Компания Convair и американская концепция Seaplane Striking Force. Часть 1 От Skate до Sea Dart Эпизод 1

Содержание:

Предисловие редакции: Специалист по военно-морской авиации Мэтью Уиллис (Matthew Willis) открывает серию из двух статей, посвященных разработке концепции ударного соединения морской авиации (Seaplane Striking Force), которая в годы холодной войны должна была предложить военно-морским силам США тактический ударный компонент морского базирования для гибких глобальных операций, и исследовательской программе, предпринятой компанией Convair для изучения возможности создания реактивного гидросамолета-истребителя.

Расхожая мудрость гласит, что Вторая Мировая война стала похоронным звоном для основных типов самолетов морского базирования – как гражданских, так и военных, – ограничив их роль строго определенными нишами. Фактически, начало эры реактивных самолетов обещало возрождение боевых гидросамолетов. В течение более десяти лет после окончания войны в командовании военно-морских сил США были разработаны амбициозные планы создания ударного соединения морской авиации (Seaplane Striking Force) и сопутствующей материально-технической базы. В середине 1950-х годов авиастроительная компания Consolidated Vultee Aircraft Corporation (Convair) предложила командованию ВМС США создать высокомобильные ударные силы на базе сверхзвукового ударного гидросамолета-истребителя, способного нести ядерное оружие. Это была дерзкая схема, которая была призвана дополнить обычные авианосные силы и

«иметь такое же отношение к бомбардировщикам-гидросамолетам ВМС, какое тактическая авиация ВВС имеет отношение к дальним стратегическим бомбардировщикам».

Гидросамолеты-истребители и гидросамолеты-штурмовики имели долгую и часто малоизвестную историю, несмотря на то, что разработка авианосца обещала сделать данную концепцию устаревшей. В годы Первой Мировой войны в нескольких странах были разработаны небольшие боевые поплавковые гидросамолёты или летающие лодки для береговой обороны и/или защиты флотов и конвоев от самолетов с большой дальностью полёта и дирижаблей. Данная концепция сохранялась на протяжении всего межвоенного периода и в годы Второй Мировой войны. Так, например, во время войны на Тихом океане Императорский флот использовал гидросамолеты-истребители Nakajima A6M2-N Rufe во время своих кампаний на Алеутских островах и Соломоновых островах. В США и Великобритании испытывали поплавковые истребители и истребители-бомбардировщики, но ни один из них не поступил на вооружение. В США на государственном авиационном заводе (Naval Aircraft Factory – NAF) был разработан проект «конвойного перехватчика», в котором с целью устранения поплавков плавучесть обеспечивалась конструкцией водонепроницаемого крыла. Однако необходимые компромиссы для поднятия воздушного винта над водой означали, что конструкция страдала от очень высокого аэродинамического сопротивления.

Ни один из проектов союзников не был реализован, и когда сменившие Rufe гидросамолеты-истребители Kawanishi N1K Rex оказались неспособными противодействовать истребителя союзников и перехватывать их бомбардировщики, то представлялось, что идея морского боевого самолета исчерпала себя. Высадка морского десанта могла поддерживаться палубными истребителями-бомбардировщиками, действующими со сравнительно простых и дешевых эскортных авианосцев, без риска для тяжелых авианосцев из состава основных сил флота. Однако разработка реактивного двигателя в значительной степени положила конец полезности малых эскортных авианосцев, поскольку даже самые маленькие и легкие реактивные истребители не могли действовать с них. Кроме того, к началу 1950-х годов стало очевидно, что следующее поколение реактивных самолетов будет слишком большим, тяжелым и мощным, чтобы эксплуатироваться даже с легких авианосцев, таких как авианосцы класса «Индепенденс» (Independence class).

Тем временем командование ВМС США стремилось получить все более и более крупные авианосцы, способные нести более крупные и обладающие более высокими летными характеристиками реактивные самолеты. Предельным случаем был проект авианосца класса «Юнайтед Стейтс» (USS United States [CVA-58]), в авиагруппу которого могли быть включены стратегические ядерные бомбардировщики. Однако растущие стоимость, размеры и важность этих авианосцев означала, что они становились еще менее пригодными для выполнения операций против целей на берегу, чем во время Второй Мировой войны. Параллельно продолжающаяся разработка ядерного оружия угрожала сделать крупный авианосец и связанную с ним оперативную группу чрезвычайно уязвимыми.

В то же самое время реактивные двигатели открыли новый спектр возможностей, который стремились использовать различные компании, в том числе Convair. В годы Второй Мировой войны компания Convair и ее предшественница компания Consolidated зарекомендовали себя в качестве ведущего разработчика летающих лодок и ее руководство стремилось сохранить эту позицию в послевоенном мире. В то же время инженеры компании прекрасно понимали, что разработка самолетов морского базирования отстает от их наземных аналогов, и что необходимо добиться значительных успехов, чтобы восстановить паритет в характеристиках.

Новая эра для боевых действий на море

Новые подходы к проектированию и использование в качестве силовой установки реактивных двигателей открыли целый ряд новых возможностей. Высокая удельная мощность реактивного двигателя по сравнению с поршневыми двигателями означала, что конструктивные решения, которые ранее были непрактичными, теперь снова стали обсуждаться. Кроме того, необходимость обеспечивать клиренс для пропеллера больше не была проблемой. Возможно покажется удивительным, что в свете произошедшей после окончания Второй Мировой войны ускоренной гибели самолетов морского базирования, реактивные двигатели, появившиеся в середине 1940-х годов, а также ряд других усовершенствований в конструкции летательных аппаратов обещал помочь искоренить серьезные компромиссы, которые до сих пор сдерживали развитие гидросамолетов.

В 1946 году Управление аэронавтики ВМС США (Bureau of Aeronautics – BuAer) заключило контракт с компанией Convair на разработку будущих концепций самолетов морского базирования с использованием обширного испытательного центра на открытой воде, которые во время войны компания создала в Сан-Диего, штат Калифорния. Данный центр, потребовавший при своем создании крупных инвестиций, позволял проводить испытания моделей в реальных условиях, которые нельзя было воспроизвести в аэродинамической трубе или опытовом бассейне. Однако контролировать переменные было намного сложнее, и испытательным установкам, созданным под эгидой группы гидродинамических исследований компании Convair (Convair Hydrodynamic Research Group – CHRG), потребовались годы для усовершенствования после их ввода в эксплуатацию в 1943 году.

CHRG доказала возможность определения гидродинамических характеристик полноразмерного летательного аппарата с помощью исследований, основанных на прототипе летающей лодки Consolidated Model 31/XP4Y, а затем приступила к перспективным исследованиям типовой модели четырёхмоторной летающей лодки, которая могла бы быть оснащена различными фюзеляжами для испытания ряда конфигураций. Модели должны были быть «динамически похожими», то есть они должны были быть построены с сопоставимым распределением массы и учитывать эффект масштаба, а не просто представлять внешнюю форму, как в моделях для испытаний в аэродинамической трубе или опытовом бассейне. Модели управлялись ранней формой многоканальной системы радиоуправления (с оператором, сидящим за большим пультом управления с полноразмерными органами управления самолетом и приборными панелями), что позволяло полностью контролировать модель на расстоянии до 3000 футов (900 м) и включало в себя устройство органов управления к заранее заданной настройке в случае отключения управляющих сигналов. К концу 1940-х годов система работала достаточно эффективно, чтобы сыграть важную роль в разработке нового патрульного бомбардировщика с высокими летными характеристиками XP5Y, который превратился в транспортную летающую лодку R3Y Tradewind.

Эрнест Дж. Стаут, в конце 1940-х – 1950-х годах руководивший в Сан-Диего проектированием гидросамолётов компании Convair, способствовал такому прорыву в мышлении, который трудно переоценить. По сути, компания Convair под руководством Стаута отошла от общепринятого мнения, что гидросамолет должен включать в свою конструкцию корпус или поплавки, которые имитировали лодку в режиме водоизмещения, когда он находится в состоянии покоя или во время рулежки на скоростях ниже скорости глиссирования. Согласно информации, приведенной в выпуске журнала «Aviation Week» от 1 октября 1951 года компания Convair

«отказалась от этих старых «основ» и приняла новую концепцию, основанную на этих предпосылках: самолет – это, во-первых, интегрированное транспортное средство, предназначенное для эксплуатации в эффективной аэродинамической конфигурации; и, во-вторых, должны быть предусмотрены некоторые средства, позволяющие осуществлять переход от земли – или воды – к полету и обратно к взлетной поверхности. Исходя из этого подхода, было высказано предположение, что все самолеты определенной категории должны иметь значительную аэродинамическую чистоту. Придерживаясь этой точки зрения, был сделан вывод о том, что не должно быть никакой разницы в эксплуатационных характеристиках самолетов наземного или морского базирования, выполняющих одну и ту же аэродинамическую задачу.»

Несмотря на основную предпосылку о том, что форма самолета должна определяться его аэродинамическими потребностями, еще предстояло решить многочисленные проблемы с водным базированием. Они включали обеспечение достаточной статической плавучести, чтобы самолет мог держаться на воде; решение проблемы значительного количества брызг, возникающих при рулежках на высоких скоростях, и обеспечение возможности отрыва от водной поверхности при разбеге с целью облегчения взлета.

Компания Convair начала разработку технического проекта самолета морского базирования, взяв за базу свою самую последнюю модель – прототип реактивного бомбардировщика XB-46. Инженеры компании полагали, что XB-46 является лучшей основой для перспективного гидросамолета, определяемого главным образом его «аэродинамической задачей», с внесением минимальных модификаций. В компании Convair исследовали множество конфигураций, включая экстремальные соотношения длины и траверза и величины нагрузки.

сверху: как это не покажется удивительным и странным, но в компании Convair отправной точкой при создании истребителя морского базирования стал четырёхмоторный реактивный бомбардировщик XB-46, совершивший свой первый полет 2 апреля 1947 года, хотя работы по программе, ставшей позднее известно под обозначением SkateЮ начались в конце 1945 года (Снимок из архива журнала «The Aviation Historian»). Снизу: сделанный в конце 1940-х годов – начале 1950-х рисунок, показывающий как конструкция бомбардировщика XB-46 стала основой для первой итерации гидросамолета Skate с удалением установленных на крыле моторных гондол и перемещением турбореактивных двигателей в измененный смешанный корпус. Снимок из архива автора

«Аэрозольная дамба»

Решение пришло с изучением исследований военного времени, во время которого было обнаружено устройство, получившее «аэрозольная дамба» (spray dam) – плоская полоса, которая, будучи установлена почти перпендикулярно корпусу с V-образным днищем, значительно уменьшала и рассеивала брызги, смешивая их с воздухом. Это предотвращало повреждение корпуса и несущих поверхностей на более высоких скоростях и нагрузках от брызг, отбрасываемых вверх, но, что немаловажно, также не возмущало водную поверхность при отклонении брызг вниз. (Во время испытаний при различных уровнях раскрыва днищевых скул корпуса лодки в обычных корпусах была использована плоская полоса для аппроксимации различных форм отражения в днище корпуса. Испытания не позволили добиться какого-либо улучшения дисперсии распыления до тех пор, пока полоса в целях полноты эксперимента не была установлена в положение, находящееся за пределами диапазона углов, в котором, как ожидалось, она будет полезной. При наклоне почти перпендикулярно плоскости поперечного сечения V-образного глиссирующего днища полоса неожиданно показала значительное улучшение.) Кроме того, это означало, что было преодолено одно препятствие на пути к внедрению форм корпуса с широким углом раскрыва V-образного днища, которое было пригодно для глиссирования и которое имело высоту, позволявшую отбрасывать брызги назад. По конструктивным причинам «аэрозольная дамба» не подходила для тех типов летающих лодок, которые в то время находились в разработке, но теперь она обещала открыть новые возможности для гидросамолетов с высокими летными характеристиками.

Чтобы реализовать концепцию «аэрозольных дамб» форма XB-46 была изменена с использованием широкого V-образного днища. Это было сделано в виде обтекателей крыла, которые потребовали значительных зализов в передней и задней части, чтобы сохранить низкую относительную толщину крыла. Данная разработка сама по себе увеличила площадь глиссирования «корпуса» и значительно повысила статическую плавучесть самолета. Результатом стал «беспроигрышный вариант» — аэродинамическая форма, которая предлагала уменьшенное интерференционное сопротивление и в то же время достаточную плавучесть для предотвращения затопления воздухозаборников и реактивных сопел двигателей. Кроме того, форма обеспечивала высокую степень статической устойчивости, что исключало необходимость в стабилизирующих поплавках или спонсонах. Стаут ввел термин «смешанный корпус»,

«поскольку трудно провести какую-либо четкую границу между гидродинамическими и аэродинамическими функциями». [1]

В виду широкой плоской формы новая концепция со всей неизбежностью получила название Skate (скат). Из-за отсутствия пропеллеров самолет мог свободно сидеть так низко на воде, что крыло почти касалось водной поверхности. V-образное днище позволяло корпусу приподниматься над водной поверхностью по мере увеличения скорости, уменьшая на взлете лобовое сопротивление. В сентябре 1951 года Стаут писал, что

«благодаря новому смешанному подходу к крылу и корпусу … стало возможным создать самолет морского базирования с идеальными аэродинамическими формами, обеспечивающими достижение высоких чисел Маха без ущерба для гидродинамических характеристик.» [2]

Интересно, что Национальный консультативный комитет по аэронавтике (National Advisory Committee for Aeronautics – NACA; НАКА) провел испытания проекта «конвойного перехватчика» NAF в 1947 году – спустя несколько лет после того как сама конструкция устарела, но как раз в то самое время, когда Управление аэронавтики ВМС США снова всерьез занялся гидросамолетами-истребителями. [3]

Было разработано как минимум девять версий Skate, начиная с усовершенствованного XB-46, получившего название «Skate 1», с прямым крылом и низко установленным горизонтальным оперением. Дальнейшие разработки включали Skate 2 – вариант со стреловидным крылом и V-образным хвостовым оперением, – а также спроектированный по заказу ВМС США одномоторный вариант с пилотом, лежащим горизонтально на животе и занимавшим прозрачную носовую часть фюзеляжа. Смежные проекты включают схему 1947 года для тяжеловооруженной одноместной одномоторной версии с несколькими пушками и 30 неуправляемыми ракетами в передней кромке крыла.

представители общественности осматривают различные модели гидросамолетов Skate во время дня открытых дверей в Сан-Диего. Ближе всего к камере находится Skate 1, созданный на базе XB-46. Среди моделей имеется Skate 9, позднее переименованный в Y2-1. Модель Skate 4, расположенная между двумя более ранними вариантами, выглядит как Supermarine Swift или Saab Lansen. В дальнем конце Skate с V-образным хвостовым оперением. Снимок из коллекции музея авиации и космонавтики Сан-Диего

MiG готов! Рисунок гипотетического боевого применения в небе Кореи одномоторного варианта с V-образным хвостовым оперением Skate 2. Графика: Ян Ботт (Ian Bott) и Нил Фрейзер (Neil Fraser)

Skate был разработан в вариантах штурмовика, истребителя и ночного истребителя. Размеры версий несколько отличались друг от друга, но все они имели предполагаемый размах около 62 футов 6 дюймов (19,0 м), длину в диапазоне от 82 футов (25,0 м) до 83 футов 8 дюймов (25,5 м) и общую массу 33000-46000 фунтов (14950-20850 кг). В отличие от Skate 1, имевшего прямое крыло, все остальные варианты имели крыло со стреловидностью 40°, а типичная силовая установка состояла из двух турбореактивных двигателей Westinghouse XJ40-WE-10, развивавших общую статическую тягу около 15000 фунтов (6809 кгс).

сделанный в 1951 году рисунок одной из поздних итераций программы Skate. Рисунок подчеркивает достоинства гидросамолета-истребителя в виде способности замены двигателя на воде без использования вспомогательных судов обеспечения. Цифрами на рисунке показаны: 1) запасные воздухозаборники, предназначенные для подачи воздуха к турбореактивным двигателям при работе в условиях сильного волнения; 2) люки доступа к топливным бакам; 3) смотровой люк; 4) люк доступа к вспомогательным агрегатам двигателя; 5) люки доступа к стрелковому вооружению; 6) откидная шарнирная створка для замены двигателя. Снимок из архива журнала «The Aviation Historian»

технический специалист компании Convair готовит масштабную модель одного из более поздних вариантов проекта гидросамолёта-истребителя Skate (возможно Skate 6 или Skate 7) к испытаниям на посадку. Тестирование проводилось в испытательном центре компании в Сан-Диего. V-образное хвостовое оперение было тщательно испытано на различных конфигурациях Skate, включая Skate 5, но обычное хвостовое оперение было установлено на моделях Skate 6, Skate 7 и Skate 9. Снимок из коллекции музея авиации и космонавтики Сан-Диего

[1] Stout, Ernest G, A Review of High Speed Hydrodynamic Development, 1951, p255

[2] Ibid, p266

[3] Wells, Evalyn G. and McKinney, Elizabeth G., Wind-Tunnel Tests of a U-scale Model of the Naval Aircraft Factory Float-Wing Convoy Interceptor, TED No NACA 2314, Langley Memorial Aeronautical Laboratory, Langley Field, Virginia, USA, January 1947

источник: Matthew Willis «Convair & the USA’s seaplane striking force concept. Part 1/1946-52. From Skate to Sea Dart» «The Aviation Historian» Issue No 25, pages 100-111

перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-kompaniya-convair-i-koncepciya-seaplane-striking-force-01-01