Битва за скорость

Отдельная тема — это история разработки воздушных винтов большой мощности и компактных редукторов, передающих мощность от мотора на винт. Эта проблема встала во весь рост при достижении уровня мощности моторов 400 л.с. («Либерти»). Применявшиеся доселе цельнодеревянные винты с постоянным «шагом», ими углом установки по отношению к вектору скорости набегающего потока воздуха, были эффективны при преобразовании мощности мотора в силу тяги только для ограниченного диапазона полетных условий, а именно, скоростях полета менее 200 км/час и на низких высотах. Повышение мощности моторов, а следовательно, и скорости полета самолета, а также высотности моторов зачет применения наддува требовали инновационного решения управления геометрией винта, чтобы не растерять эффективность. Было ясно, что угол установки лопастей винта, должен быть переменным. Необходимо было заменять и материал, из которого делались винты: аэродинамическая эффективность напрямую зависит от толщины профиля — чем тоньше, тем эффективнее. Особенно это касается концевых сечений винта, движущихся с большой скоростью. Требование «тоньше» — значит должно быть прочнее, т. е. потребовался новый конструкционный материал.

Наконец, надо было разработать механизм, с помощью которого лопасти винта могли изменять свое положение. В США практическая задача создания ВИШ (винтов изменяемого шага) была сформулирована уже в 1918 г. За это дело в числе прочих взялся Фрэнк Колдуэлл (1889–1974), выпускник Массачусетского технологического института, работавший на фирме «Кертис» над сложной технологией изготовления деревянных винтов. Достаточно сказать, что сушка деревянных винтов осуществлялась в жаркой и сухой пустыне Невада. Как только с вступлением США в войну (1917 г.) появилось щедрое госфинансирование исследовательских работ в области авиации и был организован исследовательский центр в Дейтоне, Колдуэлл перешел работать в пропеллерный отдел этого центра главным инженером. Колдуэлл стал разрабатывать инновационный составной пропеллер, состоящий из втулки и отдельных лопастей. Но прежде всего была создана мощная экспериментальная база, так как инженерных знаний не хватало. Был разработан стенд с измерением тяги и крутящего момента. Каждый экспериментальный винт испытывался на максимальной скорости в течение десяти часов.

Вначале дерево решили заменить сталью в качестве материала для лопастей винта — шаг, казалось, естественный. Шли интенсивные продувки профилей в аэродинамической трубе. Но казавшееся очевидным «лобовое» решение оказалось неудачным. Тонкие стальные профили винта обладали малой жесткостью и поэтому оказались чувствительными к флаттеру. Увеличение жесткости приводило к недопустимому увеличению массы стального винта, несмотря на предлагаемые конструкции полых лопастей. Наблюдался и большой разброс свойств материала, недопустимый для таких ответственных узлов. Решение было найдено в замене стали на алюминиевый сплав, по своим характеристикам (включая плотность) находившийся между традиционным деревом и сталью. Так что переход на алюминий для винтов дался не так просто, как кажется сегодня.

В США существовало две компании, занимавшиеся производством винтов: старейшая Hamilton Aero Manufacturing (или сокращенно «Гамильтон», по имени своего основателя) и подключившаяся позже Standard Steel Propeller Company в Питсбурге, занимавшаяся, как это следует из названия, разработкой стальных винтов по контракту с армией. В 1929 г. обе компании объединились и новая компания стала называться «Гамильтон Стандарт». Под таким названием она просуществовала вплоть до 1990-х гг., к этому времени уже давно сменив профиль деятельности, но оставшись в авиапроме — перейдя на разработку систем управления авиадвигателей — сначала гидромеханических, а позже и электронно-цифровых (т. е. бортовых управляющих компьютеров). Сегодня эта некогда «винтовая» фирма «Гамильтон Сандстренд» является многопрофильным холдингом, производящим агрегаты для самолетов и двигателей под эгидой концерна «Юнайтед Текнолоджи». В него входит даже московская фирма НПО «Наука», много лет разрабатывающая теплообменники для систем кондиционирования самолетов. А в «Юнайтед» сегодня входит и моторная фирма «Пратт-Уитни».