дороге в Америку он провел некоторое время на территории испытательного центра в британском Фарнборо, неподалеку от Лондона.

"Слово "революционный" недостаточно точно отражает суть Ho 229, - говорит Ли. - Работа Хортенов [в области создания "летающего крыла"] была самой передовой в мире".

Малозаметный стратегический бомбардировщик Northrop B-2, входящий в состав современных сил ядерного сдерживания США, на первый взгляд имеет явное сходство с самолетом Хортенов.

Сходство это настолько явное, что кое-кто называет Ho 229 "первым в мире самолетом-невидимкой", хотя как раз бомбардировщиком он не являлся, а был предназначен для борьбы с бомбардировщиками антигитлеровской коалиции, совершавшими массированные налеты на немецкие военные и промышленные цели под конец войны.

"Чтобы хотя бы просто добиться от подобной конструкции управляемого полета, необходимо сделать так, чтобы крыло несло на себе всю нагрузку, но при этом самолет вел бы себя так же, как если бы он был снабжен вертикальным стабилизатором", - объясняет Ли.

Помимо присущей бесхвостому "летающему крылу" тенденции к рысканью, такой самолет становится практически полностью неуправляемым при отказе двигателя.

"Одной из самых больших проблем самолета Хортенов была устойчивость в полете. Чрезвычайно трудно обеспечить устойчивый полет бесхвостого летательного аппарата в режиме сваливания [т. е. на минимальной приборной скорости], что является обязательным качеством любого самолета", - отмечает Ли.

Хортены обеспечили самолету устойчивость, снабдив его длинным и узким крылом (так называемым крылом большого удлинения).

Благодаря этому, масса самолета распределялась по большой площади несущей поверхности, а индуктивное сопротивление крыла, вызванное сходящим с его передней кромки вихрем, уменьшалось, за счет чего самолет развивал более высокую скорость.
Инновационное крыло

Реймар Хортен, возможно, не догадывался о том, что одним махом решил обе эти сложнейшие аэродинамические задачи, полагает Эл Бауэрс, руководитель исследовательских работ в калифорнийском летно-исследовательском центре НАСА имени Нила Армстронга.

Бауэрс много лет изучает конструкторские решения, реализованные в летательных аппаратах Хортенов.

По его словам, гениальность Реймара Хортена заключалась в том, чтобы использовать колоколообразную форму крыла для уменьшения рысканья, характерного для бесхвостых самолетов, а также для уменьшения индуктивного сопротивления.

Крыло Ho 229 кардинальным образом отличалось от крыльев эллиптической формы, широко использовавшихся в тот период - считалось, что они создают наибольшую подъемную силу и максимально уменьшают индуктивное сопротивление (на фото внизу - характерное эллиптическое крыло британского истребителя Supermarine Spitfire времен Второй мировой войны).

В основе крыла Хортенов лежали принципы, сформулированные еще одним пионером немецкого авиастроения - Людвигом Прандтлем, который первым указал на то, что форма оконечности крыла может оказывать серьезное влияние на аэродинамические характеристики самолета.

Прандтль предложил колоколообразную форму крыла еще в начале 1930-х гг., но предложение это было продиктовано его стремлением уменьшить индуктивное сопротивление - ученый не осознавал, что такая форма способна решить и проблему рысканья у бесхвосток.

В каком-то смысле колоколообразное крыло работает подобно крылу птицы в полете, а ведь птицам не требуется вертикальный стабилизатор, чтобы летать.

"Самолет Ho 229 на десятилетия опережал свое время, - говорит Бауэрс. - Я уверен, что за ним когда-нибудь признают славу предтечи авиации будущего".

Определенный интерес к схеме "летающее крыло" возродился в 1950-х гг. - в основном благодаря работе американского авиаконструктора Джека Нортропа (основателя компании Northrop), которого вдохновило знакомство в 1930-х с некоторыми образцами созданных Хортенами планёров.

Не исключено, что его интерес подхлестнул и осмотр прототипа Ho 229, захваченного американскими войсками в Германии.

Разработанный Нортропом в конце 1940-х гг. бомбардировщик YB-35, выполненный по схеме "летающее крыло", оказался неудачным - четыре толкающих поршневых двигателя с пропеллерами создавали слишком сильную вибрацию.

Таким образом, подтвердилась правильность выбора Хортенами реактивных двигателей для Ho 229.

Более поздний проект Нортропа - реактивный самолет YB-49 - так никогда и не был принят на вооружение, но он послужил основой для дальнейшей разработки малозаметного бомбардировщика B-2 Spirit, который, несомненно, внешне чем-то напоминает Ho 229.

Бауэрс позаимствовал конструкционные решения, примененные в Ho 229 и более ранних экспериментальных летательных аппаратах Прандтля, для работы над беспилотником НАСА, создаваемым по схеме "летающее крыло" в рамках программы Prandtl-D (Preliminary Research Aerodynamic Design to Lower Drag).

Не исключено, что следующий вариант аппарата, Prandtl-M, когда-нибудь будет использован для исследования Марса.

После запуска с высотного планёра Prandtl-M в течение 10 минут будет продолжать полет за счет собственного двигателя, прежде чем спланировать на поверхность Красной планеты.

Как ожидается, этот аппарат будет гораздо меньше Ho 229 по размерам: размах крыла составит всего 60 см, а масса - чуть более 1,3 кг.

"Решение Прандтля (и Хортена) - это именно то, что мы искали все это время, - говорит Бауэрс. - Оно объясняет очень многое относительно механики птичьего полета, минимизации сопротивления и сверхэффективности самолетов будущего".

"Я убежден в том, что мы сможем добиться повышения [топливной] эффективности летательных аппаратов по меньшей мере на 70%. Работа, которой занимаюсь я, - это лишь верхушка айсберга".

"Реймар Хортен шел по верному пути. Он не был способен по-настоящему оценить весь потенциал своих идей, но я подозреваю, что если бы он смог увидеть, насколько далеко вперед мы продвинулись на сегодняшний день, он бы обрадовался - если не степени нашего прогресса, то, по крайней мере, тому факту, что мы наконец-то заинтересовались его идеями".

Что же касается реставрации единственного уцелевшего Ho 229, по словам Ли, работа продвигается очень медленно и вряд ли завершится до начала 2020-х гг.

После чего революционный, но на долгие годы незаслуженно забытый летательный аппарат будет выставлен в качестве экспоната, и гений братьев Хортенов смогут по достоинству оценить все желающие.