Windecker A-7 Eagle – первый цельнокомпозитный самолет
Первый опытный самолет X-7
Современное авиастроение немыслимо без композиционных материалов; планеры некоторых самолетов собираются из них практически полностью. Освоение перспективного направления в материаловедении началось еще в середине прошлого века, и вскоре дало первые результаты. Так, в 1969 г. Федеральное управление гражданской авиации США выдало сертификат годности легкому самолету Windecker A-7 Eagle – первой цельнокомпозитной машине.
Вместо алюминия
В конце пятидесятых годов дантист Лео Уиндекер из г. Лейк Джексон (шт. Техас) совершил полет в качестве пассажира на самолете Cessna 172. Впечатление от воздушной прогулки испортила турбулентность. Кроме того, доктор заметил, насколько тонким и хрупким является алюминиевый планер самолета. Вскоре он задумал создать новый материал для строительства самолетов, более прочный и легкий в сравнении с традиционным «крылатым металлом».
Работы стартовали в 1958 г. Первые эксперименты Л. Уиндекер проводил в собственном гараже при участии жены Фэйрфакс, тоже стоматолога, и трех сыновей. Об опытах вскоре узнали пациенты дантиста, среди которых нашлись сотрудники химической компании Dow Chemical Company. Благодаря этому Уиндекерам удалось заручиться поддержкой главы компании Герберта Доу и доктора Малкольма Прюитта. Теперь изобретатели имели доступ к необходимым материалам и научно-технической базе.
Фэйрфакс Уиндекер на фоне X-7
Вскоре при участии изобретателей и их помощников была основана компания Windecker Research Inc. Основная ее деятельность поначалу оставалась в области разработки новых материалов, но прорабатывались вопросы строительства самолета из них. В частности, велись споры, каким он должен быть, чтобы показать все преимущества композитов, а также найти место на рынке.
К середине шестидесятых годов Windecker Research нашла оптимальный состав композитного материала для авиации и запатентовала его, а также оформила торговую марку Fibaloy. Детали для самолетов предлагалось изготавливать из однонаправленного стекловолокна и одного из доступных сортов эпоксидной смолы. После закладки в форму компоненты запекались при заданной температуре. В зависимости от размеров будущего самолета, можно было делать целые агрегаты, такие как полукрыло – причем со всеми внутренними деталями.
«Файбэлой» отличался от алюминия меньшей плотностью и имел сопоставимую прочность. Позже на испытаниях установили, что единое композитное крыло, при тех же размерах и массе, вдвое прочнее сборной алюминиевой конструкции. Схожий выигрыш можно было получить и при строительстве других элементов планера. При всем этом, новый материал легко обрабатывался, склеивался и т.д.
Композит в воздухе
После всех предварительных проверок началась подготовка к летным испытаниям нового материала. Из Fibaloy изготовили два крыла для самолета Monocoupe 90. Это были агрегаты с прямой передней кромкой и закругленными законцовками. Размах крыла составлял 9,75 м, площадь – 12,5 кв.м. Внутри композитных крыльев заранее расположили каналы для проводки управления и другие устройства, соответствующие штатной комплектации «Монокупе-90».
Процесс склейки двух половин фюзеляжа
После замены крыла самолет стал легче, а его летные характеристики выросли. Улучшилась максимальная скорость, а также сократилась скорость сваливания. Даже этот факт полностью подтверждал высокий потенциал и преимущества композитного «Файбэлойя».
После испытаний Monocoupe 90 компания Л. и Ф. Уиндекеров начала разработку своего собственного самолета, изначально выполненного полностью из перспективного композита. После некоторых споров разработчики определились со схемой – планировалось построить четырехместный свободнонесущий низкоплан с поршневым двигателем и неубирающимся шасси. Машину обозначили как X-7.
Изготовление отдельных агрегатов и сборка опытного X-7 завершилась в начале осени 1967 г., и в октябре самолет совершил первый полет. Летные, маневренные и эксплуатационные характеристики оказались приемлемыми. Было решено разрабатывать новый вариант подобного самолета, предназначенный для полноценного выхода на коммерческий рынок.
Windecker Eagle
Новый проект A-7 Eagle («Орел») выполнили на основе X-7; в имеющуюся конструкцию внесли некоторые изменения, определенные по результатам первых испытаний. Кроме того, изменилась комплектация машины – ее скорректировали с учетом требований рынка. При этом ключевые решения, касавшиеся материалов, конструкции, способов изготовления и т.д., остались без изменений.
Лео Уиндекер и его сын Тед (стоят на заднем плане) наблюдают за изготовлением композитной детали
Как и X-7, новый Eagle представлял собой одномоторный низкоплан с двухрядной четырехместной кабиной и неубираемым шасси. Внешне, по аэродинамике и другим характеристикам машина напоминала сразу несколько существующих самолетов, с которыми ей предстояло конкурировать.
Фюзеляж самолета изготовили из двух полноразмерных симметричных деталей, склеенных между собой. Внутри такого фюзеляжа установили все необходимые системы и агрегаты. Крыло тоже собиралось из композитных половин. Внутри такой оболочки помещались необходимые детали, а свободный объем заполнялся пенопластом. Как и ранее, использовали трехточечное шасси, но разработали убираемые стойки.
В носовой части фюзеляжа установили поршневой двигатель Continental IO-520-C мощностью 285 л.с. с двухлопастным воздушным винтом – такой же, как на самолетах-конкурентах. Двигатель закрепили на усиленной носовой части композитного фюзеляжа. Металлическая моторама отсутствовала.
Статические испытания крыла
Длина готового самолета составляла 8,7 м, размах крыла – 9,75 м при площади 15,5 кв.м. Пустой самолет весил всего 975 кг, а полная масса с тремя пассажирами и 330 л топлива не превышала 1,55 т. Позже на испытаниях «Орел» показал максимальную скорость 340 км/ч и крейсерскую 330 км/ч. Скорость сваливания легкой конструкции составляла всего 106 км/ч. Взлетная и посадочная дистанция – ок. 400 м.
Развитие проекта
Первый полет опытного Windecker Eagle состоялся 26 января 1969 г. Самолет быстро подтвердил расчетные характеристики и показал преимущества перед другими машинами своего класса. Разнообразные испытания по программе Федерального управления гражданской авиации (FAA) продолжались в течение нескольких месяцев, после чего были остановлены из-за аварии.
19 апреля летчик-испытатель Билл Робинсон испытывал «Орла» на штопор. Во время очередного витка летчик понял, что самолет не удастся вывести в горизонтальный полет, и придется спасаться с парашютом. При покидании кабины он зацепился ботинком за проем двери, но сумел выбраться из западни и безопасно приземлиться. Опытный самолет упал и разбился.
В ходе изучения обстоятельств аварии установили, что центр тяжести самолета чрезмерно сдвинут назад – сказывалось отсутствие тяжелых силовых элементов в носу. Кроме того, киль и руль направления малой площади при штопоре оказывались в аэродинамической тени фюзеляжа и теряли эффективность.
Один из самолетов A-7C
Эти обстоятельства учли при создании новой версии проекта Eagle. Хвостовую часть фюзеляжа облегчили для получения желаемой балансировки. Также под хвостом добавили киль-гребень, не затеняемый при штопоре. Кроме того, FAA потребовало увеличить запас прочности планера на 20%. Все эти изменения сказались на характеристиках самолета, но почти не поменяли его экстерьер.
Модернизированный самолет A-7C Eagle I вышел на испытания к осени 1969 г. и подтвердил правильность новых технических решений. В декабре FAA выдало сертификат летной годности, позволявший запускать серию и начинать продажи. Вскоре после этого, в 1970 г., опытный «Орел-1» отправили в Смитсоновский университет для демонстрации достижений науки и техники.
Проект Eagle I получил рекламу и заинтересовал потенциальных покупателей. Компания-разработчик получила несколько заказов. Впрочем, речь шла о строительстве единичных самолетов, и это мало походило на полноценную серию. В таком режиме до 1971-72 гг. Windecker Research построила всего восемь самолетов, включая один разбившийся на испытаниях. В целом ситуация не располагала к оптимизму.
Малозаметный композит
В 1972 г. к компании обратился заказчик, заинтересованный в новых технологиях и не привыкший на них экономить. Очередной самолет приобрели ВВС США для использования в научно-исследовательской программе CADDO. Специалисты Пентагона планировали изучить потенциал композитного планера в контексте стелс-технологий.
Самолет получил военное обозначение YE-5 и подвергся некоторым доработкам. Штатный воздушный винт заменили новым трехлопастным. Кроме того, композитный фюзеляж планировалось покрывать различными радиопоглощающими красками и лаками, а также испытывать другие способы снижения заметности.
Летные испытания YE-5 начались в 1973 г. Самолет совершал полеты в разной конфигурации, а с земли и с воздуха за ним наблюдали существующие и перспективные РЛС разных типов. Удалось собрать значительный объем данных и сделать общие выводы. Так, композитный самолет действительно показывал минимальную ЭПР: радиоволны попросту проходили сквозь эпоксидную смолу и стекловолокно. В то же время, двигатель и другие элементы демаскировали машину, и полной незаметности добиться не удалось.
В 1974 г. свой собственный «Орел» приобрели сухопутные войска США, заинтересованные в развитии армейской авиации. Его испытали на предмет эксплуатации в сложных условиях. Позже машину передали ВВС для проведения аналогичных проверок.
YE-5 на стенде для проверки радиолокационной заметности
«Армейский» YE-5 использовался до 1980 г., пока его не разрушил торнадо, обрушившийся на аэродром базирования. «Малозаметный» экспериментальный самолет прослужил дольше. Его потеряли в 1985 г. в ходе очередного испытательного полета.
Экономическая неудача
Главной причиной недостаточного интереса к Eagle I являлась его высокая цена. Композитный самолет стоил более 110 тыс. долл., тогда как конкуренты требовали за похожую алюминиевую машину на 15-20 тысяч меньше. Далеко не каждый потенциальный покупатель мог позволить себе передовой образец. Кроме того, начало семидесятых годов было в целом неудачным для авиационной промышленности и гражданского рынка.
Компания Windecker Research пыталась искать инвесторов, но не преуспела в этом. К середине десятилетия ей пришлось закрыться. Впрочем, уже в 1977 г. бизнесмен Джеральд Дитрик выкупил активы компании и вернул ее к жизни. Через два года ее переформировали и переименовали в Composite Aircraft Corporation. Планировалось возродить производство уникальных самолетов.
Однако за прошедшие годы ситуация с ценами не изменилась. Более того, конкуренты нашли способ дополнительно удешевить свои самолеты. В итоге компания Дж. Дитрика даже не завершила подготовку производства. Заказы не появились, деньги не поступили, и новые «Орлы» так и не были построены.
Кабина одного из сохранившихся Eagle после глубокой модернизации
Уже изготовленные самолеты оставались в эксплуатации, но со временем их число сократилось. Так, Пентагон потерял обе приобретенные машины; то же произошло с некоторыми серийными образцами. По разным данным, почти все остальные самолеты сохранились. Два находятся в музеях, а еще несколько принадлежат коллекционерам и даже остаются в летном состоянии.
Новая надежда
В конце двухтысячных годов появилась информация о возможном возрождении проекта A-7 Eagle. Предполагалось доработать самолет с использованием современных компонентов и решений, а затем вновь вывести его на рынок. Однако этого до сих пор не произошло – по техническим, организационным и коммерческим причинам.
В 2015 г. сообщалось об интересе к проекту со стороны китайских авиастроителей. Одна из компаний Китая выкупила документацию и сертификат на A-7C. Планировалось запустить производство в интересах азиатского рынка. Однако эти новости, как и предыдущие, не получили продолжения. Китай строит самолеты разных типов, но аналоги Eagle пока отсутствуют и не предвидятся.
По всей видимости, история проекта Windecker A-7 Eagle фактически завершилась. При всех своих преимуществах, такой самолет не имеет реальных коммерческих перспектив, и потому вряд ли вернется в серию. Впрочем, отдельные идеи и решения все еще могут найти применение в других проектах. Также следует помнить, что главная идея проекта Л. и Ф. Уиндекеров была правильной – и композиты, сочетающие малую массу и высокую прочность, теперь широко применяются в авиации.
Информация