Легкий самолет БОК-5.
Разработчик: БОК
Страна: СССР
Первый полет: 1937 г.
Бюро Особых Конструкций (БОК) было основано в 1930 году. Здесь, кроме других исследовательских работ, были сконструированы и построены семь самолетов, в том числе четыре по типу РД (АНТ-25), предназначенных для дальних высотных перелетов, и три легких машины — БОК-2, БОК-3 и БОК-5 — оригинальной конструкции. Причем, из них лишь БОК-5 выполнен по схеме «бесхвостка». Он сконструирован начальником Бюро, талантливым инженером Владимиром Антоновичем Чижевским. В 1920-1930-х годах «бесхвостки» были в «особом почете» у авиаконструкторов. Этому — свои причины. Еще в 1910 году лейтенант британской армии Д.Данн построил и удачно испытал биплан «летающее крыло» D-5 с большим углом стреловидности. Подобных машин в истории авиации еще не было. Затем — D-8 и другие самолеты подобного типа. Это стало началом «эры бесхвосток». В 1914 году фирма «Бургесс» (США) начала строить самолеты Данна. Она выпустила в 1916 году два двухместных биплана Данна на поплавках. Эти гидросамолеты исправно служили на флоте США до 1919 года. Фирме «Бургесс» за эти гидросамолеты был присужден приз.
«Бесхвостка» D-5.
В России по части «бесхвосток» лидирующее место принадлежит, безусловно, Б.И.Черановскому, который начал карьеру в 1921 году, в кружке любителей планеризма «Парящий полет» при Академии воздушного флота. Первой его работой стал планер типа «летающее крыло» БИЧ-2. Фундаментальной теории в то время по этому типу аппаратов еще не существовало, но по замыслу Черановского, как он правильно себе представлял, у «летающего крыла» должны быть минимальными лобовое сопротивление и масса конструкции, что могло существенно улучшить летные характеристики аппарата. Причем, характерной особенностью планера БИЧ-2 было то, что летчик полностью размещался в толстом крыле.
После постройки планера БИЧ-4, управляемого летчиком П.Вержбицким в 1925 году в Коктебеле, в 1926 году Черановский построил первый самолет-моноплан типа «летающее крыло» БИЧ-3 с двигателем 18 л.с. Летчик Кудрин, совершивший на самолете ряд полетов, сделал заключение, что «машина способна устойчиво летать и хорошо управляться.» Увлекшись идеей постройки «бесхвосток», Черановский создает в 1929 году БИЧ-7 с двигателем 100 л.с. А затем, в 1932 году — БИЧ-7А, который собственно и «завел» Чижевского, вдохновил на постройку своего БОК-пятого. Что же, в первую очередь, привлекло внимание Чижевского в конструкции БИЧ-7А? А особенностей было немало. Крылья освобождены от рулей направления, что было нередко на других подобных самолетах в то время. Киль, являющийся как бы продолжением двухместной застекленной кабины, заканчивался рулем направления.
Удалось ликвидировать пробел в предшествующих моделях «бесхвосток»: размещенный по продольной оси самолета над костылем и обдуваемый струей воздуха от винта руль направления становился более эффективным. Интересны были и органы управления. В качестве элеронов использовались только крайние закрылки. А при взятии ручки «на себя» отклонялись и закрылки-рули высоты и элероны совместно. Чижевский сделал вывод, что при такой системе управления и при задней центровке самолет, должен стать хорошо управляемым в полете как в продольном, так и в боковом отношениях. Летчики, испытавшие БИЧ-7А, отметили, что «…самолет устойчив на всех режимах полета, тенденции к потере скорости не имеет и управление им ничем не отличается от управления самолетом нормальной схемы.»
Однако ни в одном из отчетов не удалось найти свидетельства о том, что на самолетах Черановского БИЧ-3, БИЧ-7 или даже более позднем спортивном, скоростном (V=320 км/ч) БИЧ-21 удавалось выполнить какие-либо фигуры высшего пилотажа. Это смогли продемонстрировать в полной мере лишь на БОК-5. Итак, летный успех БИЧ-7А подтолкнул конструктора Чижевского на дерзкую мысль: построить одноместный самолет -«бесхвостку» с хорошими пилотажными возможностями. Кроме этого, конструктор имел в своих целях в дальнейшем БОК-5 сделать прототипом бомбардировщика БОК-6 с двумя двигателями М-34 по типу двухдвигательного пассажирского БИЧ-14, выполненного Черановским в своей традиционной схеме с параболическим в плане крылом. Здесь же для Чижевского открылась и одна очень важная особенность для конструкции «бесхвостового самолета»: относительная толщина профиля в центроплане не должна превышать величины 20%.
Летчики-испытатели Ю.Пионтковский, П.Стефановский, М.Нюхтиков утверждали, что относительная толщина профиля у БИЧ-14, равная 22%, вызывала срыв потока с крыла, что намного ухудшало работу руля направления на малых скоростях полета. А для осуществления посадки требовались слишком большие углы отклонения рулей высоты и элевонов, из-за чего посадочная скорость намного возрастала. Словом, для постройки БОК-5 у Чижевского накопился богатый материал по созданию «бесхвосток» Черановского с их достоинствами и недостатками. Кроме этого, Чижевский углубил аналитические исследования по теории полета бесхвостного самолета, среди которых следовало считать следующие положения. У самолета аэродинамической схемы «бесхвостка» горизонтальное оперение отсутствует, а в качестве органов продольного управления используют элероны, элевоны, флапероны, закрылки, которыми в определенном конструктивном сочетании осуществляется и поперечное (по крену) управление.
Запас продольной статической устойчивости самолета, как мы знаем, определяется взаимным положением его центра тяжести и аэродинамическим фокусом крыла. Главный недостаток «бесхвостки» заключается в малом плече органов продольного управления, расположенных на крыле. Вследствие чего для продольного управления, например, кабрирования, необходимо прикладывать вертикальную силу, направленную вниз, примерно, в два раза большую, чем у самолетов нормальной схемы. Это приводит к неприятной для летчика реакции самолета, так называемой просадке, когда после отклонения элевонов возникает отрицательное вертикальное ускорение, что в конечном счете приводит к увеличению времени переходного процесса при управлении.
Кроме этого, наличие статистической устойчивости «бесхвостки» требует для обеспечения продольной балансировки самолета значительных отклонений элевонов, что намного ухудшает аэродинамическое качество. Есть и значительные особенности взлета и посадки «бесхвосток». Они осуществляются без использования механизации крыла, поскольку возникающий при ее работе продольный момент практически нечем уравновесить. Это приводит к тому, что на «бесхвостке» конструктор вынужден устанавливать крыло большей площади и с уменьшенной удельной нагрузкой на него.
Невозможность обеспечения необходимого плеча продольного управления на «бесхвостке» ограничивает использование разнообразных форм крыльев в плане. В основном приходится применять крыло с достаточно большой стреловидностью и очень малого удлинения, всего лишь 2-2,2 единицы. Разработку БОК-5 начали в середине 1930-х годов с учетом опыта, как мы уже сказали, постройки бесхвосток Черановского. А строили БОК-5 на смоленском заводе № 35. БОК-5 представлял собой моноплан с низкорасположенным крылом, килем, установленным на фюзеляже и тянущим винтом. На этом, собственно, сходство с БИЧ-7А и заканчивалось. Крыло у БОК-5 имело форму в плане не параболы, а трапеции с почти прямой задней кромкой. Стреловидность передней кромки крыла равнялась 28°.
Была предусмотрительно, во избежание срыва потока, ограничена и относительная толщина крыла: она составляла величину лишь 15%. Крыло — двухлонжеронное, профиль ЦАГИ-890, полки лонжерона — трубы, стенки — два листа, нервюры — ферменные. Обшивка крыла — полотно. Подвижная часть крыла состояла из трех отсеков с каждой стороны, ее обшивка — дюралюминиевая 0,5 мм, для жесткости. Размах крыла самолета 9,86 м, длина 4,37 м. Вся задняя часть крыла БОК-5 конструктивно являлась полностью подвижной и выполняла функции переставного стабилизатора. Дело в том, что с помощью червячной передачи и специального штурвала пилот легко мог поворачивать ее на углы от -5° до +3°, таким образом, регулируя балансировку машины и усилия на ручке управления. К этому необычному стабилизатору крепились подвесные элероны и рули высоты.
Вся конструкция фюзеляжа дюралюминиевая — полумонокок с закрытыми профилями. Крыло обтянуто полотном. Головки цилиндров двигателя, для уменьшения лобового сопротивления, закрыты кольцевидным обтекателем. Шасси — неубирающееся, такое же, как и на У-2, с резиновой пластинчатой амортизацией. Расчетная перегрузка — 8 единиц. Совместно с НИИ ВВС заводские испытания БОК-5 проводились в 1937 году. К сожалению, начало их было неудачным. Самолет неожиданно развернуло во время пробежки по аэродрому и он опрокинулся. Неполадку быстро ликвидировали: пришлось всего лишь сделать управляемым хвостовой костыль — и летные испытания продолжили. Летчик-испытатель НИИ ВВС И.Петров в сентябре 1937 года совершил на БОК-5 первый вылет. Затем на новой машине летали П.Стефановский, М.Нюхтиков, П.Федрови. Всего летчики выполнили 65 полетов общей продолжительностью 20 ч. 42 мин. Общее впечатление пилотов было более чем удовлетворительным. В отчетах по испытаниям есть такая запись:
«Самолет-«бесхвостка» БОК-5 обладает отличной устойчивостью и управляемостью, прост в управлении и вполне доступен летчикам средней и даже ниже средней квалификации.»
Не всякий самолет и обычной, традиционной схемы удостаивался подобной оценки. Конечно, у БОК-5 были и недостатки. Пилоты высказывали пожелание увеличить эффективность руля направления и сделать амортизацию шасси более эластичной. К тому же, сильная вибрация винтомоторной установки в полете поначалу делала невозможным провести испытания машины на высший пилотаж. Однако в ходе уже проведенных испытаний установлено, что максимальная скорость машины составляет приличную величину (с двигателем всего в 100 л.с.) — 174 км/ч, посадочная — 85 км/ч, скороподъемность у земли — 2 м/с, потолок 4850 м, длина разбега — 120 м.
Чижевский не остановился на достигнутом. В 1938 году он представил военным доработанный экземпляр БОК-5. Этот вариант отличался несколько увеличенными размерами и углом наклона фюзеляжа на стоянке. Площадь элеронов уменьшили, чтобы сделать управление более координированным, а площадь руля направления, наоборот, несколько увеличили. Вес конструкции незначительно возрос, всего на 32 кг. И вот в августе 1938 года БОК-5 показали на воздушном параде в Тушине, где обновленный самолет совершил три полета. А затем машину передали в НИИ ВВС для государственных испытаний. Первый для «бесхвостки» госэкзамен самолет выдержал на отлично. В отчетном листе по испытаниям значилось: «Самолет «бесхвостка» БОК-5 прост в пилотировании, обладает хорошей устойчивостью на скоростях до 150 км/ч и управляемостью. Допускает выполнение фигур высшего пилотажа.»
В своих мемуарах П.Стефановский, первым испытавший БОК-5 на высший пилотаж, с чувством вспоминает:
«Прибор показывает две тысячи пятьсот метров. Решил начать с переворота: сразу станет понятным, как машина выходит из пикирования. К тому же, переворот включает в себя начальные элементы бочки и заключительные — петли Нестерова. Затем даю плавно рули, и самолет очень легко выполняет полностью всю бочку, да еще какую! Заглядение! Теперь плавнее и несколько меньше по ходу передвигаю ручку, ввожу соответствующую поправку. Бесхвостка — золотой самолет! — ложится на спину, переходит в пикирование и без усилий с моей стороны наичистейшим образом выходит из него! Но азарту поддаваться нельзя. Машина ведь опытная, всего лишь первый пилотаж, — и тут гляди да гляди… И все же решаюсь (была — не была!) выполнить петлю Нестерова. Слегка волнуясь, начинаю разгон, подтягиваю ручку на себя. Но опасение осталось: все-таки бесхвостка, не известно, как она себя поведет в верхней точке. Малейшее мое волнение тут же передалось на движение руки. И вот самолет перевернулся через крыло, выполнил идеальный иммельман. Вот это чуткость! И вот — от прежней настороженности не осталось и следа. Разгоняю машину еще раз, плавно тяну ручку на себя. Никакого крена! Немного приостанавливаю движение ручки. И вот бесхвостка мягко, прямо-таки артистически минует верхнюю мертвую точку и — плавно переходит в пикирование, безупречно завершая фигуру.»
Как видим, успех в БОК-5 очевиден. Чем его объяснить? Прежде всего, следует учитывать применение S-образного самобалансирующегося профиля крыла ЦАГИ-890. А это в сочетании с правильно подобранной центровкой и применением особого рода управления задней кромкой крыла дало возможность таким образом уравновесить машину, что рули уже не должны были играть главной роли в удерживании ее в горизонтальном положении и служили лишь для выполнения маневров. Здесь нельзя не учитывать и интуиции конструктора Чижевского. Только наивыгоднейшее сочетание мощности двигателя и удельной нагрузки на крыло, расположение рулей и их площади, инерционных характеристик, а также большого количества других, зачастую не поддающихся расчету факторов, делают самолет выдающейся машиной, какой оказался и БОК-5.
Все шло по плану и не предвещало беды. После завершения в сентябре 1938 года госиспытаний, руководство НИИ ВВС рекомендовало наркомату оборонной промышленности приступить Чижевскому к созданию бомбардировщика — «бесхвостки» БОК-6. Но… в начале 1939 года В.Чижевского по ложному доносу арестовали, как «врага народа». И здесь круг замыкается. Дело в том, что в 1938 году был репрессирован другой конструктор — Константин Калинин, который разработал, построил и даже подготовил к серийному производству свою знаменитую «бесхвостку» бомбардировщик К-12 «Жар-птицу», примерно того же класса, что и предполагаемый БОК-6. В решении судьбы К-12 приняли участие видные руководители наркоматов и промышленности, такие как Ворошилов, Алкснис, М.Каганович, Чернышев. И все — напрасно…
К-12 прошел длинный путь конструктивной эволюции. К.Калинин писал: «К-12 является единственной вооруженной бесхвосткой, имеющей в военном варианте большое преимущество перед обычной схемой, особенно в отношении заднего оборонительного вооружения». Так вот, это было бы чрезвычайно интересным сравнить «Жар-птицу» Калинина с БОК-6 Чижевского. Но, как говорится, не судьба. Вместо этого Чижевскому сполна довелось потрудиться в специализированном ЦКБ-29 НКВД, прежде чем он был переведен в ОКБ А.Н.Туполева. И это — к большому сожалению. Замечательные отечественные «бесхвостки» — К-12, БОК-5, ДБ-ЛК, — созданные талантливыми российскими конструкторами, увы, канули в Лету. Тем временем на Западе во всю шли разработки братьев Хортен, Нортропа, Бризинга и Братта…
Описание самолета.
БОК-5 — самолет цельнометаллический, с полотняной обшивкой; имел звездообразный двигатель воздушного охлаждения М-11 мощностью 110 л.с. Крыло S-образного профиля ЦАГИ-890 с относительной толщиной у корня 16%, а на конце 13% имело в плане вид стреловидной трапеции с прямой задней кромкой. Непосредственно под задней кромкой, вдоль всего размаха крыла подвешивались в центре рулевые закрылки — рули высоты, а по концам — элероны. Как элероны, так и рули высоты выходили за контур основного профиля крыла и сами имели крыльевой профиль, ко перевернутый спинкой книзу. При нейтральном положении как элероны, так и рули высоты располагались относительно хорды крыла под небольшим отрицательным углом -4°. Для продольной регулировки самопета в полете вся хвостовая часть крыла была выполнена подвижной и могла отклоняться от +3° до -5° относительно хорды крыла.
Устойчивость в пути у БОК-5 осуществлялась килем, размещенным на хвостовой части фюзеляжа. К килю подвешивался руль направления.
Самолет был в основном выполнен из металла. Крыло имело два лонжерона, склепанных из дюралюминиевых труб. В хвостовой части его, где крепились подвижные элементы, размещался третий вспомогательный лонжерон, также склепанный из дюралюминия, ко имеющий коробчатое сечение. Каждая половика крыла имела по шесть усиленных нервюр, собранных из дюралюминиевых балок и трубок. Между этими нервюрами и основными лонжеронами были протянуты стальные расчалки, придававшие дополнительную жесткость крылу. Крыло имело, кроме 12 усиленных нервюр, еще 24 обычные нервюры и 24 промежуточных носка, выколоченных из тонкого листового дюралюминия. Рули и крыло обтягивались полотном, центральная часть крыла около фюзеляжа обшита гофрированным листовым дюралюминием.
Каркас поворотной части крыла был выполнен из дюралюминиевых нервюр и продольных балок. Обшивка его — дюралюминий 0,5 мм. По задней кромке поворотной части крыла приклепывались кронштейны для подвески рулей высоты и элеронов.
Фюзеляж был непосредственно связан с центральной частью крыла. При этом лонжероны крыла проходили сквозь фюзеляж. Каркас фюзеляжа состоял из дюралюминиевых шпангоутов, соединенных стрингерами. К переднему, усиленному шпангоуту крепилась спереди моторная рама, а сзади — бак для горючего. Двигатель был закрыт кольцевым капотом, уменьшавшим лобовое сопротивление самолета. Обшивка фюзеляжа — листовой дюралюминий. В средней части его, где расположена кабина летчика, имелся вырез с откидными бортами. Перед кабиной летчика располагался козырек. За кабиной летчика фюзеляж сразу же переходил в киль, оканчивающийся лонжероном, к которому подвешивался руль направления, а снизу крепился управляемый костыль.
Управление поворотной частью крыла, рулем высоты, элеронами и рулем направления осуществлялось посредством тросов. В проводку управления руля направления включалось управление костылем. Шасси — двухколесное, обычной схемы, с резиновой пластинчатой амортизацией. Колеса шасси имели размер 100×700 мм. Для шасси использовались детали от У-2.
Самолет был окрашен под «жар-птицу» зелеными, красными и синими полосами. Кольцевой капот двигателя — под серебро, винт — в красный цвет, цилиндры мотора и пневматики колес — в черный. Вертикальное оперение раскрашивалось цветными полосами, на нем была нарисована марка конструкторского бюро — БОК.
ЛТХ:
Модификация: БОК-5
Размах крыла, м: 9,86
Длина самолета, м: 4,365
Высоте, м: 2,00
Площадь крыла, м2: 23,15
Масса, кг
-пустого: 596
-нормальная взлетная: 764
Тип двигателя: 1 х ПД М-11
-мощность, л.с.: 1 х 100
Максимальная скорость, км/ч
-у земли: 155
-на высоте: 174
Практическая дальность, км: 600
Практический потолок, м: 4850
Экипаж, чел: 2.
Легкий самолет БОК-5 в изначальном виде.
Легкий самолет БОК-5 в изначальном виде.
Легкий самолет БОК-5 в изначальном виде.
БОК-5 в изначальном виде. Вид спереди.
БОК-5 в изначальном виде. Вид сзади.
Доработанный самолет БОК-5.
Доработанный самолет БОК-5.
Доработанный самолет БОК-5. Вид сзади.
Доработанный самолет БОК-5.
Кабина самолета БОК-5.
Винтомоторная группа БОК-5.
Винтомоторная группа БОК-5.
Доработанный БОК-5. Рисунок.
БОК-5. Компоновочная схема.
БОК-5. Схема системы управления.
БОК-5. Схема.
.
.
Список источников:
В.Б.Шавров. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г.
Б.Л.Симаков. Самолеты страны Советов. 1917-1970.
Энциклопедия-справочник. Самолеты страны Советов.
Крылья Родины. Юрий Смирнов. «Золотой самолет» Владимира Чижевского.
Моделист-Конструктор. Игорь Костенко. Пилотажный БОК-5.
Журнал «Самолеты мира» 2001 г.
Авиационный форум Prop&Jet. Архивные фото.