Stipa-Caproni (також Caproni Stipa, заводське позначення C.S.) — експериментальний італійський літак, спроєктований інженером Луїджі Стіпою та побудований компанією Caproni у 1932 році. Його головною особливістю був незвичайний порожнистий бочкоподібний фюзеляж, який одночасно виконував роль аеродинамічного каналу для повітряного гвинта. Літак не був реактивним у сучасному розумінні: його приводив у рух звичайний поршневий двигун de Havilland Gipsy III. Експеримент мав перевірити концепцію Стіпá, відому як «інтубований гвинт» (intubed propeller), яка стала одним із ранніх прикладів дослідження каналізованого повітряного потоку навколо рушія.
Історичний контекст
Наприкінці 1920-х — на початку 1930-х років авіаційна промисловість активно шукала способи підвищення ефективності повітряних гвинтів, зменшення опору та збільшення тяги літаків.
На той час поршневий двигун із повітряним гвинтом залишався основною силовою установкою авіації, а газотурбінні та реактивні двигуни перебували на ранній стадії досліджень.
Італійський інженер Луїджі Стіпа запропонував незвичайний підхід: помістити гвинт усередину трубчастого фюзеляжу. За його задумом, внутрішня поверхня цієї труби мала бути спеціально профільованою, щоб керувати потоком повітря та підвищити ефективність рушія.
Луїджі Стіпа
Луїджі Стіпа (1900–1992) — італійський інженер-аеродинамік, який працював над теорією руху повітря та конструкціями літальних апаратів.
У 1920-х роках він досліджував можливість використання трубчастого каналу навколо повітряного гвинта. Стіпа вважав, що правильно сформований канал може збільшити ефективність гвинта, особливо на малих швидкостях.
Він проводив експерименти з моделями та аеродинамічні дослідження, після чого звернувся до італійського Міністерства авіації з пропозицією побудувати повномасштабний експериментальний літак.
У 1930 році Стіпа отримав патент, пов’язаний із концепцією розміщення гвинта на вході трубчастого фюзеляжу. Саме ця концепція стала основою майбутнього Stipa-Caproni.
Створення прототипу
Італійське Міністерство авіації погодило будівництво експериментального літака, а його виготовлення доручили компанії Caproni.
Прототип отримав назву Stipa-Caproni за прізвищами конструктора та виробника.
Метою проєкту було не створення серійного літака, а перевірка аеродинамічної теорії Стіпá в реальних умовах.
За конструкцією це був одномоторний двомісний моноплан переважно дерев’яної конструкції.
Перша поява та перший політ
Перший політ Stipa-Caproni відбувся 7 жовтня 1932 року на аеродромі Талієдо поблизу Мілана.
Літак пілотував випробувальний пілот компанії Caproni Доменіко Антоніні.
Було побудовано лише один прототип.
Конструкція
Найхарактернішою частиною Stipa-Caproni був його фюзеляж.
Замість звичайного обтічного корпусу конструктори створили коротку товсту трубу, відкриту спереду та ззаду. Вона мала внутрішній профіль, подібний до аеродинамічного профілю.
Таким чином, фюзеляж виконував одночасно кілька функцій:
- основної конструкції літака;
- кожуха силової установки;
- повітряного каналу;
- частково — несучої аеродинамічної поверхні.
Саме через цей зовнішній вигляд літак отримав популярне прізвисько «Літаюча бочка» (Flying Barrel).
«Інтубований гвинт»
Центральною ідеєю Стіпá був intubed propeller, тобто «інтубований» або розміщений у каналі повітряний гвинт.
У звичайному літаку гвинт працює у відкритому потоці. У Stipa-Caproni він знаходився всередині трубчастого фюзеляжу.
Передня частина труби формувала вхідний канал, гвинт створював потік усередині нього, а задня частина направляла повітря назовні.
Стіпа вважав, що правильно підібрана геометрія каналу може підвищити ефективність рушія. Він експериментально досліджував форму каналу, положення гвинта щодо його переднього краю та характеристики самого гвинта.
Чи був Stipa-Caproni реактивним літаком
Ні, у технічному сенсі Stipa-Caproni не був реактивним літаком.
Його силова установка складалася зі звичайного поршневого двигуна та повітряного гвинта.
Іноді Stipa-Caproni називають «предком реактивного літака» або «першим реактивним літаком», але такі формулювання є історичним спрощенням. У нього не було газотурбінного реактивного двигуна, який створював би тягу за рахунок реактивного струменя.
Його значення полягає в іншому: він був раннім повномасштабним експериментом із каналізованим повітряним потоком навколо рушія.
Двигун
Літак оснащувався одним чотирициліндровим рядним поршневим двигуном повітряного охолодження de Havilland Gipsy III.
Потужність становила приблизно 120 к. с. (90 кВт).
Двигун розташовувався всередині трубчастого фюзеляжу, приблизно в його середній частині, а повітряний гвинт — поблизу передньої кромки каналу.
Повітряний гвинт
На оригінальному літаку використовувався дволопатевий гвинт.
Його положення було одним із ключових параметрів експерименту: Стіпа досліджував оптимальну відстань між гвинтом і входом каналу.
Гвинт працював не просто як рушій звичайного літака, а як центральний елемент системи «гвинт — канал — потік».
Фюзеляж
Фюзеляж мав форму короткої товстої труби з внутрішнім звуженням і розширенням.
Його конструкція була переважно дерев’яною, з обшивкою з тканини та інших легких матеріалів залежно від ділянки конструкції.
Передній і задній отвори утворювали аеродинамічний канал.
Таке рішення було незвичайним навіть для експериментальної авіації 1930-х років.
Кабіна
Дві відкриті кабіни розташовувалися тандемом — одна за одною — у надбудові на верхній частині фюзеляжу.
Кабіна мала незвичайне розташування, оскільки основний корпус літака займав великий трубчастий канал.
Таке компонування давало екіпажу доступ до кабін, але водночас створювало проблеми з оглядовістю.
За повідомленнями про випробування, опуклі частини конструкції перед і позаду кабіни обмежували огляд під час руління, зльоту та посадки.
Крила
Stipa-Caproni був середньопланом.
Крила мали еліптичні обриси та проходили через трубчастий корпус і конструкцію силової установки.
Їхня роль залишалася традиційною: створення основної частини підйомної сили літака.
Водночас Стіпа вважав, що профільована поверхня трубчастого фюзеляжу також могла створювати значну підйомну силу. Деякі описи його розрахунків наводять дуже велику частку підйомної сили, яку він приписував корпусу, але конкретні значення слід сприймати як результати саме його теоретичної моделі, а не загальноприйняту характеристику літака.
Хвостове оперення
Ще однією незвичайною особливістю була установка горизонтального та вертикального оперення безпосередньо біля заднього краю трубчастого фюзеляжу.
Воно розташовувалося в потоці повітря, що виходив із каналу після гвинта.
Це забезпечувало хороше обдування рулів навіть на невеликій швидкості.
Саме цим частково пояснюють дуже хорошу керованість літака на малих швидкостях та його значну статичну стійкість.
Шасі
Літак мав неприбиране шасі.
Основні опори розташовувалися під корпусом, а передня частина коліс закривалася обтічниками.
У хвостовій частині використовувалася хвостова опора.
Таке шасі було простим і відповідало експериментальному характеру літака.
Матеріали
Конструкція Stipa-Caproni переважно виконувалася з дерева.
Використання деревини та тканинної обшивки відповідало типовій практиці авіабудування початку 1930-х років, особливо для експериментального легкого літака.
Це також дозволило відносно швидко побудувати прототип без застосування складної цільнометалевої конструкції.
Аеродинамічний принцип
Основна ідея Stipa-Caproni полягала в тому, щоб зробити весь фюзеляж каналом для гвинта.
Схематично принцип можна описати так:
вхід повітря → каналізований потік → гвинт → прискорений потік → вихід із каналу
На відміну від сучасного турбовентиляторного двигуна, у Stipa-Caproni не було газогенератора, турбіни чи компресора. Потік створювався механічним гвинтом, який обертав поршневий двигун.
Тому ближчою сучасною аналогією є каналізований гвинт (ducted propeller), а не турбореактивний двигун.
Ефект каналу
Канал навколо гвинта може впливати на розподіл тиску та швидкість потоку, особливо на малих швидкостях.
Стіпа прагнув використати цей ефект для підвищення тяги та ефективності.
Експерименти показали, що концепція справді мала певні переваги. Зокрема, літак мав дуже низьку швидкість посадки — близько 68 км/год — та хорошу поведінку на малих швидкостях.
Стійкість
Однією з найбільш помітних характеристик Stipa-Caproni була надзвичайна стійкість у польоті.
Потік від гвинта безпосередньо обдував органи керування на виході з каналу.
Випробувальні пілоти відзначали, що літак було дуже важко вивести з прямолінійного польоту або швидко змінити напрямок.
Таким чином, те саме компонування, яке допомагало керувати літаком на малій швидкості, могло робити його надмірно стабільним і менш маневровим.
Шум
Ще одним позитивним результатом експерименту був відносно низький рівень шуму порівняно зі звичайними літаками того періоду.
Канал частково екранував гвинт і змінював характер потоку.
Ця особливість була додатковим аргументом на користь дослідження каналізованих рушіїв.
Льотні випробування
Перші випробування показали, що літак загалом був придатним до польотів.
Він демонстрував:
- хорошу стійкість;
- низьку швидкість посадки;
- хорошу керованість на малих швидкостях;
- достатньо сприятливі характеристики набору висоти;
- нижчий рівень шуму порівняно з деякими звичайними літаками.
Однак одночасно було виявлено головний недолік конструкції — великий аеродинамічний опір.
Максимальна швидкість
Максимальна швидкість становила приблизно 131–133 км/год залежно від джерела та методики наведення характеристики.
Це була відносно невисока швидкість для літака з двигуном потужністю 120 к. с.
Основною причиною був великий опір незвичайного трубчастого корпусу. Ефективність гвинта, яку Стіпа прагнув збільшити, значною мірою нівелювалася опором усього літака.
Швидкість посадки
Швидкість посадки становила приблизно 68 км/год.
Це була одна з найкращих характеристик літака.
Низька швидкість пояснювалася не тільки крилом, а й аеродинамічними властивостями профільованого каналу та ефектом обдування поверхонь потоком від гвинта.
Набір висоти
За даними, що наводяться в довідковій літературі, літак міг досягати висоти 3000 м приблизно за 40 хвилин.
Практична стеля оцінюється приблизно у 3700 м.
Зліт і посадка
Окремі довідкові джерела наводять довжину розбігу та пробігу близько 180 м.
Інші історичні описи випробувань наводять інші цифри залежно від умов тестування.
У будь-якому разі короткий розбіг і особливо низька посадкова швидкість були серед найбільш вдалих характеристик прототипу.
Льотно-технічні характеристики
| Характеристика | Значення |
|---|---|
| Тип | експериментальний літак |
| Країна | Італія |
| Розробник | Луїджі Стіпа |
| Виробник | Caproni |
| Перший політ | 7 жовтня 1932 року |
| Побудовано | 1 прототип |
| Екіпаж | 1–2 особи |
| Силова установка | 1 × de Havilland Gipsy III |
| Потужність | близько 120 к. с. (90 кВт) |
| Гвинт | дволопатевий |
| Довжина | близько 6,0 м |
| Розмах крила | близько 14,3 м |
| Висота | близько 3,2 м |
| Площа крила | близько 19 м² |
| Порожня маса | близько 570–780 кг залежно від джерела та методики обліку |
| Злітна маса | близько 800–850 кг |
| Максимальна швидкість | близько 131–133 км/год |
| Посадкова швидкість | близько 68 км/год |
| Практична стеля | близько 3700 м |
| Час набору 3000 м | близько 40 хвилин |
| Розбіг | близько 180 м |
| Пробіг | близько 180 м |
Розбіжності в довідкових значеннях пов’язані з різними джерелами та тим, чи наводяться характеристики конкретного прототипу, випробувальні або розрахункові дані. Найбільш узгоджені між джерелами значення — розмах близько 14,3 м, двигун 120 к. с., максимальна швидкість близько 133 км/год і посадкова швидкість близько 68 км/год.
Результати випробувань
Випробування підтвердили деякі теоретичні припущення Стіпá.
Канал навколо гвинта дійсно давав певний ефект підвищення ефективності рушія та сприятливо впливав на характеристики на малих швидкостях.
Проте загальна ефективність літака виявилася недостатньою для практичного застосування.
Головна проблема полягала в тому, що переваги каналізованого гвинта компенсувалися зростанням лобового та загального аеродинамічного опору.
Чому літак не пішов у серію
Stipa-Caproni був насамперед дослідним апаратом.
Його конструкція давала цікаві результати, але не забезпечувала такого поєднання характеристик, яке могло б виправдати створення серійного літака.
Звичайні літаки з таким самим двигуном могли забезпечувати вищу швидкість без складного та громіздкого трубчастого фюзеляжу.
Тому подальший розвиток саме цього літака було припинено, а другого прототипу не побудували.
Реакція Regia Aeronautica
Італійські військово-повітряні сили — Regia Aeronautica — не стали розвивати Stipa-Caproni як бойовий або серійний літак.
Випробування показали наукову цінність концепції, але не продемонстрували достатньої практичної переваги над традиційною схемою.
Саме тому експеримент завершився після побудови одного прототипу.
Подальші дослідження Луїджі Стіпá
Припинення програми не означало припинення роботи самого Стіпá.
Він продовжив розвивати ідею каналізованого рушія та розглядав варіанти літаків із трубчастими фюзеляжами та іншими конфігураціями.
Його концепція привернула увагу за межами Італії.
У 1935 році французька компанія придбала патент Стіпá, після чого він працював над подальшими експериментами у Франції. Згодом з’явився проєкт ANF Les Mureaux Stipa 203, пов’язаний із розвитком його ідей у напрямі турбореактивної авіації.
Вплив на розвиток реактивної авіації
Історичне значення Stipa-Caproni часто пов’язують із розвитком реактивної тяги.
Однак правильніше говорити про концептуальний та аеродинамічний зв’язок, а не про пряме походження сучасного турбореактивного двигуна.
Stipa-Caproni показував, що рушій можна розглядати разом із каналом, який формує та прискорює потік.
Цей принцип пізніше отримав розвиток у різних типах каналізованих гвинтів, вентиляторів і реактивних рушійних систем.
Зв’язок із каналізованими вентиляторами
Сучасні ducted fan — каналізовані вентилятори — використовують фізично споріднену концепцію: вентилятор працює всередині спеціально профільованого каналу.
Проте сучасні системи мають набагато складнішу аеродинаміку та конструкцію.
Stipa-Caproni не був прямим прототипом конкретного сучасного турбовентиляторного двигуна, але його експерименти демонстрували важливість взаємодії між гвинтом та каналом.
Зв’язок із соплом Корта
У 1934 році німецький інженер Людвіг Корт розробив так зване сопло Корта — канал навколо гвинта, що використовується передусім для підвищення ефективності рушія на малих швидкостях і при великих навантаженнях.
Ідея Стіпá та сопло Корта не були тотожними конструкціями, однак вони належать до ширшої історії розвитку каналізованих гвинтів.
Зв’язок із Caproni Campini N.1
В Італії пізніше з’явився Caproni Campini N.1, експериментальний літак, який здійснив перший політ у 1940 році.
Його силова установка вже була значно ближчою до реактивної: поршневий двигун приводив компресор, який стискав повітря, після чого створювався реактивний струмінь.
Caproni Campini N.1 іноді розглядають як подальший розвиток ідей каналізованого рушія Стіпá, хоча конструктивно це вже була інша система.
Стіпа та винахід реактивного двигуна
Сам Луїджі Стіпа вважав, що його робота з «інтубованим гвинтом» заслуговує значно більшого визнання як попередник реактивного двигуна.
Однак твердження, що Стіпа винайшов реактивний двигун, не є загальноприйнятим в історії авіації.
Причина полягає в принциповій різниці між каналізованим гвинтом і газотурбінним реактивним двигуном.
Реактивний двигун використовує безперервний цикл стиснення, горіння та розширення газів. Stipa-Caproni використовував механічний гвинт, який приводився поршневим двигуном.
Тому коректніше називати Stipa-Caproni раннім експериментом із каналізованим рушієм, який історично передував низці пізніших досліджень реактивної тяги.
Зв’язок із турбовентиляторними двигунами
Деякі історики авіації вбачають у концепції Стіпá ранню ідею, споріднену з принципом турбовентилятора.
Сучасний турбовентилятор має вентилятор, який переміщує значний об’єм повітря, причому потік проходить через спеціально сформовані канали двигуна.
Однак між Stipa-Caproni та сучасним турбовентилятором існують величезні конструктивні відмінності.
Тому твердження про «прямого винахідника турбовентилятора» було б історично надмірним. Правильніше говорити про ранню споріднену концепцію каналізованого рушія.
Візуальний образ
Stipa-Caproni став одним із найвідоміших прикладів незвичайного авіаційного дизайну міжвоєнного періоду.
Великий короткий корпус, широкі крила та кабіна, встановлена зверху, робили його схожим на:
- бочку з крилами;
- циліндричний літальний апарат;
- гігантський каналізований вентилятор.
Саме тому назва «Flying Barrel» міцно закріпилася за літаком у популярній авіаційній історії.
Забарвлення
Оригінальний літак мав характерне блакитно-кремове забарвлення, схоже на кольорові схеми деяких перегонових літаків того часу.
Кермо напряму було пофарбоване в кольори італійського прапора.
Це забарвлення було відтворене на австралійській репліці літака.
Репліка в Австралії
Оригінальний Stipa-Caproni не зберігся як льотний літак, але в Австралії була створена репліка масштабом приблизно 3:5.
Її будівництвом займалися Lynette Zuccoli та Aerotec Queensland.
Репліка отримала реєстрацію VH-SCZ і була оснащена іншим двигуном — двоциліндровим двотактним Simonini потужністю приблизно 72 к. с.
Випробування австралійської репліки
У жовтні 2001 року репліка здійснила короткі випробувальні польоти.
Пілотом був Bryce Wolff.
Під час цих польотів машина долала приблизно 250–600 м та набирала лише кілька метрів висоти.
Пілот відзначав високу стабільність машини, що загалом відповідало описам поведінки оригінального літака під час випробувань у 1932 році.
Подальша доля репліки
Після короткої серії випробувань австралійська репліка була переведена до статичної експозиції.
Вона зберігається в районі Toowoomba, Queensland, Australia.
Цікаві особливості
Stipa-Caproni має кілька характеристик, які вирізняють його серед експериментальних літаків міжвоєнної епохи.
Фюзеляж одночасно був повітряним каналом. Це, мабуть, найрадикальніша особливість конструкції.
Гвинт був схований усередині корпусу. У більшості літаків того часу гвинт розташовувався відкрито перед двигуном.
Хвостові рулі перебували в потоці від гвинта. Це покращувало їхню ефективність на малих швидкостях.
Літак був надзвичайно стабільним. Водночас ця стабільність могла ускладнювати швидкі маневри.
Посадкова швидкість була дуже низькою — приблизно 68 км/год.
Швидкість польоту була невисокою. Великий опір трубчастого корпусу обмежив максимальну швидкість приблизно до 133 км/год.
Причини невдачі концепції як літака
Основною проблемою було співвідношення між виграшем від каналізації потоку та додатковим опором.
Трубчастий канал справді міг покращувати роботу гвинта, особливо на низьких швидкостях.
Але сам великий корпус створював значний опір під час швидкого польоту.
У результаті:
виграш у ефективності рушія → частково або значною мірою втрачався через опір корпусу.
Для повсякденного або військового літака 1930-х років це було критичним недоліком.
Чому експеримент усе ж був важливим
Невисокі швидкісні характеристики не означали, що експеримент був марним.
Stipa-Caproni дозволив отримати практичні дані про:
- поведінку каналізованого гвинта;
- взаємодію гвинта з каналом;
- розподіл тиску всередині трубчастого корпусу;
- вплив геометрії каналу на тягу;
- поведінку профільованого корпусу як аеродинамічної поверхні;
- керованість при обдуванні хвостового оперення;
- можливості використання каналізованих рушіїв.
Саме тому літак зберіг значення в історії експериментальної аеродинаміки.
Порівняння зі звичайним поршневим літаком
Якщо порівнювати Stipa-Caproni з традиційним літаком тієї ж епохи та приблизно тієї ж потужності, його основні відмінності можна узагальнити так:
| Характеристика | Stipa-Caproni | Традиційна схема |
|---|---|---|
| Гвинт | усередині каналу | відкритий |
| Фюзеляж | каналізований | звичайний обтічний |
| Двигун | усередині корпусу | зазвичай у капоті |
| Швидкість | невисока | потенційно вища |
| Посадкова швидкість | дуже низька | залежить від конструкції |
| Стійкість | дуже висока | залежить від схеми |
| Шум | відносно низький | вищий |
| Аеродинамічний опір | високий | потенційно нижчий |
| Серійне виробництво | не здійснювалося | широко застосовувалося |
Місце в історії авіації
Stipa-Caproni належить до тієї групи експериментальних літаків, які не стали серійними, але продемонстрували принцип, що згодом знайшов застосування в інших технологіях.
Він є важливою пам’яткою історії каналізованих рушіїв, експериментальної аеродинаміки та пошуку альтернативних способів створення тяги в період перед переходом авіації до газотурбінної ери.
Його часто згадують поряд з іншими незвичайними експериментальними конструкціями 1920–1930-х років, коли конструктори активно перевіряли радикально нові схеми.
Хронологія
- 1927 — Луїджі Стіпа починає досліджувати ідею трубчастого фюзеляжу та каналізованого гвинта.
- 1928–1931 — проводяться аеродинамічні та лабораторні дослідження концепції.
- 1930 — Стіпа отримує патент, пов’язаний із концепцією «інтубованого гвинта».
- 1932 — компанія Caproni будує експериментальний літак Stipa-Caproni.
- 7 жовтня 1932 року — перший політ під керуванням Доменіко Антоніні.
- 1932–1933 роки — льотні випробування та оцінювання концепції.
- Середина 1930-х років — подальший розвиток саме Stipa-Caproni припинено; другого прототипу не побудовано.
- 1935 рік — французька сторона купує патент Стіпá, після чого він продовжує дослідження у Франції.
- 1940 рік — здійснює політ експериментальний Caproni Campini N.1, який розвивав споріднену ідею рушія вже із компресором та реактивним потоком.
- 1998–2001 роки — в Австралії будується та випробовується масштабна репліка Stipa-Caproni.
Значення для сучасної авіації
Безпосереднього продовження конструкції Stipa-Caproni в серійній авіації не відбулося.
Проте принцип каналізації повітряного потоку сьогодні використовується в різних системах:
- каналізованих вентиляторах;
- безпілотниках із ducted-fan рушіями;
- деяких вертикально-злітних апаратах;
- морських рушіях;
- промислових вентиляторах;
- окремих концепціях малих літальних апаратів.
Сучасна аеродинаміка, однак, дозволяє значно точніше визначати, коли канал навколо гвинта справді дає перевагу, а коли його маса та опір перевищують виграш від підвищення ефективності.
Культурне та історичне значення
Stipa-Caproni став одним із символів сміливих експериментів авіації міжвоєнного періоду.
Його цінність полягає не в тому, що він був успішним серійним літаком, а в тому, що він продемонстрував готовність авіаційних інженерів того часу радикально переосмислювати базові елементи літака.
Для історії техніки Stipa-Caproni особливо цікавий як приклад того, як невдале з практичного погляду компонування може дати корисні аеродинамічні результати та вплинути на подальші дослідження.