Kitobni o'qish: «Авиаконструктор Рутан. Вокруг земли без дозаправки»
Глава 1. Вокруг шарика без посадки
Необычный проект Берта Рутана
Это была заветная мечта легендарного советского лётчика Валерия Чкалова, который первым со своим экипажем на одномоторном длиннокрылом самолёте АНТ-25 разработки Сухого первым перелетел из Москвы в Америку через Северный полюс в далёком 1937 году.
С тех пор облететь Землю по экватору без посадки и заправки в воздухе мечтали многие, но никому не удалось. Рекорд дальности беспосадочного полёта принадлежит стратегическому бомбардировщику Боинг В-52 с дополнительными баками в бомбовых отсеках. Но он смог пролететь только половину окружности экватора.
Тридцативосьмилетний американский авиаконструктор Берт Рутан сильно отличался от других. Он был вольным «самодельщиком» – строил оригинальные самолёты по своим проектам на свои деньги в небольшом арендуемом ангаре на аэродроме Мохаве недалеко от базы ВВС Эдвардс.
Его небольшие самолёты были сделаны по возможности целиком из новейших композиционных материалов. Их конструкция была легче и прочнее, чем у конкурентов, использующих дюраль. Ради безопасности и простоты управления они выполнялись по хорошо изученной схеме «утка».
Конструктор с высшим авиационным образованием, Берт Рутан занимается этим увлекательным делом уже десять лет, начиная с 1967 года. Его двухместные самолёты для туризма с мотором сзади и толкающим винтом пользуются огромной популярностью. Они настолько просты, что их можно собрать в собственном гараже. Налажен выпуск и продажа их сборных комплектов, которые покупают сотни любителей построить самолёт для себя.
Каждый год, в августе, Берт Рутан прилетает на своём самолёте из Калифорнии в Висконсин на аэродром Ошкош, севернее Чикаго, где проводится ежегодная авиационная выставка Международной ассоциации экспериментальных самолётов. Это Мекка «самодельщиков» со всего мира. Сюда прилетают и приезжают тысячи любителей авиации показать свои новые самолёты, посмотреть новинки, послушать и поговорить. Тут же идет бойкая продажа облётанных самолётов и комплектов деталей и узлов для их самостоятельной сборки. Здесь сотни владельцев самолётов Рутана, собравших их своими руками и летающих на них по стране. Есть и те, кто мечтает о собственном самолёте Рутана. Все они ждут выступления конструктора.
И вот он появляется с микрофоном в руке. Крупный молодой человек выше среднего роста с улыбкой на миловидном лице, обрамлённом тёмными бакенбардами на старинный манер. Берт Рутан рассказывает об особенностях регулировки и эксплуатации его машин, о новых конструкциях и проектах. Рутану было, что рассказать своим благодарным слушателям. Проекты самолётов необычных схем захватывали его полностью, и он с удовольствием доказывал слушателям их практические преимущества.
Небольшая его компания «Рутан Эйркрафт Фэктори» разрабатывала только опытные образцы, а лицензии на их серийное производство продавала другим самолётостроительным компаниям. При этом новый опытный самолёт был в единственном экземпляре, и все статические испытания прочности и лётные испытания выполнялись на нём.
Наиболее удачные самолёты Рутана – «утки» с узким стреловидным крылом и килями на его концах завоевали любовь «самодельщиков», и тысячи комплектов их чертежей были куплены. В 1975 году, первая такая машина с дополнительным топливным баком в задней кабине пролетела 2620 км за 13 часов, установив мировой рекорд дальности для самолётов данного класса весом меньше 500 кг. За её штурвалом был старший брат конструктора, бывший военный лётчик Дик Рутан.
Дик старше Берта на пять лет. Он прошел Вьетнамскую войну, совершив 325 боевых вылетов на сверхзвуковом реактивном истребителе «Супер сейбр» F-100. Дослужился до командира эскадрильи, но в 1975 году уволился из армии. Рушится семья – жена с двумя девочками покидает его. Вся его военная пенсия уходит на оплату алиментов. Берт Рутан берёт его к себе на работу лётчиком-испытателем. Дик переезжает в Мохаве.
В конце 1979 года на новом двухместном «Лонг-ИЗ» Дик Рутан устанавливает новый рекорд дальности беспосадочного полёта – 7680 км.
В маленькой самолётостроительной компании Берта Рутана всего несколько штатных работников и столько же волонтёров. Берт сам облётывает новые самолёты, летает на них и Майкл Мелвилл. Так что Дику достаётся немного лётной работы, и ему приходится часто становиться простым рабочим – подготавливать детали к склейке, изготавливать оснастку и оборудование, выполнять доводку деталей из пластика «под размер».
А Берт проектирует и строит всё новые самолёты. По заказу НАСА он проектирует и помогает компании «Амес Индастриал» построить экспериментальный реактивный самолёт с поворотным крылом, который в масштабе 15% воспроизводит концепцию фирмы Боинг по сверхзвуковому пассажирскому лайнеру.
Двухмоторный «Дефайнт» по схеме «тяни-толкай» был уже комфортным и надёжным самолётом для туризма. Впоследствии, Берт разработает вариант этой машины для индивидуальных строителей. Свыше двухсот комплектов его чертежей будут проданы, и построено19 машин.
Проект одноместного гоночного самолёта «Модель 68» отличался новизной и полностью соответствовал требованиям. Машина особенно заинтересовала пилота Дика, и он начал подумывать об участии в гонках.
Туристический четырёхместный самолёт короткого взлёта и посадки по схеме «утка» с тянущим винтом Берт спроектировал в качестве демонстратора возможностей новой авиационной техники. Он назвал машину «Гризли». Дик в ангаре выклеивал для него обшивку на пенопластовую сердцевину закрылков – другой работы не было.
Летом 1980 года на аэрошоу в Калифорнии при демонстрации самолёта Рутана «Лонг-ИЗ» Дик знакомится с миловидной и миниатюрной Джиной Йегер. Она на 14 лет моложе Дика и пронзает его сердце. У неё ещё и права гражданского пилота. Эрудированный и решительный член семьи Рутанов показался ей очень привлекательным и надёжным. В следующем году они начинают жить вместе.
Своё благополучное будущее Дик Рутан видел в возможности коммерческого использования своих навыков и мастерства лётчика-истребителя. Он был уверен, что, демонстрируя высший пилотаж на различных аэрошоу в стране, сможет заработать на безбедную жизнь с Джиной. Поэтому он неоднократно обращается к брату с настоятельной просьбой спроектировать для него самый эффективный маневренный самолёт для воздушной акробатики. Берт всё тянет – он боится, что его рисковый брат плохо кончит с такой машиной.
Берт пригласил Дика с Джиной на ланч в ресторан гостиницы в Мохаве. Естественно, за столом разговор зашел о создании небольшой компании, обеспечивающей акробатические полёты Дика на аэрошоу. Дик и Джина всячески рисовали блестящую перспективу. И тут Берт озвучил то, ради чего он их пригласил.
– Хорошо, вы можете зарегистрировать свою компанию, – с улыбкой констатировал Берт.
– Но, почему бы вам сначала не слетать вокруг земного шара? Подготовка не займёт много времени – это он произнёс уже на полном серьёзе.
В записной книжке Берта 15 февраля 1981 года появится эскиз сверхдальнего самолёта с размахом крыла 36 м. Через месяц на той же странице ниже справа – эскиз второго варианта с размахом 27 м, который будет принят как рабочий, и станет «Вояджером». Если первый вариант представлял собой модернизированный проект самолёта по отработанной Рутаном схеме: «утка» с двумя моторами в фюзеляже, спереди и сзади, но с невероятно большим крылом- баком умеренной стреловидности, на концах которого крепились кили с рулями направления. То второй эскиз – самолёт той же схемы, но с прямым крылом, как у планера, но с двумя дополнительными фюзеляжами-баками, расположенными по размаху оперения, с килями. Переместив необходимый объём топлива из крыла в эти дополнительные фюзеляжи, Рутан уменьшил площадь крыла, а следовательно, вес и сопротивление самолёта. Второй вариант уже легче было построить на производственной базе Рутана.
Дик и Джина молчали и смотрели друг на друга, обдумывая такое необычное предложение. Джина воскликнула:
– Почему нет? Давайте совершим это.
Тогда Берт подкрепил своё предложение:
– Сегодняшний уровень развития конструкций из композиционных материалов позволяет создать самолёт с необходимым запасом топлива, и при этом нам не придётся искать какие-либо экзотические двигатели.
Признанный самым изобретательным авиаконструктором, Берт Рутан не только увлёк этой дерзкой идеей своего брата и его подругу, но и сам окончательно решил для себя, что будет разрабатывать этот необычный проект сверхдальнего самолёта.
Конечно, ни Дик ни Джина не верили, что на одной заправке можно облететь земной шар по экватору. Но в чём они не сомневались, что если и возможно создать такой необыкновенный самолёт, то это может сделать только Берт Рутан.
Задуманный Бертом проект сверхдальнего самолёта по сути являлся большим двухместным мотопланером с характерным для планеров большим удлинением крыла и высоким аэродинамическим качеством. Но в проекте «Вояджера» параметры планера реализовались в максимально возможных значениях. Самолёт должен быть одновременно и танкером для заправки огромного количества топлива. Нужны внутренние объёмы. Поэтому и схема с тремя фюзеляжами, как у истребителя Локхид Р-38 «Лайтнинг» времён Второй мировой войны. Но у Рутана боковые балки держат переднее оперение и задние кили, а главное – в них вмещается много так необходимого топлива. Помимо двух очень экономичных поршневых двигателей небольшой мощности, расположившихся тандемом на коротком фюзеляже – тянущий впереди и толкающий сзади, Берт Рутан придумал выключать передний после набора высоты и расхода части топлива. Его можно запускать в полёте в трудных метеоусловиях или при отказе заднего.
Конечно, освоенная в совершенстве технология создания конструкций из новейших композиционных материалов позволила Рутану обеспечить «Вояджеру» минимально возможный вес сухого самолёта.
По мере разработки детального проекта у его разработчиков –компании Рутана и заказчиков – Дика и Джины появлялась уверенность в реализуемости этого грандиозного замысла. Джина Йегер окончательно переезжает к Дику в Мохаве. Пока Берт на своём компьютере, пользуясь специальными программами, уточняет расчёты и обводы «Вояджера», они решают построить для себя его самолёт «Лонг ИЗ» и заодно вникнуть во все тонкости процедуры формовки больших панелей корпуса из композиционных материалов.
Наконец, все размеры общего вида «Вояджера» определены, увязаны и согласованы на компоновке все конструкторские решения, и в начале 1982 года Берт Рутан в своём докладе на ежегодных авиационных чтениях в честь Чарльза Линдберга в Национальном авиационном и космическом музее впервые рассказал о своём проекте «Вояджера».
При этом, он не стал говорить о том длинном пути, который привёл его к созданию этого проекта. А путь этот начинался десять лет тому назад, когда Берт работал директором по разработкам и испытаниям в компании «Bede Aircraft». Ещё пять лет до этого Джим Беде купил и модернизировал один из планеров, разработанных Эрнестом Швейцером в Нью-Йорке. Это был большой цельнометаллический трёхместный туристический планер с размахом крыла более 17 м и весом конструкции менее 400 кг. Джим Беде нарастил крылья, установил в носу мотор и превратил кабину в одноместную. Остальные внутренние объёмы занимались топливом. В качестве шасси – сбрасываемая при взлёте тележка. Получился самолёт ВD-2 для облёта земного шара с сухим весом 782 кг и удлинённым крылом размахом 20 м. Берт разузнал всё об этом самолёте.
ВD-2 был обыкновенным самолётом для большой дальности полёта. По облику он очень напоминал самолёт Сухого, установивший в 1937 году рекорд дальности, пролетев из СССР через Северный полюс в Америку. Джим Беде понимал, что его ВD-2 не потянет облёт по экватору. Поэтому решили облететь по 35-му градусу северной широты. Предполагаемый маршрут пролегал над Сан-Франциско, северной частью Тихого океана, Токио, Сеулом, Кабулом, Тегераном, Афинами, Гибралтаром, северной частью Атлантического океана и Атлантой – всего 32 тысячи километров. Маршрут престижный. Но до него дело так и не дошло.
В ноябре 1969 года ВD-2 летал по кругу почти трое суток, покрыв дистанцию более 14 тысяч километров. На крейсерском режиме дросселировался двигатель. Но вокруг земного шара он так и не полетел.
Вот тогда-то Берт Рутан и задумался о тех конструкторских решениях, которые позволили бы его дальнему самолёту облететь без заправки земной шар по экватору.
После долгой стоянки в ангаре ВD-2 купила и модернизировала компания «Javelin Aircraft». И вот совсем недавно, в начале декабря 1981 года, эта машина под именем «Феникс» налетала по кругу на одной заправке более 16 тысяч километров. Это был выдающийся рекорд для одноместного самолёта.
У Берта Рутана появился ещё один конкурент, претендующий раньше его облететь земной шар. Это были два конструктора и владельцы небольшой компании «Quickie Aircraft Corporation», которая располагалась рядом с ним на аэродроме Мохаве и которая выпускала готовые комплекты деталей разработанного им четыре года тому назад простейшего композитного самолёта «Quickie» для «самодельщиков». Теперь, владея технологией производства композитных конструкций, они разработали конструкцию дальнего одноместного самолёта обычной схемы с одним двигателем в носу и назвали его «Free Enterprise». Конструкция цельнометаллического крыла размахои около 16 м была заимствована от планера. Фюзеляж и оперение из композитов. Топливо располагается в фюзеляже и концевых баках крыла. Шасси сбрасывается при взлёте. Вес пустого самолёта 770 кг.
Один из владельцев, Том Джевет планировал лететь осенью 1982 года на большой высоте на восток, надеясь на попутные ветры. Дыхание должен обеспечивать кислород, а сон – автопилот. Вылет из Хьюстона, затем Атлантика, Средиземное море и далее по 35-градусной северной широте.
Первый вылет «Free Enterprise» совершил 8 марта, а 2 июля во время испытательного полёта он рухнул недалеко от Мохаве, убив Тома Джевета.
Берт Рутан прекрасно видел недостатки проектов своих конкурентов и, разрабатывая «Вояджер», сразу рассчитывал его на уникальную дальность беспосадочного полёта 45 тысяч км. Он нашел тот тонкий баланс между уменьшающимся в полёте весом топлива и потребной тягой двигателей. Из полученного графика оптимальной скорости машины вытекала расчётная продолжительность полёта – 14 суток.
С самого начала разработки компоновки машины Берт рассчитывал на «сладкую парочку» – Дика с Джиной. Автопилот – вещь хорошая, но парный экипаж значительно повышал живучесть такого длительного предприятия. Но конструктор мог создать для них лишь очень тесную кабину длиной чуть меньше двух метров, шириной меньше метра и высотой в метр. Узкое кресло пилота с откидывающейся спинкой, как и фонарь кабины наверху, смещены вправо. Слева – кровать для отдыха. Съёмная верхняя панель с фонарем служит для входа и выхода из кабины. Два боковых окна улучшают обзор.
Разместить в таком «игрушечном» самолёте четыре тонны бензина – дело нешуточное. Берт Рутан в своём проекте предусмотрел для него 17 герметичных отсеков клееной конструкции с достаточно сложной системой электронасосов и трубопроводов для перекачки в расходный отсек. Топливные отсеки были даже в переднем горизонтальном оперении и по всему размаху узкого крыла.
Проект сверхдальнего экспериментального самолёта Берта Рутана из углепластика с аэродинамическим качеством 27 уже ни у кого не вызывал сомнения в реальности завоевания человеком нового авиационного рубежа
Постройка «Вояджера»
Между братьями Рутан наметилось деловое соглашение. Берт в своей компании «Рутан Эйркрафт Фэктори» с очень небольшим коллективом работников проектирует, строит и проводит лётные испытания самолёта с небольшим взлётным весом. После их успешного завершения машина «передаётся» компании заказчика. Историческое соглашение между молодыми людьми состоялось.
Дик и Джина зарегистрируют компанию «Вояджер эйркрафт инкорпорейтед» и будут ответственны за установку специальных двигателей, воздушных винтов, навигационного оборудования, лётные испытания на дальность и выполнение облёта земного шара.
«Вояджеру» был дан зелёный свет. И работа закипела. Для её разворачивания имелось только 11 чертежей. Основные агрегаты формовались и склеивались в помещении размером 12 х 14 метров с задней стороны ангара Рутана. В работу были фактически вовлечены все, включая Джину и Дика, а также добровольцы, которые хотели внести свой вклад в это великое дело. Они клеили и шкурили. Особый энтузиазм проявлял начальник производства Брюс Эванс, работавший иногда по 20 часов в сутки.
Участники программы «Вояджера» сделали всё возможное, чтобы привлечь к ней максимальное число влиятельных спонсоров. Предстоящее создание необычного самолёта, который впервые облетит земной шар, широко рекламировалось. Многие большие компании захотели, чтобы их эмблемы красовались по бортам такого самолёта, и бесплатно предлагали своё участие.
Аэрокосмическая компания «Геркулес» предложила автоклав на своём предприятии в Солт Лейк Сити для изготовления шести углепластиковых лонжеронов крыла «Вояджера» большой длины.
Корпорация «Хексел» из Сан-Франциско предложила разработанные ими сотовые панели высотой 6,4 мм, обклеиваемые с обеих сторон углеродным полотном толщиной 0,36 мм. Прочность на растяжение – как у закалённой стали, а вес в шесть раз меньше. Квадратный метр такой сотовой панели весил всего 1,2 кг. Такие же плоские панели использовались для противопожарных перегородок.
В январе 1983 года для формовки панелей двоякой кривизны в ангаре Берта Рутана была построена тепловая камера с габаритами 1,2 х 5,0 х 1,5 м и изготовлена первая деталь корпуса – часть нижней обшивки фюзеляжа. Полотнища углепластиковой ткани укладывали друг на друга с пересечением волокон под углом 32 градуса и пропитывали смолой. Ложемент для обшивки покрывали слоем гладкого пластика, чтобы потом она легко отошла от него. Всё это помещалось в герметичный пластиковый термостойкий мешок, и вакуум-насос откачивал из него воздух и прижимал углепластик к ложементу. Затем всё это помещалось в термо-камеру и выдерживалось двадцать минут при температуре 120 градусов Цельсия. Потом ещё два часа – при 150 градусах. Так постепенно изготавливали и остальные детали корпуса этого необычного самолёта.
Никакой субсидии от правительства США на постройку такого значимого самолёта Рутаны не получили. Все попытки привлечь солидные инвестиции окончились неудачей. Деньги на постройку самолёта, до двух миллионов долларов, предлагали винные и табачные компании, но от них отказались, поскольку, по мнению Дика, они связаны с наркотиками. Субсидировать программу «Вояджера» предложила японская компания JVC. Но в её проекте контракта строго оговаривалась дата завершения кругосветного полёта. Берт выступил с категорическим возражением, он считал невозможным уложиться в указанный срок.
Но Берт Рутан должен был ещё думать о необходимом оборудовании самолёта. Прежде всего о самых эффективных, надёжных и лёгких двигателях, а также о воздушных винтах к ним. Передний должен быть со стартёром для повторного запуска в воздухе, а задний – без него. Необходим надёжный и малогабаритный автопилот. Нужен метео-радиолокатор. Радиостанция и коммуникационное оборудование должны обеспечить устойчивую и дальнюю связь.
Рассчитывать пришлось только на безвозмездную помощь частных компаний и добровольцев. Дик и Джина работали без оплаты. Фактически это было семейное предприятие с простейшими способами производства одного экземпляра пластмассового самолёта.
Какой изобретательностью должен был обладать конструктор, чтобы предусмотреть совпадение всех элементов соединений и точность обводов при простейшей оснастке!
Сборка крыльев проходила в несколько этапов. Сначала на ложементе склеивались панели нижней обшивки. Потом к ней приклеивались лонжероны и нервюры. Углы коробок топливных отсеков тщательно герметизировались кусочками ткани, пропитанными эпоксидной смолой. И, наконец, кессон накрывался верхней обшивкой, промазанной смолой по стыкам.
Для сборки (склейки) основных агрегатов корпуса самолёта в таких условиях использовались элементарные приспособления. Как же обеспечивалась точность обводов и симметрия распластанного корпуса самолёта? Только за счёт очень тщательной подгонки и постоянной выверки размеров.
На полу ангара на подпорках из ящиков выкладывалась и склеивалась центральная часть самолёта, включающая фюзеляж, центроплан, переднее оперение и боковые фюзеляжи-баки. После склейки это уже была жесткая конструкция, определявшая геометрию самолёта. Затем на задние концы боковых фюзеляжей устанавливались кили, на центральный фюзеляж – двигатели и передняя нога шасси, в боковые фюзеляжи устанавливались основные ноги шасси и, наконец, пристыковывались консоли крыла.
В процессе постройки «Вояджера» между конструктором и заказчиками в лице Дика и Джины возникали жаркие споры.
Берт зорко следил, чтобы никакие технологические решения не приводили к увеличению веса конструкции. Каждый лишний килограмм – потеря дальности полёта. Перетяжелённый самолёт не сможет выполнить свою главную задачу.
Дик и Джина заботились об удобстве управления системами, повышении их безотказности, более надёжной герметизации топливных отсеков и более полном составе навигационного оборудования. В конце концов всё заканчивалось приемлемым компромиссом.
Длинные консоли крыла собирались отдельно. Сразу устанавливались проводка управления элеронами, провода навигационных фонарей и датчиков расхода топлива. Топливные отсеки проверялись на герметичность. Заключительной стадией сборки консолей была приклейка носков.
Все допущенные недостатки и отклонения обводов при узком диапазоне скоростей «Вояджера» должны были компенсироваться триммерами по трём каналам управления.
Не удивительно, что изготовление секций агрегатов корпуса затянулось почти на год. Только в начале 1984 года началась общая сборка машины в большом ангаре №77.
Особенность композитной конструкции самолёта, связанная с минимальным числом люков, потребовала заранее проложить и закрепить внутри крыльев все электрические провода и трубопроводы.
Наконец, в начале мая 1984 года этот необычный, но почти игрушечный самолёт, рождавшийся так долго и трудно, уже стоял в ангаре на своих колёсах, готовый к покраске. Красили здесь же, в ангаре, ручными пульверизаторами, соединенными шлангами с компрессором.
Теперь можно было приступить к установке оборудования самолёта. Для первых испытательных полётов с частичным заполнением топливных отсеков сгодились бывшие в употреблении, но ещё хорошие моторы от предыдущих самолётов Рутана. Приборная доска в кабине пока ещё комплектовалась в простейшем варианте, не рассчитанном на сверхдальние перелёты. Но требования к минимальному весу строго соблюдались. Так, например, для крепления аккумулятора использовались не обычные металлические кронштейн и скоба, а корзина из лёгких полосок углепластика. И так во множестве установок оборудования. Проверка работоспособности всех систем на земле не заняла много времени. Предстояло испытание в воздухе.
