Это не НЛО - 28

Проект 1794

И вот тогда Фрост решил создать «чистый дископлан», т. е. «тарелку» без фюзеляжа. Конструктор поставил перед собой крайне амбициозные цели: скорость от М3 до М4, потолок 30 километров, дальность полёта до 2000 км. Особый интерес у потенциальных заказчиков вызвала проектная скорость, ведь в 1958 г. она казалась фантастикой. Знаменитый SR-71 «Black Bird» только в 1976 г., через 18 лет, развил 3529,56 км/ч!

Как родилась столь дерзкая идея?

Во-первых, Фрост считал, что немцы ещё во время войны разработали летательный аппарат в форме «тарелки». Это убеждение возникло у него на основании газетных статей, появлявшихся в 1950-е годы. Так он сам сказал в своё время Пальмиро Кампанья (Palmiro Campagna), инженеру Министерства национальной обороны Канады, а тот повторил его слова в книге «Авро — Реквием по гиганту» (Avro — Requiem for a Giant).

Сейчас мы знаем, что почти все рассказы о «летающих тарелках нацистов» были слухами, основанными на выдумках, но в то время они казались Фросту разумными. Ведь во время войны немецкие инженеры намного опередили союзников в разработке баллистических и крылатых ракет. Их разработками воспользовались в СССР и США. Фрост думал, что Москва засекретила не только ракеты, но и «летающие диски».

Во-вторых, он провел серию экспериментов с моделями «тарелок», которые подтвердили открытие А. Коандэ. Действительно, часть объёма выхлопных газов от миниатюрной реактивной турбины, с силой выходивших вниз из нескольких сопел, расположенных по периметру «тарелки», «прилипала» снизу к её поверхности, тем самым увеличивая подъёмную силу аппарата.

Если другую часть газов выбрасывать по горизонтали, «тарелка» полетит вперёд. А уравновесив оба газовых потока, можно добиться того, что тарелка повиснет в воздухе без движения! Мягкое приземление «тарелки» не создаст проблем благодаря «эффекту земли» («воздушной подушки»).

Первый вариант проекта MX-1794 (он же «Silver bug», он же «Avrocar»

По мнению Фроста, управлять полётом «тарелки» можно либо изменяя вектор тяги отклонением заслонок на соплах, либо общим наклоном «тарелки» вперёд, как это делает вертолёт.

После того как Фрост рассказал о своих экспериментах Омонду Соландту (Omond Solandt; 1909–1993), президенту Канадского совета оборонных исследований, этот чиновник представил его генералам из Пентагона. Они поверили, что Фрост создаст для них высокоманевренный сверхскоростной сверхвысотный аппарат в виде «тарелки», который сможет взлетать не только с грунтовых аэродромов, но даже с подводных лодок. И генералы изъявили желание дать Фросту и его команде для начала миллион долларов (напомню, что миллион «баксов» в 1958 г. и в 2025-м — совсем разные деньги).

Да и как им было не поверить: ведь они знали про «Avro Arrow», «Ace Spade», «WS-606». Новый проект получил кодовое обозначение «1794». В процессе работы над ним появились ещё и такие обозначения как «Silver Bug» (Серебряный Жук), «Omega» и «Avrocar», обозначавшие различные варианты*.

* Некоторые «зело борзые» авторы заявляют, без доказательств, о 35 вариантах аппарата. В действительности их было 9, а принципиальные различия между ними отсутствовали.

В Пентагоне возлагали большие надежды на программу «1794». Бернард Линденбаум (Bernard Lindenbaum), бывший офицер ВВС и почётный член Американского вертолётного общества, в своей статье упомянул, что в конце 1950-х гг. на совещании, посвященном разработке вертолёта UH-1 «Huey», он «услышал замечание армейского генерала о том, что «Хьюи» станет последним вертолётом, который купит армия». Что его заменит? Блюдце компании «Авро»!

Устройство «тарелки»

У Фроста были серьёзные основания для выбора идеально круглой формы аппарата. Рассел Э. Ли (RusselE. Lee), куратор Национального музея авиации и космонавтики в Вашингтоне в 2015–2019 гг., говорит:

Конфигурация летающей тарелки имеет свои преимущества. Она полностью симметрична, поэтому теоретически должна быть всенаправленной — если вы сможете понять, как мгновенно и эффективно перенаправить тягу. Ставя себя на место конструкторов начала 50-х годов, я думаю, что это был подходящий кандидат для дальнейшей разработки.

Роберт Браун (Rober Brown), профессор космической техники в Технологическом институте штата Джорджия, главный технолог NASA в 2010–2011 гг., заявил, что такая конфигурация даёт два основных преимущества высокоскоростным кораблям:

Если вы хотите двигаться на сверхзвуковых скоростях, вам придется иметь дело с нагревом. Чашеобразные формы рассеивают тепло. И эта же форма обеспечивает предсказуемую аэродинамику на всех этих [скоростных] режимах.

Гриф секретности с документов по программе «1794» сняли только в 2001 г. а журналисты впервые получили доступ к ним в сентябре 2012 г., через 60 лет после закрытия программы! Они увидели «Сводный отчёт о разработке проекта 1794 от 2 апреля — 30 мая 1956 года».

Отчёт объемом 117 страниц содержит объяснительную записку, схемы летательных аппаратов в форме «тарелок», графики, показывающие характеристики воздушного сопротивления и тяги на скорости более 3М, фотографии макетов на стендах и в сверхзвуковых аэродинамических трубах.

Устройство «Аврокара» с двумя кабинами

В нём говорится, что проектируемый аппарат будет оснащён «центральной турбиной (турборотором) с шестью турбореактивными двигателями». Воздух, всасываемый турборотором через воздухозаборник, расположенный сверху на центральной оси тарелки, проходит через корпус аппарата и вместе с «выхлопными газами двигателей выходит с большой силой из вентиляционных отверстий, расположенных по окружности тарелки». Управляемые пилотом лопатки турбины и жалюзи отверстий в корпусе аппарата направят выхлопные газы к земле, что обеспечит взлёт на нужную высоту и тягу для полёта по горизонтали.

В одном документе из отчёта сказано:

Такая конфигурация движителей вокруг круглого крыла создаст мощную взлётную подушку, так что подъёмная сила аппарата вероятно достигнет 30.000 фунтов (13 620 кг/сек).

[...] Аппарат будет спроектирован так, чтобы иметь удовлетворительную управляемость во всем диапазоне полёта от взлёта на подушке до движения на сверхзвуке на очень большой высоте.

Взлетев, пилот «тарелки» перенаправит выхлопы в одну сторону аппарата, чтобы она двигалась в другую. Фрост верил, что «тарелка» будет летать со скоростью от 3 до 4М (3360–4480 км/ч) на высоте более 100.000 футов (30,5 км) и пролетит не менее 1000 морских миль (1850 км)».

На схемах в отчёте «Проект 1794» изображены два варианта аппарата, с одним пилотом и с двумя. Соответственно, были спроектированы, построены в 1959 г. и испытаны два прототипа, получивших обозначения VZ. Фрост называл их «Avrocar».

Главное различие между ними заключалось в диаметре корпуса и в наличии одной либо двух кабин для пилотов.

Испытания

Первый прототип (№ 58-7055) изготовили к маю 1959 г. Его диаметр был 7,45 м, вес около 2350 кг. Имел одну кабину и три газотурбинных двигателей вместо шести проектных. Центральный вентилятор был предназначен для вертикального взлёта и такой же посадки.

В июне Фрост приступил к его испытаниям на стенде. Первые же запуски двигателей аппарата, удерживаемого тросами, повергли его в шок. Выхлопные газы попадали обратно в воздухозаборники двигателей и резко снижали их мощность. Кроме того, тяга турборотора распределялась под днищем неравномерно и на гораздо меньшей площади, чем показывали расчёты.

Оказалось, что машина способна «висеть» почти над самой над землёй только в зоне воздушной подушки.

Тарелка «Авро» с одним пилотом

Этот прототип под управлением пилота-испытателя Владислава Потоцкого (Wladyslaw Potocki) 29 сентября 1959 г. совершил первый взлёт на трёх страховочных фалах. На высоте одного метра от земли «Avrocar» свободно висел, мог маневрировать и перемещаться (на расстояние, ограниченное фалами) в любую сторону.

«Аврокар» легко оторвался от земли. Но через 12 секунд, когда он поднялся на 5 футов (1,52 м), Потоцкий заглушил двигатели из-за опасного раскачивания аппарата. До высоты 3,5–4 фута (1,07–1,22 м) поток тяги распределялся под его днищем равномерно, но стоило подняться чуть выше, как поток сужался и поддерживал на весу только центр диска.

Для исправления этого дефекта в днище диска вокруг турборотора просверлили 52 отверстия, которые должны были улучшить конфигурацию потока. А ещё из двигателей вытекало масло. Трижды запуск на стенде завершался пожаром, хорошо хоть то, что не произошло взрыва.

После завершения цикла статических испытаний на стенде в Милтоне весной 1960 г. «Аврокар» отправили в Калифорнию для продувки в сверхзвуковой аэродинамической трубе.

Пилот сидит в левой кабине двухместного аппарата

Второй прототип (№ 59-4975) был диаметром 5,49 м (диаметр турборотора 1,52 м), высотой 1,46 м и с двумя кабинами для пилотов.

Три двигателя «Continental» J69-T9 развивали тягу 480 кг/сек каждый (в сумме 1440 кг/сек). Масса пустого 2100 кг, взлётный вес 2563 кг (по другим данным, 2580 кг).

Это был уменьшенный вариант аппарата, поэтому он тоже получил три двигателя вместо шести. Для испытаний достаточно.

Первое испытание в свободном полёте состоялось в Милтоне 12 ноября 1959 г. Потоцкий потянул ручку управления на себя, и «тарелка» оторвалась от земли, разбрасывая снег и лёд по пустырю.

Испытание проходило на площадке между двумя ангарами, скрытой от посторонних глаз.

Переход от движения на воздушной подушке к свободному полёту происходил следующим образом: пилот разгонял аппарат над землёй до такой скорости, что его дискообразный корпус создавал подъёмную силу, достаточную для поддержания в воздухе, а затем и для подъёма. При этом кольцевая газовая струя свертывалась в плоскую пелену, а вытекающий из кольцевого сопла воздух создавал горизонтальную тягу.

Раскачивание при зависании уменьшилось, но обнаружились проблемы с управляемостью — любые манёвры сопровождались рысканием корпуса. Да и скорость была очень низкой — всего 56 км/ч (35 миль). Кроме того, силовая установка разогревалась в полёте до такой степени, что некоторые элементы конструкции вокруг неё требовали замены.

С 5 декабря 1959 г. испытания остановили. За это время Потоцкий совершил 5 полётов и провел в воздухе 18 часов 30 минут.

Начался новый этап доработок конструкции. В январе 1960 г. обновленный аппарат выкатили из ангара. Теперь он вёл себя намного стабильнее, но на скорости свыше 60 км/ч становился неуправляемым.

«Аврокар» с двумя кабинами. Фонари кабин подняты

Фрост и его команда занялись переделкой машины. Последней стал вариант VZ-9. Они проверили самые разные методы управления «тарелкой»: применяли фигурные сопла, «юбки», переходные трубы увеличенного диаметра от двигателей к выхлопным отверстиям и прочие ухищрения.

К решению проблем подключились американские инженеры.

На прототипе, ранее доставленном для продувок в аэродинамической трубе NASA (в Калифорнии), они проверили несколько вариантов оперения. Но последние лётные испытания в Милтоне «Aврокара» с Т-образным хвостом 9 июня 1961 г. тоже закончились неудачно. Потоцкий разогнал его лишь до 59,2 км/ч, а проблемы с потерей контроля движения по тангажу и крену при увеличении высоты стали ещё серьёзнее. Всего «Аврокар» успел налетать 75 часов.

«Аврокар» с хвостовым оперением в АД-трубе

После этого Фрост предложил американцам два новых варианта машины: один с большим вертикальным рулем, другой — с небольшими боковыми крыльями.

В обоих случаях диаметр турборотора был увеличен на 35 см, вместо трёх двигателей «Continental» предполагалось использовать два более мощных «General Electric J85» с общей тягой 12 кН.

Но военные потеряли терпение. В декабре 1961 г. они вышли из программы «1794», бросив «Avrocar» в середине пути.

По оценке, доведение проекта до постройки нового, улучшенного прототипа обошлось бы ещё в 3 млн долларов. А к тому моменты уже были потрачены 3,168 млн долларов (по нынешнему курсу это 26,6 млн).

30 апреля 1962 г. Фрост признал провал проекта.

Причины неудачи

Почему же «тарелка» раскачивалась при движении вперед?

А потому, что теоретически рассчитать аэродинамику круглой тарелки с плоским дном и полусферическим верхом было крайне сложно, если вообще возможно. Такой опыт отсутствовал, никто нигде никогда не испытывал что-либо подобное!

Требовались обширные испытания с корректировкой всех элементов системы. Но этого не сделали, потому что военные смотрели на летательный аппарат принципиально нового типа как на обычный самолёт.

Они не понимали, что между самолётами традиционной конструкции (с фюзеляжем, крыльями, килем, тянущими либо толкающими двигателями) и «тарелкой» разница больше, чем между привязным аэростатом и дирижаблем графа Ф. Цеппелина. Они хотели получить аппарат революционной конструкции в первоначально намеченный срок!

Проект «1794» совмещал практически не исследованные на тот момент «летающее крыло» нетрадиционной формы и эффект Коандэ.

«Аврокар» крупным планом. Видны заклёпки

Уже одно только это требовало создания автоматизированной системы контроля положения лопаток турбины и управляющих плоскостей на периферии диска. Но как? Это сегодня технические решения можно проверять в полётах недорогих БпЛА и моделированием на компьютерах. В 1959–1961 гг. о таком никто даже не слышал.

ВЫВОДЫ ПО ПРОЕКТУ

А ещё «Avrocar» испытывал недостаток мощности из-за того, что поток воздушно-газовой смеси терял силу, когда проходил через корпус «тарелки». Джеффри Андервуд (Jeffery Underwood), историк из Национального музея ВВС США на авиабазе Райт-Паттерсон (Wright- Patterson), заявил:

Они [конструкторы] не понимали динамику жидкостей.

У этой штуки [тарелки «Аврокар» — А.Т.], вероятно, было достаточно мощности, просто вся тяга терялась из-за трения. Поскольку она пыталась протолкнуть воздух, почти всё тратилось впустую.

Итак, можно указать два главных фактора неудачи.

Во-первых, это проблема переходных режимов. При висении «Аврокара» на месте (независимо от высоты) её не было. Ведь центральный ротор (турбина + вентилятор), это большой гироскоп, при колебаниях корпуса аппарата благодаря карданному подвесу он сохранял вертикальную ориентацию. Его смещение фиксировали датчики, сигналы которых преобразовывались в соответствующее отклонение интерцепторов.

Но для перехода в горизонтальный полёт все заслонки требовалось отклонить в одну сторону, поэтому их возможности по стабилизации аппарата резко ухудшались. При подъёме выше 1,5 метра взаимодействие тарелки с воздушными потоками качественно изменялось. Скорости же было ещё недостаточно для того, чтобы заработала аэродинамическая стабилизация тарелки, ухудшенная струёй из кольцевого сопла.

Во-вторых, нехватка энерговооружённости. При взлётном весе около 2600 кг, чтобы поставить аппарат на «подушку», достаточно создать под ним давление всего на 15 % больше атмосферного.

А вот чтобы поднять его выше, нужна тяга на 15 % больше веса аппарата, т. е. порядка 3100 кг/сек. Мне трудно судить о реальной тяге «Аврокара». Несомненно то, что протяженные воздуховоды обусловили большие потери.

Конструкторы не учли, что газовая струя, многократно поворачиваясь и проходя через щитки и закрылки, теряет львиную долю энергии, которую «эффект Коандэ» не может компенсировать. А установку дополнительных двигателей исключали ограничения по весу аппарата.

Не случайно всевозможные дефлекторы, интерцепторы, газовые рули, установленные в высокотемпературном скоростном газовом потоке, ни в авиации, ни в ракетной технике не прижились. От них отказались в пользу поворотных сопел или специальных рулевых двигателей.

Двухместная версия

Можно было сделать по-другому. Например: сохранив систему генерации «подушки» (с агрегатами меньшей мощности), поставить два «движка» для создания горизонтальной тяги (как в тарелке Шривера). От них же (или от подъёмных, нужны расчёты для выбора варианта) питать струйные рулевые двигатели.

Или сохранить прежнюю схему (только поставить двигатели в 1,5 раза мощнее), добавить сопла горизонтальной тяги и рулевые струйные двигатели. Но Фрост поступил по-своему.

А пока Фрост испытывал и дорабатывал свою «тарелку», французский авиаконструктор Мишель Вибо (Michel Wibault) проектировал самолёты ВВП, управляемые путём перенаправления выхлопных газов. Его концепция истребителя «Gyropter» основывалась на 4-х турбовентиляторных двигателях для вертикального взлёта и посадки.

Именно его работы позволили англичанам создать широко известный самолёт ВВП «Harrier Jump Jet». Конструкторы, создавшие «Harrier», обнаружили, что поворот выхлопного сопла эффективнее, чем перенаправление воздушного потока.

«Gyrocopter» Мишеля Вибо

Этот принцип сейчас широко используется. Так, истребитель ВВП F-35B «Lightning IIB» поворачивает выхлопную систему на 90 градусов для вертикального взлёта и посадки. Ударный самолёт F-22 «Raptor» за счёт изменения угла наклона сопел двигателей делает резкие скоростные повороты.

В настоящее время инженерам удаётся проектировать высокоманевренные, но аэродинамически нестабильные самолёты, т. к. удерживать их в воздухе помогают компьютеры. Процессоры управления полётом преобразуют команды пилота, двигающего ручку управления, в бесчисленные регулировки сопла (или сопел) двигателя и поверхностей управления полётом.

Роберт Браун говорит:

—Мы уже достигли этапа цифрового управления, мы можем летать на чём угодно. Можно взять кирпич из сада и заставить его полететь.

По иронии судьбы, одним из первых серийных самолетов, в которых использовалась дистанционное управление элеронами, элевонами, закрылками, был «AvroArrow», но для «Avrocar» Фрост не стал применять этот принцип. Вместо этого он искал чисто механическое решение — и потерпел неудачу.

◆◆◆

В 1963 г. Фрост переехал в Новую Зеландию, где работал инженером в национальной авиакомпании. После выхода на пенсию он проектировал со студентами университета в Окленде сверхлёгкие самолеты (орнитоптеры), в которых двигателем служили мускулы человека. Он умер в 1979 г. Потоцкий уехал в США, поступил лётчиком-испытателем в компанию «Rockwell». Он умер в 1996 г. в возрасте 77 лет.

Американцы сохранили оба прототипа. Один хранится в разобранном виде на авиабазе Лэнгли-Юстис (Langley-Eustis) в штате Вирджиния. Другой прототип в Смитсоновском институте десятки лет стоял в запаснике. В 2007 г. Национальный музей ВВС США на базе ВВС Райт-Паттерсон обменял его на другой экспонат.

• Назад