CC BY
31
DOI: 10.30981/2587-7992-2021-109-4-100-109
■r/y ■ t
t . №
Yuri V. KUZMIN,
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, Institute for the History of Science and Technology named afterS. I. Vavilov RAS, Moscow, Russia, ykuzmin@rambler.ru
Юрий Викторович КУЗЬМИН,
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела истории техники Института истории естествознания и техники имени С. И. Вавилова РАН, Москва, Россия, vkuzmin@rambler.ru
ABSTRACT I After collecting information about 20,000 modifications of XX century aircraft, the author identified priority designs with landing gears. It is shown that the RB-1 aircraft, often called the first aircraft with a retractable landing gear, really isn't the first one, and the creation of a retractable landing gear was aimed not at the reduction of the aircraft drag, but at the improvement of takeoff and landing characteristics.
For the first time, statistical data on the using of the retractable landing gear scheme in the world aircraft engineering are povided.
Keywords: airplane history, priorities in aircraft design, retractable landing gear, landing gear
АННОТАЦИЯ I После сбора сведений о 20 000 модификаций самолетов XX века автором определены приоритетные конструкции, в которых впервые было использовано убирающееся шасси.
Показано, что самолет RB-1, часто называемый первым самолетом с убирающимся шасси, не является таковым, а целью первых работ по созданию убирающегося шасси было не уменьшение сопротивления самолета, а улучшение взлетно-посадочных характеристик.
Впервые приведены статистические данные по применению убирающегося шасси в мировом самолетостроении.
Ключевые слова: история самолетов, приоритеты в самолетостроении, убирающееся шасси, шасси самолетов
THE HISTORY OF ETRACTED LANDING
Л
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ
За 20 лет мной была собрана структурированная информация более чем о 20 000 моделей самолетов, созданных во всем мире в XX веке, в том числе об их конструктивных особенностях, включая устройство шасси. Впервые были построены графики выпуска самолетов в XX веке (первая публикация в [1]) и рассмотрена сравнительная динамика интенсивности производства и разработки новых моделей [2].
Собранная информация позволила уточнить приоритеты и выявить пионерские конструкции. Оказалось, что историками авиации обычно неверно излагается история создания и применения на самолетах убирающегося шасси как с точки зрения приоритетов, так и с точки зрения целеполагания. Рассмотрению этого вопроса и посвящена статья.
Часто возникновение убирающегося шасси связывают со стремлением уменьшить сопротивление и, соответственно, увеличить скорость самолетов, а в качестве первого самолета с убирающимся шасси называют гоночный американский высокоплан 1920 года RB-l (рис. 1).
Так, Д. А. Соболев пишет: «Убирающееся шасси впервые нашло применение на гоночных
самолетах, для которых уменьшение лобового сопротивления было особенно важно. Первопроходцем стал американский спортивный скоростной моноплан Дайтон-Райт Rb-1, построенный в 1920 году для участия в воздушных гонках на приз Гордона Беннета» [3, с. 239].
Подобные утверждения делались историками авиации и раньше, например: «Высокоплан Wright RB... на этой машине впервые применено полностью убираемое шасси» [4, p. 185].
В большой статье в журнале Flight, подводящей итоги первых 50 лет развития авиации, дана более аккуратная формулировка: «В ранних амфибиях уборка шасси преследовала цель поднять колеса над водой. Но в гоночном самолете Dayton-Wright 1920 года мы видим, возможно, первый пример самолета, в котором колеса убираются исключительно с целью уменьшения сопротивления» [5, p. 762].
Здесь RB-1 уже указывается не как первый самолет с убирающимся шасси, а как первый, в котором такое решение применено именно для уменьшения сопротивления самолета. Кроме того, справедливо подчеркивается пионерская роль амфибий в развитии конструкций шасси самолетов. Но, как мы увидим далее, это утверждение тоже не совсем корректно.
Рис. 2. Aerial Monoplane - первый в мире самолет с полуубирающимся шасси
ПИОНЕРСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
Первым известным мне самолетом с полуубирающимся шасси (у RB-1 шасси также убиралось не полностью, подтягиваясь в открытые ниши по бокам фюзеляжа) стал британский моноплан-тандем Aerial Monoplane, построенный компанией Aerial Manufacturing в 1909 году и упомянутый в ежегоднике [6]. Он не был амфибией: это чисто сухопутный самолет.
Aerial Monoplane сконструировал W. J. Potter. Колеса на длинной стойке опускались для увеличения угла атаки фюзеляжа и закрепленных на фюзеляже крыльев при взлете и посадке. При этом росла подъемная сила, в результате взлетная и посадочная скорость уменьшались, уменьшались и длины разбега и пробега.
Кроме того, на стойках шасси крепилась пара дополнительных крылышек, угол установки которых регулировался летчиком в полете. При взлете и посадке они создавали подъемную силу, а в крейсерском полете свободно располагались по потоку, уменьшая сопротивление конструкции. При пробеге же крылышки поворачивались вертикально и служили воздушными тормозами [7, p. 39] (рис. 2).
целью создания первого в мире самолета с убирающимся шасси было не уменьшение сопротивления, а улучшение взлетно-посадочных характеристик.
Таким образом, целью создания первого в мире самолета с убирающимся шасси было не уменьшение сопротивления, а улучшение взлетно-посадочных характеристик (ВПХ). Самолет испытывался в полете, но улучшений, соизмеримых с ростом стоимости и сложности конструкции, не показал.
В следующем, 1910 году француз André Lassagne построил деревянный биплан-утку. Заказчиком был автогонщик Cornet, самолет успешно летал. Шасси состояло из двух мощных полозьев, к которым шарнирно крепились два колеса. Взлетал самолет на колесах, но перед посадкой на травяное поле колеса можно было поднять, с тем чтобы сесть только на полозья и сократить разбег: это было особенно существенно, если трава влажная [8, p. 164]. И в этом случае поднятие колес служило улучшению ВПХ, а не уменьшению сопротивления.
Новый толчок развитию схем поднятия шасси дало появление гидросамолетов.
Рис. 3. Амфибия Icare - первая амфибия с полуубирающимся шасси
Рис. 4. Биплан Коанда-2 с убирающимися в обтекатели шасси
Рис. 5. Схема амфибии Alvarez et de Conde II
Новый толчок развитию схем поднятия шасси дало появление гидросамолетов. Первый гидросамолет Фабра взлетел 28 марта 1910 года [9], а уже в следующем году французская компания Voisin построила большую шестиместную амфибию Icare [10] (рис. 3). Шесть ее колес поднимались над бортами лодки-фюзеляжа и давали возможность садиться на воду и взлетать с воды.
В том же 1911 году появился первый самолет, в котором колеса в убранном состоянии были уже полностью изолированы от набегающего воздушного потока: металлический биплан Coanda 2 румынского конструктора Анри Коан-дэ (Henri Marie Coanda), работавшего во Франции (рис. 4). Парные колеса основных стоек подтягивались вверх и полностью скрывались в больших обтекателях - «штанах» [11]. Самолет имел чисто экспериментальное назначение.
Рис. 6. Конструктор James Martin в своем самолете с убирающимся шасси K-III Kitten. Фото с сайта Aerofiles.com
Рис. 7. Схема убирающегося шасси из патента Мартина № 1306768[13]
I. V. ÍAÍIIN. iliçrut [.hl. LG iv: álIÜlIHQ ÛiïltL
riLLI I IPh J|HPLE н! I. V. Infi
iH30!3.vca,
JrjttultnL/алп IT, ISI'J-
J1*IJ|| 1-1ГГ I.
¿f
ВД^НСН-
Mwû*^
'■fw.г/. ¥ftl6/r
В 1913 году во Франции построили и испытали и летающую лодку - амфибию Alvarez et de Conde II, у которой основные опоры и колеса сухопутного шасси поднимались как единое целое и размещались перед фюзеляжем [8, p. 18] (рис. 5).
убирающееся шасси и рост скорости
RB-1 же по хронологии оказался только 16-й известной мне конструкцией самолета с убирающимся шасси. И он не был первым даже в США.
Еще в 1918 году конструктор James V. Martin (не путать с Гленом Мартином, основателем фирмы Мартин, которая позднее стала частью концерна «Локхид Мартин») построил и передал на испытания в Сигнальный корпус США миниатюрный истребитель аэростатов K-III Kitten [12] (рис 6).
K-III, в свою очередь, был спроектирован на основе легкого опытного британского истребителя с фиксированным шасси Port Victoria PV.8 Eastchurch Kitten. Благодаря тому, что в американском варианте основные опоры шасси вместе с осью и колесами убирались в полете назад в фюзеляж, самолетик с мотором мощностью всего 32 л.с. развивал замечательную по тем временам скорость 180 км/ч, в то время как PV.8 c 35-сильным мотором разгонялся только до 151 км/ч.
Таким образом, уборка шасси дала прирост скорости в 20%. Площадь крыла у английского и американского вариантов была практически одинаковой (9,76 и 9,85 кв. м. соответственно), одинаковы и взлетные массы (266 и 264 кг), а мощность двигателя у британца на 9% больше.
С учетом того, что коэффициент лобового сопротивления Cx пропорционален мощности мотора и обратно пропорционален площади крыла и кубу максимальной скорости, получается, что у K-III он составлял только 54% от Сх самолета PV.8!
В связи с плохой скороподъемностью, что неудивительно при столь малой мощности, и, главное, окончанием войны истребитель K-III военные заказывать не стали. Но в 1919 году, то есть за год до постройки RB-1, Джеймс Мартин получил и патент номер 1306768 на свою конструкцию шасси (рис. 7).
ЧАСТНЫЕ ПРИОРИТЕТЫ
Рассмотрим вопрос, когда же был создан первый самолет с убирающимся шасси с носовым колесом - ведь именно эта схема сейчас доминирует в «большом» самолетостроении. Здесь пионером стал немецкий инженер Jacob Goedecker.
В 1912 году его самолетостроительная компания создала удачную летающую лодку, которая так и вошла в историю под наименованием Goedecker Flugboot [14] (рис. 8). С 29 августа по 5 сентября 1912 года лодка участвовала в немецком конкурсе гидросамолетов и заняла четвертое место.
Первые же сухопутные самолеты с убирающимся шасси с носовой опорой были построены только через четверть века. В 1938 году появились сразу четыре модели таких самолетов. Все они созданы в США: это пассажирский Douglas DC-4E (не путать с серийным Douglas DC-4 - совсем другая конструкция); Bell XP-39, прототип истребителя Airacobra, Douglas DB-7B, будущий знаменитый бомбардировщик A-20 Boston, и малоизвестный самолет общего назначения Miller HM-4 [15, p. 207] (рис. 9).
Первым самолетом с убирающимся шасси в СССР стала амфибия Ш-1, которую в 1929 году сконструировал и построил на своей квартире в Ленинграде В. Б. Шавров. Ему помогали В. Л. Корвин и Н. Н. Фунтиков [16, с. 92] (рис. 10). Ш-1 стала прототипом удачной амфибии Ш-2 большего размера, которая много лет выпускалась крупной серией.
Рис. 8. Летающая лодка-амфибия Goedecker Flugboot с убранным и выпущенным сухопутным шасси
Рис. 9. Самый малоизвестный среди первых сухопутных самолетов, имевших убирающееся шасси с носовой опорой, Miller HM-4. Фото с сайта Aerofiles
С G к S:.4.[> ц,
мая
Flaps down
Рис. 10. Первый самолет с убирающимся шасси, построенный в России / СССР: амфибия Ш-1
Первый же самолет с убирающимся шасси с носовой опорой в СССР взлетел уже в конце 1940 года, всего через два года после создания пионерских конструкций в США. Это был опытный двухмоторный двухбалочный истребитель Москалёва САМ-13 [17] (рис. 11), по схеме повторявший голландский истребитель Боккег D.XXШ 1939 года. Чуть более ранний учебный самолет Москалёва САМ-12 с такой же схемой шасси остался недостроенным.
МИРОВАЯ СТАТИСТИКА
На рис. 12 приведены доли самолетов, строившихся в XX веке в мире с фиксированными (FG - fixed gear), полуубирающимися (SR - semi-retracted) и убирающимися (RG - retracted gear) шасси. Отдельно выделены самолеты с шасси, построенным по схеме с носовой опорой (FNG -fixed nose gear и RNG - retracted nose gear).
Диаграмма составлена на основе собранных автором почти 38 000 записей о производстве более 20 000 модификаций самолетов в 1910 - 2000 годах и публикуется впервые.
первый самолет с убирающимся шасси с носовой опорой в СССР взлетел всего через два года после создания пионерских конструкций
в США.
Рис. 11. САМ-13 при подготовке к натурным испытаниям в аэродинамической трубе ЦАГИ
U L (ЛЯ 1Ий 1ЙЯ №1 1SB ШС IM IKU l№ HI 1UH IWB (МО IH9 I*JJ ХГЙ
|и <г ■ Гнб и^Д а ; .1
Рис. 12. Доли самолетов с разными типами шасси в общем мировом выпуске по годам
К самолетам с полуубирающимся шасси отнесены и конструкции, в которых колеса поднимаются вверх, но полностью или частично остаются в потоке, например частично выступают из крыла вниз для облегчения посадки «на брюхо» при отказе системы выпуска шасси. Кроме того, к ним отнесены и самолеты, у которых убирается только часть посадочного аппарата, например только носовая опора или только подкрыльные поплавки.
На рис. 12 видно, что схема шасси с носовой опорой была довольно популярна в начале века, но не выдержала конкуренции с более легкими шасси с хвостовой опорой.
В 1920-х годах возникает всплеск интереса к полуубирающимся шасси, связанный как с амфибиями, так и с гоночными самолетами. Однако к 1930 году он исчерпал себя.
Вновь доля самолетов с убирающимся шасси начала расти - и очень быстро - с 1933 года до конца Второй мировой войны. В 1944 году доля самолетов с фиксированным шасси достигла абсолютного минимума - всего 11%. В этом же году было построено больше самолетов, чем когда-либо в истории: 221 000 экземпляров (за весь XX век - 2,2 миллиона).
После окончания войны наступил регресс, связанный с резким и повсеместным сокращением выпуска боевой техники и увеличением в производстве доли легких и учебных самолетов.
В это же время, во второй половине 1940-х годов, быстро выросла и заняла доминирующее положение схема шасси с носовым колесом (она была довольно популярна и в начале века, но в 1920-е годы ее полностью вытеснили шасси с хвостовой опорой).
Ситуация резко изменилась с началом Корейской войны: в эти годы все ведущие авиационные державы вновь увеличили выпуск боевой техники. Разрядка международной напряженности во второй половине 1950-х годов привела
к быстрому росту легкой и частной авиации и, соответственно, доли летательных аппаратов с неубирающимся шасси.
Во второй половине 1950-х годов быстро выросла популярность схемы с носовым колесом и для самолетов с неубирающимся шасси.
Начиная же с 1960-х годов каждая конфигурация посадочных устройств нашла свою нишу: число машин с убирающимся шасси составляет в производстве около 50% и медленно снижается из-за продолжающегося уменьшения доли боевых самолетов в общем выпуске.
По предварительным подсчетам автора, примерная пропорция 50 / 50 сохранилась в мировом самолетостроении и в первые 20 лет XXI века. Появляются все новые, современные конструкции с неубирающимся шасси. И совершенно оправданно, например, на многоцелевом российском самолете ЛМС-901, созданном в 2021 году [18], применено неубирающееся шасси с хвостовой опорой, создающее дополнительное сопротивление, но зато легкое, прочное и надежное.
выводы
Первые конструкции полуубирающихся и убирающихся шасси были связаны со стремлением улучшить взлетно-посадочные характеристики на суше и на воде, а не с желанием уменьшить аэродинамическое сопротивление. Появились они в 1910 - 1911 годах.
Впервые цель увеличить скорость с помощью убирающегося шасси была поставлена и решена при конструировании не гоночных аппаратов, а боевого самолета-истребителя в 1918 году.
RB-l, вопреки утверждениям многих историков авиации, не является ни первым самолетом с убирающимся шасси, ни первым самолетом, в котором это решение было применено для снижения сопротивления воздуха в полете.
Первые сухопутные самолеты, имеющие убирающееся шасси с носовой опорой, появились только в 1938 году в США.
Резкий рост доли самолетов с убирающимся шасси в производстве начался в 1933 году, а с 1960-х годов и до конца XX века количество строившихся самолетов с убирающимся и неубирающимся шасси было примерно равным.
Для установления этих приоритетов и целеполаганий конструкторов необходимо было изучить сведения обо всех известных моделях самолетов мира.
впервые цель увеличить скорость с помощью убирающегося шасси была поставлена и решена при конструировании не гоночных аппаратов, а боевого самолета-истребителя.
Литература
1. Кузьмин Ю. Авиация в числах: что мы сделали за 110 лет // Авиация и космонавтика. 2014. № 2. С. 8 - 10.
2. Кузьмин Ю.В. Соотношение объемов производства и результативности конструкторских работ в мировом авиастроении XX в. Статистический анализ базы данных // Историческая информатика. 2020. № 2. C. 61 - 82. DOI: 10.7256/25857797.2020.2.32892
3. Соболев Д.А. История самолетов мира. М.: Русавиа, 2001. 680 с.
4. Gibbs-Smith C.H. Aviation. An historical survey from its origins to the end of World War II. London: Science Museum. 1970. 316 p.
5. King H.F. The first fifty years // Flight. 1953. № 2342. Pp. 755 - 786.
6. Jane T.F. All the world's airships (aeroplanes & dirigibles). First annual issue. London, 1909.
7. Lewis P.B. British aircraft 1808 - 1914. London: Putnam, 1962. 576 p.
8. Opdycke L.E. French aeroplanes before the Great War. Schiffer Publishing, 1999. 288 p.
9. Гидро-аэроплан Анри Фабра // Вестник воздухоплавания. 1910. № 17. С. 24.
10. Hydro-aeroplane carries six persons // Popular Mechanics. 1913. № 4. Р. 573.
11. Летовой. Биплан Коанда // Вестник воздухоплавания. 1911. № 21 - 22.
C. 41 - 45.
12. Hornat J. Martin K-III Kitten (Bluebird) // Letectvi + Kosmonautika. 2001. № 14. S. 50.
13. Martin J.V. Aircraft running and alighting device. Patent 1306768. Filing date 08.06.1916. Grant date 19.06.1919.
14. Goedecker Wasserflugmaschine // Flugsport. 1912. Vol. 4. S. 705.
15. Jane's all the world's aircraft. 1939 / Ed. Grey C.G., Bridgman L. London: Sampson Low, 1940.
16. Петров Г.Ф. Гидросамолеты и экрано-планы России. М.: Русавиа, 2000. 246 с.
17. Золотов В. САМ-13 // Ас. 1991. № 1. C. 30 - 31.
18. Гомберг А.А. Легкий многоцелевой самолет ЛМС-901 «Байкал» - премьера МАКС-2021 // Воздушно-космическая сфера. 2021. № 3. С. 64 - 69.
References
1. Kuz'min Yu. Aviatsiya v chislakh: chto my sdelali za 110 let. Aviatsiya i kosmonavtika, 2014, no. 2, pp. 8 - 10.
2. Kuz'min Yu.V. Sootnoshenie ob"emov proizvodstva i rezul'tativnosti konstruktorskikh rabot v mirovom aviastroenii XX v. Statisticheskiy analiz bazy dannykh. Istoricheskaya informatika, 2020, no. 2, pp. 61 - 82. DOI: 10.7256/25857797.2020.2.32892
3. Sobolev D.A. Istoriya samoletov mira. Moscow, Rusavia, 2001. 680 p.
4. Gibbs-Smith C.H. Aviation. An historical survey from its origins to the end of World War II. London: Science Museum. 1970. 316 p.
5. King H.F. The first fifty years // Flight. 1953. № 2342. Pp. 755 - 786.
6. Jane T.F. All the world's airships (aeroplanes & dirigibles). First annual issue. London, 1909.
7. Lewis P.B. British aircraft 1808 - 1914. London: Putnam, 1962. 576 p.
8. Opdycke L.E. French aeroplanes before the Great War. Schiffer Publishing, 1999. 288 p.
9. Gidro-aeroplan Anri Fabra. Vestnik vozdukhoplavaniya, 1910, no. 17, p. 24.
10. Hydro-aeroplane carries six persons. Popular Mechanics, 1913, no. 4, p. 573.
11. Letovoy. Biplan Koanda // Vestnik vozdukhoplavaniya. 1911. № 21 - 22. C. 41 - 45.
12. Hornat J. Martin K-III Kitten (Bluebird). Letectvi + Kosmonautika, 2001, no. 14,
p. 50.
13. Martin J.V. Aircraft running and alighting device. Patent 1306768. Filing date 08.06.1916. Grant date 19.06.1919.
14. Goedecker Wasserflugmaschine. Flugsport, 1912, vol. 4, p. 705.
15. Jane's all the world's aircraft. 1939 / Ed. Grey C.G., Bridgman L. London: Sampson Low, 1940.
16. Petrov G.F. Gidrosamolety i ekranoplany Rossii. Moscow, Rusavia, 2000. 246 p.
17. Zolotov V. SAM-13. As, 1991, no. 1, pp. 30 - 31.
18. Gomberg A.A. Legkiy mnogotselevoy samolet LMS-901 "Baykal" - prem'era MAKS-2021. Vozdushno-kosmicheskaya sfera, 2021, no. 3, pp. 64 - 69.
© Кузьмин Ю.В., 2021 История статьи:
Поступила в редакцию: 23.09.2021 Принята к публикации: 27.10. 2021
Модератор: Плетнер К.В. Конфликт интересов: отсутствует
Для цитирования:
Кузьмин Ю.В. История создания убирающегося шасси // Воздушно-космическая сфера. 2021. № 4. С. 100 - 109.
