Примерный расчет для планера Нестерова дает положение аэродинамического фокуса в точке, лежащей примерно на расстоянии, равном 37% длины хорды от ее передней кромки (см. рис. 1, точка О). Чтобы получить положение центра тяжести (точка О' на рис. 1) впереди фокуса у планера рассматриваемой схемы, летчик должен расположиться в довольно переднем положении -- почти у переднего лонжерона. Чтобы повысить запас устойчивости у балансирного планера, нужно было бы принять такую схему, в которой летчик мог несколько больше выдвинуться вперед; например, придать крыльям небольшую стреловидность или сдвинуть верхнее крыло назад, применив обратный вынос, или лучше сделать прямой вынос, как это часто делалось у бипланов, т. е. значительно выдвинуть верхнее крыло вперед, и расположить летчика впереди переднего лонжерона нижнего крыла.
Может быть, и не стоило бы останавливаться на полете балансирных планеров: аэродинамически они очень плохи -- скорость снижения велика (2-2,5 м/сек), качество низко и управление несовершенно. Балансирные планеры сыграли свою, положительную, роль, дав пионерам авиации некоторый опыт. Однако и прошлое полезно анализировать, а, может быть, простейшие планеры окажутся интересными и сейчас.
Радикальное улучшение летных характеристик планеров началось уже после окончания первой мировой войны -- в 1921 -- 1922 гг. -- и в этом деле были быстро достигнуты замечательные успехи. В Советском Союзе в 1922 г. был построен планер К. К. Арцеуловым. По своим формам он напоминал самолет, размах его крыльев был доведен до 13 м. Значение F можно оценить примерно в 0,5-0,6 м2; отсюда мы получим аэродинамическое качество, равное 13-14; при полетном весе 140 кГ это даст минимальную скорость снижения около 0,7-0,75 м/сек. Столь малая скорость снижения позволила этому планеру под управлением летчика Л. А. Юнгмейстера совершить парящий полет осенью 1923 г. продолжительностью более часа.
Развитию планеров весьма способствовало применение теории индуктивного сопротивления, из которой и вытекают приведенные выше формулы для аэродинамического качества и скорости снижения. К 1925-1927 гг. аэродинамическое качество планеров повысилось до 20-25, хотя скорость снижения уменьшилась сравнительно немного. Для современных планеров характерны размахи крыльев 16-18 м и даже более, значения F0,2 м2 и даже менее; при этих условиях аэродинамическое качество будет около 30-35. Однако при больших размахах крыльев значительно увеличивается вес планеров. При размахе 17 м полетный вес составляет около 350 кГ и скорость снижения будет около 0,55 м/сек.
===========
НА СВОБОДНОМ АЭРОСТАТЕ
П. Н. Нестеров готовился к тому, чтобы стать авиатором -- летать на самолетах, но путь к самолету шел через аэростат. Свободный -- сферический -- аэростат появился более чем на 100 лет раньше самолета. Правда, он долго не находил практического применения, если не считать спортивные и показательные и очень немногие научные полеты. Во время осады Парижа в 1870 г. аэростаты использовались для связи и для бегства из осажденного Парижа немногими лицами. Вся беда была в том, что свободный аэростат не имел своего, самостоятельного, движения, обладая лишь некоторой вертикальной скоростью. Проблема строительства управляемых аэростатов -- дирижаблей -была решена только немного раньше, чем проблема создания самолета. Обе они были решены в результате создания легкого двигателя внутреннего сгорания.
Военное воздухоплавание стало развиваться раньше, чем военная авиация, и соответственно раньше были созданы военные воздухоплавательные школы. Они должны были готовить специалистов по военным дирижаблям; подобная офицерская школа была и в Петербурге; в нее и поступил П. Н. Нестеров. Русское воздухоплавание развивалось плохо; дирижаблей было мало, эксплуатация их была трудна и аварии часты. В воздухоплавательной школе давали теоретическую подготовку, а полетная практика в основном осуществлялась на сферических аэростатах. П. Н. Нестеров пошел в воздухоплавательную школу потому, что через нее проходил путь в авиацию; полеты на аэростатах знакомили с условиями полета вообще; в школе были специалисты и по самолетам.
Следует указать, что в то время термин "воздухоплавание" относился и к самолетам. Так, замечательный труд Н. Е. Жуковского по аэродинамике, воздушным винтам и динамике полета носит название "Теоретические основы воздухоплавания". Аэростатам и дирижаблям в нем уделено небольшое место, но свойства их описаны очень обстоятельно.
На рис. 2 показана схема свободного аэростата объемом около 1400 м3, который применялся для спортивно-тренировочных целей. Он состоит из матерчатого прорезиненного баллона 1, покрытого сетью (на схеме она не показана) с ромбовидными ячейками, имеющими размер сторон около 1 м; сеть служит для передачи подъемной силы на корзину. Стропы 2 соединяют сеть с силовым кольцом 3, к которому подвешена корзина 4; в корзине размещается экипаж и снаряжение. В самой верхней части оболочки помещен тарельчатый клапан 5 для выпуска газа, который управляется шнуром, идущим в корзину; цилиндрический открытый снизу отросток 6 служит для выхода газа при его расширении во избежание разрыва оболочки. Аэростат снабжен разрывной лентой 7, при помощи которой оболочка распарывается для быстрого выпуска газа при посадке, и мешками с балластом (песком) 8 для облегчения аэростата при необходимости уменьшить скорость спуска или при переходе на подъем; длинный канат -- гайдроп -- 9 служит для уменьшения скорости приземления и для торможения горизонтального движения, вызываемого ветром.
Технические характеристики этого аэростата таковы: подъемная сила при наполнении оболочки водородом -- около 1400 кГ (на уровне земли), при наполнении оболочки светильным газом -- около 1000 кГ; веса: оболочка -- 240 кГ, сеть -- 40 кГ, кольцо -- 15 кГ, корзина -- 58 кГ, гайдроп -- 40 кГ, итого -- вес конструкции около 400 кГ, или 28,5% полного полетного веса при наполнении оболочки водородом. Вес снаряжения и приборов -- 16 кГ, вес полезной нагрузки при наполнении оболочки водородом -- около 1000 кГ, при наполнении оболочки светильным газом -- 580 кГ. В полезную нагрузку входит балласт, количество которого зависит от заданных высоты и времени полета. Балласт для аэростата является своеобразным двигателем и топливом; сбрасывая балласт, мы получаем соответствующую избыточную подъемную силу, которая совершает работу, поднимая аэростат вверх. Приняв вес экипажа и багажа равным 350-400 кГ, мы оставим для балласта 600-650 кГ.
Рис 2 Схема свободного аэростата объемом 1400 м3:
1 -- прорезиненный баллон; 2 -- стропы; 3 -- силовое кольцо; 4 -корзина, 5 -- клапан; 6 -- цилиндрический отросток; 7 -- разрывная лента; 8 -- мешки с балластом; 9 -- гайдроп.
Интересно, что весовая сводка для данного аэростата очень близка к таковой для четырехместного спортивного самолета с двигателем мощностью около 250 л. с.; конструкция такого самолета будет весить около 400 кГ, двигатель и топливо -- 500-600 кГ и полезная нагрузка -- 400 кГ.
Управление свободным аэростатом сравнительно несложное. Средствами управления являются клапан в куполе оболочки для выпуска порций газа с целью уменьшения подъемной силы и балластные мешки в корзине, служащие для облегчения аэростата. Таким образом, аэростат управляется только путем изменения разности между подъемной силой и весом: чтобы преобладала подъемная сила, нужно уменьшить вес, сбросив некоторое количество балласта; чтобы преобладал вес, нужно выпустить порцию газа, приоткрыв клапан на несколько секунд.
Сферический аэростат неустойчив в отношении высоты полета при нормальном состоянии тропосферы. Взлет происходит при некотором избытке подъемной силы. Если оболочка была не полностью занята газом (водородом или светильным газом), то по мере подъема подъемная сила остается неизменной, так как хотя плотность газа убывает, но его объем соответственно увеличивается. Когда же газ целиком заполнит оболочку, дальнейший подъем вызовет истечение газа из нижнего отверстия -- аппендикса, и подъемная сила станет уменьшаться.