ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ОПЕРЕНИЕ ПРОТИВ КУВЫРКА
Декабрь 95. Безмачтовый дельтаплан RCS, над которым я работал два года (сперва я только хотел узнать, может ли он летать), был готов пойти в серию. Этому решению способствовало предложение DHV (Немецкая федерация дельтапланеризма) предоставить всем производителям возможность 5 часов бесплатно отработать на испытательном стенде - пока первый безмачтовик не получит сертификат. Без такой возможности финансовый риск был бы для меня чересчур велик. Тем не менее я не имел иллюзий относительно затрат: технические проблемы, которые нужно было преодолеть, чтобы выполнить сертификационные требования казались очень сложными.
    Итак, незадолго до Рождества 95-го года. После относительно долгого периода плохой погоды снова светит солнце. Не слишком холодно и безветренно - идеальные условия на аэродроме в Нойбиберге (Neubiberg). Прежде всего я хотел посмотреть, на чем же я летал последние два года в свете сертификационных критериев. Мы измеряли момент тангажа моего опытного образца в положениях, соответствующих боевому применению. До 80 км/ч критерии выполнились по всем позициям, но дальше...
    Да, нечто подобное я ожидал. Мы сделали сперва одну, позже две внутренние поддержки с каждой стороны крыла, однако, на данной стадии, это принесло лишь едва заметный прогресс в области скоростей свыше 80 км/ч. Тут следовало поразмыслить: что же происходит с аппаратом во время тестов. При нулевой подъемной силе, то есть при таком угле атаки, когда крыло не создает подъемной силы, аппарат должен создавать кабрирующий момент в 25 Нм. Достаточно сложное требование, потому что в обычном случае - при угле атаки, создающем подъемную силу - момент тангажа существует преимущественно за счет подъемной силы, возникающей впереди центра масс. Но при нулевой подъемной силе это уже не соответствует истине («Нулевая подъемная сила» для крыла в целом означает, что одна часть крыла - передняя еще создает положительную подъемную силу, а другая - задняя - отрицательную, что в сумме дает ноль). Теперь, чтобы нос дельтаплана стал подниматься, сзади центра масс должна возникнуть отрицательная подъемная сила. Из-за конструкции крыла это трудно осуществить при дальнейшем уменьшении угла атаки. Для уверенности специалисты DHV на стенде переходят за угол с нулевой подъемной силой на 11 - 12 градусов. При испытаниях RCS достигалась отрицательная нагрузка до 270 (двести семьдесят!) кгс - но при этом момент тангажа не переходил через ноль, то есть усилие на ручке не меняло знак.
    Те измерения продемонстрировали мне, сколь гениальным изобретением для обеспечения тангажа является мачта с антипиками и меня вновь одолели сомнения о том, можно ли вообще выполнить  критерии продольной устойчивости на дельтаплане без мачты.

    ТРЕБОВАНИЯ ПО ТАНГАЖУ ВЫПОЛНЕНЫ СХОДУ
    В начале января 1996 года мы вновь на стенде в Нойбиберге. Мы исследовали новую модификацию крыла. Усиленная передняя кромка и прочие “примочки” не приблизили нас при скоростях около 100 км/ч к цели. И тут я прибег к своему последнему козырю: после рождественских праздников я провел в Боссано испытательные полеты с хвостовым оперением. Ощущения в полете были обнадеживающими.
    Теперь мы испытывали на стенде DHV аппарат с двумя различными видами оперения; одно из растянутого полотнища, а другое - жесткое, с симметричным профилем. Их площади различались также по величине. Были опробованы различные углы установки и расстояния от центра масс.
    Оба вида оперения сразу давали требуемые значения. Теперь я знал, что в принципе могу запускать серию. Но оперение - это еще одна деталь, а значит больше вес, больше цена, больше проблем, риск повреждения при сборке...
    Лимит моей работы на стенде был еще не исчерпан. Я продолжал испытания, но уже с уверенностью, что требования по тангажу выполнены на новом варианте крыла. В Нойбиберге благодаря замечательному сотрудничеству с Берндом и Андресом Шмидлерами я многому научился. И в следующий раз все получилось и без оперения.

    МАЛЕНЬКОЕ ОПЕРЕНИЕ НА ДЛИННОМ РЫЧАГЕ
    Зимой 96/97 годов во время соревновательного сезона в Австралии я стал очевидцем первых кувырков безмачтовых дельтапланов. Хотя речь шла только о «сырых» прототипах, во многих разговорах зрела мысль, что на безмачтовых дельтапланах в условиях сильной турбулентности встречаются нагрузки на аппарат, которые мы в рамках стендовых испытаний возможно не умеем правильно интерпретировать. И тут я вспомнил почти горизонтальную, без изломов, зависимость mz(а) при наличии хвостового оперения.
    Раз оперение дает дополнительную безопасность, прижимая сзади киль вниз на малых углах атаки, то это уравновешивает аргументы, которые первоначально убедили меня его не применять. К тому же, дополнительные затраты сравнительно невелики.
    На дельтаплане есть где разместить стабилизатор: на длинной килевой трубе, которая защищает концы крыльев при посадке и служит опорой. Так я вновь вернулся к этой идее и в ходе дальнейших исследований довел оперение до серийной готовности.
    Результат этих усилий: разборное оперения из стеклопластика с наполнителем, размах 1.4 м, хорда (средняя, в собранном состоянии) 36 см, вес 600 г.
    При любом маневре оперение не требует от пилота дополнительных усилий, так же, как и при старте или посадке. В случае применения оперения тормозной парашют использовать не следует. Сопротивление у оперения меньше, чем у троса, длина которого соответствует его размаху.
    Также не требуется изменения центровки - в нормальном полете оперение несет себя само и не создает момента.

    ДАЛЬНЕЙШИЕ СТУПЕНИ РАЗРАБОТКИ
    Сразу чувствуется, что хвостовое оперение дает дополнительную безопасность относительно поперечной оси.
    Испытания сбрасыванием показали, что при равных условиях сертифицированные мачтовые дельтапланы кувыркаются, а безмачтовики с оперением выдерживают испытание. Должно быть понятно, что хвостовое оперение не является очередной “косметической” модификацией типа аэродинамических крылышек-законцовок, а вполне функциональная деталь.
    Нынешнее серийное хвостовое оперение дает наряду с безопасностью комфорт. Качество не уменьшается - скорее наоборот, как мне кажется. Я предполагаю, что оперение в прямолинейном полете заметно гасит турбулентное воздействие и меньше допускает столь нежелательные, уменьшающие качество, резкие изменения угла атаки. Все без исключения пилоты, летающие на аппаратах «сверху нет, а сзади есть» (в том числе Боб Байер и Рози Брамс) восхищены. Томаш Суханек также был у меня и заказал оперение.
    Так как оперение сразу стало применяться, речь идет о доступной версии. Этот шаг был необходим, чтобы уравновесить факторы, снижающие безопасность, не внося больших изменений в аппарат. Вторая, окончательная ступень разработки, уже готова к испытаниям. Она состоит в том, что оперение автоматически реагирует на разгрузку узла подвески пилота, увеличивая угол установки стабилизатора относительно крыла (руль высоты). Так система аэродинамическими средствами предотвращает возможность кувырка уже в самом начале.

 

Комментарии редактора “FLY & GLIDE”: Автор известен в дельтапланерных кругах уже более 20 лет. Тем не менее, для новичков: Джос Гуггенмос, первый немецкий Чемпион Мира по дельтапланеризму (1979 г). С 1976 г.  профессионально строит дельтапланы; первым получил в январе 1996 г. сертификат на безмачтовый аппарат.

    ПРОМЕЖУТОЧНАЯ СТАДИЯ ИЛИ БУДУЩЕЕ ?
    Посмотрите: убрали мачту, убрали верхние троса и невольно возникает протест - сколько можно! Изначально цель была одна: увеличение качества за счет уменьшения сопротивления и результат достигался с трудом, особенно в области высоких скоростей. Однако, тот, кто думает, что уже достигнута окончательная стадия в развитии дельтапланов, забывает, что все продолжается именно тогда, когда мы считаем, что уже ничего нельзя придумать, что развитие уже достигло наивысшего возможного уровня... Впервые к дельтаплану с чистой совестью можно применить слово «машина». Своей аэродинамически завершенной формой безмачтовики воплощают небывалую эволюцию - композиция из множества выступающих частей облагораживается и в поток теперь выступает только самое необходимое. Сначала отказались от краспиц – научились делать жесткие трубы. Позже поперечина скрылась в двойной обшивке. Затем убрали мачту - лонжерон и поддержки внутри паруса обеспечивают тангаж и прочность при отрицательных нагрузках. Не считая нижних тросов и пилота, крыло современного дельтаплана стало идеальным настолько, насколько это позволяет принцип летания и управления с помощью силы тяжести. Гениально!
    А теперь? Стабилизатор на конце киля - новая дополнительная деталь! Возвращение к преодоленному, казалось бы, уровню самодостаточности аэродинамической схемы. Значит ли это, что безмачтовое крыло не может обеспечивать устойчивость самостоятельно или не может делать это достаточно надежно?
    Можно ли обеспечить тангаж «изнутри», лишившись мачты, и достаточно ли будет этих мер для компенсации аэродинамической неустойчивости крыла, которое мы имеем? Конечно, от этой неустойчивости можно избавиться с помощью различных технических средств, но нам нужно сохранить хорошую управляемость, коль мы управляем с помощью одной лишь силы тяжести. Решение лежит на поверхности — кабрирующий момент, на который мало пригодно крыло дельтаплана, создается иначе: специальным горизонтальным оперением. Требуемый рычаг - заднюю часть килевой трубы, мы все время таскаем с собой - только без летных функций. Есть аэродинамики, которые считают, что «летающее крыло» всегда было неполноценным, так как оно должно с помощью одного крыла справиться с задачами, которые лучше разделить на несколько функциональных частей. Поэтому победила, за малым исключением, концепция, где подъемная сила создается несущей поверхностью, а устойчивость - стабилизатором. Не находимся ли мы в фазе развития дельтапланов, когда классическая схема с хвостом сменит “летающее крыло”?
    Понятно, эволюция не остановится на том, чтобы оперение только уменьшило опасность кувырка или позволило проходить тест по тангажу. Уже слышно, что Жерар Тевено под сильным впечатлением от комбинации Topless/”стабилизатор от Klafsky” работает над модификацией крыла в направлении повышения качества. Крутку, стреловидность, профиль - основные параметры теперь можно  оптимизировать, не уделяя продольной устойчивости такого внимания, как требовалось прежде. Увидим ли мы в скором времени на соревнованиях безмачтовики с оперением, безжалостно оптимизированные по качеству и с такой характеристикой тангажа, как требуется? Готовы ли мы к новым сложностям в эксплуатации во имя еще большего качества?
    По крайней мере, успокаивающим является тот факт, что аппарат с оперением при равных условиях имеет большие резервы безопасности: демпфирование по тангажу существенно лучше и опасность кувырка за счет этого меньше.
    Интересно будет проследить, представляет ли история с оперением только промежуточную стадию или концепцию будущего. Все же вероятно, что конструкторам удасться обеспечить дельтаплану - «летающему крылу» такую собственную продольную устойчивость, что отдельный стабилизатор не потребуется.
    Фирма «Bautek» уже испытала на стенде DHV конструкцию, которая показала очень интересный результат: при прослаблении нижних боковых тросов автоматически увеличивается крутка. Этот эффект обеспечивает мощная пружина, которая при отрицательной назгрузке моментально выставляет круче внутренние поддержки АПУ. Стало быть, аэродинамическое оперение – не единственная панацея. Можно решить проблему, оставаясь в рамках балансирного управления. Так может быть обойдемся без оперения?
    Возможно, в будущем, при виде голой килевой трубы - мы возмущенно среагируем: тут же чего-то не хватает! И будем спокойны, если там будет горизонтальное оперение. А может быть улыбнемся при виде оперения на дельтаплане пилота-любителя: как же, промежуточное решение. Но так же возможно, что стабилизатор прочно станет составной частью соревновательных аппаратов – необходимой деталью, подобно заднему спойлеру гоночного автомобиля.

 Перевод:  Гунько Л.