Буксировочное устройство с топливным баком конструкции Немецкого научно-исследовательского института планеризма «Эрнст Удет»

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в сентябре 2015 года.

Расположенный в Аинринге (Ainring) Немецкий научно-исследовательский институт планеризма «Эрнст Удет» (Deutsche Forschungsanstalt für Segelflug — DFS) разработал приспособление, при помощи которого можно было надежно осуществлять буксировку летательных аппаратов. В отраслевой литературе до сих пор было сказано, что данное приспособление предполагалось использовать для увеличения дальности полета бомбардировщиков и истребителей, однако это не соответствует первоначальному его назначению, которое было описано в составленном по результатам испытаний докладе. Данный доклад с небольшими сокращениями представлен ниже.

I. Цели и задачи, поставленные при разработке устройства

Истребители и истребители-бомбардировщики (Zerstörerflugzeuge) для увеличения дальности полета используют подвесные топливные баки. Однако как эти подвесные топливные баки переносят повреждения и полеты на высокой скорости однозначно еще не было установлено.

В расположенном в Рехлине исследовательском центре Luftwaffe были проведены исследования, целью которых являлось установить какой формы буксируемые топливные баки были бы оптимальны при больших скоростях полета, когда стрелок тяжелого бомбардировщика ведет обстрел самолета с подобным буксируемым топливным баком и каким образом подобные баки поведут себя при возникновении пожара и взрыве. Все это предполагалось снимать на пленку и производить замеры.

До сих пор было известно, что подобные исследования проводились с топливными баками M 09 и Steg конструкции DFS «Ernst Udet» и Deichsel-Schlepp компании Gerhard Fieseier Werke GmbH и эти испытания дали неудовлетворительные результаты. После этих испытаний была разработана система буксировки, которая была бы более стабильна по всем осям и на всем диапазоне заданных скоростей полета и углов наклона.

Предполагалось рассматривать дальнейшие методики возможных вариантов применения данного буксировочного устройства.

II. Конструкция и принцип действия устройства

До сих пор использовавшиеся буксировочные приспособления и буксировка, выполнявшаяся самолетом-буксировщиком, благодаря шарнирным соединениям позволяли буксируемому самолету свободно перемещаться относительно всех осей.

Применявшаяся методика буксировки была основана на собственной устойчивости буксируемого самолета. Ожидалось, что при буксировке возникнут осложнения с устойчивостью, если буксируемый самолет независимо от буксировщика будет совершать круговые перемещения относительно продольной оси. В этом случае подъемная сила крыла создает поперечные силы, которые оказывают воздействие на буксируемый самолет, пытаясь ввести его в вираж, в то время как буксировочный трос и различные моменты сцепления поперечной устойчивости ведут буксируемый самолет в прежнем направлении полета.

Величина выполняемых самолетом круговых движений и рыскания может быть снижена при помощи различных устройств.

Если для уменьшения раскачивания буксируемый летательный аппарат прочно прикрепить к самолету-буксировщику, то тогда на его планер с буксируемого летательного аппарата будут оказывать свое воздействие значительные по величине моменты крена. Чтобы избежать этих нагрузок нужно будет соответствующим образом доработать самолет-буксировщик. При малых и средних углах увода оси буксируемого летательного аппарата возникающие моменты крена могут быть погашены элементами внутри его конструкции. При больших углах увода оси буксируемого летательного аппарата возникающие моменты крена приводят к небольшим углам отклонения относительно самолета-буксировщика. Частота данных колебаний будет столь высока, что круговые движения и рыскание будут невозможны, т.е. во время полета при возникновении колебаний буксируемого летательного аппарата они будут ограничены изменениями положения относительно продольной и вертикальной осей.

На рисунке 1 показано принципиальное расположение основных элементов крепления. Приспособление крепится к самолету-буксировщику при помощи воспринимающей скручивающие нагрузки трубы. Оба подшипника оси I – I, крепящиеся в хвостовой части самолета-буксировщика, позволяют буксируемому летательному аппарату совершать колебания параллельно поперечной оси самолета-буксировщика, в то время как относительно оси II-II выполняются колебания в вертикальной плоскости.

Возникающие в планере буксируемого самолета нагрузки передаются через буксировочный трос на фюзеляж самолета-буксировщика.

Для взлета и посадки данное приспособление (рис. 2) оснащено крылом небольшого удлинения и закрытое обтекателями шасси.

Данные буксируемого приспособления:

• • площадь крыла 6,96 м²
• • размах крыла 2,90 м
• • длина хорды крыла 2,40 м
• • относительное удлинение крыла: 1,205.
• • профиль крыла NACA 0012-
• • взлетный вес вместе с буксировочным тросом 580 кг

Топливный бак расположен на выпуклой стороне аэродинамического профиля крыла. Такое расположение было выбрано для того, чтобы по возможности избежать повреждений при обстреле. На самолете-буксировщике имеется специальное пиротехническое устройство, при помощи которого можно было освободиться от буксируемого летательного аппарата.

Силовой набор крыла (рис. 3) имеет деревянную конструкцию. Для увеличения прочности на случай обстрела крыло получила два лонжерона и прочную обшивку из авиационной фанеры. Расстояния между нервюрами было выбрано для получения дополнительной прочности и избегания отрыва больших кусков. Нервюры расположены на минимальном друг от друга расстоянии: 185 мм и 250 мм.

В результате выполнения расчётов с повышенным запасом прочности можно было ожидать, что даже в случае повреждений некоторых элементов конструкции буксируемого летательного аппарата возможна его посадка на аэродром. При этом ремонт данного буксируемого летательного аппарата будет достаточно простым.

В реальности вариант буксировочного приспособления (Deichsel) (рис. 4) в сравнении с принципиальным чертежом (рис. 1) имеет некоторые отличия, которые были внесены в его конструкцию из-за специальных требований по обеспечению хороших секторов обстрела (рис. 6) и для обеспечения возможности стрелку без осложнений покидать его рабочее место в самолете.

Длина буксировочного приспособления равна расстоянию от обшивки носка крыла буксировочного устройства до крепежных элементов в задней части тяжелого бомбардировщика He 177 A-3 и была равна 12 м. (рис. 5 и 7). Этой длины достаточно для проведения запланированных исследований и для обеспечения отсоединения.

В частности, буксировочное приспособление связано с хвостовой частью самолета-буксировщика соединенным с буксируемым летательным аппаратом и вращающимся вокруг поперечной оси мостом буксировочного приспособления (Deichselbrücke) (рис. 4 и 8) и вилкой буксировочного приспособления (Deichselgabel) (рис. 4 и 9), способной перемещаться относительно вертикальной оси. Между этими узлами буксировочного приспособления находится соединительный элемент, который в случае значительного увеличения аэродинамического сопротивления буксируемого топливного бака отцеплял его.

На конце моста буксировочного приспособления находится демпфер, гасящий колебания за счет трения и снижающий силу его ударов на установленные у задней стрелковой позиции резиновые прокладки (рис. 8) в случае отсоединения буксируемого летательного аппарата. 

Муфта (рис. 10 и 11) представляет собой конусообразное соединение, установленное под углом 8° и удерживавшееся при помощи тяги (рис. 11). Данная тяга одновременно служила предохранительным устройством, отсоединяющим мост буксировочного приспособления при значительном увеличении нагрузки. Головка тяги на стороне моста буксировочного приспособления удерживается механически отсоединяющейся кулачковой муфтой, а со стороны вилки буксировочного приспособления отсоединение происходит за счет подрывного заряда с дистанционным электрическим управлением, что обеспечивает двойную страховку в случае, когда было необходимо сбросить буксируемый летательный аппарат.

III. Результаты испытаний

Результаты испытаний буксируемого топливного бака соответствуют ожиданиям.

Рыскания и круговые движения не возникали. Во время полета пилот самолета-буксировщика специально изменял курс резкими перемещениями руля направления и возникающие при этом перемещения топливного бака хорошо гасились демпферами. При сильном ветре можно было ожидать угла увода оси буксируемого летательного аппарата в пределах 10°-20°; рысканий по курсу буксируемого летательного аппарата не наблюдалось. Лишь при увеличении угла увода оси (до 20°-30°) было отмечено легкое раскачивание. Частота колебаний буксируемого топливного бака была достаточно высока, но и это не привело к рысканию и круговым движениям.

Испытательные полеты выполнялись пилотом господином Клёкнером (Flgzf. Klöckner) и инженером господином Гюттиром (Ing. Güttier).

В ходе испытаний были отмечены отдельные моменты:

1. при взлете при угле установки «е» между буксировочным приспособлением и креплением на топливном баке в 9° и взлетном весе бака 460 кг буксируемое устройство отрывалось от земли раньше чем самолет-буксировщик (рис. 12). При взлете с полным полетным весом топливного бака и самолета-буксировщика они отрывались от поверхности земли почти одновременно;
2. во время разгона при отклонении руля направления рыскание буксируемого летательного аппарата сохранялись до отрыва от земли;
3. во время посадки пилот специально повторял те же движения, что и на взлете. Буксируемый топливный бак совершал посадку после самолета-буксировщика;
4. во время набора высоты, в горизонтальном полете и при снижении буксируемый топливный бак сохранял равновесие. При этом развивалась максимально допустимая скорость буксировки в 620 км/ч (рис. 13);
5. при внезапном облегчении буксируемого летательного аппарата (сброс бака весом 225 кг), на скорости полета 400 км/ч заметных недостатков отмечено не было;
6. возможны посадки на бетонные взлетно-посадочные полосы (ВПП) и ВПП с травяным покрытием при любом весе буксируемого летательного аппарата. При посадках на ВПП с травяным покрытием во избежание повреждения буксируемого летательного аппарата следует обращать внимание на хорошее состоянии поверхности ВПП;
7. при выходе из строя одного из двигателей силовой установки (авария двигателя двухмоторного самолета) устойчивость полета сцепки не снижается.

IV. выводы

Для исследований при обстреле буксируемого летательного аппарата на скоростях полета самолетов-истребителей было разработано специальное беспилотное приспособление.

На основании нового метода обеспечения устойчивости посредством удачно подобранного механизма крепления буксируемого летательного аппарата удалось обеспечить достаточно высокую стабильность последнего, которая сохранялась на всех скоростях, включая и максимальную скорость 620 км/ч.

Посадка самолета-буксировщика и буксируемого летательного аппарата с топливным баком возможны при любом весе летательного аппарата как на бетонную ВПП, так и на ВПП с травяным покрытием.

О рамках специальных вариантов дальнейшего использования данного буксируемого летательного аппарата будет сообщено дополнительно.

Источники:

Deutsche Luftfahrtforschung, Mitteilungs-Nr. 3526 vom 22.6.1944: Rollstabil gefesseltes Schleppgerät für Beschußuntersuchungen.

источник: «Schleppgerät mit Behälter der DFS» «LUFTFAHRT international» 14