Экспериментальный самолёт Berlin B 9. Германия

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной.

Предисловие

Применявшийся в большинстве производившихся самолётов обычный двухкоординатный (zweidimensionalen) вариант расположения пилота в пилотской кабине обеспечивал пилоту самое удобное для него положение, давал возможность управлять самолётом во время длительных полётов течении долгого времени в большинстве производившихся самолётов и зарекомендовало себя с самой лучшей стороны. Очень интересным было предложение братьев Райт, которые в одном из своих опытных образцов самолёта предложили размещать пилота в положении лёжа. Ставшееe со временем традиционное положение пилота в положении сидя имело ряд альтернативных вариантов:

1. лежа на груди с вытянутыми или согнутыми ногами.
2. лежа на спине,
3. на складывающемся сиденье.

Положение лёжа на спине позволяло значительно проще переносить высокие нагрузки при ускорении самолёта, но плохой обзор для пилота и психологическая беспомощность, вызванная таким положением (к примеру, животные ложатся на спину в знак слабости), исключали практическое применение подобного расположения пилота в кабине самолёта. Складывающееся сиденье объединяло в себе удобное положение при нахождении на нём пилота. Так же при значительном наклоне спинки сиденья было возможным довольно легко переносить возникающее при разгоне самолёта ускорение.

В тоже время подобное сиденье требовало больше места в пилотской кабине, дополнительную кинематику и создавало ряд неудобств при проводке и обслуживании систем управления.

Положение пилота лежащим на груди создавало ряд проблем с ориентацией в пространстве и ухудшало обзор вперёд.

Что касается преимуществ размещения пилота в положении лёжа можно судить по представленным в таблице 1 цифрам.

Таблица 1

Следует отметить, что продолжительность ускорения при положении пилота лёжа на животе или спине не имеет общего с самим полётом. В ходе выполнения полёта ускорения и перегрузки кратковременны и более наклонены от горизонтали, чем в ходе экспериментов в центрифуге. Однако очевидна взаимосвязь между положением пилота и испытываемыми им нагрузками.

Максимально допустимая величина ускорения зависит от размеров тела человека и от ряда прочих факторов:

1. величины перегрузки;
2. продолжительности действия перегрузки;
3. направления приложения сил возникающих в ходе ускорения и перегрузки;
4. состояния пилота в результате возникающих на пилота при перегрузке нагрузок.

Для применения военной области это означает возможность пилота переносить как можно более высокую перегрузку, позволяющую получить значительное тактическое преимущество. Так увеличение величины перегрузки с 5 g (при нормальном сидячем положении лётчика-истребителя) до 12 g в положении лёжа означает возможность значительно сократить радиус при выполнении разворотов и одновременно увеличить скорость пикирования. К примеру при полёте самолёта на скорости в 700 км/ч на уровне моря при перегрузке в 5 g подобная перегрузка для управляющего самолётом пилота допустима только в течении 3-4 секунд. Радиус разворота при этом будет составлять 770 м. При увеличении величины перегрузки до 10 g в положении пилота лёжа данное ускорение пилот способен выдерживать в течение более продолжительного времени и при такой же скорости в 700 км/ч самолёт уже способен выполнить поворот с радиусом всего 390 м, что даёт ему неоспоримое преимущество для занятия удобной позиции для открытия огня.

Еще один важный фактор свидетельствует в пользу размещения пилота в положении лёжа: Защитить находящегося в положении лёжа пилота бронёй значительно проще, поскольку находящийся в таком положении летчик имеет малую площадь поперечного сечения. Обзор из кабины пилота самолёта-истребителя, разведчика и самолёта предназначенного для оказания непосредственной поддержки сухопутным войскам особенно важен.

Примеры расположения пилота в кабине в положении лёжа освещены в ряде выпусков журнала «Luftfahrt international»:

• Blohm & Voss BV 40 (выпуск № 6, Reg. Nr. 3185-100-1);
• Horten Ho IV и Ho VI (выпуск № 12, Reg. Nr. 2144-100-1);
• проект Heinkel Julia (выпуск № 1, Reg. Nr. 3103-100-1).

Проект экспериментального самолёта Berlin B 9

В целях проведения практических исследований возможности размещения пилота во время полёта в положении лёжа штудгартское авиационно-техническое подразделение (FFG Stuttgart – Flugtechnische Fachgruppe Stuttgart) изготовило экспериментальный самолёт FS 17, конструкция которого допускала максимальные перегрузки до 14 g.

схемы Berlin B 9

После окончания лётных испытаний испытательный центр воздухоплавания в Адлерсхофе, Берлин, (DVL – Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt e. V., Berlin-Adlershof) заказал у берлинского специального авиационно-технического подразделения (FFG Berlin – Flugtechnische Fachgruppe, Berlin) самолёт с обычным двигателем, который можно было бы использовать для изучения вопросов, связанных с большими ускорениями при старте и перегрузками при маневрировании.

Весной 1943 года соответствующий предъявляемым требованиям самолёт, получивший название Berlin B9, был построен.

1 Требования к самолёту

Пилот данного самолёта должен был иметь оптимальный обзор, располагаясь в кабине самолёта в положении лёжа.

Высокая прочность, позволяющая самолёту совершать маневры с положительной и отрицательной перегрузками в 12 g. Особенно большая продольная устойчивость при выполнении перехвата.

Высокая скорость, достигаемая при пикировании для достижения перегрузок, которые могли бы возникнуть у самолёта в ходе выполнения реального перехвата. Общие хорошие лётные характеристики, которые позволяли бы пилоту сделать более полные выводы из результатов испытания.

2 Описание

Berlin B 9 представлял собой свободнонесущий низкоплан смешанной конструкции с прочностью, позволявшей ему переносить перегрузки до 22 g. Как вариант поначалу рассматривалась несимметричная компоновка наподобиe Blohm & Voss BV 141 или вариант с размещением силовой установки в кормовой части фюзеляжа как у Göppingen Gö 9. Однако из-за значительных осложнений, связанных с претворением в реальность подобных предложений, от них отказались.

a) Фюзеляж

Фюзеляж представлял собой выполненный из металлических труб каркас с придававшими фюзеляжу определённую форму деревянными панелями и полотняной обшивкой. Поперечное сечение фюзеляжа имело трапецевидную форму с максимальной площадью 0,67 м². В задней части фюзеляжа располагалось хвостовое оперение. Фонарь кабины пилота длиной 1,5 метра при необходимости можно было сбросить. Фюзеляж крепился к крылу в четырех точках.

b) Шасси

Под моторными гондолами крепилось взятое от Me 108 убирающееся шасси с одинарными стойками. Убиралось шасси вручную при помощи рычага с храповым механизмом. 

c) Хвостовое оперение

Вертикальное оперение обычного типа с килем и уравновешенным рулем направления было установлено на хвостовой оконечности фюзеляжа. Горизонтальное оперение состояло из стабилизатора и уравновешенных рулей высоты. Величина максимального отклонения руля высоты составляла 30%.

d) Несущие плоскости

Крыло состояло из прямоугольного центроплана и двух трапецевидных консолей. Крутка крыла в корневой части была равна 0°, на половине длины консоли крыла она составляла -2° и сохранялась такой далее до законцовок. Основой крыла служат два коробчатых лонжерона, расположенные от передней кромки на расстоянии на 20% и 50% хорды крыла. К лонжеронам крепились дюралевые пластины, служившие для крепления крыла к фюзеляжу и для крепления при помощи болтов двигателей силовой установки. Для придания крылу прочности на кручение пространство между лонжеронами было полностью облицовано планками. В передней части крыла располагались крепления и трубопроводы силовой установки. Четыре топливных бака размещались по обеим сторонам от двигателей.

Элероны и закрылок с механизмом выпуска/уборки расположены за задним лонжероном.

Закрылок был расположен под фюзеляжем и по всей длине центроплана на 20% длины его хорды. Максимальное отклонение закрылка могло составлять 60°.

e) Силовая установка

Два двигателя Hirth HM 500 мощностью по 105 л.с. вращали воздушные винты Schäfer (информация о двигателе HM 500 была опубликована в выпуске «Luftfahrt international» № 6, Reg. Nr. 8061-100-4).

f) Управление

В проекте в кабине пилота были предусмотрены специальные элементы системы управления по принципу исполнения и привода мало чем отличавшиеся от традиционных систем управления со штурвалом (предлагалось как альтернатива ещё нечто похожее на рулевое колесо) позволявшие пилоту управлять самолётом располагаясь в положении лёжа.

В ходе разработки проекта конструкторы стремились к тому, чтобы любой летчик мог управлять данным самолётом без дополнительного переобучения, поэтому о серьезных изменениях по сравнению с обычными движениями штурвала не могло быть и речи. Выбор между штурвалом и ручкой управления был решен с пользу ручки.

Пилот, находясь в положении лёжа, имел худший доступ к расположенным по обе стороны его тела частям кабины. В случае необходимости повернуться в ту или иную сторону к стенкам пилотской кабины пилот испытывал значительные неудобства. Разработчики обратились к опыту, полученному их коллегами в ходе разработки проекта Blohm & Voss BV 40, и установили рулевую колонку малого размера, которая обычно управлялась пилотом только одной правой рукой, но случае необходимости пилот также мог управлять и левой рукой.

Обычно пилот самолета Berlin B 9 правой рукой управлял рулями высоты и направления, а левой прочими рычагами и приборами. Руль направления и тормоза управлялись также как и в положении сидя – с помощью ног.

Так же правой рукой пилот в случае необходимости мог отстегнуть крепящие его к сиденью ремни и произвести сброс фонаря кабины.

Рулевая колонка у FS 17 и на первых макетах Berlin B 9 располагалась по центру (у собранной машины было смещено и позволяло удобно управлять штурвалом только при помощи правой руки, хотя имелась возможность управления левой рукой). Обзор в направлении вперёд-вниз был очень хорошим, что давало преимущество при наблюдении за наземными целями.

При каком либо перемещении рулевой колонки самолёт выполнял точно такие же перемещения в воздухе: например вращение относительно оси в том же направлении. Это касалось управления самолётом относительно продольной оси. Что касается поперечного управления, то тут имелось ограничение в 60°. Управление было легким благодаря наличию длинного рычага, что при вертикальном расположении ручки управления не создавало каких-либо неудобств.

​

Berlin B 9

Управляя самолётом, летчик прилагал усилия на органы системы управления Berlin B 9, указанные в табл.2.

Таблица 2

Величины наибольших отклонений от нейтрального положения элементов привода системы управления Berlin B9 указаны в табл.3.

Таблица 3

Руль направления управлялся, как это обычно было принято, при помощи ножной педали. В случае необходимости выполнить отклонить руль на максимальный угол ноги пилота при нажатии на педали предположительно должны были быть полностью выпрямленными. Ноги пилота обычно находились на педалях, размеры которых подбирались исходя из необходимости пространства для свободного перемещения в них меховых сапог пилота и из расчета возможности полёта в перевёрнутом положении, когда днище самолёта располагалось сверху. Величина перестановки педалей при оптимизации их положения в зависимости от длины тела пилота составляла 200 мм. Регулировка обеих педалей осуществлялась параллельно. Обе педали были несколько отклонены от вертикального положения. Основное усилие при нажатии на педали пилот оказывал на ту ее часть, которая была расположена у пальцев ног.

Полностью всей стопой нажатие на педали осуществлялось при помощи удлинённого рычага у выреза на педали. 

При нажатии пилотом на педали они свободно перемещались на ограниченную величину относительно оси, расположенной на высоте примерно соответствующей по размерам футбольному мячу и при любом отклонении педали от нейтрального положения их поверхность имела хороший контакт с ногой пилота.

g) Эксплуатация и оборудование

Рычаги для управления самолётом, за исключением рычагов необходимых для сброса фонаря и отсоединения удерживающих пилота ремней, располагались на левой стороне кабины:

• дроссельный рычаг;
• рычаги, служащие для управления двигателями (пожарный кран, огнетушитель, запасной насос, замок зажигания);
• рычаги служащие для привода шасси (переключатель и храповый механизм);
• рычаги для регулировки триммеров рулей высоты и направления;
• рычаги для управления закрылком.

На основании опыта, полученного при разработке Berlin B 9, было установлено, что часть рычагов, которые не имели отношения к аварийному сбросу фонаря кабины и отсоединения удерживающих пилота ремней, можно было размещать сзади от плеч пилота.

Для того чтобы не перекрывать обзор пилоту установленные в кабине приборы и датчики для наблюдения за работой двигателей и параметрами полёта можно было видеть смотря в специально установленные для этого в кабине зеркала: индикаторы приборов для измерения скорости, высоты, компас, электрический указатель направления, два тахометра, указатели топлива и масла, величины перегрузки, датчики фиксирующие положение шасси и ящик с предохранителями электрической сети.

В качестве вспомогательного средства управления самолетом на переднее и боковые стёкла кабины пилота наносились линии углов тангажа и крена.

вариант окраски Berlin B 9

На самолет предусматривалась установка бомбодержателя ETC 50 и винтов изменяемого шага Me P2, однако в мае 1943 года самолёт начал выполнять пробные полёты в своей первоначальной форме.

3 Лётные испытания

Самолёт Berlin B9, как уже упоминалось, был собран весной 1943 года и 10 апреля 1943 года в испытательном центре в Рехлине под управлением опытного пилота Х.В. Лерхе (H.W. Lerche) совершил свой первый полёт.

У испытательного полёта были задачи:

a) Облёт и испытания нового образца самолёта

Облёт и испытания выполнялись с целью выявления соответствия лётных характеристик самолёта, его надёжности, прочности каркаса самолёта при больших нагрузках и давлении набегающего потока воздуха, способности самолёта переносить высокие перегрузки и вибрацию, надёжность силовой установки.

b) Выявление возможности пилота управлять самолётом в положении лёжа

Несмотря на то, что испытания самолёта были необходимы для выявления ряда различных параметров, следовало сразу же дать оценку полученным в ходе испытания результатам для машины официальным учреждениям. В ходе выполнения полётов выявились ряд недостатков, что несколько затруднило возможность выполнить полноценную оценку машины.

В августе 1943 года Berlin B9 официально поступил в распоряжение испытательного центра. До ноября 1943 года на этом самолёте летали и дали ему оценку 30 пилотов. Во время выполнения ночных полётов произошла авария, вызванная ошибкой при управлении самолётом на взлете. Ремонт повреждённого самолёта длился 3 недели.

4 Оценка летных испытаний

a) Проработка конструкции

Что касалось оценки самой конструкции, то размещение пилота в положении лёжа в общем оценивалось как удобное. Было сделано предложение уложить под пилотом слой мягкого материала. Некоторые пилоты указали на то, что мышцы шеи и спины при периодическом поднимании головы испытывали большую нагрузку и вызывали у пилота усталость (при неудачно подобранной высоте расположения парашюта). При полётах в зимнем комплекте снаряжения пилоты так же испытывали ряд неудобств и у них быстро возникала усталость. Летчики, часто выполнявшие полёты на этом самолёте, в течение полутора часов не испытывали каких либо затруднений. Проводились полёты продолжительность до 5 часов, когда большую часть полёта самолёт планировал (максимальная продолжительность полёта с работающим двигателем составляла 1 час 45 минут).

В горизонтальном полёте устройство, фиксировавшее подбородок пилота обычно вызывало у пилотов неудобство. Пилоты предлагали расположение парашюта на спине, при котором не было необходимости в поддерживающем подбородок устройстве. При выполнении полётов с высокими перегрузками положение головы пилота было всё же неудобным.

Изначальное устройство управления самолётом в виде штурвала со стойкой было заменено на расположенную почти вертикально ручку. Небольшие, но в то же время возросшие из-за значительного набегающего потока воздуха, усилия на элементах системы управления для пилотов, привыкших к тому, что на других самолётах прилагаемые на систему управления усилия были больше, оценили нагрузки на системы управления как низкие. В ходе испытаний нагрузки, испытываемые на элементах системы управления были снижены установкой вспомогательных рулей. При приведении в действие рулей высоты не возникали привычные по другим самолётам значительные нагрузки. Что касается управления по направлению, то многие летавшие на самолёте пилоты не сразу могли с нему привыкнуть, хотя по своему функционированию эти элементы системы управления были аналогичны тем, что устанавливались на обычных самолетах, где пилоты располагались сидя. Продолжительные прогоны самолёта по аэродрому быстро позволяли пилотам привыкнуть к этой системе управления и избежать ранее возникавших судорог в мышцах ног. Оказалось, что мышцы ног очень чувствительны к установке педалей по длине.

Парашют, его крепление и обслуживающее устройство соответствовали предъявляемым к ним требованиям. Воздух к маске пилота подавался через расположенный под подбородком пилота гибкий шланг.

b) Обзор

Обзор в данном самолёте ограничивался мёртвым углом, создаваемым телом лежащего в кабине пилота, корпусом и пилотской кабиной.

Повороты тела пилота в ходе полёта лишь несколько увеличивали угол обзора. Основное направление обзора имело отклонение от горизонтали на 30° в направлении вниз, создавая в то же время непросматриваемый пилотом конус величиной примерно в 40° вертикально над самолётом. Особенно удачно такое расположение пилота обеспечивало обзор пилотам в ходе выполнения ими следующего ряда задач:

• высокоскоростного истребителя;
• непосредственной поддержки сухопутных войск;
• скоростного разведчикa;
• полёт с набором высоты под углом более 30°.

В тоже время расположение пилота в кабине в положении лёжа имело и недостатки:

для малоскоростных самолетов, пилоты которых в любой момент могли ожидать неожиданную атаку с любого направления;
при ведении боя на виражах, поскольку обзор пилота по горизонту был мал;
при ведении наблюдения в задней полусфере.

c) Оценка лётных данных

Самолёт Berlin B9 выполнял полёты, в которых в течение нескольких секунд имитировался перехват самолёта противника с перегрузками до 8,5 g и движение по спирали с перегрузками до 6 g. Перегрузки подобной величины не могли переноситься пилотами, располагавшимися, как это было обычно принято в нормальных самолётах, сидя. На этом самолёте пилоты несколько легче переносили подобные перегрузки, хотя и эти перегрузки оказывали на пилотов сильное воздействие на голову и суставы. Физическое и психическое состояния пилотов и их реакция в ходе выполнения полётов с подобными перегрузками были нормальными, вследствие чего пилоты нередко оценивали возникавшие перегрузки как несколько меньшие в сравнении с теми, что были в действительности.

Berlin B 9

Выполнять маневры с более высокими значениями перегрузки на самолете Berlinе B 9 не позволяли винты силовой установки нерегулируемого шага Schwarz и допустимая величина максимальных оборотов двигателей.

​

Berlin B 9

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Источники

Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt e.V.: Versuche zur liegenden Unterbringung des Flugzeugführers,, Mitteilung Nr. 1297 vom 13. Mai 1944
Luftwissen Band 7/1940: Dr. med. Habil. Siegfried Ruff: Die physiologische Wirkung hoher Beschleunigungen

источник: "Berlin B 9" Luftfahrt International 12-1975