Показано, что самолёт RB-1, часто называемый первым самолётом с убирающимся шасси, не является таковым, а целью первых работ по созданию убирающегося шасси было не уменьшение сопротивления самолёта, а улучшение взлётно-посадочных характеристик.

Впервые приведены статистические данные по применению убирающегося шасси в мировом самолётостроении.

Постановка проблемы

За 20 лет мной была собрана структурированная информация более чем о 20 000 моделей самолётов, созданных во всём мире в XX веке, в том числе об их конструктивных особенностях, включая устройство шасси. Впервые были построены графики выпуска самолётов в XX веке (первая публикация в [ 1 ]) и рассмотрена сравнительная динамика интенсивности производства и разработки новых моделей     [ 2 ].

Собранная информация позволила уточнить приоритеты и выявить пионерские конструкции. Оказалось, что историками авиации обычно неверно излагается история создания и применения на самолётах убирающегося шасси как с точки зрения приоритетов, так и с точки зрения целеполагания. Рассмотрению этого вопроса и посвящена статья.

Часто возникновение убирающегося шасси связывают со стремлением уменьшить сопротивление и, соответственно, увеличить скорость самолётов, а в качестве первого самолёта с убирающимся шасси называют гоночный американский высокоплан 1920 года RB-1 (рис. 1).

Рис. 1. Самолёт Dayton-Wright RB-1 в музее NASM. Фото NASM

Так, Д. А. Соболев пишет: «Убирающееся шасси впервые нашло применение на гоночных самолётах, для которых уменьшение лобового сопротивления было особенно важно. Первопроходцем стал американский спортивный скоростной моноплан Дайтон-Райт RB-1, построенный в 1920 году для участия в воздушных гонках на приз Гордона Беннета» [ 3, с. 239 ].

Подобные утверждения делались историками авиации и раньше, например: «Высокоплан Wright RB… на этой машине впервые применено полностью убираемое шасси» [ 4, p. 185 ].

В большой статье в журнале Flight, подводящей итоги первых 50 лет развития авиации, дана более аккуратная формулировка: «В ранних амфибиях уборка шасси преследовала цель поднять колёса над водой. Но в гоночном самолёте Dayton-Wright 1920 года мы видим, возможно, первый пример самолёта, в котором колёса убираются исключительно с целью уменьшения сопротивления» [ 5, p. 762 ].

Здесь RB-1 уже указывается не как первый самолёт с убирающимся шасси, а как первый, в котором такое решение применено именно для уменьшения сопротивления самолёта. Кроме того, справедливо подчёркивается пионерская роль амфибий в развитии конструкций шасси самолётов. Но, как мы увидим далее, это утверждение тоже не совсем корректно.

Пионерские конструкции

Первым известным мне самолётом с полуубирающимся шасси (у RB-1 шасси также убиралось не полностью, подтягиваясь в открытые ниши по бокам фюзеляжа) стал британский моноплан-тандем Aerial Monoplane, построенный компанией Aerial Manufacturing в 1909 году и упомянутый в ежегоднике [ 6 ]. Он не был амфибией: это чисто сухопутный самолёт.

Рис. 2. Aerial Monoplane – первый в мире самолёт с полуубирающимся шасси

Aerial Monoplane сконструировал W. J. Potter. Колёса на длинной стойке опускались для увеличения угла атаки фюзеляжа и закреплённых на фюзеляже крыльев при взлёте и посадке. При этом росла подъёмная сила, в результате взлётная и посадочная скорость уменьшались, уменьшались и длины разбега и пробега.

Кроме того, на стойках шасси крепилась пара дополнительных крылышек, угол установки которых регулировался лётчиком в полёте. При взлёте и посадке они создавали подъёмную силу, а в крейсерском полёте свободно располагались по потоку, уменьшая сопротивление конструкции. При пробеге же крылышки поворачивались вертикально и служили воздушными тормозами [ 7, p. 39 ] (рис. 2).

Таким образом, целью создания первого в мире самолёта с убирающимся шасси было не уменьшение сопротивления, а улучшение взлётно-посадочных характеристик (ВПХ). Самолёт испытывался в полёте, но улучшений, соизмеримых с ростом стоимости и сложности конструкции, не показал.

В следующем, 1910 году француз André Lassagne построил деревянный биплан-утку. Заказчиком был автогонщик Cornet, самолёт успешно летал. Шасси состояло из двух мощных полозьев, к которым шарнирно крепились два колеса. Взлетал самолёт на колёсах, но перед посадкой на травяное поле колёса можно было поднять, с тем чтобы сесть только на полозья и сократить разбег: это было особенно существенно, если трава влажная [ 8, p. 164 ]. И в этом случае поднятие колёс служило улучшению ВПХ, а не уменьшению сопротивления.

Новый толчок развитию схем поднятия шасси дало появление гидросамолётов. Первый гидросамолёт Фабра взлетел 28 марта 1910 года , а уже в следующем году французская компания Voisin построила большую шестиместную амфибию Icare [ 10 ] (рис. 3). Шесть её колес поднимались над бортами лодки-фюзеляжа и давали возможность садиться на воду и взлетать с воды.

Рис. 3. Амфибия Icare – первая амфибия с полуубирающимся шасси

В том же 1911 году появился первый самолёт, в котором колёса в убранном состоянии были уже полностью изолированы от набегающего воздушного потока: металлический биплан Coanda 2 румынского конструктора Анри Коандэ (Henri Marie Coandă), работавшего во Франции (рис. 4). Парные колёса основных стоек подтягивались вверх и полностью скрывались в больших обтекателях – «штанах»         [ 11 ]. Самолёт имел чисто экспериментальное назначение.

Рис. 4. Биплан Коанда-2 с убирающимися в обтекатели шасси

В 1913 году во Франции построили и испытали и летающую лодку – амфибию Alvarez et de Conde II, у которой основные опоры и колёса сухопутного шасси поднимались как единое целое и размещались перед фюзеляжем [ 8, p. 18 ] (рис. 5).

Рис. 5. Схема амфибии Alvarez et de Conde II

Убирающееся шасси и рост скорости

RB-1 же по хронологии оказался только 16-й известной мне конструкцией самолёта с убирающимся шасси. И он не был первым даже в США.

Ещё в 1918 году конструктор James V. Martin (не путать с Гленом Мартином, основателем фирмы Мартин, которая позднее стала частью концерна «Локхид Мартин») построил и передал на испытания в Сигнальный корпус США миниатюрный истребитель аэростатов K-III Kitten [ 12 ](рис 6).

K-III, в свою очередь, был спроектирован на основе лёгкого опытного британского истребителя с фиксированным шасси Port Victoria PV.8 Eastchurch Kitten. Благодаря тому, что в американском варианте основные опоры шасси вместе с осью и колёсами убирались в полёте назад в фюзеляж, самолётик с мотором мощностью всего 32 л.с. развивал замечательную по тем временам скорость 180 км/ч, в то время как PV-8 c 35-сильным мотором разгонялся только до 151 км/ч.

Таким образом, поднятие шасси дало прирост скорости в 20%. Площадь крыла у английского и американского вариантов была практически одинаковой (9,76 и 9,85 кв. м. соответственно), одинаковы и взлётные массы (266 и 264 кг), а мощность двигателя у британца на 9% больше.

С учётом того, что коэффициент лобового сопротивления Cx пропорционален мощности мотора и обратно пропорционален площади крыла и кубу максимальной скорости, получается, что у K-III он составлял только 54% от Сx самолёта PV.8!

Рис. 6. Конструктор James Martin в своём самолёте с убирающимся шасси K-III Kitten. Фото с сайта Aerofiles.com

В связи с плохой скороподъёмностью, что неудивительно при столь малой мощности, и, главное, окончанием войны истребитель K-III военные заказывать не стали. Но в 1919 году, то есть за год до постройки RB-1, Джеймс Мартин получил и патент номер 1306768 на свою конструкцию шасси (рис. 7).

Рис. 7. Схема убирающегося шасси из патента Мартина № 1306768

Частные приоритеты

Рассмотрим вопрос, когда же был создан первый самолёт с убирающимся шасси с носовым колесом – ведь именно эта схема сейчас доминирует в «большом» самолётостроении. Здесь пионером стал немецкий инженер Jacob Goedecker.

В 1912 году его самолётостроительная компания создала удачную летающую лодку, которая так и вошла в историю под наименованием Goedecker Flugboot [ 14 ] (рис. 8). С 29 августа по 5 сентября 1912 года лодка участвовала в немецком конкурсе гидросамолётов и заняла четвёртое место.

Рис. 8. Летающая лодка-амфибия Goedecker Flugboot с убранным и выпущенным сухопутным шасси

Первые же сухопутные самолёты с убирающимся шасси с носовой опорой были построены только через четверть века. В 1938 году появились сразу четыре модели таких самолётов. Все они созданы в США: это пассажирский Douglas DC-4E (не путать с серийным Douglas DC-4 – совсем другая конструкция); Bell XP-39, прототип истребителя Airacobra, Douglas DB-7B, будущий знаменитый бомбардировщик A-20 Boston, и малоизвестный самолёт общего назначения Miller HM-4 [ 15, p. 207 ] (рис. 9).

Рис. 9. Самый малоизвестный среди первых сухопутных самолётов, имевших убирающееся шасси с носовой опорой, Miller HM-4. Фото с сайта Aerofiles

Первым самолётом с убирающимся шасси в СССР стала амфибия Ш-1, которую в 1929 году сконструировал и построил на своей квартире в Ленинграде В. Б. Шавров. Ему помогали В. Л. Корвин и Н. Н. Фунтиков [ 16, с. 92 ] (рис. 10). Ш-1 стала прототипом удачной амфибии Ш-2 большего размера, которая много лет выпускалась крупной серией.

Рис. 10. Первый самолёт с убирающимся шасси, построенный в России / СССР: амфибия Ш-1

Первый же самолёт с убирающимся шасси с носовой опорой в СССР взлетел уже в конце 1940 года, всего через два года после создания пионерских конструкций в США. Это был опытный двухмоторный двухбалочный истребитель Москалёва САМ-13 [ 17 ] (рис.11) , по схеме повторявший голландский истребитель Fokker D.XXIII 1939 года. Чуть более ранний учебный самолёт Москалёва САМ-12 с такой же схемой шасси остался недостроенным.

Рис. 11. САМ-13 при подготовке к натурным испытаниям в аэродинамической трубе ЦАГИ

Мировая статистика

На рис. 12 приведены доли самолётов, строившихся в XX веке в мире с фиксированными (FG – fixed gear), полуубирающимися (SR – semi-retracted) и убирающимися (RG – retracted gear) шасси. Отдельно выделены самолёты с шасси, построенным по схеме с носовой опорой (FNG – fixed nose gear и RNG – retracted nose gear).

Диаграмма составлена на основе собранных автором почти 38 000 записей о производстве более 20 000 модификаций самолётов в 1910–2000 годах и публикуется впервые.

Рис. 12. Доли самолётов с разными типами шасси в общем мировом выпуске по годам

К самолётам с полуубирающимся шасси отнесены и конструкции, в которых колёса поднимаются вверх, но полностью или частично остаются в потоке, например частично выступают из крыла вниз для облегчения посадки «на брюхо» при отказе системы выпуска шасси. Кроме того, к ним отнесены и самолёты, у которых убирается только часть посадочного аппарата, например только носовая опора или только подкрыльные поплавки.

На рис. 12 видно, что схема шасси с носовой опорой была довольно популярна в начале века, но не выдержала конкуренции с более лёгкими шасси с хвостовой опорой.

В 1920-х годах возникает всплеск интереса к полуубирающимся шасси, связанный как с амфибиями, так и с гоночными самолётами. Однако к 1930 году он исчерпал себя.

Вновь доля самолётов с убирающимся шасси начала расти – и очень быстро – с 1933 года до конца Второй мировой войны. В 1944 году доля самолётов с фиксированным шасси достигла абсолютного минимума – всего 11%. В этом же году было построено больше самолётов, чем когда-либо в истории: 221 000 экземпляров (за весь XX век – 2,2 миллиона).

После окончания войны наступил регресс, связанный с резким и повсеместным сокращением выпуска боевой техники и увеличением в производстве доли лёгких и учебных самолётов.

В это же время, во второй половине 1940-х годов, быстро выросла и заняла доминирующее положение схема шасси с носовым колесом (она была довольно популярна и в начале века, но в 1920-е годы её полностью вытеснили шасси с хвостовой опорой).

Ситуация резко изменилась с началом Корейской войны: в эти годы все ведущие авиационные державы вновь увеличили выпуск боевой техники. Разрядка международной напряжённости во второй половине 1950-х годов привела к быстрому росту лёгкой и частной авиации и, соответственно, доли летательных аппаратов с неубирающимся шасси.

Во второй половине 1950-х годов быстро выросла популярность схемы с носовым колесом и для самолётов с неубирающимся шасси.

Начиная же с 1960-х годов каждая конфигурация посадочных устройств нашла свою нишу: число машин с убирающимся шасси составляет в производстве около 50% и медленно снижается из-за продолжающегося уменьшения доли боевых самолётов в общем выпуске.

По предварительным подсчётам автора, примерная пропорция 50 / 50 сохранилась в мировом самолётостроении и в первые 20 лет XXI века. Появляются всё новые, современные конструкции с неубирающимся шасси. И совершенно оправданно, например, на многоцелевом российском самолёте ЛМС-901, созданном в 2021 году , применено неубирающееся шасси с хвостовой опорой, создающее дополнительное сопротивление, но зато лёгкое, прочное и надёжное.

Выводы

Первые конструкции полуубирающихся и убирающихся шасси были связаны со стремлением улучшить взлётно-посадочные характеристики на суше и на воде, а не с желанием уменьшить аэродинамическое сопротивление. Появились они в 1910–1911 годах.

Впервые цель увеличить скорость с помощью убирающегося шасси была поставлена и решена при конструировании не гоночных аппаратов, а боевого самолёта-истребителя в 1918 году.

RB-1, вопреки утверждениям многих историков авиации, не является ни первым самолётом с убирающимся шасси, ни первым самолётом, в котором это решение было применено для снижения сопротивления воздуха в полёте.

Первые сухопутные самолёты, имеющие убирающееся шасси с носовой опорой, появились только в 1938 году в США.

Резкий рост доли самолётов с убирающимся шасси в производстве начался в 1933 году, а с 1960-х годов и до конца XX века количество строившихся самолётов с убирающимся и неубирающимся шасси было примерно равным.

Для установления этих приоритетов и целеполаганий конструкторов необходимо было изучить сведения обо всех известных моделях самолётов мира.

Литература

1. Кузьмин Ю. Авиация в числах: что мы сделали за 110 лет // Авиация и космонавтика. 2014. № 2. С. 8-10.
2. Кузьмин Ю. В. Соотношение объёмов производства и результативности конструкторских работ в мировом авиастроении XX в. Статистический анализ базы данных // Историческая информатика. 2020. № 2. C. 61-82. DOI: 10.7256/2585-7797.2020.2.32892
3. Соболев Д. А. История самолётов мира. М.: Русавиа, 2001. 680 с.
4. Gibbs-Smith C. H. Aviation. An historical survey from its origins to the end of World War II. London: Science Museum. 1970. 316 p.
5. King H. F. The first fifty years // Flight. 1953. № 2342. Pp. 755-786.
6. Jane T. F. All the world’s airships (aeroplanes & dirigibles). First annual issue. London, 1909.
7. Lewis P. B. British aircraft 1808–1914. London: Putnam, 1962. 576 p.
8. Opdycke L. E. French aeroplanes before the Great War. Schiffer Publishing, 1999. 288 p.
9. Гидро-аэроплан Анри Фабра // Вестник воздухоплавания. 1910. № 17. С. 24.
10. Hydro-aeroplane carries six persons // Popular Mechanics. 1913. № 4. Р. 573.
11. Летовой. Биплан Коанда // Вестник воздухоплавания. 1911. № 21-22. C. 41-45.
12. Hornat J. Martin K-III Kitten (Bluebird) // Letectvi + Kosmonautika. 2001. № 14. S. 50.
13. Martin J. V. Aircraft running and alighting device. Patent 1306768. Filing date 08.06.1916. Grant date 19.06.1919.
14. Goedecker Wasserflugmaschine // Flugsport. 1912. Vol. 4. S. 705.
15. Jane’s all the world’s aircraft. 1939 / Ed. Grey C.G., Bridgman L. London: Sampson Low, 1940.
16. Петров Г. Ф. Гидросамолёты и экранопланы России. М.: Русавиа, 2000. 246 с.
17. Золотов В. САМ-13 // Ас. 1991. № 1. C. 30-31.
18. Гомберг А. А. Лёгкий многоцелевой самолёт ЛМС-901 «Байкал» – премьера МАКС-2021 // Воздушно-космическая сфера. 2021. № 3. С. 64- 69.

References

1. Kuz'min Yu. Aviatsiya v chislakh: chto my sdelali za 110 let. Aviatsiya i kosmonavtika, 2014, no. 2, pp. 8-10.
2. Kuz'min Yu. V. Sootnoshenie ob"emov proizvodstva i rezul'tativnosti konstruktorskikh rabot v mirovom aviastroenii XX v. Statisticheskiy analiz bazy dannykh. Istoricheskaya informatika, 2020, no. 2, pp. 61-82. DOI: 10.7256/2585-7797.2020.2.32892
3. Sobolev D. A. Istoriya samoletov mira. Moscow, Rusavia, 2001. 680 p.
4. Gibbs-Smith C. H. Aviation. An historical survey from its origins to the end of World War II. London: Science Museum. 1970. 316 p.
5. King H. F. The first fifty years // Flight. 1953. № 2342. Pp. 755-786.
6. Jane T. F. All the world’s airships (aeroplanes & dirigibles). First annual issue. London, 1909.
7. Lewis P. B. British aircraft 1808–1914. London: Putnam, 1962. 576 p.
8. Opdycke L.E. French aeroplanes before the Great War. Schiffer Publishing, 1999. 288 p.
9. Gidro-aeroplan Anri Fabra. Vestnik vozdukhoplavaniya, 1910, no. 17, p. 24.
10. Hydro-aeroplane carries six persons. Popular Mechanics, 1913, no. 4, p. 573.
11. Letovoy. Biplan Koanda // Vestnik vozdukhoplavaniya. 1911. № 21-22. C. 41-45.
12. Hornat J. Martin K-III Kitten (Bluebird). Letectvi + Kosmonautika, 2001, no. 14, p. 50.
13. Martin J.V. Aircraft running and alighting device. Patent 1306768. Filing date 08.06.1916. Grant date 19.06.1919.
14. Goedecker Wasserflugmaschine. Flugsport, 1912, vol. 4, p. 705.
15. Jane’s all the world’s aircraft. 1939 / Ed. Grey C.G., Bridgman L. London: Sampson Low, 1940.
16. Petrov G. F. Gidrosamolety i ekranoplany Rossii. Moscow, Rusavia, 2000. 246 p.
17. Zolotov V. SAM-13. As, 1991, no. 1, pp. 30-31.
18. Gomberg A. A. Legkiy mnogotselevoy samolet LMS-901 «Baykal» – prem'era MAKS-2021. Vozdushno-kosmicheskaya sfera, 2021, no. 3, pp. 64-69.

© Кузьмин Ю. В., 2021

История статьи:

Поступила в редакцию: 23.09.2021

Принята к публикации: 27.10. 2021

Модератор: Плетнер К. В.

Конфликт интересов: отсутствует

Для цитирования: Кузьмин Ю. В. История создания убирающегося шасси // Воздушно-космическая сфера. 2021. № 4. С. 100-109.