Компания Convair и американская концепция Seaplane Striking Force. Часть 1 От Skate до Sea Dart Эпизод 2

Содержание:

Гидролыжи

В то время пока в компании Convair были заняты разработкой смешанной формы корпуса Skate с использованием продольных перегородок для защиты от брызг, велись работы над еще более радикальным способом, позволяющим использовать гидросамолеты с высокими летными характеристиками, – гтдролыжи. Как следует из названия, это были лыжи, на которых гидросамолет поднимался над водой вместо глиссирования.

К тому времени, когда проект Skate находился на рассмотрении, в НАКА были проведены обширные модельные испытания с гидролыжами. В отчете, опубликованном в декабре 1947 года, говорилось, что

«реактивное движение дает возможность [устранить] неудобный пропеллер в [самолетах] морского базирования , таким образом, позволяет внести радикальные изменения в высокоскоростные гидросамолеты.» [4]

НАКА сотрудничал с компанией Edo Corporation (Edo), которая предложила лыжную ходовую часть для эксплуатации с воды, снега и льда. Испытания гидролыж проводились на моделях Douglas D-558-2 Skyrocket и экспериментального самолета сV-образным хвостовым оперением собственной конструкции компании Edo, а также с использованием полноразмерных гидролыж на летающей лодке-амфибии Grumman JRF-5.

были проведены обширные испытания гидролыж с использованием самолетов различных типов, включая и летающую лодку Grumman JRF-5, которая была оснащена одиночной гидролыжей на фиксированной стойке. Во время посадки гидролыжа представляет собой лишь небольшую площадь для удара; по мере замедления самолета лыжа принимает на себя все большую нагрузку, пока не погрузится и самолет мягко не опустится на водную поверхность. Снимок из архива автора

К июню 1948 года командование ВМС США стало все больше интересоваться перспективой создания перехватчика, который мог бы защитить от воздушного нападения в тех районах, в которых этого не могли сделать самолеты наземного или палубного базирования. После проведения конференции по обсуждению различных вариантов была выпущена предварительная спецификация OS-114 с требованиями к одноместному перехватчику. Однако, когда в конце месяца состоялась вторая конференция для уточнения деталей, требования были изменены на двухместный ночной истребитель, оснащенный радаром, и OS-114 была заменена предварительной спецификацией OS-116.

сделанный в конце 1940-х годов – начале 1950-х рисунок более поздней версии Skate, в которой экипаж размещается бок о бок, но оператор радара сидит ниже в фюзеляже; кабина пилота смещена к левому борту, обеспечивая поле обзора вниз от горизонтали 20° по правому борту и 42° по левому борту. Цифрами на рисунке показаны: 1) носовой радар; 2) оператор РЛС; 3) пило; 4) топливные баки (3 шт.); 5) радиооборудование и радиолокационное оборудование; 6) задний радар; 7) аэродинамические тормоза и водяной руль; 8) слоты в передней кромке крыла. Рисунок из коллекции музея авиации и космонавтики Сан-Диего

выполненный в НАКА чертеж в масштабе ⅟₈₀ модели Skate 9 со всеми размерами в дюймах (и причудливо изогнутой осевой линией вида сверху). Вариант Skate 9 являлся окончательной конфигурацией в ходе исследований в рамках программы Skate. Вариант ночного истребителя, получивший обозначение Y2-1, имел расчетную максимальную скорость 640 миль в час (1030 км/ч) на высоте 35000 футов (10700 м). Снимок из архива автора

Другое соображение заключалось в использовании истребителя в качестве модели масштабных исследований при создании крупных реактивных гидросамолётов-бомбардировщиков, создание которых рассматривалось командованием ВМС США. До этого момента работы по программе Skate были делом компании Convair и Управления аэронавтики, то в 1948 году было принято решение подключить к созданию боевых гидросамолетов нового поколения другие авиастроительные компании. Хотя многие производители авиатехники были проинформированы о спецификации, только два из них – Convair и Curtiss – представили свои заявки. Компанией Convair был предложен вариант концепции Skate с двумя реактивными двигателями Westinghouse J40, оснащенными форсажными камерами, тогда как компания Curtiss подготовила проект истребителя с гидролыжами. Таким образом, спецификация OS-116 предоставила, по крайней мере на бумаге, хорошую возможность сравнить обе концепции между собой.

Хотя конструкция кабины гидросамолета компании Convair – с местом пилота, смещенным в одну сторону, и местом оператора РЛС, размещенным внутри корпуса, – получила негативные отзывы, концепция Skate одержала убедительную победу. Меморандум Управления аэронавтики гласил:

«Очень высокие удельная нагрузка на крыло и нагрузка на тягу конструкции компании Curtiss делает его высотные характеристики настолько плохими, что они неприемлемы, а его взлетные характеристики едва достаточными. … Основные преимущества конструкции компании Curtiss являются ее меньшие размеры, масса и стоимость, а также, возможно, лучшие ходовые качества при волнении на море. Convair Skate имеет такое заметное превосходство в наборе высоты, практическом потолке и во взлетных характеристиках, что, очевидно, является победителем этого конкурса.» [5]

Несмотря на это решительное одобрение, в меморандуме Управления аэронавтики также отмечалось, что между финансированием, выделенным на 1949-53 годы, и стоимостью прототипа Skate и сопутствующей программы разработки имеется дефицит в размере 3,9 миллионов долларов США. Ухудшал ситуацию тот факт, что медленные темпы разработки означали, что получившийся в результате самолет устареет к моменту своего первого полета. Тем не менее, компания Convair получила контракт на дальнейшие опытно-конструкторские работы, включая и конфигурацию ночного истребителя морского базирования.

Частично проблема заключалась в том, что в то время гидросамолет-истребитель не являлся частью программы развития ВМС США в качестве средства решения стратегических задач, поскольку после внезапной отмены программы авианосцев класса «Юнайтед Стейтс» командование ВМС было сосредоточено на носителях ядерного оружия палубного базирования. Таким образом, гидросамолеты-истребители имели более низкий приоритет, что привело к нехватке средств, несмотря на сохраняющийся интерес Управления аэронавтики к данной концепции. Вложив столько времени и энергии в концепцию Skate, в компании Convair стремилась сделать этот самолет еще более привлекательным. Компания продолжала использовать свой испытательный центр на открытой воде (Сан-Диего) для проведения ряда исследований с моделями, включая возможное использование подводной лодки в качестве корабля-носителя гидросамолетов Skate.

Cudda…

Однако к апрелю 1949 года Управление аэронавтики объявило перерыв в отношении программы Skate. Эти самолеты были дозвуковыми, тогда как будущее истребителей ВМС США, в том числе и палубных, было за сверхзвуковыми машинами. Кроме того, его эксплуатация была ограничена состояние поверхности моря, и если высота волн превышала пять футов (1,5 м), управляемость на воде становилась проблематичной.

Управление аэронавтики открыло новый путь. По словам специалиста компании Convair Роберта Э. Брэдли (Robert E. Bradley)

«В марте 1949 года представители военно-морского флота неофициально обратились к компании Convair с просьбой предложить дополнительные типы летательных аппаратов, в отношении которых можно было бы провести дополнительные работы в рамках этапа текущего контракта на проведение научно-исследовательских работ [Skate], касавшегося гидросамолетов, способных развивать большие числа Маха». [6]

Эти исследования проводились на основе двух более ранних спецификаций OS-111 и OS-115, требовавших создания дальнего дозвукового палубного штурмовика и более совершенного сверхзвукового (M = 1,2) типа, который компания Convair должен был быть морского базирования. Требования к дальности полета и полезной нагрузке были одинаковыми для обоих типов, что говорит о том, что в ВМС США ожидали, что сверхзвуковой версии потребуется несколько больше времени для ввода в эксплуатацию.

К концу июня 1949 года Convair выпустила первую модель новой серии проектов Cudda, способных развивать дозвуковую скорость. По словам Брэдли,

«трансзвуковые [так в оригинале] конфигурации Cudda были разработаны с учетом требований по доставке 10000 фунтов [4540 кг] полезной нагрузки на расстояние 1700 морских миль [3150 км] при полете на высоте 40000 футов [12200 м] со скоростью M = 0,85. Предполагалось, что Cudda будут действовать с основных баз, но будут получать поддержку с передовых баз, либо с надводных кораблей, либо с подводных лодок.»

Cudda No 1 представлял собой радикальный отход от концепции Skate, но во многих отношениях является естественным развитием концепций, которые были использованы в ходе его разработки. От смешения крыла и корпуса отказались в пользу обычного высокорасположенного крыла, которое с меньшей вероятностью подвергнется воздействию при сильном волнении. Тем не менее, предоставляемая «аэрозольными дамбами» возможность использовать V-образное днище и тонкий фюзеляж, в котором были спрятаны двигатели, была сохранена.

футуристический проект сверхзвукового гидросамолета-штурмовика Betta No 1 имел небольшое треугольное крыло со стреловидностью 60°, двойные убирающиеся гидролыжи и три установленных на фюзеляже двигателя General Electric J53 (без форсажных камер), воздух к которым подавался через воздухозаборник, установленный на верхней части фюзеляжа и имевший форму полумесяца. Снимок из коллекции музея авиации и космонавтики Сан-Диего

В первой итерации программы Cudda не было никакого хвостового оперения за исключением двух небольших поверхностей на законцовках крыла; конструкция была испытана как с реданом на днище, так и без него. Вследствие перехода конфигурации от смешанного корпуса к более традиционному могли потребоваться подкрыльевые поплавки (модели были испытаны с поплавками и без них), но группа разработчиков из Сан-Диего воспользовалась возможностью включить их в конструкцию гидросамолёта качестве аэродинамических хвостовых поверхностей, призванных восстановить курсовую устойчивость после удаления обычного хвостового оперения. (Фотография тестовой модели Cudda №1 была отредактирована таким образом, чтобы предположить, что в какой-то момент к модели мог быть добавлен обычный киль.)

к лету 1949 года Convair перешла к исследованиям дозвукового гидросамолета-штурмовика, результатам которых стала концепция Cudda, первая итерация которого Cudda No 1 представлена на рисунках сверху и слева. Подкрыльевые поплавки также были испытаны (рисунок слева). Вариант Cudda No 2 (справа) включает в свою конструкцию гидролыжи и обычное хвостовое оперение. Снимки из архива автора

Последующие модели были в некоторых отношениях более традиционными; в них были восстановлены обычные хвостовое оперение и хвостовая часть, а двигатели были перемещены обратно к корневым частям крыла. Хотя компания Convair ранее не проявляла интереса к гидролыжам (хотя в НАКА тестировали оснащенную гидролыжами модель Skate 7), начиная с декабря 1949 года Cudda No 2 и последующие модели тестировались с гидролыжами. Эти гидролыжи были практически идентичны поверхностям, которые были испытаны НАКА на модели D-558-2. Буксируемая модель Cudda No 2 не имела внешней кабины, но на чертежах общего вида указан обычный фонарь по центральной линии, который лишь немного выступал над внешней поверхностью корпуса.

напоминающая экзотическую глубоководную рыбу проект Betta No 2 являлся возвращением к смешанной форме крыла и корпуса, разработанной в ходе работ по программе Skate, и отказом от гидролыж. В течение первой половины 1950 года модели Betta No 1 и Betta No 2 были тщательно протестированы в аэродинамической трубе. Рисунок из архива автора

Модель Cudda No 3 был очень похож, и на этот раз она включала в свою конструкцию обычную кабину пилота, а также такие дополнения, как скуловые планки вокруг носовой части фюзеляжа и немного меньшую стреловидность передней кромки крыла. Машины семейства Cudda должны были стать крупными самолетами с предполагаемым размахом крыла около 87-88 футов (26,5-26,8 м) и полной массой около 110000-115000 фунтов (49900-52200 кг).

вариант Cudda No 3 был дальнейшим развитием варианта Cudda No 2 и включал в себя кабину пилота и перекомпонованный фюзеляж со скуловыми планками. Полномасштабная версия длиной 112 футов 3 дюйма (34,2 м) должна была иметь размах 88 футов 8 дюймов (27,0 м) и площадь крыла 1122 кв. фута (104,2 м²). В качестве силовой установки планировалось использовать два турбореактивных двигателя Westinghouse XJ40-WE-14, оснащенных форсажными камерами. Снимок из архива автора

В следующем 1950 году в программу создания сверхзвуковых ударных гидросамолетов была включена еще одна область экспериментальных исследований. И снова в компании Convair обратилась к результатам исследований ее других программ. Схема самолета с треугольным крылом Model 7002 (позднее машина получила обозначение XF-92) была разработана в подразделении, базировавшемся в Дауни (бывшая компания Vultee), и затем была введена в послевоенную программу перехватчиков, вероятно, по инициативе главного инженера-механика в Сан-Диего Адольфа Бурштейна (Adolph Burstein), который согласно статье в заводской газете компании «Convairiety» был

«одним из первых, кто выступил в защиту треугольного крыла.» [7]

Интерес в треугольному в виде сверху крылу был вызван экспериментальным самолетом Lippisch LM-1, доставленному в США после окончания Второй Мировой войны и тщательно испытанному в полноразмерной аэродинамической трубе НАКА. XF-92 был испытан в виде модели в 1947 году и сентябре 1948 года впервые поднялся в воздух, продемонстрировав значительные перспективы в плане улучшения летных характеристик и решения различных проблем, связанных с крыльями с высокой стреловидностью.

… и Betta

Для гидросамолета-штурмовика треугольное крыло имело еще большую ценность, так как большое крыло обеспечивало хорошую статическую плавучесть при сохранении подходящей относительной толщины аэродинамического профиля крыла для достижения высоких скоростей. В семействе Betta разработчики вернулись к смешанной форме крыла и корпуса Skate. В проекте Betta No 2 это сочеталось с удлиненным веретенообразным фюзеляжем, в то время как проект Betta No 1 имел традиционный фюзеляж. Корпус Betta No 1 был оснащен гидролыжами, которые были аналогичны гидролыжам, испытанным на Cudda No 2 и No 3. Треугольные крылья были установлены в средних частях фюзеляжей Betta No 1 и Betta No 2, а двигатели были спрятаны в корнях крыльев. Проект Betta No 1 имел единственный воздухозаборник, который устанавливался на фюзеляже за кабиной. У проекта Betta No 2 воздухозаборники располагалась в корневых частях крыла как у проектов Cudda и Skate. У проекта Betta No 1 был небольшой стреловидный киль, установленный на крайней задней части фюзеляжа, в то время как хвостовое оперение Betta No 2 по внешнему виду был ближе к хвостовому оперению опытного истребителя XF-92; крупный треугольный киль был смещен далеко вперед, и его задняя кромка находилась на одной линии с задними кромками консолей крыла.

Машины семейства Betta также должны были быть крупными гидросамолетами с предполагаемой общей массой 150000 фунтов (68000 кг) и должны были иметь силовую установку, состоявшую из двух турбореактивных двигателей General Electric J53, которые так и не пошли дальше чертежных досок. Работа над проектами семейства Betta велись в течение 1950 года, но, похоже, не продолжалась до конца года. За вычетом гидролыж программа Cudda была ответом компании Convair на спецификацию OS-125 от 14 мая 1951 года, требовавшую создания крупного гидросамолета-бомбардировщика – так называемого «Воздушного минного заградителя дальнего действия» (Long Range Aerial Mine-Layer; который в конечном итоге проиграл имевшей схожую конфигурацию летающей лодке Martin P6M SeaMaster). Возможно, сверхзвуковой гидросамолет-бомбардировщик был просто слишком амбициозным и/или слишком дорогим. Однако Управление аэронавтики вновь приоткрыло перед компанией Convair окно возможностей: возврат к идее, выдвинутой в ходе программы Skate, – разработка экспериментального небольшого истребителя, который в случае успеха можно было бы превратить в бомбардировщик или штурмовик.

Заказ на изготовление

В конечном итоге все эти исследования привели к заказу на реальный образец. В январе 1951 года компании Convair был выдан контракт 51-527 на создание небольшого реактивного гидросамолета-истребителя с треугольным крылом и гидролыжами. Самолет получил внутрифирменное обозначение Y2-2 (Y – модель для эксплуатационных испытаний, № 2 – вторая итерация [8]) и позднее в ВМС США машине будет присвоено обозначение XF2Y. Этот самолет обладал многими характеристиками Betta и в то же самое время сильно напоминал истребитель XF-92, имевших схожие размеры. В результате продолжающихся гидродинамических испытаний, проводимых компанией Convair, были быстро получены улучшенным формы гидролыж. Между появлением первой модели Betta в начале 1950 года и завершением НАКА первоначальных испытаний модели Y2-2 в опытовом бассейне в августе 1951 года гидролыжи кардинально изменились. Форма коротких, относительно широких поверхностей 1949-50 годов, установленных под углом, схожим с собственной осью самолета, эволюционировала, став намного длиннее и уже; новая гидролыжа была расположена под углом по отношению к носу самолета и в своей задней части была оснащена амортизирующими стойками.

Ключ к разгадке причины такой быстрой эволюции можно получить из различных исследований, в том числе из испытаний 1947 года модели на базе D-558-2, которые показали, что

«для фиксированного угла атаки, когда лыжа приближается к водной поверхности, подъемная сила быстро снижается до величины подъёмной силы при глиссировании, который составляет лишь около половины подъемной силы, полученной в глубокопогруженном состоянии. Данное уменьшение подъемной силы приводит к тому, что при отрыве от водной поверхности лыжа снова погружается в воду, и снова поднимается, когда поток восстанавливается. Лыжа будет колебаться между глиссированием и глубоким погружением. Одним из очевидных способов избежать такого колебания является увеличение угла атаки в достаточной степени для получения подъемной силы при глиссировании, равной подъемной силе при погружении.» [9]

Y2-2, испытанный в виде модели в 1951 году, узнаваем как самолет, который будет летать в 1952 году под обозначением XF2Y-1 Sea Dart. Часто F2Y представляют в качестве современника истребителя-перехватчика Convair F-102 Delta Dart до такой степени, что некоторые источники предполагают, что F2Y был

«F-102 на водных лыжах».

На самом деле Y2-2 находился между XF-92 и F-102 и, возможно, больше обязан первому. В большей части тогдашней литературы Y2-2 был представлен как морской аналог XF-92, и поэтому когда гидросамолет впервые поднялся в воздух (чуть опережая YF-102), его характеристики несколько отставали от тогдашнего уровня техники.

Прототип XF2Y-1 оснащался турбореактивными двигателями Westinghouse J34, тогда как предсерийные и серийные гидросамолеты должны были получить более мощные двигатели J46. Это было далеко от огромных стратегических бомбардировщиков, ожидавшихся в предыдущих программах, но в компании Convair были настроены оптимистично, ожидая, что XF2Y-1 подтвердит концепцию и продемонстрирует практичность действий с удаленных водных баз и, возможно, проложит путь для создания более амбициозных машин. В следующем году усилия инженеров компании Convair, по-видимому, окупились сторицей, когда была разработана концепция крупного ударного соединения самолетов морского базирования – Seaplane Striking Force.

Проекты гидросамолетов компании Convair, разработанные в 1946-52 годах: от Skate до Sea Dart. Литерами показаны: A) Что такое «аэрозольные дамбы»? Убирающиеся полосы, которые установлены почти перпендикулярно корпусу и которые значительно рассеивают водяные брызги на высоких скоростях, предотвращая повреждение корпуса и двигателей; B) Что такое гидролыжи? Убирающаяся глиссирующая поверхность, которая поднимает самолет над водой, как на подводных крыльях, и затем снижает гидродинамическое сопротивление за счет глиссирования таким же образом, как водные лыжи, устраняя такие компромиссы как поплавки или форма корпуса в виде лодки. Графика: Ян Ботт (Ian Bott) и Нил Фрейзер (Neil Fraser)

[4] Dawson, John R. and Wadlin, Kenneth L., Preliminary Tank Tests Of NACA Hydro-Skis For High-Speed Airplanes, Langley Memorial Aeronautical Laboratory Langley Field, 1947

[5] US Navy Department Bureau of Aeronautics Confidential Memorandum, Model VF Seaplane Night Fighter — Recommendation on Design Competition, April 5, 1949

[6] Bradley, Robert E., Convair Post World War II Seaplane Studies, Part 1, Aerospace Projects Review Vol 2, No 4, p12

[7] Convairiety, May 18, 1955

[8] Yenne, Bill, Convair Deltas — From Sea Dart to Hustler, Specialty Press, 2009, p109

[9] Wadlin, Kenneth L., Considerations Affecting Hydro-Ski Airplane Design, Langley Aeronautical Laboratory, July 1953, p6

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-01-02