Экспериментальный самолет Short S.B.5. Великобритания

Экспериментальный самолет Short S.B.5. Великобритания

Содержание:

Полет Уилбура Райта, совершенный им 17 декабря 1903 года на мысе Киттихаук, состоялся год спустя после того как три брата Шорт – Юстас, Горацио и Освальд – полетели на своем воздушном шаре. Однако к ноябрю 1908 года они убедились, что самолеты имеют больший потенциал, чем воздушные шары и зарегистрировали компанию Short Brothers Ltd, ставшую в дальнейшем неотъемлемой частью британской авиационной промышленности.

С этой длинной родословной становится понятным, что когда начали появляться оперативно-тактическое задание на сверхзвуковой истребитель, компания сделала важный вклад в его разработку.

Экспериментальные требования 103

Принятое в начале 1946 года катастрофическое решение об отмене программы Miles M.52 и одновременный отказ от пилотируемых сверхзвуковых полетов означали, что спустя несколько лет британская авиационная промышленность начнет отставать от прогресса, достигнутого в США, СССР и Франции. В 1948 году дискуссии между промышленностью и Министерством снабжения начали медленное и неуверенное восстановление желания разработать самолет, способный исследовать всю область сверхзвуковых скоростей, с очевидной конечной целью оснастить Королевские ВВС истребителем, способным разгоняться свыше М = 1,0 и полностью боеготовым.

Для работ по данной программе были выпущены экспериментальные требования (Experimental Requirement – ER) 103, к которым разные компании подошли во многом отличающимися путями. Одна из них – компания Fairey – предложила Delta 2, который являлся лучшим вариантом чистого экспериментального самолета. Вкладом компания English Electric стал самолет, получивший внутрифирменное обозначение P.1, имел очевидный потенциал для последующей разработки в качестве сверхзвукового истребителя. Для разработки компанией English Electric проекта сверхзвукового истребителя, а также постройки его прототипа Министерством снабжения была выпущена спецификация F.23/49.

В отличие от экспериментального самолета Delta 2, имевшего треугольное крыло, главный конструктор авиационного отделения компании English Electric У. Э. У. «Тедди» Петтер (W. E. W. ‘Teddy’ Petter) сделал выбор в пользу стреловидного крыла. В Уортоне (Warton) компания построила первую в Европе сверхзвуковую аэродинамическую трубу, которая к 1950 году стала полностью работоспособна. До разработки истребителя задачей исследований в этой трубе стала разработка экспериментального самолета, способного на высоте 36000 футов (11000 м) летать с максимальной скоростью М = 1,5. Когда в феврале 1950 года Петтер покинул компанию English Electric, проект был передан Ф. У. Пейджу (F. W. Page).

English Electric P.1

Петтер передал первую брошюру по Проекту 1 (Project 1 – P.1) в ноябре 1948 года, но в марте 1949 года переговоры о форме воздухозаборника с расположенным в Хакнелле (Hucknall) экспериментальным отделением компании Rolls-Royce привели к значительному пересмотру конструкции P.1. В начале апреля Министерство снабжения одобрило продувки в аэродинамической трубе и строительство макета самолета, получившего в компании обозначение «трансзвуковой истребитель» (Transonic Fighter).

Самолет отличался двумя размещенными в фюзеляже вертикально со смещением двумя двигателями с осевыми компрессорами; верхний двигатель был задним, а нижний – передним. При виде спереди все внимание привлекал подобный раскрытому рту воздухозаборник и весь фюзеляж был разработан, чтобы свести к минимуму площадь поперечного сечения и тем самым уменьшить лобовое сопротивление в сверхзвуковом потоке.

Угол стреловидности крыла и положение стабилизатора стали яблоком раздора между компанией и расположенным в Фарнборо Королевским авиационным институтом (Royal Aircraft Establishment –RAE). Петтер выступал за среднеплан с углом стреловидности передней кромки 60º и за низкорасположенный стабилизатор, размещенный в задней части фюзеляжа. Шестьдесят градусов были довольно радикальными для конца 1940-х годов, но компоновка несущих поверхностей была подтверждена результатами испытаний, проведенных в аэродинамической трубе компании. Однако в RAE были сильные сомнения относительно вида самолета в плане и считали, что стреловидности 50º будет вполне достаточно. Кроме того, низкое размещение стабилизатора было отклонено в пользу Т-образного хвостового оперения.

Министерство снабжения было между молотом и наковальней. С одной стороны в министерстве не желали, чтобы их действия расценивались как пренебрежение концепцией Петера, а с другой стороны хотели остаться в ладах с RAE. Таким образом, в Министерстве снабжения был выбран средний курс, предполагая, что экспериментальный самолет может быть построен с использованием основных особенностей P.1. Это должно было помочь изучить низкоскоростные характеристики управляемости самолета с крылом большой стреловидности, стабилизатор которого мог быть установлен в любом из предложенных положений. Это была довольно трудная задача, но в конце 1949 года Министерством совместно с RAE были выпущены ER.100, и компания Short and Harland считались способной реализовать данные требования.

Хамелеон из Белфаста

Компания Short and Harland была зарегистрирована в Белфасте в июне 1936 года после объединения авиастроительной компании Short Brothers Ltd с солидной балфастской судостроительной компанией Harland &. Wolff. Целью объединенной компании было производство в столице Северной Ирландии самолетов как наземного, так и морского базирования. Следствием этого решения стало оставление компанией Short своего проверенного временем завода в Рочестере, графство Кент.

Поскольку в то время у Британии опыта с самолетами, имевшими стреловидность крыла 60º, не было никакого, то (под давлением RAE) было решено, что проектно-конструкторский подход будет постепенным и что экспериментальный самолет в своей первой конфигурации будет оснащен крылом со стреловидностью передней кромки в 50º. Помимо этого был «продавлен» вариант RAE с размещением стабилизатора на вершине киля. Самолет, построенный согласно договора 6/ACFT/5347/CB.7(a) и получивший внутрифирменное обозначение S.B.5, имел возможность установки стабилизатора у основания задней части фюзеляжа, поскольку команда конструкторов компании English Electric была твердо уверена, что данное расположение является оптимальным.

Будучи в состоянии изменять положение стабилизатора, S.B.5 был спроектирован таким образом, что в средней часть его фюзеляжа размещались точки крепления для консолей крыла, имевших стреловидность 50º, 60º и 69º. Последний вариант был предложен для возможного использования самолета компанией English Electric (после закрытия проекта S.B.5) в её общих инженерно-технических исследованиях, связанных с устойчивостью профилей крыльев, имевших большой угол стреловидности. Передняя кромка при всех трех углах должна была быть способна к быстрым изменениям, чтобы иметь возможность оценить результаты различных вариантов стреловидности. Для реализации этого было применено следующее техническое решение: средняя часть крыла полностью изготавливалась из легких сплавов, в то время как передняя и задняя кромки имели обшивку из фанеры, что облегчало изменения конфигурации крыла.

Самолет, которому был выделен военный номер WG768, должен был иметь простую и недорогую конструкцию. Предусматривалось, что его постройка будет завершена задолго до изготовления первого прототипа English Electric P.1, который к этому времени получил обозначение P.1A. Таким образом, результаты испытаний должны были помочь при доработке общей конструкции сверхзвукового самолета и его системы шасси. Тем не менее, не все было так просто, как этого хотелось. Колеса основных стоек шасси S.B.5 при различных углах стреловидности крыла должны были поворачиваться таким образом, чтобы сохранять параллельность осевой линии самолета. Кроме того, их угол наклона должен был иметь возможность регулировки для обеспечения правильной балансировки вне зависимости от стреловидности испытываемого крыла.

Право на существование

Основной задачей WG768 была проверка того, что расчеты – компании English Electric или RAE – являются верными относительно угла стреловидности крыла и размещения стабилизатора, особенно в отношении управляемости сверхзвукового самолета на малых скоростях. Следовательно, форма фюзеляжа должна была соответствовать P.1A, и осенью 1952 года неказистый самолет покинул расположенный в Белфасте сборочный цех компании. Машина имела стреловидность крыла 50º и передняя кромка по всему размаху могла изменяться на 20º. Во всей конструкции самолета были использованы заклепки с выпуклой головкой. Стабилизатор дельтавидной формы, установленный на верхнюю часть вертикального оперения, имел изменяемый угол атаки в диапазоне 20º. Стабилизатор оснащался полным комплектом органов управления и электрооборудования, управление которыми было проложено в надфюзеляжном гагроте, расположенном между кабиной пилота и местом соединения киля и фюзеляжа.

Поскольку программа испытаний была ограничена проверкой управляемости на малых скоростях и установкой консолей крыла с тремя вариантами стреловидности передней кромки, то шасси было неубирающимся и, в случае крыла со стреловидностью 50º, масляные амортизаторы колес основных стоек были наклонены немного вперед. По обе стороны от круглого воздухозаборника находились два семифутовых (2,1 м) выступа. В левом были расположены крыльчатки тангажа и рыскания, в то время как в правом устанавливалась трубка Пито, конец которой был отклонен вниз на 15º для получения более точных результатов на больших углах атаки.

Силовая установка S.B.5 состояла из одного двигателя Rolls-Royce Derwent 8, развивавшего на уровне моря тягу в 3500 фунтов (1600 кг). Двигатель был расположен в средней части фюзеляжа самолета с соплом в крайней задней его части. Выше двигателя в отдельных контейнерах размещались тормоза и противоштопорный парашют.

Полеты и изменения

В ноябре 1952 года WG768 был перевезен морем и по дороге в расположенную в Боскомб-Дауне базу Экспериментального центра авиации и вооружения (A&AEE – Aeroplane and Armament Experimental Establishment), где главный летчик-испытатель Том Брук-Смит (Tom Brooke-Smith) начал рулежечные испытания. Это было его возвращение к испытательным полетам после произошедшей в октябре 1951 года катастрофы оснащенного аэроизоклиническим крылом (aeroisoclinic-wing) планера Short S.B.1. После катастрофы Том Брук-Смит несколько месяцев провел в госпитале, где несколько его раздробленных позвонков были восстановлены.

2 декабря 1952 года S.B.5, окрашенный глянцевыми черной и белой красками, совершил первый полет под управлением Тома Брук-Смита. Длина разбега при взлете, составившая 2000 ярдов (1830 м), еще до взлета подтвердили одну вещь – этого было явно недостаточно. Вскоре проявилась еще одна проблема: недостаток мощности, поскольку даже при работавшим в полную силу двигателе Derwent набирал высоту 7000 футов (2000 м) – оптимальную высоту для проведения программы летных испытаний – в течение двадцати минут. При запасе топлива в 300 галлонов (1350 л) оставалось мало времени для проведения эксплуатационных испытаний.

К весне 1953 года летные качества S.B.5 были оценены во время небольшого количества полетов, и самолет был отправлен в Белфаст для установки крыла со стреловидностью 60º. В этой конфигурации элероны были расположены под прямым углом к линии полета. Само крыло, говоря простым языком, имело треугольную форму в плане с удаленными внутренними задними частями. Чтобы успокоить RAE стабилизатор был установлен на верхней части вертикального оперения. Окраска самолета осталась без изменений. Для этого варианта крыла основные колеса были установлены в неотклоненное от вертикали положение.

Первый полет самолета с новым крылом состоялся 29 июля 1953 года, а месяц спустя главный летчик-испытатель компании English Electric Роленд Бимонт (Roland Beamont), ответственный за программу испытаний P.1A, совершил на самолете свой первый полет и был необычайно впечатлен. Последующие полеты подтвердили, что вариант с Т-образной компоновкой вертикального оперения является неудовлетворительным и потенциально опасным. Однако в этом виде WG768 под управлением Брука-Смита принял участие в демонстрационных полетах во время показа, организованного обществом британских авиаконструкторов (SBAC — Society of British Aircraft Constructors).

Третья конфигурация

В октябре самолет был возвращен в Белфаст, где стабилизатор был удален с верхней части вертикального оперения и, сменив форму, был установлен в задней части фюзеляжа в нижней его части – там, где Тедди Петтер хотел его разместить с самого начала. Каль и руль направления были модифицированы путем удаления опорной колонки Т-образного хвоста и установки гладкой наклоненной назад верхушки.

В конструкции крыла P.1A были применены предкрылки, которые при помощи шарниров на взлете и посадке отклонялись на 26º. Для того, чтобы в полной мере соответствовать данному аспекту системы управления истребителя в конструкцию крыла S.B.5 были включены дополнительные накладки (droops), также отклоненные на угол в двадцать градусов. Однако, в отличие от P.1A предкрылки были фиксированными. Когда P.1A в конечном итоге полетел, шарнирно отклоняющиеся предкрылки были использованы с самого начала испытательных полетов, однако оказались ненужными и были зафиксированы в в положении «вверх».

В начале 1954 года WG768 с новым расположением стабилизатора был перевезен из Белфаста в Боскомб-Даун, где в конце января совершил свой очередной «первый полет». Участие RAE в программе S.B.5 дало этому институту право проводить свои действия – даже если они направлены на оценку низкоскоростных характеристик P.1A – относительно всей концепции истребителя. Эти действия были довольно радикальными, поскольку RAE так же как и компания English Electric желал получить как можно больше опыта. Следовательно, вскоре после последнего «первого полета» расположенный в Бедфорде (Bedford) филиал RAE наряду с расположенным в Боскомб-Дауне A&AEE стал действующей базой для S.B.5. В Бедфорде зафиксированные под углом 26º предкрылки на внутренних частях консолей крыла были удалены, и S.B.5 стал, насколько это возможно, похож на 85% летающую модель P.1A.

Чтобы получить опыт полетов на низких скоростях Роленд Бимонт вновь ознакомился с этим самолетом. Бимонту в будущем предстояло иметь дело со сверхзвуковым истребителем, и он публично заявил, что WG768

«интересный с летной точки зрения самолет».

В частности он подтвердил, что низкое расположение стабилизатора было правильным и что самолет:

«с крылом большой стреловидности оказался увлекательным тренажером для управления на низких скоростях. Его высокие характеристики волнового сопротивления были настолько увеличены низкой удельной мощностью, что заметные изменения скорости могли быть получены при фиксированных настройках мощности. Как правило, это происходило на полном газу и выполнялось простым перемещением ручки управления, увеличивавшим или уменьшавшим угол атаки».

Он также прокомментировал тот факт, что, также как и Брук-Смит, он нашел длину разбега необычайно большой, к которой нужно было привыкнуть.

Хотя в RAE еще сохранялось недовольство относительно расположения стабилизатора, и поэтому, когда весной 1954 года главный летчик-испытатель компании Short обнаружил проблему с резким сваливанием на крыло на скорости примерно 165 миль/ч (265 км/ч), институт сразу же попытался навязать свое решение проблемы в виде аэродинамических гребней. Тем не менее, RAE еще находилось в противоречиях с конструкторским бюро English Electric, которое подтвердило, что небольшая выемка в передней кромке крыла на расстоянии 60% от корневой части была более эффективной. Данное изменение настолько эффективно искоренило проблемы, что было перенесено на P.1A.

Другие изменения и другие владельцы

Расположенный в Бедфорде RAE и находящийся в Боскомб-Дауне A&AEE в течение двух лет совместно проводили летные испытания а также были ответственными за размещение самолета в статической экспозиции во время показа, организованного в 1954 году обществом британских авиаконструкторов. После снятия предкрылков с внутренних частей консолей крыла на переднюю кромку по всему его размаху были установлены дополнительные накладки, отклоненные на десять градусов. В таком виде S.B.5 летал в течение длительного времени, после чего его передняя кромка была вновь преобразована и очищена от каких либо предкрылков или дополнительных накладок.

После завершения использования S.B.5 в интересах компании English Electric, и испытания самолета с крылом стреловидности 69º взяло на себя RAE. Недостаточная тяговооруженность была постоянной проблемой S.B.5, и одно время даже возникала мысль об установке вспомогательной силовой установки. Когда WG768 в 1958 году был вновь возвращен в Белфаст, то в связи с объемом планируемых работ считалось, что это возвращение является самым подходящим моментом для установки совершенно нового двигателя.

То, что происходило в течение следующих двух лет, было фактически перестройкой самолета. Были установлены крыло со стреловидностью передней кромки 69º, катапультное кресло класса «0–0» компании Martin-Baker. Большинство приборов было заменено на более современные; в этой сфере было сделано множество изменений, поскольку первый полет самолета состоялся в 1952 году. ТРД Derwent 8 был, наконец, удален и на его место был установлен турбореактивный двигатель с осевым компрессором Bristol Siddeley B.E.26 Orpheus. Развивавший на уровне моря статическую тягу 4850 фунтов (2200 кг) двигатель Orpheus обеспечил самолету увеличение мощности на 40%.

Новой катапультное кресло требовало переконструирования фонаря кабины самолета. Первоначальный фонарь с мощным переплетом было заменено на фонарь с большей площадью остекления, позволявшей в чрезвычайной ситуации выполнить катапультирование непосредственно через стекло. По сравнению с первым вариантом окраски эстетика S.B.5 была заметно улучшена. Самолет был полностью окрашен голубой глянцевой краской, серийный номер был нанесен белой краской. В таком виде в сентябре 1960 года WG768 был возвращен в Боскомб-Даун.

Еще один первый полет

18 октября летчик-испытатель летного отдела управления аэродинамики RAE (Flight Division of Aerodynamics Department RAE) Денис Тайлер (Denis Tayler) впервые поднял в небо S.B.5, который был оснащен крылом со стреловидностью передней кромки 69º. В течение нескольких последующих лет Королевским авиационным институтом был выполнен ряд программ испытаний, которые были сосредоточены на вопросах устойчивости и общей управляемости самолетов с крыльями большой стреловидности. В ходе этих испытаний были выполнены различные изменения передней кромки, а самолет летал как с установленными по всему размаху дополнительными накладками, отклоненными на 20º, так и без них. Выемка, примененная на крыле со стреловидностью 60º, была перенесена на консоли с большей стреловидностью, и когда были установлены дополнительные накладки, то выемки были заделаны.

15 августа 1961 года компания Handley Page подняла в небо свой экспериментальный самолет H.P.115 – первую британскую машину, предназначенную для изучения аэродинамики тонкого треугольного крыла. Этот самолет базировавлся в Бедфорде, где он присоединился к WG768 в серии сверхзвуковых программ испытаний в сфере транспорта. Для некоторых из этих испытаний левая консоль крыла S.B.5 была покрыта рядами ворсинок; эффекты воздушного потока записывались при помощи небольшой кинокамеры, установленной на конце передней кромки.

В 1964 году Роленд Бимонт снова летал на WG768 во время сери испытательных полетов, проведенных в RAE, Бедфорд. Он обнаружил, что большая стреловидность крыла и более мощный двигатель дали самолету «гораздо более сносные характеристиками». Участие этого самолета в исследованиях аэродинамики в рамках программы Concorde оказалось большим, чем ожидалось, но, в конце концов, и его время закончилось.

Конец

В Австралии Авиационная научно-исследовательская лаборатория (Aeronautical Research Laboratory – ARL) работала по аналогии с RAE, и WG768 был предложен ARL в качестве полномасштабного экспериментального самолета, но австралийцы отказались. Следовательно, в 1967 году машина была передана для складирования в Имперскую школу летчиков-испытателей (Empire Test Pilot’s School – ETPS). В школе самолет использовался в качестве средства освоения управления самолетов, оснащенных тонким крылом большой стреловидности, на низких скоростях полета. Монохромные фотографии показывают, что во время нахождения в ETPS самолет был перекрашен в очень темно-синий или черный цвет с белой надписью «28» на носу. В ноябре 1967 года самолет после основного технического осмотра планера был списан. Однако это решение было сочтено неэкономичным, после чего WG768 был поставлен на прикол и в марте 1968 года был отправлен на авиабазу Королевских ВВС Финнингли (RAF Finningley) в качестве учебного планера № 8005M.

К 1990 году, после того как самолет пережил еще одно перекрашивание – на этот раз он был полностью окрашен матовой серебряной краской с черным номером «28», Short S.B.5 был передан в расположенный в Косфоде (Cosford) музей Королевских ВВС, извесный сегодня как Авиакосмический музей. В музее была восстановлена первоначальная черно-серебряная окраска, в которой самолет выставлен и по сей день.

В течение почти двух десятков лет этот самолет предоставлял ценные результаты исследований и обосновал многие расчеты, выполненные в конструкторском бюро. По критерию «стоимость-эффективность» S.B.5 оказался одним из лучших самолетов в истории британской авиационной промышленности и, несмотря на неизвестные области аэродинамики, с которыми ему приходилось сталкиваться, он не испытал серьезных злоключений в течение своей карьеры.

на данном снимке развернувшегося резко вправо WG768 хорошо показаны неподвижные предкрылки, отклоненные вниз на 20º; самолет оснащен крылом со стреловидностью 50º и стабилизатором, размещенным на верхней части вертикального оперения («The Aeroplane»)

WG768 взлетает по время показа, организованного в 1953 году обществом британских авиаконструкторов. Крыло со стреловидностью 50º оснащено отклоненными вниз предкрылками. Данные предкрылки использовались в ряде этапов летно-испытательной карьеры машины («The Aeroplane»)

WG768 показан с отклоненными назад основными стойками шасси, прикрепленными к крылу со стреловидностью 50º. Хорошо заметный зазор в верхней части киля обеспечивает изменение угла атаки стабилизатора в диапазоне 20º. На стоянке заметны Canberra B.2 WJ716, три истребителя Hunter и прототип бомбардировщика Vulcan (фото из коллекции автора книги)

три проекции WG768, относящиеся к его первому полету в декабре 1954 года. Самолет оснащен крылом со стреловидностью 50º, установленными по всему размаху предкрылками, отклоненными вниз на 20º, и стабилизатором, размещенным на верхней части вертикального оперения. Основные стойки шасси отклонены вперед

ри проекции WG768, относящиеся к сентябрю 1960 года, когда самолет испытывался с крылом, стреловидность передней кромки которого составляла 69º. Фонарь кабины пилота изменен, основные стойки шасси отклонены впередвнизу: виды сбоку и сверху самолета с крылом со стреловидностью 60º, фиксированными предкрылками, отклоненными вниз на 26º и стабилизатором в нижнем положении. Основные стойки шасси в вертикальном положении

в октябре 1953 года стабилизатор самолета был перенесен в нижнее положение, за которое изначально выступало конструкторское бюро компании English Electric. Самолет был оснащен крылом со стреловидностью 60º, предкрылками, отклоненными вниз на 26º, во внутренних частях крыла, сохраняя при этом установленные ранее отклоненные на 20º дополнительные накладки (фото из коллекции Дерека Джеймса [Derek James])

когда на самолет было установлено крыло со стреловидностью 69º, то основные стойки шасси для сохранения балансировки, поскольку изменилось положение центра тяжести машины, были смещены немного вперед («The Aeroplane»)

изменения, связанные с установкой крыла со стреловидностью 69º включали в себя новый фонарь кабины и полную перекраску самолета в светло-синий цвет. Как можно видеть на снимке крылья сохранили установленные по всей передней кромке дополнительные накладки и на левой коноли крыла размещены многочисленные шерстяные ворсинки; RAE Bedford, июль 1962 года (фото из коллекции автора книги)

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Short S.B.5

Назначение: экспериментальный самолет

Статус: прототип

Экипаж: 1 человек

Силовая установка:

первоначально – один турбореактивный двигатель Rolls-Royce Derwent 8, развивавший тягу 3500 фунтов (1600 кг)
впоследствии – один турбореактивный двигатель Bristol Siddeley B.E.26 Orpheus, развивавший тягу 4850 фунтов (2200 кг)

Размеры:

размах крыла
• стреловидность 50º – 35 футов 2 дюймов (10,7 м)
• стреловидность 60º – 30 футов 6 дюймов (9,3 м)
• стреловидность 69º – 26 футов 0 дюймов (7,92 м)
длина
• с высоким стабилизатором и без учета длин штанг 47 футов 9 дюймов (14,55 м)
• с низким стабилизатором и без учета длин штанг 45 футов 9 дюймов (13,94 м)
• с высоким стабилизатором и с учетом длин штанг 54 фута 9 дюймов (16,68 м)
• с низким стабилизатором и с учетом длин штанг 52 фута 9 дюймов (16,07 м)
высота
• с высоким стабилизатором 17 футов 4 дюймов (5,27 м)
• с низким стабилизатором 16 футов 3 дюймов (4,95 м)

Масса:

пустого 9196 фунтов (4170 кг)
с полной нагрузкой 13000 фунтов (5900 кг)

Летные характеристики:

максимальная скорость планера 402 миль в час (650 км/ч)
практический потолок 10000 футов (3000 м)
максимальная продолжительность полета 45 минут

Производство: 1 экземпляр

источник: Barry Jones «BRITISH EXPERIMENTAL TURBOJET AIRCRAFT»