Данный материал выкладывается на сайт в продолжение темы, поднятой в статье «Летающие танки кайзера. Часть 3.1 Штурмовики Junkers J.1».
Одним из пионеров металлического самолетостроения был немецкий инженер и предприниматель Гуго Юнкерс. Родившись в 1859 году, он встретил начало всеобщего увлечения авиацией уже пятидесятилетним. Ни один сколько-нибудь известный авиаконструктор не начинал в таком почтенном возрасте. До этого Юнкерс приобрел имя и известность, занимаясь разработкой и серийным производством газовых двигателей водонагревателей, калориферов.
В 1910 году в его мастерской проводились многочисленные доработки самолета типа «утка» профессора Г. Рейснера. В результате длительных технических дискуссий между Юнкерсом и Рейснером многие деревянные детали были заменены металлическими. Тогда же Юнкерс получил немецкий патент на грузовой самолет типа «летающее крыло» – бесхвостый свободнонесущий моноплан с крылом толстого профиля. С самого начала работ по созданию аэроплана Юнкерс ни минуту не сомневался в том, что он должен быть цельнометаллическим.
В те годы схема свободнонесущего моноплана, примером которого является птица, вошла в моду. Ее аэродинамические преимущества по сравнению с расчалочными «этажерками» были очевидны, но отсутствие легких и прочных конструкционных материалов, способных обеспечить жесткость и малый вес крыла без использования «внешних» подкрепляющих элементов, мешали ее реализации. В те годы имелся небольшой опыт применения металла на самолетах. Главным образом он использовался в конструкции шасси, намного реже – в виде стальных труб, образующих каркас фюзеляжа. Поэтому создание цельнометаллического самолета являлось сложной новаторской задачей.
Первым, кто создал металлический свободнонесущий моноплан, был француз А. Левассер на фирме «Антуанетт» в 1911 году. По внешнему виду этот самолет опередил свое время примерно лет на двадцать – полностью закапотированный двигатель, экипаж внутри тонкого фюзеляжа, низкорасположенное свободнонесущее крыло толстого (12,5%) профиля, обтекатели шасси, попарно закрывавшие переднюю и заднюю стойки. У этой машины оказался всего один недостаток – она так и не смогла подняться в воздух, поскольку оказалась примерно вдвое тяжелее расчалочного моноплана «Антуанетт-6» при одинаковых двигателях и близких по площади и удлинению крыльях.
Кроме Рейснера и Левассера, попытки создать самолеты из металла в 1910-х гг. предприняли во Франции (Муазан, Понш и Примар, Морель), Германии (Ф. Хут) и Англии («Уайт-Томпсон-1» Ф. Ланчестера). Однако вес этих конструкций оказался настолько большим, что самолеты, как правило, вообще не могли оторваться от земли. Время цельнометаллического самолетостроения еще не наступило.
Первый цельнометаллический самолет Юнкерса J.I, прозванный позже «жестяным ослом», был создан только в конце 1915 года, хотя перспективные исследования велись в течение нескольких лет. Началась первая мировая война, и поэтому в литературе иногда можно прочесть, что только она подвигла Юнкерса на создание цельнометаллических самолетов. В действительности проект был готов гораздо раньше, и работы по его реализации начались еще весной 1914 года.
Осенью 1914 года компанию Юнкерса проинспектировала комиссия военного ведомства, однако консервативные военные чиновники никак не могли отказаться от мысли, что «железо слишком тяжело, чтобы летать», и металлический самолет вообще не способен подняться в воздух.
Из-за отсутствия контракта Юнкерсу приходилось тратить на исследования и постройку самолетов доходы от своей фабрики по производству газовых колонок в Дессау. С начала войны Юнкерс производил для военного ведомства полевые кухни и передвижные бани, резервуары-термосы, а позже – гранаты и детонаторы.
В начале 1915 года Юнкерс организовал в Дессау «Самолетостроительную компанию профессора Юнкерса», где эксперименты и конструирование проводились под руководством Отто Мадера и Ганса Штюделя. Из-за отсутствия опыта постоянно возникали проблемы, о которых поведал жестянщик Отто Сейферт:
«Это был абсолютно новый участок работы. Сегодня кто-нибудь подавал идею, которая казалась привлекательной на основании проведенных экспериментов. Тут же начиналась срочная работа, и зачастую мы делали одну часть машины, совсем не представляя, как будет выглядеть другая. Во-первых, секции крыльев изготовлялись по модели, а законченные крылья могли иметь другие длину, толщину и профиль. Мы использовали листовое железо, не владея совершенной техникой сварки, что делало нашу работу чрезвычайно трудной, поскольку приходилось сваривать листы различной толщины.
В сентябре 1915 г. мы начали строить самолет с 15 рабочими. Один из них был уверен, что все сделанное нами рано или поздно придется выбрасывать, так как все знали только бипланы с проволочными расчалками».
Сам Юнкерс в 1931 году так рассказывал о «методах проектирования» при постройке первого самолета:
«Мои друзья поговаривали между собой в те годы, не сошел ли Юнкерс с ума, загоревшись фантастической идеей построить самолет из металла… Расчеты показали, что железное крыло должно иметь обшивку не менее двух миллиметров. Представьте себе лист такой толщины, шириной полтора метра и длиной восемь метров. Поднимите его с поверхности земли. Он будет висеть, как тряпка, а ему ведь необходимо в воздухе нести не только себя, но и человека! Как же придать ему необходимую жесткость? – А просто. Разделяем двухмиллиметровый лист на две пластины толщиной по одному миллиметру и раздвигаем их. Между ними ставим лонжероны, нервюры и другие необходимые распорки. Получается полое тело, которое называется толстым крылом…»
Самое любопытное здесь то, что в первых самолетах Юнкерса 1914 – 1918 годов вообще не было нервюр в современном понимании, но об этом чуть позже.
Осенью 1915 г. так называемый «Немецкий военный департамент» наконец вспомнил о Юнкерсе и направил на фирму письмо, требуя ускорить работу, ибо
«металлический самолет должен быть закончен и испытан так скоро, как это будет возможно».
Через четыре месяца от начала разработки аэроплана его показали военным.
J.1 в сборочном цеху
В декабре 1915-го «жестяного осла» привезли на военный аэродром в Дебериц. Представленный военному ведомству необычный моноплан вызвал недоумение. Никто не мог поверить, что «эта штука» взлетит. Один из приглашенных летчиков, подойдя к согласившемуся выполнить первый полет лейтенанту Маллинкродту, спросил его:
«Неужели вам надоела жизнь? На крыле вашего самолета нет расчалок. Оно поломается, едва вы взлетите».
Многие утверждали, что самолетом будет трудно управлять.
По рассказу профессора Мадера
«12 декабря 1915 года утром была выбрана взлетная полоса, проходившая вдоль зданий и небольшого леска на случай, если разбег получится длинным… Друзья лейтенанта Маллинкродта подошли к машине и долго жали ему руку, не то прощаясь, не то поздравляя с предстоящим полетом…
Вместо длинного пробега, на который рассчитывали, выбирая взлетную полосу, машина оторвалась от земли на таком же расстоянии, как и обычный самолет. Даже не верилось, что такой тяжелый аппарат теперь ничего не весил и летел. Порывом ветра аэроплан всколыхнуло, и мы заметили, что летчик делает разворот на посадку. Летчик сообщил мне, что машина плохо слушается рулей и он вынужден был прекратить полет…
Особенно были удивлены военные инженеры, считавшие, что этот «металлический ящик» не взлетит. При осмотре самолета мы обнаружили, что крепление крыла к фюзеляжу сильно ослаблено… Несмотря на то, что Юнкерс был против расчалок, мы их все же установили и этим самым, как говорят, убили двух зайцев. Во-первых, укрепили крыло, а во-вторых, летчики могли теперь любоваться милыми их сердцу расчалками».
Во время полетов 18-19 января 1916 года J.I показал, что его разбег не превышает 200 метров, высота полета достигает 900 м, а скорость с двигателем «Даймлер-Мерседес» в 120 л.с. составляет 170 км/ч. В то время биплан «Румплер» с таким же двигателем развивал всего 150 км/ч. J.I был изготовлен из листового железа толщиной от 0,5 до 1 мм с помощью дуговой и точечной электросварки. Взлетный вес его достигал 1080 кг. Размах крыла – 12,95 метров. Длина – 8,62 метров. Площадь крыла – 24,6 м².
экспериментальный самолет J.1 на испытаниях
Несмотря на удовлетворительные летные характеристики, цельнометаллический самолет не отвечал важнейшим требованиям военных – скороподъемности (всего 1,04 м/с) и маневренности, а полезная нагрузка не превышала 110 кг.
Тем не менее Юнкерсу удалость получить заказ на 6 машин улучшенной конструкции. Новая модель J.2 для того времени имела необычно элегантную форму. Первый построенный J.2 испытывался на различных военных аэродромах и лужайках в окрестностях Дессау.
Испытания показали, что хотя он и был скоростным самолетом (170-185 км/ч), но скороподъемность и маневренность по-прежнему оставляли желать лучшего. Самолет также был слишком тяжел, его взлетный вес 1165 кг даже превышал вес J.1. В целом он не мог удовлетворить требованиям заказчика, и Юнкерс прервал дальнейшие работы по J.2.
схемы опытного истребителя Junkers J 2
новаторская «унифицированная» носовая часть фюзеляжа, объединившая корневые части крыла, мотораму и кабину пилота
третий экземпляр J 2 (E.252/16) с двигателем Mercedes D.III. На снимке этого закамуфлированного самолета можно увидеть подголовник и «штангу» для дополнительной защиты пилота
Поняв, что железный самолет слишком тяжел (только вес самого крыла составлял около 12 кг/м²), Юнкерс еще во время испытаний J.2 начал экспериментировать с дюралюминием. При этом пришлось отказаться от сварки. Очень скоро технология создания дюралюминиевых конструкций, подсказанная Юнкерсом Рейснеру еще в 1910 году, стала в самолетостроении основополагающей. Тонкий лист гофрировали, а кромки закрепляли на полках лонжеронов, нервюр и стрингеров заклепками. По собственной инициативе Юнкерс начал строить одноместный истребитель J.3
«с высокими летными характеристиками»,
но он остался незавершенным и сейчас известен как первый нереализованный проект Юнкерса.
варианты проекта самолета J.3
Прекращение работ по J.3 обусловливалось двумя основными причинами – отсутствием финансирования, не позволявшим проводить в короткие сроки широкомасштабные исследования, и заключением нового контракта, предусматривавшего срочное создание необходимого фронту тяжелого, как тогда говорили, «пехотного» самолета.
По-видимому, поняв, что Юнкерс способен строить только тяжелые аэропланы, военное ведомство в 1916-м заказало ему низколетящий вооруженный самолет непосредственной поддержки войск, с которого можно было «точечно» сбрасывать маленькие ручные бомбы и гранаты прямо на окопы и огневые точки неприятеля. Двигатель и экипаж должны были иметь защиту от осколков снарядов и пулеметного огня. Для такой машины не требовались ни высота, ни хорошая скороподъемность.
Однако работы по новому самолету затягивались из-за разногласий по его конфигурации. Военные считали схему моноплана неприемлемой и настаивали, чтобы аппарат был бипланом. Со своей стороны Юнкерс яростно отстаивал идею моноплана. Участник разработки инженер Фриц Бранденбург позднее отмечал:
«Необходимость эффективной защиты экипажа, силовой установки и запасов топлива требовала создания «фюзеляжной лодки» (бронекоробки. – Ред.) весом около 500 кг. Добавление защитного вооружения, запаса топлива на 2 часа полета и связного оборудования для обоих членов экипажа потребовало бы чрезвычайно длинных крыльев. Это, соответственно, приводило к тому, что размах крыльев такого самолета становился слишком велик, чтобы уместиться в любом существующем ангаре или палатке. В итоге после продолжительных изнурительных дебатов сошлись на схеме полутораплана, в которой размах крыльев сохранялся приемлемых размеров… »
Юнкерс, конечно, учитывал, что самолет со слишком большим размахом не будет влезать в стандартные ангары, и прекрасно понимал, что и военное ведомство и большинство пилотов настроены против такой схемы. Однако только он один представлял, что в отличие от машин, сделанных из полотна и фанеры, цельнометаллический самолет не нуждается в защите от снега и дождя, т.е. в ангаре или палатке. Только силовая установка требовала брезентового укрытия. Однако перспективы реализации проекта и обострившиеся разногласия с заказчиком заставили Юнкерса отказаться от концепции моноплана. Это было в первый и последний раз за всю его конструкторскую карьеру. В конце концов, в качестве компромисса выбрали свободнонесущий полутораплан. Хотя в конструкции самолета подкосы все же были, они использовались исключительно для поддержки центроплана верхнего крыла и передачи нагрузок от шасси.
схемы пехотного самолета Junkers J.I (J.4)
В итоге военное ведомство послало лейтенанта Маделунга «военпредом» в Дессау, чтобы на месте контролировать процесс создания машины и убедиться, что ее конструкция соответствует представлениям заказчика.
Через четыре месяца, 26 января 1917 года, машина с двигателем «Бенц» в 200 л.с. совершила свой первый полет на аэродроме в Деберице. В соответствии с принятой на фирме Юнкерса системой обозначений, она получила порядковый индекс J.4. Пилотировал Арвид фон Шмитт, специально откомандированный к Юнкерсу для проведения испытаний. По словам Бранденбурга, в первом полете
«не все было гладко».
Хвост оказался очень тяжелым, и только максимальное отклонение ручки позволило пилоту поднять машину в воздух. Этот недостаток устранили достаточно простыми средствами.
прототип Junkers J.I (J.4), аэродром Adlershof , май 1917
Обшивку хвостовой части фюзеляжа и вертикального оперения заменили на полотняную. Но дальше начался неизбежный для каждого нового самолета утомительный период доводки, включавший летные испытания, дооборудование и вооружение. Для этих работ Юнкерс использовал военный аэродром в Галле, где были достаточно большие ангары и длинная взлетная полоса, в которой нуждался J.4.
Первый серийный самолет Юнкерса получил военное обозначение J.I и маркировался на фюзеляже, как «Junk J.1». Впоследствии это стало причиной огромного количества ошибок в публикациях. Его постоянно путали с оригинальным J.1 – «жестяным ослом».
первый серийный J.I Flieger-Abteilung 19
В июле – августе 1917 года первые 14 машин были испытаны и переданы в 4-й армейский парк-склад в Генте (Бельгия). Первый боевой вылет 1 августа 1917 года совершил самолет, принадлежащий авиационному отделу № 19. По мере поступления «Юнкерсы» распределялись между авиационными подразделениями непосредственной поддержки наземных войск.
серийный самолет с легкими осколочными бомбами
К декабрю 1917 года построили следующие 100 самолетов, а в июле 1918 г. еще 50. Летом 1918 года снова вернулись к дюралевой обшивке задней части фюзеляжа. В октябре, непосредственно перед заключением перемирия, военные заказали еще 100 аппаратов, но ни один из них не успели закончить. Общее число самолетов, заказанных для армейской авиации, составило 303 машины. Фирма «Юнкерс» сдала 227, из них 189 – до окончания боевых действий. Последние 38 машин, начатые постройкой в самом конце войны, позднее были распределены среди держав-победительниц согласно Версальскому договору.
J.I — трофей армии США
Несмотря на слабую энерговооруженность, малую маневренность и плохой обзор, J.I очень скоро стал популярен и снискал уважение фронтовых летчиков, так как экипаж был практически на 100% защищен бронекоробкой. Самолет, прозванный «летающим танком», не был легкой добычей авиации союзников. Им иногда удавалось лишь повредить его, и то только в первых воздушных столкновениях. «Юнкерсы» часто возвращались из боя с многочисленными следами от пуль, но серьезных аварий и катастроф не случалось.
Широко известен случай, когда на свой аэродром благополучно вернулся самолет с 480 пулевыми прострелами в крыльях и фюзеляже! Как писал журнал «Вестник Воздушного флота» в 1923 году,
«пехотные самолеты Юнкерса, построенные целиком из дюралюминия, блестяще оправдали свое назначение, служа примером высокой надежности и прочности».
Из-за большой по тем временам взлетной дистанции самолет не мог действовать с коротких ВПП вблизи линии фронта, особенно во время распутицы, частой во Франции. Поэтому J.I в основном вынужден был базироваться на стационарных удаленных аэродромах, что уменьшало время на выполнение боевого задания. Обычно безопасная от ружейно-пулеметного огня высота полета составляла 800 м, но летали они и на меньших высотах.
J.I был первым самолетом, специально предназначенным для взаимодействия с наземными войсками, его главное назначение – действие над полем боя. Наблюдатель проводил визуальную разведку вражеских позиций, по мере необходимости отправляя радиодонесение на командный пункт. При этом радиосвязь с землей была двусторонней. Сведений о «точечных» бомбардировках вражеских окопов нет, но с борта J.I нередко снабжали боеприпасами и провиантом войска, попавшие в окружение, и солдат на отдаленных позициях, включая отдельные окопы, пулеметные гнезда и т.д. Это имело большое моральное значение.
Путаница в обозначениях и появление самолетов Юнкерса на фронте только к концу третьего года войны привели к ряду журналистских измышлений, в которых утверждалось, что военный эффект от действий этих машин сильно преувеличен. Незаслуженно забытым оказался J.I и в нашей литературе. Причин тому несколько. Во-первых, как говорил «летучий голландец» Э. Фоккер,
«без хорошего двигателя даже самый лучший самолет не сможет продемонстрировать свои действительные возможности».
Для двухтонного самолета мощность двигателя 200-250 л.с. оказалась явно недостаточной, удельная нагрузка на мощность 8-10 кг/л.с. была чрезмерной и соответствовала тяжелым бомбардировщикам типа «Илья Муромец». Энерговооруженность тогдашних истребителей была 4-5 кг/л.с. (Интересно, каким мог стать J.I с 400-сильным двигателем?)
Второй и, как мне кажется, главной причиной явилось то, что приоритет в создании и развитии современной концепции «бронированного самолета непосредственной поддержки войск» у нас всегда отдавался С. В. Ильюшину. Хотя, если внимательно проанализировать схему и конструкцию J.1, то выясняется, что основные технические решения этой концепции были разработаны и применены еще Юнкерсом.
Действительно, на J.I была установлена включенная в силовую схему самолета бронекоробка из хромоникелевой стали, прикрывавшая двигатель, топливный бак и членов экипажа. Рациональная схема бронирования предусматривала защиту жизненно важных узлов самолета прежде всего от ружейно-пулеметного огня с земли. Система охлаждения устанавливалась сверху двигателя и была им дополнительно защищена.
Что же в результате осталось на долю Ильюшина, так удачно воплотившего эту концепцию в своих знаменитых штурмовиках Ил-2 и Ил-10? Прежде всего, талантливое предвидение характера боевых действий авиации в будущей войне и определение оптимальных параметров и ТТХ будущего самолета-штурмовика, в первую очередь, его наступательного вооружения. Здесь ему в немалой степени помог Н. Н. Поликарпов, чей метод расчета оптимальных параметров проектируемых самолетов ближайшего будущего оказался очень точным и до сих пор привлекает интерес историков авиации.
Создание скоростного самолета потребовало придать бронекоробке аэродинамически выгодную обтекаемую форму. В этом большая заслуга сотрудников ВИАМа, где под руководством С. Т. Кишкина и Н. М. Склярова были разработаны образцы авиационных броневых сталей двойной кривизны.
Никоим образом не умаляя достоинств Ил-2 и его выдающегося конструктора, отметим, что для своего времени J.I был, безусловно, революционной машиной. Хотя он и не стал штурмовиком в современном понимании этого слова, так как не нес наступательного стрелкового вооружения (лишь пулемет у наблюдателя защищал хвост), но разработанная Юнкерсом концепция бронированного «самолета поля боя» предвосхитила конструкции лучших штурмовиков второй мировой войны.
Переднюю часть фюзеляжа J.I составляла бронекоробка длиной 3,5 метра, внутри которой помещались мотор, бензиновый бак и экипаж. Для жесткости она была укреплена внутренними связями и рамами из дюралюминия. Толщина броневых листов – 4-5 мм. Силовая установка состояла из двигателя «Бенц» BZ IV мощностью 200 л.с., а последние серии в 1918 году оснащались двигателем в 260 л.с. Использовался также двигатель «Бенц» в 230 л.с., установленный на опорах из ясеня и поддерживавшийся фермой из дюралюминиевых труб и стальных листов. Цилиндры спереди и с боков защищены стальными щитами.
Бензиновый бак емкостью 118 литров, спаянный из латунных листов, являлся одновременно сиденьем пилота. Хвостовая часть фюзеляжа представляла собой рамную конструкцию из лонжеронов, стоек и диагональных связей из дюралюминиевых труб.
Оба крыла состояли из центроплана и консолей. Верхний центроплан связан с фюзеляжем двумя стальными перекрещивающимися наклонными трубчатыми стойками. К нижнему центроплану крепилось шасси обычного вида. С верхним центропланом он соединялся посредством двух наклонных подкосов.
Верхнее крыло имело размах 16,8 м (по другим данным – 16,0 м), площадь – 36,0 м². Размах нижнего крыла – 10,85 м. Поперечное V – 5°. Профиль крыла, весьма толстый в средней его части, быстро утончался к концам. Конструкция верхнего крыла содержала 10 лонжеронов из дюралюминиевых труб. Между собой они соединялись дюралюминиевыми трубками меньшего диаметра так же, как и в фюзеляже. Нижнее крыло аналогичной конструкции включало 6 лонжеронов.
Дюралюминиевое покрытие крыльев и фюзеляжа – гофрированные листы толщиной 0,38 мм, приклепанные к лонжеронам.
Стабилизатор площадью 4,55 м² состоял из семи трубчатых лонжеронов, раскосов и гофрированной обшивки. Профиль стабилизатора аналогичен профилю крыла и имел максимальную толщину около 18,8 см. Управление рулями и элеронами – тросовое, традиционной схемы.
Основные характеристики самолета следующие: полная длина – 9,05 м, максимальная высота – 3,6 м, стреловидность по передней кромке верхнего крыла – 5°, общая площадь несущих поверхностей – 49,6 м², вес (пустой) – 1690 кг, взлетный вес – 2070 кг, максимальная скорость – 155 км/ч, крейсерская – 140 км/ч, скороподъемность– 1,5 м/с.
К настоящему времени, как выяснилось после долгих поисков, сохранился только один разукомплектованный самолет «Юнкерс» J.I с заводским № 252. Он находится в Канаде в Национальном авиационном музее на историческом аэродроме Роклифф в Оттаве, провинция Онтарио. Самолет доставлен туда в качестве военного трофея в 1919 году и передан канадскому военному музею. Сейчас он восстановлен, но в связи с недостаточным финансированием технология его реставрации не имела ничего общего с оригинальной.
До начала второй мировой войны в выставочном зале фирмы «Юнкерс» в Дессау экспонировался в препарированном виде планер J.I в конечной стадии сборки с металлической обшивкой задней части фюзеляжа. Его дальнейшая судьба после бомбардировки авиацией союзников 7 марта 1945 года неизвестна. В Италии в Национальном музее науки и техники в Милане сохранилась укомплектованная бронекоробка с дюралюминиевым силовым набором задней части фюзеляжа.
Анализируя металлические конструкции Юнкерса, нельзя не отметить их значительную перетяжеленность, что в то время диктовалось прежде всего отсутствием надежных методов расчета на прочность. Крылья и хвостовая ферма фюзеляжа по массивности напоминали скорее мостовые пролеты. Наличие 10 лонжеронов с поперечными связями было чрезмерным даже для неработающей обшивки крыла. Естественно, что по мере накопления опыта количество лонжеронов уменьшалось: так, у истребителя D.1 их оставалось уже 7. На нем же хвостовую ферму с неработающей обшивкой заменил фюзеляж типа монокок, где роль продольных ребер жесткости выполнял гофр. Но это уже другая история.
источник: Анатолий ДЕМИН «ОТ «ЖЕСТЯНОГО ОСЛА» К «ЛЕТАЮЩЕМУ ТАНКУ»» // «Крылья Родины» 1997-04
