Главный самолет Вилли Мессершмитта. От Projeck P65 до Me 262
Главный самолет Вилли Мессершмитта. От Projeck P65 до Me 262
Содержание:
Предисловие редакции: Технические ограничения винтового движителя силовой установки можно было предвидеть уже в середине 1930-х годов. Совершенно новая концепция силовой установки была реактивная турбина, разработанная Гансом фон Охайном, что привело компанию Heinkel к серьезным достижениям в этой новаторской области авиации. Первый в мире реактивный самолет He 178 и прототип первого двухмоторного реактивного истребителя He 280 уже продемонстрировали огромный реактивных силовых установок. Параллельно в компании Messerschmitt велись работы над проектом, который должен был привести к Me 262 – первому в мире серийно выпускавшемуся реактивному истребителю. О начальном этапе создания истребителя Me 262 рассказывает Вольфганг Мюльбауэр./
10 ноября 1935 года только что получивший докторскую степень молодой выпускник Геттингенского университета по имени Ганс Иоахим Пабст фон Охайн стал обладателем немецкого секретного патента №317/38. Данный патент представлял собой ключ к первому в мире работоспособному турбореактивному двигателю. В области авиации это была революция величайшего масштаба, поскольку новый тип силовой установки мог обеспечить новые до сих пор неизвестные диапазоны скоростей и других летных характеристик. К этому времени многие эксперты в области авиационных технологий уже были полностью согласны с данным заявлением.
Несмотря на то, что новые мировые рекорды скорости были еще впереди, постепенно становились заметными границы использования воздушных винтов. Несколькими неделями ранее на проходившем в Риме конгрессе по аэродинамике высоких скоростей профессор Адольф Буземанн прочитал лекцию о стреловидном крыле как средстве уменьшения лобового сопротивления. В этой лекции было четко высказано, что с поршневым двигателем невозможно достичь ни сверхзвуковых скоростей, ни даже скоростей близких к звуковым.
Хотя за прошедшие десятилетия уже была выдана целая серия патентов на создание и производство силовых установок, которые приводят в движение летательные аппараты посредством реактивной тяги, решающий технический прорыв по целому ряду причин еще не произошел. В частности, британский офицер Фрэнк Уиттл с 1930 года неоднократно высказывал очень серьезные мысли по данной теме. Однако Уиттл неоднократно терпел неудачи по причине неосведомленности или невежества представителей официальных органов. Тем не менее, Уиттлу примерно одновременно с фон Охайном удалось начать разработку своего двигателя.
В 1935 году в расположенной в Геттингене мастерской Ганс фон Охайн вместе с автомехаником Максом Ханом начали строительство первой функциональной модели. Вскоре стало очевидно, что предложенная фон Охайном концепция является правильной и что ее реализация на практике потребует еще большого количества фундаментальных работ. С помощью своего научного руководителя, профессора Роберта Поля в апреле 1936 года Ганс фон Охайн заключил договор с Эрнстом Хейнкелем. Теперь фон Охайн мог продолжить свои исследования с прежним энтузиазмом и, что более важно, с поддержкой со стороны авиастроительной промышленности.
Параллельно с Гансом фон Охайном небольшая проектная группа, возглавляемая Максом Адольфом Мюллером и работавшая на Магдебургском станкостроительном заводе (Magdeburger Werkzeugmaschinenfabrik – MWZ [МВЗ]; филиал концерна Junkers Flugzeug- und Motorenwerke, Дессау), разрабатывала двигатель с аналогичным принципом работы. Примерно в то же время в Англии была основана компания Power Jets Ltd, единственной задачей которой было строительство турбины Фрэнка Уиттла.
После первоначального медленного прогресса в компании Heinkel, Росток-Мариэне, могли радоваться первому успеху: в марте 1937 года состоялся первый безукоризненный запуск двигателя HeS 2A (Heinkel Strahltriebwerk – реактивный двигатель компании Heinkel, модель 2A). Все работы велись в типичной для Эрнста Хейнкеля манере: без официального заказа и изначально без ведома Имперского министерства авиации (Reichs Luftfahrt Ministerium – RLM). Эрнст Хейнкель хорошо знал не только о технических, но и коммерческих возможностях реактивного привода и ни в коем случае не имел желания потерпеть неудачу из-за бюрократических препон, как это часто уже случалось с ним. Он решил просто поставить RLM перед уже свершившимся фактом. В конце концов, теперь у него была работающая турбина, которую можно было впечатляюще продемонстрировать всем сомневающимся. Вскоре после этого и усилия Фрэнка Уиттла увенчались успехом: 12 апреля 1937 года его двигатель впервые успешно заработал.
Мессершмитт вступает в игру
Точное время, когда окружение Вилли Мессершмитта впервые узнало о новых реактивных двигателях, точно не установлено, но, вероятно, это произошло во второй половине 1937 года. В течение следующего года почти все известные немецкие производители авиационных моторов уделили более или менее пристальное внимание новым газотурбинным реактивным двигателям. Тем не менее, RLM официально проинформировало представителей ведущих немецких авиастроительных компаний и компаний по производству авиационных двигателей лишь в начале осени 1938 года на проводившейся в то время секретной конференции. Среди прочего на данном совещании было принято решение сформировать «южно-немецкий центр развития», состоящий из компаний Messerschmitt и BMW.
Вскоре после этого, в октябре 1938 года, Вилли Мессершмитт дал своему аугсбургскому проектному бюро первое задание на разработку самолета с реактивными двигателями, который позднее привел к Me 262. За данным проектным заданием в декабре того же года последовал официальный заказ RLM. Руководство проектными работами находилось в опытных руках Роберта Люссера, который с 1933 года был руководителем проектного бюро и одним из его выдающихся достижений которого было создание очень удачного самолета Bf 108 Taifun. Задачей проектного бюро было определение предпочтительности одно- или двухмоторной компоновки силовой установки будущего истребителя. При этом в качестве исходной базы была заложена продолжительность полета 30 минут и максимальная скорость 850 км/ч. Никакой подробной информации о двигателях не было. Инженерами компании Messerschmitt был разработан целый ряд эскизных проектов, в которых основное внимание уделялось компоновке самолета и размещению двигателей, причем изначально предпочтение отдавалось одномоторному варианту. В ходе дальнейших исследовательских работ конструкторы компании Messerschmitt определили, что необходим реактивный двигатель с тягой не менее 6,02 кН (615 кгс). При этом предпочтение отдавалось относительно небольших двигателям. Данные двигатели можно было легче интегрировать в крыло и тем самым иметь как можно более низкое сопротивление. Результатом данных исследований стал проект двухмоторного самолета с тягой реактивных двигателей по 3,08 кПа (315 кгс) каждый.
Тем временем, 4 января 1939 года, RLM представило промышленности
«предварительные рекомендации по скоростным истребителям с реактивным двигателем»,
в которых требовалось создание высокоскоростного истребителя и перехватчика ПВО. Максимальная скорость истребителя должна составлять 900 км/ч, а его продолжительность полета – не менее 60 минут. В качестве силовой установки указывался турбореактивный двигатель. Позднее технический отдел RLM уточнил номинальную тягу двигателя – 6,66 кН (680 кгс).
С самого начала команда компании Messerschmitt вступила в почти совершенно неизвестную область техники и аэродинамики. В первую очередь это касалось gпланируемой к использованию силовой установки, поскольку первоначально компания BMW могла предоставить лишь самую общую информацию о будущем двигателе. Никаких других данных, кроме запланированной статической тяги 5,88 кН (600 кгс) и максимального диаметра 600 мм предоставлено не было. В результате инженеры компании Messerschmitt в своих расчетах были вынуждены использовать чистые оценочные значения. Например, размеры и массу можно было определить только расчетным путем, т.е. чисто теоретически и в зависимости от тяги. Имевшиеся данные по аэродинамике высокоскоростных полетов были еще более скудными, чем данные о двигателях. В то время в Германии была только одна аэродинамическая труба, а именно в расположенном в Геттингене Научно-исследовательском институте аэродинамики (Aerodynamische Versuchsanstalt – AVA; НИИ аэродинамики), в которой можно было развивать близкие к скорости звука. Диаметр этой специальной аэродинамической трубы был очень небольшим, поэтому можно было испытывать только крылья с размахом около одного дюйма (25 мм) и длиной хорды ⅓ дюйма (8 мм). Совершенно естественно, что к данным результатам отнеслись скептически. Единственным другим доступным информационным материалом был отчет № 492 Национального консультативного комитета по аэронавтике (National Advisory Committee for Aeronautics – NACA; НАКА), США, в котором были перечислены обширные результаты измерений для некоторых высокоскоростных аэродинамических профилей крыла. К счастью, американские и немецкие данные показали высокую степень совпадения, и группа разработчиков с помощью чистых оценочных значений смогла определить ряд эпюр моментов, подъемной силы и сопротивления. Они составили скудную, но в принципе правильный теоретический фундамент для последующих опытно-конструкторских работ!
Проект-предшественник P 1065
Тем временем место Роберта Люссера занял Вольдемар Фойгт (Voldemar Voigt). Фойгт, работавший в компании BFW (Bayerische Flugzeugwerke, позднее стала Messerschmitt AG) с 1932 года и с 1933 года был заместителем Роберта Люссера. Под руководством Фойгта 1 апреля 1939 года в Аусбурге начались официальные работы по проекту P1065 (во внутрифирменной переписке данный проект часто именовался P 65), который в конечном итоге привел к Me 262. В рабое над проектом Вольдемару Фойгту помогали такие высококлассные специалисты как Ганс Хорнунг (Hans Hornung), Вольфганг Дегель (Wolfgang Degel), Рудольф Зейтц (Rudolf Seitz) и Карл Альтхофф (Karl Althoff), а также специалисты по аэродинамике Риклеф Шомерус (Riclef Schomerus), Вальтер Эйзенманн (Walter Eisenmann), Ганс Иоахим Пуфферт (Hans Joachim Puffert) и молодой, чрезвычайно способный новичок по имени Людвиг Бёльков (Ludwig Bölkow). Примерно в это же время моторостроительная компания Brandenburgische Motorenwerke (Bramo), Берлин-Шпандау, – ныне филиал компании BMW – начала работы над двигателем P3302 и над еще более амбициозным проектом P3304.
В последующие месяцы команда разработчиков из Аугсбурга проделала отличную новаторскую работу. Прежде всего, следует отметить, что многие основные вопросы могли быть решены только с помощью чистых аргументов «за» и «против» в ходе интенсивных и жарких дискуссий. Это касалось таких вопросов, как: «Как ведет себя воздушный поток над определенным участком самолета, если он локально попадает в диапазон сверхзвуковых скоростей?» или «Как выглядит распределение аэродинамических сил?». Как уже упоминалось ранее, в Германии не было возможности практически проверить результаты, которые со столь большим трудом были получены. Практическая проверка результатов была возможна только на построенном самолете, и ошибки, которые были бы допущены в ходе разработки, проявились бы еще более резко. Скажем прямо: теоретическая часть работы была проделана превосходно и в этом отношении на более позднем самолете не должно было возникнуть никаких серьезных проблем!
7 июня 1939 года компания Messerschmitt представила RLM первое предложение по проекту P 1065. Это был двухмоторный самолет с хвостовой стойкой шасси и трапециевидными консолями крыла. Последнее, фактически, было во многом похожим на крылья истребителей Bf 109 и Bf 110. Самолет должен был иметь размах крыла 9,4 метров, площадь крыла 18,0 кв. метров и длину 8,3 метров. Расчетная максимальная скорость на высоте 3000 метров составляла 950 км/ч, а в качестве силовой установки должны были быть использованы реактивные двигатели, встроенные в крыло и развивавшие тягу 5,88 кН (600 кгс). Примечательным в проекте было использование хвостовой стойки шасси, хотя преимущества носовой стойки шасси, особенно после ее установки на некоторых американских самолетах, уже было хорошо известно. Однако установка носовой стойки шасси требовала много места в узком фюзеляже. Таким образом установка хвостовой стойки шасси не имела ничего общего с общего с часто цитируемым
«слишком американским внешним видом»
создаваемой машины!
Вскоре после подачи заявки группа разработчиков из Аугсбурга еще больше активизировала свою работу над проектом P 1065. Определение идеальных размеров поперечного сечения фюзеляжа было очень важным причем не только с точки зрения размещения носовой стойки шасси, установка которой была запланирована на более позднем этапе разработки. Сам Вилли Мессершмитт предпочитал овальное поперечное сечение фюзеляжа, тогда как Дегель, Зейтц и Альтхофф выбрали треугольное поперечное сечение. Данное техническое решение было более выгодным как с аэродинамической, так и со статической точки зрения и обеспечивало гораздо более простое размещение носовой и основных стоек шасси. Чрезмерно сложный механизм уборки основных стоек шасси в случае выбора овального поперечного сечения фюзеляжа значительно упрощался при выборе треугольного поперечного сечения, поскольку первоначально при уборки отдельные основные стойки шасси должны были поворачиваться вперед и назад на 50°. Колеса были слишком широкими; они выступали за верхнюю поверхность крыла и поэтому должны были размещаться в узкой овальной части фюзеляжа.
Высокоскоростной аэродинамический профиль крыла и отклоняющийся носка крыла
Благодаря размещению основных колес шасси в относительно широком треугольном фюзеляже консоли крыла могли быть относительно тонкими, легкими и, следовательно, обеспечивающими достижение высоких скоростей полёта. В период с 1939 по 1941 год в AVA была проведена целая серия испытаний для определения оптимального аэродинамического профиля крыла. Во время этих исследований Людвиг Бёльков заслужил свои первые лавры. Он рассчитал и разработал то, что позже стало популярным высокоскоростным аэродинамическим профилем, получившим обозначение 009-E4. В частности после окончания Второй Мировой войны данный аэродинамический профиль был использован в крыле истребителя North American F-86 Sabre. Людвиг Бёльков предложил сделать крыло истребителя Me 262 как можно более тонким: относительная толщина профиля крыла в его корневых частях была выбрана им в 9% вместо первоначально запланированных 12%. У законцовок относительная толщина крыла снижалась до 6%. Однако Вилли Мессершмитт имел большие сомнения относительно возможности размещения внутри такого тонкого крыла механизмов выпуска предкрылков. В таком тонком крыле не хватало места даже для основных стоек шасси. Людвиг Бёльков вскоре разработал техническое решение в виде отклоняющегося носка крыла (т.н. Kippnase), который Бёльков запатентовал и последовательно развивал. Однако в конечном итоге в конструкции Me 262 идеи Людвига Бёлькова не были реализованы. Слишком большое количество инноваций могло вызвать возражения со стороны ответственных и технически очень консервативных сотрудников RLM, и поэтому крыло самолета имело относительную толщину 12% и обычные предкрылки.
Тем временем, в сентябре 1939 года, возглавляемое Вальтером Ретелем конструкторское бюро компании Messerschmitt начало работу над проектом P 1065 и начало подготовку к созданию и сдаче чертежей для изготовления средств производства. 9 ноября 1939 года компания Messerschmitt представила в RLM улучшенное проектное предложение №1 (Projektangebot I), а 19 декабря 1939 года состоялся первый официальный и прошедший без серьезных замечаний осмотр макета будущего самолета.
1 марта 1940 года компания Messerschmitt получила официальный заказ на изготовление трех прототипов и одного планера, предназначенного для статических испытаний. В тот же день был определен комплект оборудования для первого прототипа P 1065 V-1. Самолет должен был получит аэродинамические тормоза, протектированные топливные баки, тормозной парашют, герметичную кабину без наддува и, что особенно примечательно, катапультное сиденье компании Heinkel.
Стреловидные консоли крыла
Между тем при определении облика прототипа произошли два весьма заметных изменения. Двигатели BMW оказались крупнее и тяжелее, чем предполагали инженеры-моторостроители, исходившие из наименее оптимистичных предположений. Это не должно вызывать удивления, поскольку создание турбореактивных двигателей было новой областью техники и технологий. Однако данные изменения создали серьезные проблемы в компании Messerschmitt, поскольку привели к смещению центра тяжести P 1065. Поскольку разработка самолета продвинулась достаточно далеко, то в качестве экстренного решения проблемы смещения центра тяжести была увеличена стреловидность консолей крыла. Следует отметить, что в тот момент в проектном бюро компании Messerschmitt еще никто не осознавал преимущества стреловидного крыла для данного диапазона скоростей. Таким образом, простое совпадение привело к тому, что Me 262 стал первым в мире реактивным истребителем со стреловидным крылом! Май 1940 года компания Messerschmitt представила в RLM модифицированный проект в качестве улучшенного проектного предложения №2 (Projektangebot II).
Второе важное изменение было связано с установкой двигателей. Долгое время инженеры-проектировщики компании Messerschmitt предпочитали размещать двигатели в консолях крыла, что было довольно сложно с конструктивной точки зрения. Тем не менее, преимущества в аэродинамике, казалось, оправдывали эти дополнительные усилия, но по мере увеличения массы и объема турбореактивных двигателей BMW было принято решение отказаться от размещения внутри консолей. Все внимание было уделено размещению двигателей в гондолах под или над консолями крыла. Были проведены обширные исследования в аэродинамической трубе и, хотя в течение длительного времени не было ясности относительно окончательной конфигурации, проектирование и изготовление оснастки для производства первых двух прототипов шло прежними темпами. Окончательная компоновочная схема с двигателями, размещенными в гондолах под консолями крыла, обеспечивала аэродинамическую чистоту верхних поверхностей крыла, и помимо этого обеспечивалось плавное обтекание в районе нижней части фюзеляжа. Расстояние между гондолами было достаточно большим благодаря фюзеляжу, установленному над центропланом крыла, и тем самым значительно уменьшавшее вредное воздействие интерференции.
С 30 мая 1940 года по 4 апреля 1941 года происходила окончательная передача проекта (III) в конструкторское бюро, а в феврале 1941 года проект P 1065 получил в RLM официальное типовое обозначение 8-262.
Вилли Мессершмитт неохотно согласился с окончательным вариантом проекта P 1065. Он не сразу согласился с отклонениями от своей оптимальной концепции, особенно это касалось расположения гондол двигателей. И все же позже Мессершмитт назвал Me 262 своим самым главным самолетом, поскольку ни одна другая его машина не принесла бы столько важных открытий в области авиационной техники!
набросок, сделанный рукой Вилли Мессершмитта 17 октября 1939 года, считается старейшим самым старым из известных рисунков, сделанных им по программе P 1065. На данном эскизе показан собственный взгляд Мессершмитта на P 1065: среднеплан с носовой стойкой шасси и овальным поперечным сечением фюзеляжа
эскиз P 65 (P 1065) из первых аэродинамических расчетов проектной группы. Эскиз датирован 17 апреля 1939 года
модель проекта P 1065 с трапециевидным крылом, предназначенная для испытаний в аэродинамической трубе. Геттинген, НИИ аэродинамики, 1940 год. Фюзеляж уже имеет треугольное поперечное сечение
модель проекта P 1065 с трапециевидным крылом, предназначенная для испытаний в аэродинамической трубе. Геттинген, НИИ аэродинамики, 1940 год. Фюзеляж уже имеет треугольное поперечное сечение
чертеж модели P 1065 для испытаний в аэродинамической трубе, датированный 5 июля 1940 года. Модель с трапециевидным прямым крылом использовалась для исследования расположения гондол двигателей как на нижней поверхности крыла, так и на его верхней поверхности
модель P 1065 для испытаний в аэродинамической трубе с гондолами на верхней поверхности крыла
выписка из описания изобретения к патенту №694916, класс 62b, группа 8 01, опубликованного 11 июля 1940 года. В ней описывается принцип работы отклоняющегося носка крыла и предкрылка с обдуванием, впервые предложенных м запатентованных Людвигом Бёльковом
на данном снимке показана модель P 1065 для испытаний в аэродинамической трубе с двигателями в консолях крыла и отклоненными закрылками
третий прототип Me 262 V-3 представлен на рисунке в стандартном для того времени камуфляже: светло-голубой (RLM 76) и темно- и средне-серый цвета (RLM 74/RLM 75). Возможно на боковые стороны фюзеляжа вместо темно-серого (RLM 74) цвета или дополнительно нанесены пятна черно-зеленого (RLM 70) и светло-серого (RLM 02) цветов. Как обычно бывает с воздушными винтами и капотами носовая часть фюзеляжа выкрашена в черно-зеленый цвет (RLM 70)
третий прототип Me 262 V-3 представлен на рисунке в стандартном для того времени камуфляже: светло-голубой (RLM 76) и темно- и средне-серый цвета (RLM 74/RLM 75). Возможно на боковые стороны фюзеляжа вместо темно-серого (RLM 74) цвета или дополнительно нанесены пятна черно-зеленого (RLM 70) и светло-серого (RLM 02) цветов. Как обычно бывает с воздушными винтами и капотами носовая часть фюзеляжа выкрашена в черно-зеленый цвет (RLM 70)
источник: Wolfgang Mühlbauer «Willy Messerschmitts wichtigstes Flugzeug. Vom Projeck P65 zur Me 262» «Flugzeug Classic» 2002-07-08, Seiten 39-45
