Страница 15 из 47
Поначалу моделировался нормальный полет. На экране осциллографа тонкий луч вычерчивал ровную горизонтальную линию. Внезапно включался «порыв ветра». Он «вздыбливал» самолет. Линия на экране начинала искривляться кверху. Почувствовав, что самолет «бросило», «летчик» включался в работу, пытаясь с помощью рулей вернуть самолет в нормальное положение. Если это ему удавалось, линия на экране возвращалась вниз; если же самолет отказывался повиноваться, линия уходила вверх, за границу экрана.
Но линия упорно не желала уходить за экран, и в этом было самое удивительное. Самолет не желал терять устойчивость даже тогда, когда ветер был предельным, а пилот «спал» — включался в работу с громадным опозданием. Конечно, сначала машина реагировала на порыв — линия взлетала вверх, но потом неизменно возвращалась обратно. В чем дело? Ведь самолет, судя по всему, потерял устойчивость именно при попадании в болтанку! Почему ж он этого не делает сейчас? Ошибка в моделировании?..
Ошибку искали долго и упорно: меняли схему модели, десятки раз проверяли надежность работы самой электронной машины, учитывали уже такие нюансы полета, которые даже при более строгих экспериментах не берутся в расчет. И после каждого очередного усовершенствования неизменно повторялся диалог:
— Стоит?..
— Держится!..
Наконец, кто-то из молодых сотрудников не выдержал:
— А что, если ветер?.. — произнес он с таким видом, словно, отрешившись от всего земного, кинулся в пропасть.
На него зашикали:
— Ты что, смеешься? Мы и так взяли ветер «с запасом»!. Но криминальный вопрос давно мучил не только новичка — «корифеи» сами уже начали подозревать, что все дело в величине порыва. И так как иного выхода не было, решено было плюнуть на норму и взять ветер побольше.
И тут все пошло по-другому. Самолет начал «взбрыкивать» так, что «летчик» едва успевал парировать его «курбеты». А стоило ему промедлить, как зеленая молния стремительно вылетала за обрез экрана — машина теряла устойчивость и управляемость. Все получалось как будто бы так, как и следовало ожидать, если бы не порыв — он-то был больше нормированного, того, который согласно статистике можно было ожидать на больших высотах. Впрочем, что касается статистики, то говорят, что ложь бывает трех видов: просто ложь, ложь злостная и… статистика. Далеко не всегда последняя утверждает незыблемые истины…
Этот эпизод рассказан не случайно — путь авиационной науки и тех, кто движет ее, не так прост, как может показателя на первый взгляд. Часто чрезвычайно трудно отказаться от того, что мы называем установившимися понятиями и представлениями. Величие Н. Е. Жуковского состояло не только в том, что его могучее дарование объединило в себе логику математика, трезвый подход инженера, наблюдательность экспериментатора и талант педагога, — он сумел подняться над царившей в умах теорией Ньютона.
Отказ от господствующих представлений и сегодня доступен не каждому. А тем более он был труден тогда, когда речь шла о таком серьезном препятствии, как «звуковой барьер».
ОТ ЗВУКОВОГО К ТЕПЛОВОМУ
Появились реактивный двигатель и реактивные самолеты. Почти десять лет прошло с того дня, как летчик-испытатель Григорий Бахчиванджи поднял в небо первый ракетный самолет «БИ», созданный под руководством известного советского ученого и конструктора Виктора Федоровича Болховитинова. А в кругах авиационных специалистов разных стран все чаще поговаривали о новом скоростном кризисе. И действительность, казалось, и впрямь решила подтвердить эти прогнозы: все попытки достичь скорости звука оканчивались неудачей. Природа словно отгородила неприступной стеной область сверхзвуковых скоростей. И эта стена многим казалась непреодолимой — «звуковой барьер».
Аэродинамика всегда раскрывает свои законы с помощью графиков. Их лаконичный язык понятен ученым лучше, чем самое пространное объяснение. Вот на основании одного из таких графиков и родился пессимистичный прогноз о невозможности достичь скорости звука. На графике было показано, как растет лобовое сопротивление самолетов с увеличением скорости полета. И, глядя на этот рост, невольно приходилось задумываться: а что, если действительно «стена»? Кривая, характеризующая коэффициент лобового сопротивления, лишь слегка поднималась в области малых, дозвуковых скоростей, но зато при скоростях, близких к скорости звука, круто уходила вверх или, как говорят математики, в бесконечность. Конечно, никакие двигатели не смогли бы протолкнуть самолет через стену выросшего в десятки и согни раз сопротивления воздуха. Но действительно ли сопротивление должно быть таким огромным?
Вот тогда-то и родилась сказанная Владимиром Михайловичем Мясищевым фраза, которая сегодня по праву считается классической: «Барьеры существуют не столько в самой природе, сколько в наших знаниях. Такова диалектика развития…» Прошло совсем немного времени, и жизнь подтвердила справедливость этой мысли. Оказалось, что лобовое сопротивление действительно растет очень сильно, если штурмовать звуковой барьер на самолетах с дозвуковыми аэродинамическими формами. Но если эти формы изменить…
На «лабораторном столе» аэродинамиков родились формы сверхзвуковых самолетов: тонкие и короткие крылья, фюзеляжи с большим удлинением, фонари пилотских кабин с заостренной передней кромкой и воздухозаборники двигателей с регулируемым входным и выходными отверстиями. А в результате крутая стена сопротивления на графике превратилась в едва заметный бугорок, подобный арочному мосту, переброшенному в зазвуковую область.
Но не только аэродинамика штурмовала звуковой барьер. Самые разные профессии пришлось созвать под свои знамена авиационной науке: слишком уж необычным было поведение самолетов в новой для человечества области скоростей. «Вдруг самолет затрясся, словно пулемет при стрельбе… Скорость, которую я навязываю ему, приближается к скорости звука, и самолет дрожит — он определенно находится на грани разрушения. Бог неба держит нас в зубах, и земля подо мной конвульсивно содрогается. От этой проклятой тряски самолет разлетится в куски… Инстинктивно хочу убавить скорость… Газ убрать, воздушные тормоза выпустить! Тряска усиливается, меня словно бьет в конвульсиях… Я тяну ручку управления на себя. Господи, еще хуже… Я жду. Немного приподнимаю нос самолета. Снова жду… Так! Внезапно наступает тишина. Почему?..» Так описывает приближение к звуковому барьеру американский летчик-испытатель У. Бриджмен в своей книге «Один в бескрайнем небе».
Почему прекратилась тряска, почему машины — неожиданно теряют устойчивость, почему «захлебываются» компрессоры двигателей и горят лопатки турбин?.. Понадобились годы упорных исканий, прежде чем сверхзвук был окончательно покорен. Впрочем, конструкторам здесь еще много работы. Лишь сравнительно небольшое число машин достигает сегодня скоростей порядка 1500, 1700, 2000 или 2500 километров в час. И перед этими стремительными птицами уже выросло новое препятствие — тепловой барьер.
Воздух, столь податливый на малых скоростях, обретает в сверхзвуковом полете невиданную «твердость». Разрезая его упругую стену, носки крыльев нагреваются до температур в несколько сотен градусов. Немногим меньше температура трения воздуха об обшивку. Самые лучшие материалы не в состоянии выдержать упорных тепловых «атак»: алюминиевые сплавы становятся податливыми, как воск, теряют прочность сталь и титан.
Кинетический нагрев зависит от скорости полета и плотности разрезаемого крылом воздуха. Плотность падает с высотой, одновременно уменьшается и нагрев. Так возник «тепловой пол» самолетов — температурная граница сверхзвукового полета. Конечно, эта граница временная, ее определяет термостойкость тех материалов, которыми человек располагает сегодня. Но как только наука найдет материалы, способные сохранять достаточную прочность при более высоких температурах, так «тепловой пол» немедленно опустится на меньшие высоты.
Казалось бы, выход найден: большие высоты — обширное поле для громадных скоростей. Но это только так кажется. На больших высотах, в разреженных слоях атмосферы, маленькие крылья скоростных машин отказываются создавать необходимую подъемную силу. Так на больших высотах выросла еще одна граница — «потолок крыльев», — выше которой могут «жить» лишь баллистические снаряды и спутники. Природа отвела скоростным крыльям человека лишь узкий «коридор», в котором трудно развернуться, когда речь заходит о сверхзвуковом пассажирском сообщении.