Летающий бочонок. Гоночный самолет Bristol Racer. Великобритания

Предисловие редакции: Крис Барнс (Chris Barnes) описывает необычный гоночный самолет, которому не удалось добраться до стартовой линии.

В начале 1921 года капитан главный конструктор компании Bristol Aeroplane Company (Bristol), Филтон, Фрэнк Барнуэлл (Frank Barnwell) прочитал в Кембриджском авиационном обществе лекцию, в которой он размышлял о направлениях, в которых может развиваться конструкция самолета, и о пределах такой эволюции. Предлагаемые им проекты включали сверхлегкий одноместный моноплан (Type 63), для которого, по его мнению, минимальная необходимая мощность силовой установки могла составлять всего 5 лошадиных сил. Также Фрэнк Барнуэлл не исключал потенциальной возможности того, что тренированный спортсмен достигнет устойчивого полета только за счет мышечной силы. Должно было пройти более пятидесяти лет, прежде чем эта цель была достигнута. Это стало возможным благодаря улучшенным конструкционным материалам и технологиям, но разработанный Барнуэллом проект (Type 65) биплана с толкающим винтом, приводимым в движение мускульной силой человека, был пророческим указателем в направлении мускулолетов Gossamer Condor и Gossamer Albatross.

На противоположном конце спектра конструкций самолетов находился Type 64 – предназначенный для достижения максимальной скорости моноплан с фюзеляжем круглого сечения отличной обтекаемой формы, крылом и хвостовым оперением минимальной площади, полностью убирающимися основными стойками шасси и гипотетическим 3000-сильным многорядным радиальным двигателем воздушного охлаждения. Все эти проекты были не более чем образными прогнозами того, что может быть возможным в долгосрочном будущем, и были сделаны для того, чтобы проиллюстрировать лекцию.

Тем не менее позже они были перечислены вместе с другими более прозаическими проектами, разработанными после окончания Первой Мировой войны и составившими группу проектов (Type 67 – Type 71 включительно). Эти более реалистичные проекты были разработаны по официальным спецификациям, выданным авиационной промышленности директором по исследованиям Министерства авиации. Все эти проекты должны были оснащаться двигателями Napier Lion, исключение составлял последний в этой группе проект, для которого был указан 1000-сильный двигатель Napier Cub.

Ни один из разработанных проектов не получил одобрения Министерства авиации, и в конце сентября 1921 года капитан Барнуэлл уволился из компании чтобы эмигрировать в Австралию. Барнуэлла пригласили в экспериментальную проектную группу Королевских ВС Австралии, возглавлял которую сквадрон-лидер (майор авиации) Эллис Вакетт (Ellice C. Wackett), чей старший брат Лоуренс в октябре 1915 года в Пойнт Кук (Point Cook), Мельбурн, научился летать на легком самолете Bristol Boxkite.

Уход Фрэнка Барнуэлла из Филтона, оставившего своим преемником Уилфреда Т. Рида (Wilfred T. Reid), вызвал большое сожаление у всех сотрудников конструкторского бюро компании Bristol. Однако Рой Федден, главный инженер недавно созданного отдела авиационных двигателей в Патчуэе (Patchway), увидел возможность для более тесного сотрудничества с Ридом, чтобы сделать радиальный двигатель Bristol Jupiter вызовом не только для выдающихся двигателей с водяным охлаждением компаний Rolls-Royce и Napier, но и для официально предпочитаемого двухрядного радиального двигателя воздушного охлаждения Armstrong-Siddeley Jaguar. Двигатель Jaguar был создан на основе разработанного в Фарнборо авиамотора RAF 8. Эта разработка была приобретена Джоном Сиддли, когда в конце 1917 года производственная и конструкторская деятельность Королевского авиационного завода (Royal Aircraft Factory – RAF) была сокращена до исследований, а сам завод был переименован в Королевский авиационный НИИ (Royal Aircraft Establishment – RAE).

И RAF 8, и первый авиационный двигатель Роя Феддена Cosmos Mercury, были успешным ответом на требование директора авиационного управления Адмиралтейства коммодора Мюррея Ф. Сатера (Murray F. Sueter) создать надежный радиальный двигатель с воздушным охлаждением мощностью 300 л.с., диаметром 42 дюйма (1067 мм) и сухой массой 600 фунтов (272 кг). Предпочтение было отдано двигателю Mercury, и в 1918-1919 годах было заказано 200 авиамоторов этого типа. Однако Грэнвилл Брэдшоу (Granville Bradshaw) из компании A.B.C. Motors представила свой девятицилиндровый однорядный двигатель Dragonfly, который, как утверждал Брэдшоу, был легче, мощнее, дешевле в производстве и обслуживании и, вероятно, был более надежным в эксплуатации, поскольку в нем было меньше деталей, чем в любом из двухрядных двигателей.

Эти аргументы убедили директора отдела авиационных поставок в недавно созданном Министерстве авиации сэра Уильяма Вейра (Sir William Weir) неблагоразумно отказаться от двигателя Mercury в пользу авиамотора Dragonfly. Двигатель Dragonfly был запущен в серийное производство с катастрофическими результатами, так как его расчетная частота вращения на номинальном режиме совпала с основной критической частотой крутильных колебаний коленчатого вала, который выходил из строя с разрушительной регулярностью после работы на нормальной мощности в течение часа или двух.

Тем не менее утверждения Грэнвилла Брэдшоу о более простой компоновке двигателям Dragonfly были подлинными, и Федден и его коллеги во главе с Л. Ф. Дж. Батлером (L. F. G. Butler), не теряя времени, приняли аналогичную компоновку для нового двигателя компании Cosmos – Jupiter. В то же самое время Рой Федден принял все меры предосторожности, чтобы избежать ловушек, которые преследовали двигатели компании A.B.C. Motors. В качестве компенсации за расторжение контракта с двигателем Mercury компания Cosmos получила небольшой контракт на разработку, но другие события, произошедшие вскоре после Перемирия, вынудили их материнскую компанию Brazil Straker & Co. прекратить свою деятельность.

Компания-преемник позволила сохранить Феддену конструкторского и производственного персонала программы Jupiter, но после долгих официальных переговоров, торгов и уговоров руководство компании Bristol Aeroplane Co. с неохотой согласилось принять от ликвидируемой компании моторостроительное отделение Cosmos. Благодаря этому решению программа создания двигателя Jupiter была сохранена, и в 1920 году экземпляр этого авиамотора был представлен на стенде компании Bristol во время авиационной выставки, проходившей в лондонском центре «Олимпия» (Olympia Aero Show). Эпопею создания двигателя Jupiter описал Билл Ганстон (Bill Gunston) в официальной биографии сэра Роя Феддена («Юпитер!» [By Jupiter!], опубликованной Королевским авиационным обществом в 1978 году).

Сразу же после создания и в течение нескольких последующих лет двигатели Jupiter сталкивались с постоянной конкуренцией не только со стороны рядных двигателей компаний Rolls-Royce и Napier, но и со стороны радиальных двигателей Armstrong-Siddeley Jaguar, и именно это соперничество привело Фрэнка Барнуэлла к разработке одноместного гоночного биплана Bristol Type 32 Bullet (G-EATS) для участия в авиационном дерби, гонках на кубок короля и в других национальных и международных гонках начала 1920-х годов. Однако Bristol Bullet не смог превзойти своих лучших конкурентов, в частности оснащенный двигателем Lion гоночный самолет Gloster Mars I (или Gloster Bamel), что значительно повысило престиж компании Napier как ведущего производителя авиационных двигателей.

В течение двух недель после отъезда Барнуэлла в Австралию Федден и Рид на основе своего опыта работы с гоночным самолетом Bristol Bullet совместно разработали предварительную компоновку высокоскоростного моноплана. Этот проект прошел ряд последовательных изменений, в последнем из которых он приобрел крыло значительно меньших размаха и площади и обтекаемый фюзеляж с полностью вписанным в него двигателем Jupiter. Двигатель был заключен в капот, рассчитанный на пропуск минимального потока воздуха, необходимого для охлаждения авиамотора. Перед винтом устанавливался полусферический обтекатель втулки с диаметром чуть меньшим диаметра капота и с небольшим центральным отверстием в передней части втулки. В такой конфигурации Bristol Racer должен был принять участие в авиационных дерби 1922 году, но не был вовремя подготовлен и был заменен на Bristol Bullet, который занял второе место.

Первые чертежи гоночного самолета, представлявшего собой цельнодеревянный монокок с фюзеляжем круглого поперечного сечения, датируются началом 1921 года, а рабочий проект машины был утвержден 5 декабря. Испытания модели в аэродинамической трубе, проведенные в январе 1922 года, показали, что самолет способен развивать максимальную скорость более 200 миль в час (322 км/ч) с свободнонесущим среднерасположенным крылом и без превышения максимальной посадочной скорости, требуемой правилами гонок Дойч-де-ла-Мерт – основной цели создания самолета Bristol Racer. По результатам испытаний 23 января 1922 года был выдан официальный заказ на изготовление одного прототипа, которому был присвоен серийный номер 6148. Фюзеляж самолета имел хорошую обтекаемую форму, хотя и с меньшим относительным удлинением, чем у идеализированной формы описанного в начале статьи гипотетического Type 64.

схема гоночного самолета Bristol Racer

Хвостовая часть фюзеляжа представляла собой монококовую конструкцию, состоявшую из трех слоев шпона из красного дерева, наложенных диагонально на расположенные близко друг к другу легкие еловые обручи, не имевшие продольных элементов жесткости и скрепленные внутри радиальными стальными анкерными стяжками, установленными наподобие спиц велосипедного колеса. Сразу за главным шпангоутом находился вырез минимальных размеров под кабину пилота, в который были встроены заглушки для заднего лонжерона крыла. Аналогичная рама для крепления переднего лонжерона образовывала щиток для приборной панели и противопожарную перегородку, к которой крепился двигатель.

монококовый фюзеляж большого диаметра внутри скреплялся напоминавшими паутину радиальными стальными анкерными стяжками, а шпангоуты образовывали опоры для зализов корневых частей крыла

монококовый фюзеляж большого диаметра внутри скреплялся напоминавшими паутину радиальными стальными анкерными стяжками, а шпангоуты образовывали опоры для зализов корневых частей крыла

Оба шпангоута имели прочную многослойную конструкцию, состоявшую из чередующихся слоев трехслойной панели и стальных листов, и образовывали ниши, в которые можно было убрать основные стойки шасси с помощью цепного привода со звездочками. Две его половины шарнирно крепились вокруг продольной трубы на нижней центральной линии и состояли из изогнутых стальных труб, форма которых позволяла укладываться заподлицо в углублениях на нижней поверхности фюзеляжа; колеса убирались в ниши в имевших развитые зализы корневых частях крыла. Телескопические опоры имели амортизацию в виде резиновых шнуров; гидравлические амортизаторы не предусматривались.

Горизонтальное оперение представляло собой свободнонесущую конструкцию, прикрепленную к горизонтальной шарнирной трубе. Данная труба являлась осью, относительно которой с помощью винтового домкрата можно было поворачивать стабилизатор и изменять его балансировку в полете. Топливный и масляный баки были установлены между кольцами главного шпангоута; вентиляционные отверстия расположены непосредственно перед V-образным козырьком кабины пилота. В конструкции самолета было предусмотрено использование каплевидного фонаря кабины. Данный фонарь был спроектирован, но не изготовлен, поскольку считался слишком опасной ловушкой для выхлопных газов, и был заменен на ветровой козырек и обтекаемый заголовник.

Основу силового набора свободнонесущих консолей крыла составляли два лонжерона специальной многослойной конструкции из дерева и стали. Лонжероны крепились болтами к заглушкам шпангоутов. Первоначально планировалось, что консоли крыла будут трапециевидными, но в конечном итоге были сделаны с параллельными передней и задней кромками и одинаковыми длинами хорд по всему размаху крыла за исключением развитых зализов в корневых частях. Законцовки крыла первоначально планировалось сделать полукруглыми, но потом решено было сделать скошенными для увеличения площади элеронов, размещенных по почти всему размаху консолей (включая и хвостовики типа «проушина» в корневых частях крыла).

Силовая установка самолета состояла из одного радиального двигателя воздушного охлаждения Jupiter IV с высокой степенью сжатия, с цельным коленчатым валом и разъемной кривошипной головкой главного шатуна оригинальной конструкции. Это было сделано, потому что Рой Федден еще не был готов принять неразъемную головку главного шатуна и состоящий из двух частей коленчатый вал, как это было рекомендовано компанией Gnome-Rhone, которая только что приобрела лицензию на производство в Европе двигателей Jupiter и которая много лет в своих ротативных двигателях использовала разъемные коленчатые валы с шарнирным соединением составных частей. Специально подготовленный для гоночного самолета двигатель Jupiter развивал мощность 480 л.с.. Произведенные на земле первые запуски двигателя показали, что охлаждение является адекватным, но из-за некоторых вибраций воздушного винта его обтекатель был удален.

В июне Racer был полностью окрашен в глянцево-красный цвет, белой краской на борта фюзеляжа были нанесены номер гражданской регистрации G-EBDR и название компании Bristol, на вертикальное оперение – «10» – номер на гонках Дойч-де-ла-Мерт. Кок винта, установленный после очередной проверки балансировки, оставался неокрашенным. В июле Сирил Ф. Увинс (Cyril F. Uwins) выполнил первый полет на самолете с установленным коком винта, но едва он оторвался от земли, как обнаружил, что машина неуправляема в поперечном направлении из-за аэродинамической крутки крыла. Эта крутка была вызвана создававшими реверс управления элеронами. Сбрасывая газ почти на высоте крыш, Сирил Увинс смог выполнить неустойчивый круговой разворот и совершил безопасную посадку против ветра. Первой серьезной модификацией было усиление жесткости крыла посредством расчалок из проволоки Rafwire; гибкость крыла была устранена, и Увинс уверенно отправился во второй полет.

крупный фюзеляж гоночного самолета Bristol Racer подчеркивает небольшие размеры крыла самолета. Как винта был некомплектным

крупный фюзеляж гоночного самолета Bristol Racer подчеркивает небольшие размеры крыла самолета. Как винта был некомплектным

крупный фюзеляж гоночного самолета Bristol Racer подчеркивает небольшие размеры крыла самолета. Как винта был некомплектным

Как только Bristol Racer оторвался от земли, перед двигателем раздался сокрушительный грохот. Сначала Увинс решил, что это, вероятно, оторвался один из цилиндров, но звук работы двигателя не изменился. Самолет продолжил набирать высоту, хотя полотняная обшивка левой консоли крыла была порвана, а индикатор воздушной скорости не работал, потому что трубка Пито была сбита. Однако поперечное управление было все еще приемлемым, и поэтому Сирил Увинс смог совершить полет по кругу на малой скорости и нормально приземлиться. Причиной грохота и повреждения обшивки крыла стал разрыв кока винта при увеличении оборотов двигателя на взлете. После полета была выяснена причина разрушения обтекателя втулки винта: на ранее неокрашенный кок винта было нанесено много слоев краски, из-за которых он вышел из равновесия и лопнул. В третьем полете уже без кока винта самолет Bristol Racer летал нормально за исключением слишком большого сопротивления открытого двигателя, что серьезно ограничивало достижимую скорость. Но было очевидно, что площадь элеронов необходимо уменьшить, поскольку реакция машины на отклонение элеронов была чрезмерной.

Для четвертого полета в схему управления элеронами было введено кулачковое устройство, предназначенное для обеспечения небольших отклонений элеронов при небольших движениях ручки и постепенно увеличивающихся перемещениях по мере увеличения смещения ручки. Кулачок крепился к основанию ручки управления и реагировал на два ролика, соединенных с тросами системы управления элеронов, но жесткой связи между ручкой управления и тросами не было. Устройство хорошо работало на земле, но в воздухе нагрузка на элероны выводила ролики из контакта с кулачком, и машина на нормальных скоростях полета практически лишилась поперечного управления, но Сирил Увинс вновь смог выполнить неустойчивый круговой разворот и совершить безопасную посадку. После этого полета кулачковый механизм был удален, и было восстановлено соединение тросов с ручкой управления. В то же время площадь элеронов была уменьшена до 40% от первоначальной за счет отделения внутренних частей элеронов и прикрепления их к неподвижной части крыла.

Пока проводились эти изменения был изготовлен новый кок винта меньших размеров. Этот кок был установлен в свободно вращающейся ступице перед воздушным винтом, чтобы действовать в качестве неподвижного обтекателя. Лопасти, прикрепленные к поверхности кока, препятствовали свободному вращению в полете, и в трех последующих полетах было достигнуто статическое состояние холостого хода в качестве носового обтекателя новый кок оказался совершенно непригодным. В общей сложности было выполнено семь полетов, из которых в последних двух была зафиксирована удовлетворительная работа механизма уборки основных стоек шасси (хотя сам процесс уборки был утомительным).

После семи полетов самолет Bristol Racer больше не поднимался в воздух, поскольку никаких шансов выиграть гонки Дойч-де-ла-Мерт не было до тех пор, пока не была решена проблема с коком винта, а Сирил Увинс отказался рассматривать этот самолет для использования в качестве стенда для испытаний двигателя. Самолет Bristol Racer был разобран и был отправлен на хранение, пока в 1924 году был отправлен на слом с целью освободить место в ангаре. Еще раньше специально подготовленный двигатель был отправлен на завод компании Gnome-Rhone для установки на французского участника гонок Дойч-де-ла-Мерт 1923 года. Вскоре после этого Рой Федден начал разработку двигателя Jupiter V с состоявшим из двух частей коленчатым валом, улучшенным соединением шатунной шейки и с неразъемной кривошипной головкой главного шатуна. В конечном итоге этот двигатель был запущен в серийное производство под обозначением Jupiter VI; данный двигатель был принят не только для новых типов самолетов Королевских ВВС, но а также авиакомпанией Imperial Airways, бипланы DH.66 Hercules которой перевозили почту на линии Каир – Карачи.

источник: Chris Barnes «Bristol’s rotund racer» «Aeroplane Monthly» March 1981, pages 122-125

перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-letauschii-bochonok-gonochnyi-samolet-bristol-racer