Опытные высотные бомбардировщики и экспериментальные самолеты Junkers EF-61. Германия

История сверхвысотного бомбардировщика Junkers EF-61, потерпевшего неудачу из-за несоответствия предъявленным к нему требованиям.

В сентябре 1935 года в расположенной в Дессау концерна Junkers началась новая эпоха. После того, как 2 июня 1933 года профессора Хуго Юнкерса выгнали из его компании и патенты Юнкерса были переданы в собственной государства, исследования в компании практически зашли в тупик. Новый генеральный директор Генрих Коппенберг (Heinrich Koppenberg) взял на себя руководство концерном Junkers AG (Junkers; название, связанное с предыдущим владельцем, было сохранено) в ноябре 1933 года и всеми силами приступил к строительству нового авиастроительного завода. Своей основной задачей Коппенберг видел выпуск концерном больших производственных серий с самой низкой себестоимостью. Генрих Коппенберг ничего не понимал в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, и по этой причине работы не перспективу находились в преступном пренебрежении. Перспективные разработки были переданы на усмотрение главного конструктора Эрнста Зинделя (Ernst Zindel), у которого не было ни полномочий, ни необходимых персонала и производственных мощностей. Только после провала Ju 86 и Ju 87, не являвшегося новейшим достижением в области самолетостроения, Коппенбергу пришлось осознать, что фундаментальные и прикладные исследования должны снова получить большой приоритет в деятельности концерна Junkers. Эрнст Зиндель смог объяснить Генриху Коппенбергу, что перспективными разработками должен заниматься не главный конструктор, а отдельный исследовательский отдел и отдел разработок, которыми ранее все годы руководил единолично руководил профессор Хуго Юнкерс.

В сентябре 1935 года Генрих Коппенберг пригласил в Дессау профессора Герберта Вагнера (Prof. Herbert Wagner) с предложением возглавить работы по фундаментальным и прикладным исследованиям. Коппенберг наделял Вагнера всеми полномочиями, а также назначал его членом наблюдательного совета концерна Junkers. С 1930 года профессор Вагнер возглавлял в берлинском техническом университете кафедру авиации. Он был отличным руководителем и предъявлял высокие требования к своей работе. Герберт Вагнер сразу же занялся решением всех накопившихся технических проблем, таких как разработка реактивных двигателей в области моторостроения и новые методы производства в области планеров самолетов. В 1935 году руководство концерна Junkers поставило перед собой задачу создать передовые летательные аппараты с новыми планерами и двигателями и вновь стать производителем авиатехники №1 в Германии и во всем мире.

Одновременно со скоростным бомбардировщиком Ju 88 руководство концерна Junkers хотело и должно было создать высотный бомбардировщик, который мог бы уклоняться от истребителей противника за счет полета на экстремально больших высотах. В то же самое время за счет полета на больших высотах этот бомбардировщик должен был достигать очень больших дальностей полета и высоких скоростей. Этот опытный самолет получил обозначение EF-61, а серийный вариант в случае запуска в серийное производство получил бы обозначение Ju 91. В 1935 году в мире не было авиазавода, который мог бы построить высотный бомбардировщик, способный совершать длительные и эффективные полеты на высоте более 13 километров, а также точно сбрасывать бомбы с этой высоты.

Профессор Вагнер должен был прокладывать совершенно новые пути как в области создания двигателей, так и планеров и авиационного оборудования, включая оптику прицеливания и механику бомбометания. Задачи, которые профессор Вагнер поставил в 1935 году, были настолько сложными, что их невозможно было решить за один раз и на одном самолете, поскольку знаний в областях техники, физики, термодинамики было недостаточно для создания высотного бомбардировщика к началу 1938 года (запланированная дата начала войны). Так получилось, что высотный бомбардировщик не получил номера с литерами Ju, свидетельствующими о принадлежности к компании Junkers, и сохранил вместо него аббревиатуру EF, потому что уже в 1936 году стало ясно, что самолет никогда не станет бомбардировщиком и в дальнейшем будет использоваться исключительно в качестве экспериментальной машины.

Для создания EF-61 профессор Вагнер в 1935 году привлек ведущих конструкторов концерна Junkers и поставил их под руководство Бориса фон Шлиппе (Boris von Schlippe). Исследования, проектирование и опытное производство велись параллельно. Одновременно в концерне Junkers продолжали разрабатывать Ju 87, Ju 88, Ju 89 и Ju 90. Над четырьмя упомянутыми самолетами одновременно работало около тысячи конструкторов в четырех группах, и еще тысяча инженеров работали в научно-исследовательских и экспериментальных отделах. Только около двухсот пятидесяти инженеров, работавших над EF-61, имели особые полномочия. Им разрешалось входить во все заводские подразделения, давать указания другим и даже на короткое время задействовать их в работах по EF-61.

Для эффективного полета на больших высотах необходимо было решить следующие задачи:

• • • полный наддув двигателей на высотах до 13 километров;
    • достаточное охлаждение двигателей на всех этапах полета;
    • регулировка подаваемой двигателям смеси (обеднение и обогащение) на всех высотах;
    • использование отработанного тепла двигателей для обогрева кабины экипажа, передней кромки крыла и рулей направления;
    • изготовление герметичной кабины с достаточной обзорностью и герметичным размещением органов линий управления;
    • разработка винтов изменяемого шага с большим диапазоном его изменения и системой защиты лопастей от обледенения;
    • разработка новой облегченной конструкции крыла, позволяющей совершать продолжительные полеты на больших высотах;
    • разработка автоматического оборонительного вооружения;
    • максимально полное использование внутреннего пространства для размещения полезной нагрузки при минимальных габаритах.

В то же самое время необходимо было спроектировать и изготовить холодильные камеры и стенды для высотных испытаний, чтобы иметь возможность еще на земле тестировать двигатели, шасси, резиновые смеси и множество устройств, будь то пневматические, электрические или гидравлические.

Вероятнее всего проект EF-61 был разработан под руководством Бориса фон Шлиппена. Конструкция самолета была аналогична конструкции появившегося одновременно скоростного бомбардировщика Ju 88. В принципе, EF-61 должен был иметь те же параметры и летно-технические характеристики, что и Ju 88, за исключением того, что Ju 88 должен был атаковать вражеские цели в полетах на малых и средних высотах, в то время как EF-61 должен был сбрасывать бомбы в глубоком тылу противника с высоты 10 километров. Масса бомбовой нагрузки должна была составлять от одной до двух тонн, скорость должна была составлять не менее 500 км/ч, но, в отличие от Ju 88, EF-61 благодаря своей высотности должен был иметь значительно большую дальность полета. Казалось возможным достижение дальности полета 6000 километров.

Наиболее отличительной особенностью EF-61 является тонкое высотное крыло с удлинением 11,2. Конструкция крыла была совершенно новой и обладает многими техническими особенностями. Конструктивная схема крыла была разработана профессором Гербертом Вагнером: верхняя и нижняя поверхности крыла были соединены вдруг с другом в двух линиях. Монококовая конструкция крыла была основана на патенте инженера концерна Junkers Йозефа Шредера (Josef Schroeder) и разработана специалистом по оболочкам с работающей обшивкой конструктором Францем Штробелем (Franz Strobel). Оболочка состояла из расположенных по всему размаху выступов, которые внутри опирались на гладкие листы металла, а снаружи частично покрыты гладкими листами металла и полотном. Поперечины во внутреннем пространстве крыла были расположены только в районе моторных гондол, остальная часть кессона крыла представляла собой огромную полость, в которой могли быть размещены мягкие баки с несколькими тысячами топлива (в двух опытных самолетах было установлено всего несколько баков). Как и на бомбардировщике Ju 88 основу механизации крыла EF-61 представляли закрылки Junkers, принцип работы которых был основан на принципе работы закрылков Handley-Page. Как и на самолетах Ju 86 и Ju 89 хвостовое оперение EF-61 было двухкилевым, обеспечивавшим оборонительному вооружению значительный сектор обстрела от атак сзади. Впервые на высотном бомбардировщике предполагалось установить дистанционно управляемое вооружение, чтобы все три члена экипажа могли разместиться в носовой части самолета. Остальная часть фюзеляжа предназначалась для размещения исключительно топлива и бомб.

рисунок из патента профессора Вагнера на конструкцию монококового крыла высотного бомбардировщика EF-61 для максимального увеличения запаса топлива

монококовое крыло EF-61 без полотняной обшивки. Центроплан крыла имел обшивку из листов металла

Для высотных двигателей (на серийные самолеты должны были устанавливаться два инвертированных V-образных 12-цилиндровых рядных двигателя Jumo 211, но два прототипа оснащались двигателями DB-600) необходимо было создать органы управления, нагнетатели для экстремальных высот и специальные средства регулировки подаваемой двигателям смеси (обеднение и обогащение). Кроме того, для обеспечения высоких скоростей полета, превышающих 500 км/ч, пришлось изобрести новые водяные и масляные радиаторы. Кольцевой сегментный радиатор для EF-61 (патент от 23 декабря 1936 года, выдан профессору Вагнеру и Людвигу Мейеру [Ludwig Meyer]) стал ключевым средством, которое в итоге так прекрасно зарекомендовало себя на Ju 88, что впоследствии стало новым стандартом для немецких высокоскоростных самолетов.

Однако самой большой проблемой была герметичная кабина. Герберт Вагнер предложил полностью остекленную кабину, чтобы с большой высоты можно было с высокой точностью определять цели на земле и атаковать их. Конструкция герметичной кабины была разработана Юстусом Муттреем (Justus Muttray; не следует путать с его братом-близнецом Хорстом-Вильгельмом, который работал в научно-исследовательском аэродинамическом институте [Aerodynamische Versuchsanstalt – AVA], Гёттинген), который в концерне Junkers отвечал за все высотные камеры. В начале 1936 года был заключен контракт на изготовление с кинофабрикой Agfa, Вольфен (Wolfen). Компания Agfa для немецкой авиационной промышленности производила акриловое стекло под названием «плексиглас» (кстати, в 1936 году компания Agfa выпустила первую в мире многослойную цветную пленку Agfa-Color). Герметичная кабина из плексигласа для высотного бомбардировщика EF-61 представляла собой конструкцию с двойными стенками (см. патент Маттрея Вагнера на фото ниже), в которой по всему периметру, как в прессе для отжимания сока из лимонов, проходили выступы из оргстекла, на которые могли опираться внешние панели. В полостях между выступами циркулировал теплый воздух, предотвращавший запотевание остекления при температуре минус 56 градусов.

полностью остекленная кабина экипажа самолета EF-61 основана на патенте, который 29 декабря 1936 года был выдан сотрудникам концерна Junkers конструктору Юстусу Муттрею и профессору Герберту Вагнеру

чертеж из патента Муттрея-Вагнера на полностью остекленную кабину высотного бомбардировщика EF-61

Существовали и другие патенты на остекленную герметичную кабину, ее крепление к планеру самолета и расположение элементов управления. Однако компания Agfa не смогла справиться с организацией производства. Только проблема различного теплового расширения металла и оргстекла, где при диаметре 1,2 метра вполне могли возникнуть перепады в 1,5 см, а также искажения изображений на большой площади остекления не могли быть решены за несколько месяцев. Также было сложно решить задачу быстрого входа в герметичную кабину и покидания ее в чрезвычайной ситуации. Короче говоря, сила солому ломит. Имевшие практический опыт конструкторы концерна Junkers должны были взять верх и посрамить теоретика профессора Вагнера. Однако такие специалисты-практики как Эрнст Зиндель и Йоханнес Хазелофф (Johannes Haseloff), не оказали никакого влияния на разработку EF-61, поскольку работы по высотному бомбардировщику велись в рамках специальной программы.

схема в трех проекциях опытного высотного самолета EF-61 V1

Но даже без сложной полностью остекленной кабины экипажа объем работ по созданию EF-61 был колоссальным. Тем не менее первый прототип EF-61 V1 совершил свой первый полет 7 марта 1937 года. В отличие от проекта самолет имел металлическую обшивку передней части с небольшими иллюминаторами. Это было полной противоположностью тому, к чему стремился профессор Вагнер, и каждая посадка напоминала «ознакомительный полет», когда наблюдатель и с земли должен был направлять пилота к посадочному знаку аэродрома Дессау. Тем не менее, во время испытаний машины в полетах на больших высотах были получены ценные результаты для дальнейшего совершенствования планера, двигателей и оборудования. Но в сентябре 1937 года первый прототип EF-61 V1 разбился.

опытный самолет EF-61 V1 с металлической кабиной экипажа и инновационным охлаждением двигателя с помощью кольцевых сегментных радиаторов

опытный высотный самолет EF-61 V1 перед вестибюлем аэродрома Дессау

Второй прототип EF-61 V2 предназначался для испытаний на вибрацию и флаттер, которые в концерне Junkers являлись стандартными начиная с 1930-х годов. Крыло с большим размахом и двухкилевое хвостовое оперение были весьма чувствительны к флаттеру рулей направления и триммеров. В декабре 1937 года во время одного из таких испытательных полетов начался флаттер, и экипаж принял решение покинуть самолет. После того, как экипаж покинул EF-61 V2, флаттер прекратился, и машина продолжала кружить над их головами. В конце концов самолет медленно потерял высоту, ударился о землю и разбился.

К сожалению, о разработке EF-61 известны лишь небольшой объем данных и результатов исследований. В любом случае геометрия крыла себя зарекомендовала и была практически без изменений использована в конструкции пассажирского самолета Ju 252 и в проекте гигантского авиалайнера EF-100. С другой стороны, от конструкции крыла отказались полностью. Монококовое крыло оказалось слишком тяжелым для самолетов, летающих со скоростями всего 500-600 км/ч. Крыло Ju 252 было двухлонжеронным, тогда как крыло EF-100 было однолонжеронным с задним вспомогательным лонжероном.

О летных характеристиках EF-61 также ничего не сообщается. Однако в конце 1936 года, когда стало ясно, что этот самолет не может стать полноценным высотным бомбардировщиком, его летные характеристики перестали интересовать. Речь шла лишь о дальнейшем развитии высотного оборудования и получении знаний о конструкции планеров, управлении оборудованием и силовой установке при работе на больших высотах.

Тем не менее, из чертежей и известных данных о размахе и длине крыла, а также из сравнения с EF-100 можно получить некоторые важные сведения о EF-61. Поскольку крылья у обоих самолетов были одинаковыми, за исключением небольшого упрощения задней кромки, размах крыла EF-61 в 27 метров давал площадь крыла 65 кв. метров и удлинение 11,2. В чисто пространственном отношении во внутреннем пространстве крыла (за исключением трапециевидных законцовок) можно было разместить 6000 литров топлива. Около 1500 литров умещалось над бомбовым отсеком и 2000 литров – в хвостовой части фюзеляжа, в результате чего общий запас топлива EF-61 составлял 9500 литров. Это было почти в три раза больше, чем у Ju 88. Снаряженная масса EF-61, вероятно, соответствовала массе Ju 88, а взлетная масса составляла, возможно, 15 тонн из-за значительно большего запаса топлива.

Что касается летных характеристик, вы можете снова использовать EF-100 и преобразовать данные из спецификации на авиалайнер в абсолютные величины высотного самолета EF-61. Однако высотные характеристики двигателей DB-600 остаются большой загадкой, потому что авиамотор компании Daimler-Benz по своей сути не был высотным двигателем. Системы наддува и газораспределения были адаптированы для двигателя компании Junkers. Для EF-61 предназначался высотный вариант двигателя Jumo 211. Первоначально Jumo 211 на уровне моря в неподвижнос состоянии развивал мощность 1200 л.с.. Граница высотности двигателя составляла 5000 метров, при этом крейсерская мощность составляла около 800 л.с.. Однако какую мощность развивал этот двигатель на высоте 13 или 15 километров остается неизвестным. С другой стороны, EF-100 должен был оснащаться турбодизельными двигателями, характеристики которых становились все лучше по мере увеличения высоты полета. Это означает, что максимальная скорость 500 км/ч на высоте 13 километров, вероятно, не будет достигнута с помощью бензиновых двигателей, хотя более низкое давление воздуха означает, что скорость на высоте 12 километров должна вдвое превышать скорость у земли. Но поскольку мощность двигателя падает быстрее, чем снижается динамическое давление, скорость на больших высотах будет уменьшаться (только реактивные двигатели с их мощными компрессорами положили этому конец). Вероятно, что бомбардировщик EF-61 со специально доработанными двигателями Jumo 211 на высоте 13 километров вряд ли бы разогнался до скорости более 450 км/ч, а его крейсерская скорость составила бы от 380 до 400 км/ч. Согласно ряду источников с высотными двигателями DB-600 на большой высоте скорость EF-61 не превысила бы 350 км/ч. Однако эта довольно низкая скорость отчасти объясняется слишком большой полетной массой самолета EF-61, которому приходилось летать с большими углами атаки.

в 1940-41 годах разрабатывался 102-местный трансатлантический авиалайнер EF-100 с дальностью полета от 6000 до 9000 км. Самолет должен был оснащаться высокооборотными турбодизельными двигателями Jumo 223 мощностью по 2500 л.с. каждый (крейсерская мощность 2200 л.с. на высоте 11 километров) и развивать крейсерской скоростью 540 км/ч на высоте от 11 до 13 километров

В заключение следует сказать, что разработка EF-61 привела к такому количеству новых открытий, что, начиная с 1938 года концерн Junkers стал мировым лидером в области высотных полетов. Особенно это лидерство нашло отражение в проекте авиалайнера EF-100, который должен был совершать беспосадочные трансатлантические перелеты на высоте от 11 до 13 километров с крейсерской скоростью 540 км/ч. Опыт, полученный в ходе разработки EF-61, нашел отражение как в Ju 252, который впервые в Европе получил герметичный пассажирский салон, так и в более позднем высотном бомбардировщике Ju 288 B полностью остекленная кабина экипажа которого до сих пор считается чрезвычайно эстетичной. В конечном итоге разработка EF-61 привела к созданию реактивного бомбардировщика Ju 287 с полностью остекленной кабиной экипажа и пассажирскому самолету Baade 152. С этими машинами неразрывно связано имя Юстуса Муттрея, который в концерне Junkers отвечал за проектирование герметичных кабин от Ju 49 до Ju 152.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Junkers EF-61

Назначение: высотный бомбардировщик и экспериментальный самолет

Статус: прототип

Экипаж: 2 человека

Силовая установка: два 12-цилиндровых рядных двигателя жидкостного охлаждения Daimler-Benz DB-600 мощностью по 950 л.с.

Размеры:

размах крыла 27 м
длина 14,36 м
площадь крыла 65 м²

Масса:

пустого самолёта – н/д
взлетная – н/д

Летные характеристики (расчетные):

максимальная скорость на высоте 12400 метров 500 км/ч
дальность полета 6000 км
практический потолок 15 км

источник: http://www.flugzeug-lorenz.de/flugzeugtypen/junkers-ef-61

перевод впервые опубликован – https://vk.com/@710541705-junkers-ef-61