«Гадкие лебеди» или история одного конкурса
Статья из архива, 2012 года.
Данный материал выкладывается на сайт в продолжение темы, поднятой в статье «Гонка за призраком скорости. Среди «Сверхболидов»«.
В конце 1930-х годов в недрах ВВС США зародилась идея создания сверхсовременного истребителя-перехватчика с высокими летными характеристиками. 27 ноября 1939-го была выпущена спецификация (технические требования), которая и послужила базой для объявления конкурса на лучший проект. Заинтересованные фирмы были ознакомлены с его условиями 18 декабря 1939-го. Вряд ли инициаторы конкурса могли предполагать, что его итогом станет появление на свет нескольких самых необычных поршневых истребителей в США. По сути эти самолеты стали «лебединой песней» американской винтовой истребительной авиации. Высокие требования, предъявленные к новому самолету, заставили конструкторов использовать самые нестандартные компоновочные и конструктивные решения.
Всего в конкурсе приняли участие тринадцать фирм, причем проекты девяти из них предполагали использование схемы с толкающим винтом. Такое решение выглядело весьма заманчиво, так как при использовании толкающего винта не нужно было тратить мощность на обдув фюзеляжа. Кроме того, становилось возможно компактно разместить в носовой части вооружение, облегчив его обслуживание, и не возиться при этом с синхронизаторами. Неудивительно, что все три победителя выражали именно эту концепцию. Но, как известно, палка всегда о двух концах, и в процессе создания и испытаний стали всплывать присущие такой компоновке недостатки.
Однако вначале все выглядело просто отлично. 15 мая 1940 г. на совещании в Райт Филд были определены победители. Первое место заняла фирма Валти Эйкрафт, второе досталось Кертисс-Райт Корпорейшн, а третье — Нортроп Эйркрафт. Решение о постройке всех трех самолетов было принято 31 мая 1940 г., а 22 июня фирмы получили задание на более детальную проработку своих проектов.
Первоначально на все машины предполагалось установить 24-цилиндровый мотор водяного охлаждения Пратт-Уитни Х-1800-A3G(H-2600) мощностью 2300 л. с, который в то время находился в стадии разработки. Но из-за возникших трудностей работы по его созданию были прекращены, и фирмам пришлось заняться поиском других двигателей. Это привело к определенной задержке конструкторских работ.
Содержание:
Vultee XP-54 Swoose Goose
После того как участникам конкурса были представлены его условия, фирма Валти сразу же приступила к проектированию. Следует отметить, что уже до этого она разрабатывала истребитель «Модель-78», с 12-цилиндровым мотором Аллисон V-1710, который по своим проектным характеристикам был близок к требованиям армейской спецификации. Взяв за основу этот проект и переработав его под установку двигателя Пратт-Уитни Х-1800-A3G, фирма предложила его ВВС под обозначением «Модель 84». Именно этот проект и стал победителем конкурса.
После более детальной проработки проекта, включавшей продувку моделей самолета в аэродинамических трубах, Валти представила военным окончательный вариант. Оценив высокие летные характеристики (предполагалось, что самолет сможет летать со скоростью свыше 800 км/ч!), ВВС 8 января 1941-го выдали фирме заказ на постройку и испытания прототипа нового истребителя, которому было присвоено обозначение ХР-54.
Прекращение работ по мотору Х-1800-A3G поставило все фирмы-участницы в довольно трудное положение, и каждая из них выходила из него по-своему. В качестве силовой установки для своего ХР-54 Валти выбрала двигательЛайкоминг ХН-2479-1, находившийся в стадии испытаний и доводки и развивавший взлетную мощность 2300 л. с. (для X-1800-A3G эта мощность была номинальной), а на высоте 9500 м — 2000 л.с.
В ходе проектирования в конструкцию истребителя вносили многочисленные изменения. В сентябре 1940-го ВВС потребовали улучшить высотные характеристики самолета и забронировать кабину летчика. Поэтому пришлось ввести в конструкцию гермокабину, а на мотор установить два турбокомпрессора. В результате этих нововведений взлетный вес ХР-54 увеличился с проектных 5200 кг до почти 8300 кг.
Высокие характеристики нового истребителя, заявленные фирмой, потребовали использовать при проектировании последних достижений аэродинамики того времени. Помимо этого, его конструкция имела ряд интересных особенностей. Конструкторы Валти выбрали для этой машины схему двухбалочного среднеплана с необычайно «чистыми» обводами. Следует отметить, что в то время двухбалочная компоновка уже не была новинкой. Такую схему имели голландские истребители Фоккер G.1 и Фоккер D.XXIII, а также американский Локхид Р-38 «Лайтнинг».
Крыло — W-образной формы. Стреловидность передней кромки центроплана составляла 24 град, а консоли крыла имели обратную стреловидность. Внутри центроплана размещалась разработанная специалистами НАСА система охлаждения — все ее элементы не выступали за обводы крыла и не создавали дополнительного сопротивления.
Воздух поступал в воздухозаборники в носке центроплана и через воздуховоды подавался к водяному и маслорадиаторам. При этом посадочные щитки были устроены таким образом, что помимо своих основных функций, они еще регулировали поток воздуха, проходящий через радиаторы.
Тонкий фюзеляж монококовой конструкции был изготовлен из магниевых сплавов с широким применением сварки и имел круглое поперечное сечение. За носовой частью с отсеком вооружения и передней стойкой шасси располагалась гермокабина, под полом которой устанавливалось различное оборудование (гидравлика, электросистема и т.п.). Между задним гермошпангоутом кабины и противопожарной перегородкой находились баки с топливом и маслом (часть топлива размещалась в крыльевых баках, а общая емкость топливной системы составляла 870 л).
Хвостовую часть фюзеляжа занимала двигательная установка, состоящая из мотора Лайкоминг ХН-2479 и четырехлопастного винта изменяемого шага «Кертисс» диаметром 4,1 м.
Хвостовые балки располагались не параллельно оси фюзеляжа, как это обычно принято для самолетов такой схемы, а слегка сходились к стабилизатору; расстояние между их осями в районе крыла составляло 5,54 м, а у оперения — 4,83 м.
Одним из недостатков, присущих схеме с толкающим винтом, является опасность попадания летчика под «мясорубку» винта при аварийном покидании машины. Валти, решая эту проблему, попыталась убить сразу двух зайцев: обеспечить безопасное покидание самолета при аварии и позволить летчику попасть в высокорасположенную кабину без использования вспомогательных средств. Для этого на нижней поверхности фюзеляжа был предусмотрен люк, открывавшийся назад, по потоку. На его внутренней стороне находились направляющие, по которым вверх и вниз могло двигаться кресло пилота, оснащенное электроприводом. В случае экстренного покидания самолета сначала открывался люк, а затем по нему соскальзывало вниз кресло. Таким образом летчик уводился из зоны, ометаемой винтом. Разумеется, весило это сооружение немало, особенно учитывая то, что было необходимо обеспечить герметизацию кабины.
Еще одной необычной новинкой была установка вооружения. В носовой части фюзеляжа неподвижно крепились две 37-мм пушки Т-12Д-13 с боезапасом по 50 выстрелов на ствол и два 12,7-мм пулемета с боезапасом по 500 патронов. Сама же носовая часть фюзеляжа подвижно крепилась на общей с носовой стойкой шасси цапфе и могла поворачиваться на 3° вверх и на 6° вниз. Прицеливание производилось с помощью специального визира.
Первый XP-54 на аэродроме
Постройка нового истребителя велась достаточно высокими темпами, и в начале 1943 года он был готов к испытаниям. Первый полет, продолжавшийся 31 минуту, состоялся 15 января 1943 г. Маневренность и управляемость машины были признаны хорошими, но максимальная скорость — 646 км/ч оказалась на 160 км/ч ниже расчетной. Здесь сыграла роль и недостаточная мощность мотора и перегруженность самолета. Проявился и еще один недостаток, присущий схеме с толкающим винтом. Необходимость обеспечения достаточного зазора между винтом и поверхностью земли ограничивала угол атаки на взлете и при посадке, и самолету требовалась ВПП изрядной длины, как для тогдашнего бомбардировщика (около 900 м).
Еще одним ударом стало решение об отказе от разработки мотора «Лайкоминг». Фирма предлагала заменить его двигателем Аллисон V-3420, но ВВС уже стали терять интерес к новому истребителю, и вопрос о серийном производстве даже не рассматривался. Но летные испытания продолжались, и налетавшую 63 часа 10 минут машину передали для войсковых испытании на авиабазу Райт Филд.
Между тем, 24 мая 1944-го поднялся в воздух второй прототип, заказ на постройку которого был выдан 17 марта 1942-го. От своего собрата он отличался отсутствием окраски, а вместо двух турбокомпрессоров установили один фирмы Дженерал Электрик. Истребитель успел совершить лишь два полета, после чего его передали на авиабазу Нортон в Калифорнии для разборки на детали. Позднее носовую часть от него перевезли в испытательный центр на авиабазе Эглин во Флориде для испытаний вооружения.
Второй прототип XP-54 в полёте
Непрекращающиеся неполадки с мотором и, главное, отсутствие запасных частей привели к тому, что летом 1944-го программа ХР-54 была закрыта. Она обошлась американским налогоплательщикам в 1,5 млн. долларов. По стечению обстоятельств ХР-54 стал последним самолетом фирмы Валти, которая в марте 1943-го слилась с фирмой Консолидейтед и ныне известна под названием Конвэр.
Curtiss-Wright P-55 Ascender
Для своего «лебедя» фирма Кертисс-Райт выбрала схему «утка». Такая схема была давно известна конструкторам (достаточно вспомнить, что первый самолет братьев Райт был «уткой»), но в то время она не пользовалась популярностью. Между тем самолеты с передним горизонтальным оперением (ПГО) имели ряд черт, казавшихся тогда весьма привлекательными. ПГО полностью участвует в создании подъемной силы и является как бы частью крыла, то есть при одной и той же величине подъемной силы площадь крыла можно уменьшить на величину, равную площади горизонтального оперения, снижая таким образом вредное сопротивление самолета.
Кроме того, в то время считалось, что «утка» не может сорваться в штопор, так как при выходе на критические режимы на ПГО начинается срыв потока и, поскольку центр тяжести самолета расположен впереди крыла, нос машины опускается, и она снова набирает скорость. Это положение было верным лишь отчасти. При резком срыве потока с оперения, например, при сильном вертикальном порыве ветра, могут начаться беспорядочные колебания относительно поперечной оси. После того, как пионеры авиации столкнулись с этим явлением (до конца с его причиной тогда разобраться не смогли), «утка» надолго сошла со сцены.
Решив принять участие в конкурсе R-40C-II, фирма Кертисс поручила разработку нового истребителя своему отделению в Сент-Луисе. За проектирование отвечал Е.М. Флеш. После того, как ВВС присудили проекту второе место, с фирмой был заключен контракт, предусматривающий постройку цельнометаллической модели в масштабе 1:4, предназначенной для испытаний в аэродинамической трубе. Провели более 600 продувок, но результаты были неудовлетворительными. Судьба контракта оказалась под угрозой, и фирма приняла беспрецедентное решение: построить летающую модель в масштабе 1:1. Она получила обозначение Кертисс-Райт Модель 24В (или CW-24В). Фюзеляж выполнили из стальных труб, а крыло сделали деревянным. На самолете установили мотор «Менаско» С68-5 мощностью 275 л. с. и двухлопастный винт постоянного шага. Шасси оставили неубирающимся. Вообще конструкция модели была максимально упрощена и позволяла вносить изменения с «налету». В ноябре 1941 г. ВВС выдали фирме заказ на испытания этой машины.
Летающая модель CW-24B
23 декабря 1941-го CW-24В впервые поднялся в воздух, его пилотировал испытатель фирмы Кертисс Хэрви Грей. С декабря 1941-го по май 1942-го совершено 169 испытательных полетов, в ходе которых получили большое количество данных, доказывающих надежность выбранной схемы. Правда, выяснили, что машина имеет тенденцию к рысканию (это объяснялось малым плечом от руля направления до центра тяжести), но с ней сумели справиться, установив вертикальные кили треугольной формы на концах крыла. После проверки полученных результатов, 10 июля 1942 г. военные выдали фирме контракт на постройку трех прототипов стоимостью 3,5 млн. долл. CW-24В отправили в исследовательский центр в Лэнгли для испытаний на штопор в аэродинамической трубе.
Новый истребитель получил обозначение ХР-55 и имя «Асендер» (набирающий высоту). Он представлял свободнонесущий цельнометаллический низкоплан с передним горизонтальным оперением довольно небольшой площади и крылом стреловидностью 35° по передней кромке. Примерно на 3/4 размаха каждого крыла располагались треугольные вертикальные кили с рулями направления. На внешней части крыла (за килями) были установлены элероны, а на внутренней —закрылки.
В хвостовой части фюзеляжа, за кабиной пилота, находился двигатель Аллисон V-1710-95 взлетной мощностью 1275 л.с., который выбрали после отказа от разработки мотора Х-1800. Первоначально предполагалось установить два соосных винта, но потом выбрали один, трехлопастный, который мог сбрасываться при аварийном покидании кабины. Воздухозаборник над двигателем и радиатор под ним образовывали вертикальное оперение.
В ходе создания ХР-55 построили полноразмерный макет, а в конструкцию самолета не раз вносились изменения. С целью улучшения обзора неоднократно менялось остекление кабины, было установлено бронестекло и уменьшен запас топлива. Первый «Асендер», еще без вооружения, доставили из сборочного цеха на аэродром СкотФилд(Иллинойс)10 июля 1943-го. На следующий день начались наземные испытания, а 13 июля Харви Грей поднял этот необычный истребитель в воздух.
Выяснилось, что ПГО становилось эффективным лишь на достаточно большой скорости, а это чрезмерно увеличивало длину разбега. Поэтому площадь рулей высоты увеличили на 15%. Испытания проходили довольно гладко, но 15 ноября 1943 г. машина потерпела катастрофу. При проведении испытаний на сваливание заглох мотор, и самолет попал в перевернутый плоский штопор. Грею удалось сбросить винт и выпрыгнуть с парашютом. Поскольку второй опытный самолет уже находился в высокой степени готовности, в его конструкцию не сумели внести каких-либо существенных изменений. Он впервые поднялся в воздух 9 января 1944 г.
При его испытаниях были введены ограничения на некоторые режимы полета, в частности, запретили вводить самолет в штопор на высотах менее 6100 м. И лишь на третьем прототипе сумели провести испытания по полной программе. Размах его крыла был увеличен с 12,35 до 13,42 м, увеличили и углы отклонения рулей высоты. Кроме того, на самолете установили штатное вооружение из четырех 12,7-мм пулеметов Кольт Браунинг М2 с боезапасом 500 выстрелов на ствол.
Истребитель поднялся в воздух 25 апреля 1944 г. ВВС довольно высоко оценили летные данные «Асендера», но отметили слишком большую взлетную дистанцию, высокую скорость сваливания и недостаточную устойчивость (дело в том, что ПГО не демпфирует возмущения по тангажу, как это делает хвостовое оперение самолета нормальной схемы, а наоборот усиливает его. Эту проблему смогли решить лишь в 70-х годах, когда появились надежные электронные системы дистанционного управления). Кроме того, отмечалось плохое охлаждение мотора Аллисон и его недостаточная мощность. К моменту окончания испытаний уже появились первые реактивные самолеты, и ВВС вскоре забыли о ХР-55, хотя Е. М. Флеш и предлагал установить на нем реактивный двигатель. Третий прототип передали в ноябре 1944 г. в Эглин Филд для испытаний вооружения. В декабре того же года его вернули в Райт Филд, где провели взвешивание машины и определили положение центра тяжести. После чего программа была закрыта.
Третий прототип XP-55
Третий ХР-55 разбился 27 мая 1945 г. во время авиашоу, когда он выполнял медленную «бочку». Пилот получил смертельные ранения. Второй прототип в настоящее время находится в Национальном музее авиации и космонавтики США в Вашингтоне.
Northrop P-56 Black Bullet
Третий участник конкурса — фирма Нортроп выбрала для своего самолета схему «бесхвостка». Глава фирмы Джон Нортроп уже давно интересовался такими самолетами. Как Липпиш и братья Хортен в Германии, Черановский в СССР и Фовель во Франции, он стал пионером этой схемы в США. «Бесхвостка» имела, казалось бы, неоспоримые преимущества перед самолетом обычной схемы. Отсутствие хвостовой части фюзеляжа с оперением обуславливало снижение массы конструкции и вредного сопротивления. Меньшая инерционность машины повышала маневренность. Но была и оборотная сторона медали.
Бесхвостый летательный аппарат довольно неустойчив по тангажу. Малое плечо между центром тяжести и рулем высоты снижает их эффективность. Поэтому для балансировки самолета рули требуется отклонять на больший угол, что увеличивает так называемое балансировочное сопротивление. Трудности с балансировкой самолета накладывали ограничения и на возможный диапазон размещения центра масс. По причине малого плеча вертикального оперения было довольно трудно обеспечить и путевую устойчивость.
Для решения комплекса этих проблем Нортроп приступил в 1939 г. к созданию небольшого опытного самолета N1М, который впервые поднялся в воздух 3 июня 1940 г. Проект нового истребителя получил фирменное обозначение N2В и, несмотря на свой необычный вид, был одобрен ВВС. Результаты, полученные при испытаниях моделей самолета в аэродинамической трубе, и, без сомнения, успешные полеты N1М побудили ВВС выдать фирме заказ на постройку одного прототипа нового истребителя, которому присвоили обозначение ХР-56 (заказ был выдан 22 августа 1940 г.). Процесс проектирования и постройки сопровождался многочисленными задержками. Замена двигателя водяного охлаждения Х-1800 на двигатель воздушного охлаждения Пратт-Уитни R-2800-29 не только затянула постройку истребителя на пять месяцев, но и привела к увеличению массы самолета почти на 1000 кг.
Нортроп, стремясь максимально приблизить самолет к чистому летающему крылу (то есть, когда все оборудование и экипаж располагается внутри крыла), первоначально предложил разместить летчика лежа. Но для военных эта идея выглядела чересчур радикальной, и конструкторам пришлось вернуться к классическому варианту. Был построен полноразмерный макет истребителя, и 15 июля 1941-го состоялась макетная комиссия. Она сделала ряд замечаний, касавшихся оборудования и шасси, а также недостаточного обзора из кабины пилота. Кроме того, фирме предложили внести изменения в конструкцию носовой части фюзеляжа, чтобы стало возможным установить более мощное вооружение. После того как конструкторы учли эти замечания, приступили к постройке прототипа.
Программу преследовали постоянные задержки. Сначала фирма Пратт-Уитни долго не могла поставить мотор, затем возникли проблемы со сваркой фюзеляжа из магниевых сплавов. Несмотря на это, 13 февраля 1942-го Нортропу заказали второй самолет. Первый ХР-56 был готов в начале марта 1943-го. Он представлял собой цельнометаллический среднеплан с относительно толстым, коротким фюзеляжем и отогнутыми вниз законцовками крыла (для улучшения путевой устойчивости), в носке которого располагались воздухозаборники системы охлаждения двигателя. Управление самолетом по тангажу и крену осуществлялось при помощи элевонов, а при повороте использовались расщепляющие тормозные щитки на внешней части крыла. Они могли открываться вверх и вниз на той или другой консоли крыла для увеличения аэродинамического сопротивления и, таким образом, создавали разворачивающий момент.
Уникальной была система управления этими щитками. Пилот не управлял ими непосредственно, при помощи проводки. На концах крыла располагались каналы, через которые свободно проходил воздух. Когда требовалось выполнить разворот, пилот приводил в действие отсечной клапан на той стороне, в которую он хотел повернуть. Из перекрытого канала воздух накачивался в сильфоны, обеспечивающие раскрытие щитков.
В носовой части фюзеляжа было установлено вооружение, состоявшее из четырех 12,7-мм пулеметов Кольт-Браунинг с боезапасом 400 выстрелов на ствол и двух 20-мм пушек с боезапасом по 100 снарядов. За кабиной пилота находилось вертикальное оперение, состоявшее из небольшого верхнего и большого нижнего килей. Использование соосных трехлопастных винтов диктовалось необходимостью уменьшить их диаметр и, следовательно, высоту шасси.
Первый прототип XP-56
Сразу после обкатки двигателя машину доставили в Мюрок Драй Лэйк, где в апреле 1943-го начались наземные испытания. Самолет делал пробежки по аэродрому, но в воздух его поднять не решались. Наконец, 6 сентября 1943-го он отправился в первый полет, хотя полетом это можно назвать с большой натяжкой — ХР-56 пролетел по прямой около двух километров (благо это позволяли размеры аэродрома — высохшего соляного озера) на высоте 1-2 м и со скоростью, не превышавшей 230 км/ч.
Вечером этого же дня состоялся второй полет, уже на расстояние четырех километров на высоте 10—20 м и со скоростью 300 км/ч. В полете обнаружилось, что самолет плохо держит курс, и испытания были прерваны. Их возобновили лишь 8 октября, после того как фирма увеличила площадь верхнего киля. В этот день выполнили два полета. Во втором из них, при пробеге, на скорости 210 км/ч лопнуло левое колесо, и самолет несколько раз перевернулся. Летчика выбросило из кабины, он получил тяжелые ранения, но, к счастью, остался жив. Самолет же восстановлению не подлежал.
Второй XP-56 с увеличенным вертикальным оперением
Второй прототип был готов в январе 1944 г. На нем установили новое переработанное шасси со специально разработанными пневматиками. Помимо этого, попытались увеличить разбежку центровок. Как и первую машину, его доставили в Мюрок, но начавшиеся дожди растопили соляную поверхность аэродрома. Поднять второй ХР-56 а воздух удалось лишь 23 марта 1944 г. Он выполнил пять полетов, в ходе которых успели снять основные летные характеристики. Главным недостатком машины признавались недостаточная устойчивость и высокая посадочная скорость. Как и в случае с ХР-54 и ХР-55, ВВС потеряли интерес к ХР-56, отдав предпочтение реактивным самолетам. Второй прототип передали НАСА для исследования особенностей схемы «бесхвостка», а программу закрыли (она оказалась самой дешевой из всех трех — всего 520 тыс. долл.). Интересно, что фирма Нортроп была единственной, получившей практическую пользу от участия в этом конкурсе. Результаты испытаний ХР-56 фирма использовала при создании бомбардировщика—«летающее крыло» ХВ-35.
источник: Всеволод КАТКОВ ««ГАДКИЕ ЛЕБЕДИ», ИЛИ ИСТОРИЯ ОДНОГО КОНКУРСА»// Крылья Родины 04-1996
