Монстры из Далмьюира. Часть 1 Опытная британская летающая лодка Beardmore Inverness
Статья известного британского историка авиации Филипа Джарретта «Dei Monster von Beardmore» из журнала «FLUGZEUG CLASSIC» 04/2002 была переведена уважаемым коллегой NF и немного доработана мной. Перевод был выполнен в апреле 2017 года.
Предисловие редакции: Немецкие авиастроители Хуго Юнкерс, Клаудиус Дорнье и Адольф Рорбах в 1920-е годы стали первопроходцами в области постройки цельнометаллических самолетов. По заказу англичан Адольф Рорбах разработал летающую лодку Inverness, чьи летные данные не уступали ее неприглядному внешнему виду.
Адольф Карл Рорбах с самого начала своей карьеры авиаконструктора и авиастроителя занимался разработкой больших самолетов. После работы на кораблестроительной верфи компании Blohm & Voss, Гамбург, в 1914 году он перешел на работу на предприятие Zeppelin-Werken, Фридрихсхафен. Здесь он познакомился с Кладиусом Дорнье и вместе с ним занимался разработкой большой летающей лодки Rs II.
В 1917 году Адольф Рорбах был переведен в расположенный в Штаакене филиал компании Zeppelin, где на заводе Staaken Zeppelin Werke работал конструктором и в 1919 году заменил на своем посту главного конструктора Александра Бауманна (Alexander Baumann). К этому времени его имя уже стало известно благодаря большому четырехмоторному пассажирскому цельнометаллическому самолету-высокоплану Staaken E 4/20 – первому современному самолету гражданского назначения.
Пассажирский самолет Staaken E 4/20 имел гладкое свободнонесущее цельнометаллическое крыло, основу силового набора которого составлял коробчатый лонжерон. В крыле E 4/20 основная нагрузка воспринималась металлической обшивкой («несущая внешняя обшивка»). Адольфу Рорбаху удалось сделать свои самолеты меньшими по размеру и, относительно их веса, компактными благодаря чему стало возможным использовать тяжелые металлические конструкции. Благодаря этому удалось создавать более обтекаемые и более эффективные конструкции. Работы Адольфа Рорбаха серьезно повлияли на самолетостроение США. В 1922 году в Берлине была основана компания Rohrbach Metallflugzeugbau с расположенным в Копенгагене дочерним предприятием, получившем название Rohrbach Metal Aeroplane Co A/S. Постройка самолетов в Дании позволяла избежать запрета со стороны союзников на соответствующую деятельность в Германии. Предприятие производило ряд передовых пассажирских и транспортных цельнометаллических самолетов, среди которых особенно выделялись трехмоторные Ro VIII Roland и летающие лодки Rocco и Romar.
Хотя британские авиастроительные компании также занимались экспериментами с цельнометаллическими самолетами, от официальных властей, отдававших предпочтение традиционным цельнодеревянным конструкциям с полотняной обшивкой. В начале 1920-х годов британское правительство, запретившее после войны немецкое авиастроение, обратило внимание на разработанные Адольфом Рорбахом конструкции.
Несмотря на запреты Версальского договора компания Rolls-Royce уже поставляла свои двигатели для летающих лодок конструкции Адольфа Рорбаха необходимые для некоторых летающих лодок, а в 1923 году по распоряжению британского министерства авиации был выдан контракт на постройку гигантского самолета BeRol Inflexible наземного базирования (об этом будет подробно рассказано во второй части данной статьи). Затем в 1924 году британцы у Адольфа Рорбаха заказали две летающие лодки Ro IV, представлявшие собой дальнейшее развитие летающих лодок типа Ro III. Над этими конструкциями целеустремленно работал молодой и тогда еще неизвестный Курт Танк.
Курт Танк спросил у представителя британского министерства авиации Уильяма Фрэнсиса Форбса-Семпилла (с 1935 года 19-й лорд Семпилл): кто будет назначен ответственным за летные испытания при передаче летающих лодок Ro IV. Форбсу-Семпиллу удалось выяснить, что самолеты должны быть испытаны в Экспериментальном центре морской авиации (Marine Aircraft Experimental Establishment – MAEE), Феликстоу, и затем должны быть отправлены на слом. Говорят, что Уильям Форбс-Семпилл сказал следующее:
«Мы не считаем нужным продолжать дальнейшее совершенствование самолетов этого типа. Во-первых, мы не доверяем монопланам и, во вторых, самолет, конструкция которого полностью состоит из металла, очень тяжелый. С уверенностью можно утверждать, что самолеты будущего будут бипланами».
Если эта цитата верна, то она свидетельствует о том как мало изменились британские представления того времени, в то время как в конструкции самолетов произошли значительных изменений. Конструкции из древесины стали вытесняться металлическими, и на первый план все больше и больше выходили монопланы. Эти разработки были предметом многих обсуждений и экспериментов в британской авиационной промышленности.
В 1924 году компания William Beardmore и Co Ltd, Далмьюир (Dalmuir), специализировавшаяся на судостроении и тяжелом машиностроении, вновь открыла свои ворота после закрытия в 1921 году и благодаря лицензии, приобретенной у компании Rohrbach, приступила к постройке самолетов. Возможно это было сделано по инициативе британского министерства авиации. Обе летающие лодки Ro IV были произведены по заказу №532865/24 от 22 ноября. Официальное название самолетов – BeRo2 Inverness (одна из попыток избежать открытого нарушения условий Версальского договора?). Летающие лодки Inverness были построены в соответствии со спецификацией №20/24 и вместо двигателей фирмы Rolls-Royce Eagle, устанавливавшихся на самолетах Ro IIIA, предполагалось использовать два W-образных 12-цилиндровых двигателя с водяным охлаждением Napier Lion V, развивавших на взлете по 450 л.с.. Летающие лодки Inverness получили военные номера N183 и N184.
Как стало известно позднее, первая летающая лодка Ro IV Inverness N183 была построена в Берлине компанией Rohrbach. По-видимому этот самолет был построен в соответствии с британскими строительными нормами и правилами. Сборка летающей лодки была выполнена на предприятии в Каструпе (Kastrup), Копенгаген, где этот самолет и совершил свой первый полет. Из-за небольшого недоразумения взлет был выполнен позднее, чем планировалось, после чего самолет взял курс на Британию. На аэродроме морской авиации флота Нидерландов Де-Мок (De Mok), остров Тексель, были пополнены запасы топлива и масла. После беспосадочного перелета протяженностью 970 километров экипаж достиг Феликстоу 18 сентября 1925 года. Во время посадки летающая лодка по случайному совпадению привлекла к себе внимание представителей прессы, которые собралась для того чтобы посмотреть на новый гидросамолет Gloster III, подготовленный для участия в гонках на кубок Шнейдера.
В газете было написано, что компания Beardmore «практично» построила все свои машины на мощностях компании Rohrbach,однако в журнале «Flight» можно было прочитать:
«…хотя часть самолетов Beardmore-Rohrbach строились на предприятии в Далмьюире, Министерство авиации хотело получить самолет как можно раньше и поэтому на острова была доставлена одна из построенных в Дании машин».
В газете «Daily News» считали, что несмотря на приобретение Inverness для испытаний, самолет данного типа мог использоваться Королевским флотом в качестве морского самолета-разведчика.
Летающая лодка Inverness имела далеко не элегантный внешний вид: угловатый фюзеляж прямоугольного сечения с металлической обшивкой (обшивка не была несущей) и прямоугольное хвостовое оперение.
Руль направления был оснащен смещенной вперед компенсирующей поверхностью – флеттнером. Вертикальные угловатые рули не имели разгружающих поверхностей и располагались на половине высоты киля. Угловатое подкосное горизонтальное оперение не имело компенсации и размещалось примерно на половине высоты киля. Сам киль вертикального оперения размещался на дюралюминиевой пирамиде и в случае выхода из строя двигателя мог быть перемещен для балансировки, служа в качестве противовеса и помогая пилоту в уравновешивании возникающего крутящего момента.
Прямое крыла с размахом 28,6 метров крепилось к фюзеляжу; элероны крыла также были сбалансированными. Большой угол поперечного V обеспечивал летающей лодке хорошую поперечную устойчивость и предотвращал касание законцовками крыла поверхности воды.
Силовая установка летающей лодки состояла из двух 450-сильных двигателей Napier Lion, расположенных в коробчатых «обтекателях» и установленных на стойках вблизи от корневых частей консолей крыла. Такое расположение двигателей позволяло снизить разворачивающий момент вследствие разной мощности, развиваемой двигателями. Двигатели приводили в движение деревянные двухлопастные воздушные винты. Для технического обслуживания на верхней части крыла был обеспечен удобный доступ к двигателям. Наряду с четырьмя топливными баками, имевшими суммарную емкость 2500 литров и находившимися в центроплане крыла за центральным кессоном, в передней кромке крыла располагались два топливных бака емкостью 156 литров. Под каждым моторным капотом располагался расходный бак емкостью 120 литров и масляный бак емкостью 56 литров.
Двухреданный фюзеляж, имевший плоские боковые стенки и днище, выглядел очень странно для наблюдателей, привыкших к более элегантным формам. В журнале «Flight» было отмечено:
«…плоскостенная конструкция планера исполнение упрощает цельнометаллическую конструкцию и позволяет без больших издержек крепить металлическую обшивку».
Поперечная устойчивость на поверхности воды обеспечивается двумя большими подкрыльевыми поплавками. Стойки поплавков крепились под крылом несколько дальше от его корневых частей, чем двигатели. Вся структура стоек и поплавков состояла из высоконагруженных дюралюминиевых крепежных элементов со специальной защитой от коррозии.
Основу конструкции крыла составлял центральный широкий коробчатый лонжерон, образовывавший большую часть несущей поверхности и разделенный технологически на верхнюю и нижнюю части. К этому коробчатому лонжерону крепились кессоны, образованные из покрытых обшивкой ненесущих носков и хвостовых частей нервюр. В целях технического обслуживания передняя и задняя части крыла могли при помощи шарниров отклоняться вниз. Топливные баки были расположены в задней части профиля крыла. Большой вытянутый по длине радиатор был расположен между двигателями на верхней поверхности крыла.
Экипаж летающей лодки состоял из четырех человек, двое из них в находились в открытой кабине, один в носу в оборонительной установке и еще один в оборонительной установке, расположенной в районе хвостового оперения.
Адольф Рорбах подчеркивал, что Ro IV очень устойчив и способен долгое время – даже в самую ненастную погоду – лететь самостоятельно без корректировки со стороны пилота. По данным компании-изготовителя были возможны беспроблемный полет с одним работающим двигателем и разворот в сторону неработающего двигателя.
Хотя летающая лодка Inverness представляла собой многообещающую конструкцию, проведенные в Феликстоу тяжелые испытания вскоре выявили большое количество недостатков конструкции и сборки. Соединение между балкой хвостового оперения и самим хвостовым оперением ослаблялось вследствие вибраций, после чего компания Beardmore в соответствии с предложением от Королевского авиационного НИИ (Royal Aircraft Establishment – RAE) усилило этот элемент конструкции. Однако вскоре после этого слабые места появились вновь. В RAE относились к летающей лодке Inverness с некоторым скепсисом и поставили под сомнение немецкие расчеты прочности.
Несмотря на нанесение защитного слоя эмалевой краски дело дошло до тяжелой коррозии, которую не удалось устранить даже несмотря на постоянную починку. Недовольство стало еще большим, когда вместо немецкого шасси самолет был установлен на местную выкатную тележку. Внутри летающей лодки также возникла коррозия. Причиной появления коррозии внутри самолета было небрежение мерами противодействия водяным брызгам, особенно в корневых частях крыла.
Детали, необходимые для решения этой задачи, были описаны как
«без необходимости тяжелые и без сохранения прочности».
Металлическая обшивка потеряла свою гладкую поверхность, и носки нервюр выпирали наружу.
Гладкая нижняя поверхность корпуса лодки создавала настолько большое количество брызг, что даже высокое расположение двигателей и два редана не спасали воздушные винты от брызг воды. Предполагалось, что не имевшие клиновидного сужения реданы фюзеляжа испытывали высокую нагрузку и не выдерживали ударов при посадке на воду. Необходимый после этого ремонт увеличил вес, а фюзеляж постепенно стал все больше терять герметичность. Уже при легком волнении на поверхности моря передняя оконечность была склонна к погружению в воду.
Топливная система была сложной, и доступ к ней был затруднен. При техническом обслуживании двигателей моторные капоты было необходимо полностью снимать, доступ к рычагам регулировки мощности был возможен только после разборки коробчатого лонжерона крыла и демонтажа топливных баков. Измерение топлива оказалось невозможным, так как уровень давления топлива был незначительным для использования в полете расходомеров.
По сравнению с созданными примерно в это же время британскими гидросамолетами English Electric Kingston, летающая лодка Inverness имела явно худшие летные характеристики. Управляемость на высоких скоростях была хорошей, но по мере снижения скорости управляемость сильно снижалась и на малых скоростях, несмотря на сильно выраженное поперечное V крыла, управляемость оценивалась как
«опасно неустойчивая».
В одном докладе было указано, что
«Можно было предположить что руль был не достаточно эффективным в сравнении с нормальным самолетом в пределах рабочей высоты полета».
Испытания при высоком волнении из-за высокой скорости посадки были невозможны. Однако маневренные качества на поверхности воды в категории двухмоторных самолетов были оценены как
«несколько выше среднего уровня».
Элементы системы управления были расположены плохо, сиденья были неудобными, и наблюдать за показаниями приборов было тяжело. Единственной возможностью общения для членов экипажа было перебраться друг к другу по фюзеляжу. В итоге испытатели МАЕЕ пришло к заключению:
«Не достаточная для военного самолета нагрузка вместе с плохими летными характеристиками и недостаточная управляемость для военного самолета стали причиной того, что использовать этот самолет как боевой или гражданский не имеет смысла».
Хотя у ряда представителей МАЕЕ имелось мнение, что для устранения многих из этих недостатков можно будет найти решение, в целом данный самолет с конструктивной точки зрения считался неудачным из-за высокой удельной нагрузки на крыло и недостаточной прочности реданов.
Так как летные характеристики гидросамолета Inverness оказались ниже ожидаемых, RAE провело несколько серий испытаний в аэродинамической трубе. Во время первого испытания в 1926 году
«исследовались форма и положение планера в горизонтальном полете».
В ходе данных испытаний ставилась задача определить причину низкой скорости полета (максимальная скорость полета у N183 была равна всего 177 км/ч). В масштабе 1:25 была построена модель без моторных гондол, поплавков, хвостового оперения и стоек, после чего было исследовано аэродинамическое сопротивление фюзеляжа с переменным углом установки крыла. Не смотря на
«значительный эффект масштаба»
было установлено, что
«форма кабины пилотов и положение фюзеляжа создают значительное аэродинамическое сопротивление. Однако данные качества … являются недостаточными для того, чтобы полностью объяснить полученный эффект».
В докладе был сделан вывод:
«причину [плохих летных характеристик] следует искать в другом направлении».
При последующих испытаниях было исследовано аэродинамическое сопротивление, создаваемое поплавками, моторными гондолами и радиаторами, а также было исследовано возмущение воздушного потока, создаваемого крылом и моторными гондолами в пространстве за воздушными винтами. В ходе испытаний было установлено, что аэродинамическое сопротивление поплавков и гондол
«не является слишком большим»,
хотя изменение угла установки гондол относительно крыла могло бы дать некоторое преимущество, и линия потока воздуха от воздушных винтов улучшила бы показатели скорости. Немного неожиданным было значительное аэродинамическое сопротивление расположенного между двигателями радиатора. Оказалось, что ускорение потока воздуха за этим крупногабаритным объектом увеличивало сопротивление радиатора на 37% (испытания аэродинамического сопротивления радиатора проводилось не изолированно от других элементов конструкции).
Разумеется, в отчете об испытаниях вновь было указано:
«проведенные испытания не разъяснили ситуацию касавшуюся летных данных»
и было предложено проводить испытания при вращающихся воздушных винтах для того чтобы выяснить насколько снижена эффективность воздушных винтов компании Schwarz (не были приняты AID) в зависимости от расположения относительно несущих плоскостей и моторных гондол.
Испытания проводились с выполненной в масштабе 1:9 моделью воздушного винта и дополнительно были проведены испытания по определению зависимости от расположения относительно крыла. Моторная гондола летающей лодки Inverness была установлена на частной модели летающей лодки Inverness. В ходе испытаний было установлено, что КПД воздушного винта очень низкое и составляет всего 66% от установленного изолированно. Также было обнаружено, что винт обладает
«необычайно большим профильным коэффициентом сопротивления».
Затем моторные гондолы были приподняты примерно на 30 см и по данным RAE летные характеристики возросли на 2%. Этот заключительный доклад установил причину, по которой характеристики летающей лодки Invernes были низкими. В докладе было указано, что низкие летные данные самолета вызваны низким КПД воздушных винтов, неподходящим их профилем и высокой скоростью вращения законцовок лопастей. Другими ошибками были установка воздушных винтов относительно крыла и слишком большой угол установки крыла относительно фюзеляжа (снижение угла установки крыла до 5,7° привело бы к снижению величины аэродинамического сопротивления на 36 кгс при скорости полета 177 км/ч и таким образом привело бы к снижению суммарного аэродинамического сопротивления на 4,4%), а также
«излишне высокое»
аэродинамическое сопротивление радиатора и очень высокое аэродинамическое сопротивление кабины пилотов.
Примерно через год испытаний N183, когда летная карьера машины была завершена, суммарное полетное время самолета составило 32 часа. За время тестирования машины ее вес возрос с 5670 кг до 6000 кг.
Затем самолет проходил в RAE испытания на надёжность под нагрузкой
«Для оценки прочности самолетов с отличительными конструктивными признаками, характерными для Адольфа Рорбаха».
20 мая самолет N183 перевернули днищем кверху и установили на козлы. Фюзеляж и крыло касались козел обшивкой крыла и фюзеляжа и верхними частями моторных гондол. Фюзеляж был усилен изнутри
«для того чтобы распределить нагрузку»
и под хвостовое оперение была установлена подпорка. Также принимался во внимание вес топлива, размещенного в несущих поверхностях. Целями данных испытаний являлись установление эффекта скручивания при небольших изменениях центра давления и исследование крыла при смещенном вперед центре давления.
Нагрузку осуществляли при помощи мешков со свинцовой дробью. При весе в 6915 кг у правой консоли крыла на ее верхней половине в середине размаха началось образование легких волн. Крыло без поломки выдержало нагрузку 10050 кг. Затем вес нагрузки увеличили до 11065 кг и стали сдвигать раму, на которой лежало крыло, к законцовкам крыла. После этого крыло сломалось вследствие разрушения лонжерона в районе крепления внешних стоек моторной гондолы. Предположительно разрушение произошло в результате растяжения фланцевых крепежных элементов в передней части лонжерона. Этот тест, во время N183 пришел конец, однозначно подтвердил, что прочность структуры была выше чем требовалось в спецификации.
В то время когда MAEE в Феликстоу основательно проверяло первую летающую лодку Inverness, фирма Beardmore в Далмьюире построила более совершенный второй гидросамолет, получивший военный номер N184. Постройка второй летающей лодки была выполнена одновременно с самолетом-гигантом Inflexible, предназначенным для использования с сухопутных аэродромов. Одновременно завод в Далмьюире должен был ремонтировать построенные компанией Rohrbach самолеты и при необходимости провести их модернизацию. Но это была не единственная проблема. Компания Booths, поставлявшая дюралюминий для постройки летающей лодки Inverness и тяжелого бомбардировщика Inflexible, поставляла листы обшивки с большей толщиной, чем заказывала компания Beardmore.
Главный конструктор компании Beardmore У. С. Шаклтон (W. S. Shackleton) установил, что обшивка в носовой части самолета-гиганта Inflexible была на 0,25 мм толще чем требовалось. Компания Booths изготовила эти листы более толстыми, чем требовалось для компании Beardmore. Поскольку заказ на листы дюралюминия был выполнено не по площади, а по весу, то поэтому что ширина изготовленных компанией Booths листов не была постоянной. Один из сотрудников компании Beardmore вспоминал, что поставщики из Германии получили заказ на листы дюралюминия стоимостью в 7 млн. фунтов, но не стали перенастраивать свои прокатные станы на нужную компании Beardmore толщину. Конечно, это коснулось и летающей лодки Inverness N184.
Постройка самолета-гиганта Inflexible и летающей лодки Inverness продолжалась 3 года, и в ноябре 1928 года N184 был готов. К этому времени летающая лодка Inverness N183 перестала существовать. 30 ноября летающая лодка Beardmore Inverness краном была опушена на поверхность реки Клайд (Clyde), поплыла по реке рядом с предприятием в Далмьюире и затем выполнила первый полет.
Во время испытаний N183 компания Beardmore получила некоторые отдельные данные результатов испытаний и соответствующим образом смогла модифицировать строящийся самолет. В результате этого между N183 и N184 возникли заметные на глаз различия. Большой низкий радиатор, расположенный между двумя двигателями, был заменен двумя трубчатыми радиаторами компании Serck. Новые радиаторы располагались под моторными гондолами под углом к продольной оси. Подвод воздуха к радиаторам регулировался с помощью треугольных фронтально расположенных крышек. Система подачи топлива была переделана, и гондолы двигателей были приподняты в соответствии с требованиями RAE. Поплавки имели меньший установочный угол и крепились к крылу посредством диагональных стоек. Носовая оконечность в своей нижней части и на боковых кромках днища получила три тяжелых продольных фермы, проходивших от кабины пилотов до первого редана. Предположительно такая форма носовой оконечности должна была снизить количество брызг и увеличить прочность корпуса лодки. Затем был установлен руль направления с большой длиной хорды и смещенной назад осью шарнира. Благодаря новому рулю направления установка флеттнера (как на N183) была излишней.
Несмотря на все изменения N184, согласно данных MAEE, был равен 5970 кг и оказался даже больше чем вес N183. Логическим следствием этого стало еще больше снижение летных характеристик, некоторые параметры которых были оценены как
«исключительно плохие».
Усилия, прилагаемые к элеронам, были тяжелыми, и как следствие при наклоне относительно продольной оси самолет держался хуже чем N183. Эффективность руля направления уже на средних скоростях практически отсутствовала. В противоположность эффективность рулей высоты была хорошей. Полеты на малой скорости были почти невозможны, а полеты на маршрутах большой протяженности были
«крайне утомительными»
особенно при неспокойных погодных условиях. В неспокойном море наблюдалась тенденция к
«подбрасыванию самолета в воздух»
до того как была набрана необходимая для взлета скорость отрыва. Вследствие неэффективного руля направления посадка на воду была возможна не скоростях не менее 115-130 км/ч. Неудобное сиденье пилота снова было подвергнуто критике, равно как и доступ к агрегатам для технического обслуживания, который был раскритикован еще резче.
Неудовлетворительная оценка самолета со стороны MAEE была изложена в отчете, датированным апрелем 1929 года. Примерно в это же время было указано, что техническое обслуживание самолета во время первых испытательных полетов требовало необычайно много времени и что испытания на определение летных характеристик были признаны нецелесообразными. После этого испытания Inverness N814 были завершены, и самолет был отправлен на слом.
Продолжение в следующем выпуске журнала.
ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Тип: Beardmore Inverness
Назначение: экспериментальная летающая лодка
Статус: единичное производство
Экипаж: 4 чел.
Силовая установка: два 12-ти цилиндровых трехрядных двигателя жидкостного охлаждения Naper Lion V, развивавших на взлете при 2000 об/мин мощность по 450 л.с.
Размеры:
размах крыла (без балансировочных рулей) 28 м
длина 17,2 м
высота 5,2 м
длина хорды крыла 2,64 м
площадь крыла 72,8 м²
угол поперечного V – 6°
Масса:
N183 | N184 | |
пустого, кг | 4350 | 4800 |
взлетный, кг | 5670 | 5970 |
удельная нагрузка на крыло, кг/м² | 89,2 |
Летные характеристики:
максимальная скорость на уровне моря (N183) 180 км/ч
скороподъемность 2,9 м/с
практический потолок 2670 м