Windecker A-7 Eagle – первый цельнокомпозитный самолет

7
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.
Наши новостные каналы

Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.

7 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. +2
    30 мая 2022 18:31
    Спорная штука. Ремонтопригодность никакая . А вот сварная стальная ферма фюзеляжа , крыло из дюралевой трубы по контуру , нервюры - да, из стеклопластика. И ещё композитные ( стальная сетка, пенопласт и стеклоткань) лопасти .
    Вот типичная легкая машина , которую можно восстановить в сарае даже после "кувырка "
    Довелось видеть, как восстанавливали "Цессну" . Простота конструкции и ширпотреб поразили . Два слесаря и один сварщик - мастер экстра класса.
    1. 0
      30 мая 2022 22:21
      Цитата: dauria
      Спорная штука. Ремонтопригодность никакая .


      Стекловолокно давно сваривают в кабельных сетях. Вопрос в том, как научиться сварить его в теле композитной детали - тогда легко можно будет восстановить композитодеталь, добавив полимерного связующего и наполнителя.
  2. 0
    30 мая 2022 19:20
    Какой срок службы композита? Вон, лопасти ветряков не знают, как утилизировать.
    1. +3
      30 мая 2022 19:43
      Не знаю какой срок у углепластика, который сейчас и применяется в авиации, у стеклокомпозитов, которые тяжёлые по сравнению с ним лет 20-25
  3. +1
    30 мая 2022 19:21
    Давайте начнём с названия статьи) планер из эпоксидки и стекловолокна не есть самолёт) кстати перчатки надели, а органы дыхания на фото не защищены. Крайне интересное решение, толчёное стекло как способ убить был известен ещё во времена французских королей. Двигатель не из композитов ведь, верно? Значит это не цельнокомпозитный самолёт. Ну и второе, композит может включать в себя и металлы. То что не взлетело, вполне объяснимо, ручная работа по изготовлению частей планера. Сложно, дорого, долго.
  4. +6
    30 мая 2022 19:38
    Фанера - это тоже композит. Ничего особо нового создатели самолета не придумали.
    Статью надо было назвать - "Первый самолет из эпокдидки и стекловолокна"
  5. -1
    31 мая 2022 08:08
    Абсолютно композитного самолёта быть не может. Себестоимость композитов из углепластика дороже алюминиевых. Насчёт ремонтопригодности - не знаю. Может и не большая. Экономия на эксплуатационных расходах. Меньший расход топлива или большая грузоподъёмность. Чем больше применение композитов - тем дешевле они будут. Новые материалы, новые технологии. Отличный самолёт Новосибирский НИИ разработал на замену Ан-2, композитный - но слишком дорогой, потому что из углепластика. И в серию не пошел. Хотя и летал быстрее "дедушки", и взлетал "с носового платка".

«Правый сектор» (запрещена в России), «Украинская повстанческая армия» (УПА) (запрещена в России), ИГИЛ (запрещена в России), «Джабхат Фатх аш-Шам» бывшая «Джабхат ан-Нусра» (запрещена в России), «Талибан» (запрещена в России), «Аль-Каида» (запрещена в России), «Фонд борьбы с коррупцией» (запрещена в России), «Штабы Навального» (запрещена в России), Facebook (запрещена в России), Instagram (запрещена в России), Meta (запрещена в России), «Misanthropic Division» (запрещена в России), «Азов» (запрещена в России), «Братья-мусульмане» (запрещена в России), «Аум Синрике» (запрещена в России), АУЕ (запрещена в России), УНА-УНСО (запрещена в России), Меджлис крымскотатарского народа (запрещена в России), легион «Свобода России» (вооруженное формирование, признано в РФ террористическим и запрещено)

«Некоммерческие организации, незарегистрированные общественные объединения или физические лица, выполняющие функции иностранного агента», а так же СМИ, выполняющие функции иностранного агента: «Медуза»; «Голос Америки»; «Реалии»; «Настоящее время»; «Радио свободы»; Пономарев Лев; Пономарев Илья; Савицкая; Маркелов; Камалягин; Апахончич; Макаревич; Дудь; Гордон; Жданов; Медведев; Федоров; Михаил Касьянов; «Сова»; «Альянс врачей»; «РКК» «Центр Левады»; «Мемориал»; «Голос»; «Человек и Закон»; «Дождь»; «Медиазона»; «Deutsche Welle»; СМК «Кавказский узел»; «Insider»; «Новая газета»