Страница 26 из 54
Но самой важной и требующей наибольших затрат времени проблемой была проблема рулей высоты. Поскольку на характеристики истребителя во время воздушных боёв сильно влиял отклик этих рулей, мы были вынуждены предпринять полный курс моделирования и испытаний. Нам предстояло придумать новое решение, спроектировать новые детали, испытать их, построить макетную установку, смонтировать её на самолёте и затем фактически проверить в полёте. Эта проблема привлекла моё внимание ещё на этапе проектирования примерно за год до этого и оставалась со мной с самого начала лётных испытаний в апреле.
Соотношение перемещения ручки управления и отклонения руля высоты на предыдущих самолётах было постоянным как на высоких, так и на низких скоростях. Ручка и руль высоты соединялись металлическими тягами, качалками и тросами, и по мере перемещения ручки руль высоты отклонялся соответствующим образом. В те дни все детали в системе управления проектировались так, чтобы быть очень жёсткими; иными словами, даже если аэродинамическая нагрузка на руль высоты менялась из-за изменения скорости, считалось очень плохим признаком, если отклонение руля высоты менялось при одинаковом перемещении ручки.
Следовательно, рули высоты, которые могли демонстрировать надлежащую эффективность на малых скоростях, становились чрезмерно отзывчивыми на высоких скоростях и слишком сильно меняли пространственное положение самолёта. Даже при одном и том же угле отклонения руля высоты нагрузка на руль высоты была больше на более высокой скорости, и реакция самолёта становилась более резкой. Если же рули высоты проектировались так, чтобы иметь комфортный отклик на высоких скоростях, они обычно были неэффективны на более низких скоростях. Причина, по которой это ещё не стало серьёзной проблемой, заключалась просто в том, что спроектированные ранее самолёты не имели столь большого диапазона скоростей, как «Прототип 12», и умелые пилоты могли компенсировать этот дефект системы управления просто за счёт своего мастерства.
Два фактора способствовали нашему осознанию проблемы отклика органов управления. Во-первых, как упоминалось ранее, Прототип 12 имел более широкий диапазон скоростей, чем предыдущие модели; и, во-вторых, наш шеф-пилот Сима решил приложить все усилия для усовершенствования механизма управления самолётом. Не удовлетворяясь просто пилотированием самолёта, он также пожелал принять участие в решении проблем конструкции. Когда я начал свой анализ, вскоре стало очевидно, что при заданном ходе ручки управления рули высоты должны отклоняться лишь незначительно на высокой скорости, но гораздо сильнее на низкой скорости. Они также должны перемещаться на соответствующую величину на скоростях между максимальной и минимальной. Моя идея для достижения столь желаемого решения заключалась в том, чтобы преобразовать скорость самолёта в нагрузку на руль высоты и использовать эту нагрузку для изменения передаточного отношения от ручки к рулю высоты от высокой скорости к низкой. Но я не мог найти простой и надёжный метод сделать это на столь поздней стадии проектирования, и в какой-то момент мой мыслительный процесс зашёл в тупик.
У меня появляется неожиданная идея
В один прекрасный день – и я не могу вспомнить точно, когда именно это произошло – в моей голове промелькнула мысль: «А почему бы не использовать упругость системы управления?» Упругость системы – это характеристика, которая вызывает сжатие или расширение в соответствии с величиной приложенного усилия. Упругий объект вернётся к своей первоначальной длине или форме, когда усилие будет снято. Эта идея пришла ко мне внезапно, но, возможно, она зрела там уже долгое время. Если бы я сделал систему управления податливей – иными словами, если бы я уменьшил её жёсткость – то по мере увеличения скорости самолёта аэродинамические нагрузки на руль высоты возрастали бы, и усилия в системе управления также увеличивались бы, вызывая повышенные деформации за счёт изгиба, расширения или сжатия. Происходило бы меньшее, чем обычно, отклонение руля высоты при заданном движении ручки управления, а по мере снижения скорости верным было бы обратное.
Эта цепь размышлений пронеслась в моей голове в одно мгновение. Однако, если использовать подобный метод, то система управления стала бы в некоторой степени упругой и возникал очевидный вопрос: не возникнет ли теперь уже наоборот задержка в отклике системы рулевых поверхностей? К счастью, мне не пришлось беспокоиться об этом, потому что деформация металлов или любого твёрдого материала передавалась бы из одного места в другое очень быстро. «Великолепно!» – воскликнул я про себя, но не мог быть уверен до тех пор, пока не будут проведены лётные испытания, и вообще это казалось слишком простым, чтобы быть правильным. Когда я объяснил эту идею Хаттори, Сонэ и другим, они мгновенно забормотали о своих сомнениях. Но им не потребовалось много времени, чтобы понять замысел, после чего сошлись на том, что: «А вообще это интересно, давай попробуем».
Суть идеи Дзиро Хорикоси по уменьшению жёсткости в системе управления (доработанная иллюстрация из оригинала).
Как указано выше, упругость в системе управления традиционно считалась крайне нежелательной, и стандартные технические условия требовали максимально жёсткой системы передачи усилия на рулевые поверхности. Иными словами, стандартной процедурой было не допускать возникновения какого-либо существенного прогиба в системе управления, хотя даже «Прототип 12» номер один не полностью соответствовал этому требованию. Дальнейшее снижение жёсткости системы управления означало бы, что мне придётся проигнорировать это стандартное требование.
Я исследовал возможные пагубные факторы, которые могли возникнуть из-за снижения жёсткости системы. Например, если быстро двигать ручку управления вперёд и назад, привело бы это самолёт в возбуждение и вызвало бы продольные колебания, которые не будут демпфироваться? Также я задавался вопросом, не перестанут ли рули высоты эффективно реагировать на небольшое перемещение ручки. Но эти вопросы можно было легко исследовать во время лётных испытаний. Ещё один вопрос заключался в том, станет ли проблемой флаттер? Я так не думал, поскольку другие исследования показали, что самолёт свободен от флаттера.