Немецкий взгляд на тяжелый истребитель Focke-Wulf Ta 154. Часть 1. Испытания кабины пилота

На сайте «Альтернативная история» уже неоднократно были представлены материалы, посвященные как тяжелому истребителю Focke-Wulf Ta 154, так и его альтернативным вариантам. Данный винтажный материал семидесятых годов, представляющий собой немецкий взгляд на этот самолет, был переведен уважаемым коллегой NF и доработан мной. Перевод был выполнен в апреле 2016 года.

Предисловие

Для того чтобы установить показатели прочности носовой части фюзеляжа и кабины самолета Та-154 были предприняты исследования соответствующих элементов конструкции. В декабре 1942 года были проведены специальные статические испытания прочности кабины пилота, в ходе которых кабину буксировали под водой. Последовавшие затем статические испытания проводились таким образом, чтобы можно было установить границу нагрузок, при которых происходило разрушение кабины.

1 Статические испытания под нагрузкой

Для определения начальных значений допустимой нагрузки на фонарь кабины пилота Та 154 перед выполнением буксировки под водой были проведены статические испытания. Во время испытания исходили из величины нагрузки в 3540 кг/м² и угла в 6°, под которым на фонарь кабины оказывалось воздействие. Распределения создаваемого водой давления происходило следующим образом:

1) Переднее стекло фонаря без сдвижных панелей

Сосредоточенные нагрузки в 20 точках со средней величиной нагрузки 35 кг; в отдельных местах величина нагрузки доходила до 44 кг.

2) Задние стекла фонаря

Сосредоточенные нагрузки в 20 точках со средней величиной нагрузки 16 кг; в отдельных местах величина нагрузки доходила до 22 кг.

3) Среднее стекло фонаря со сдвижными панелями

Объединенные сосредоточенные нагрузки переднего и заднего стекол фонаря кабины.

прототип тяжелого истребителя Ta 154 V1

Воздействующие на фонарь пилота нагрузки измерялись при помощи динамометра. Фонарь кабины нагружали без оказания давления до j =1,8. В месте расположения сдвижных панелей последние были удалены из направляющих, но после снятия нагрузки панели были возвращены на своё место. Штатная толщина применявшихся в испытаниях плексигласовых панелей быть равна 6 мм, но при измерениях было установлено, что толщина панелей былв равна 5,5-6 мм. По результатам испытания было предложено снизить толщину задней панели до 5 мм.

Рис. 1 Фонарь кабины при статических испытаниях с пробной нагрузкой

2 Испытания буксировкой под водой на озере Алатзее, расположенном рядом с городом Фюссен

Хотя статические испытания с пробными нагрузками и дали удовлетворительные результаты, было решено провести испытания прочности фонаря кабины пилота посредством буксировки его под водой. Как уже упоминалось, в задней части фонаря кабины толщина плексигласовых панелей была снижена до 5 мм, в то время как спереди толщина панелей была сохранена равной 6 мм.

Попытки проводились при помощи буксировочного устройства FGZ на озере Алатзее (Alatsee), расположенном рядом с городом Фюссен (Füssen).

a) Конструкция буксировочного стенда

Во время проведения испытаний фонаря кабины в расчет принималось то, что на скорость потока воды у кабины будет оказывать ее циркуляция у консолей крыла. Вследствие этого было решено испытывать фонарь кабины в составе макета, представлявшего собой часть фюзеляжа самолета, к которому крепились секции центроплана крыла. Так как при буксировке центроплан крыла за счет создаваемой подъемной силы будет выталкивать фюзеляж вверх, под фюзеляжем были закреплены специальные крылья, которые компенсировали эту подъёмную силу. На законцовках специальных крыльев были установлены шайбы. Угол атаки специальных крыльев можно было регулировать посредством болтовых соединений. Поскольку наличия центроплана крыла и компенсирующих его специальных крыльев возросло общее сопротивление испытываемого макета, то величина нагрузки на испытательный стенд приблизилась к границе его мощности.

Использовавшаяся во время испытаний передняя часть фюзеляжа была изготовлена из дерева и имела соответствующую форму. Центроплан крыла изготавливался из дюралюминия и оснащался разгружающими баками (Entlastungstank). Нижнее крыло было изготовлено из клееной фанеры.

Буксируемый макет (Schleppkörper) была подвешена на испытательном стенде, конструкции которого представляла собой каркас с тремя поплавками. Стойки каркаса соединялись между собой таким образом, чтобы буксируемый макет (носовая часть фюзеляжа) могла поворачиваться относительно поперечной оси под углом ± 2,5°, что позволяло ориентироваться в соответствии с условиями его обтекания.

b) Проведение испытаний

Было проведено шесть испытаний кабины, информация о которых приведена в расположенной ниже таблице. Данные шесть испытаний были проведены для тестирования испытательного стенда и показали, что при заданных уровнях нагрузок прочность фонаря кабины была вполне достаточной.

После второго испытания клеенный шов нижнего разгружающего крыла частично разошелся и его дополнительно скрепили шурупами. При повторной установке угол атаки разгружающего крыла был уменьшен с 12° до 10°.

Во время шестого испытания была достигнута максимальная скорость, после чего разрушился клепаный шов, присоединявший шайбу к левой законцовке центроплана крыла. Возникший при этом изгибающий момент привёл к разрушению центральной части нижнего крыла, затем оторвалась шайба, установленная на правой законцовке центроплана крыле. В результате этого носовая часть фюзеляжа и фонарь кабины были повреждены. При этом также было отмечено, что изготовленный из дерева фюзеляж по мере пропитки водой становился менее прочным. Поломка испытательного макета во время шестого испытания была настолько значительной, что после этого пришлось прекратить испытания.

Буксировочное устройство FGZ не имело возможности увеличить скорость перемещения испытательного макета и поэтому нагрузка, равная нагрузке при статических испытаниях фонаря кабины (j =1,8), не была достигнута. Во время буксировки максимальная нагрузка была ограничена величиной j = 1,0.

Рис. 2 Буксировочное устройство FGZ на озере Алатзее, Фюссен

Рис. 3 Схемы фонаря кабины пилота с поперечными сечениями и таблицами деформаций (в мм)

Рис. 4 Буксировочное устройство FGZ с надвешенным испытательным макетом

Результаты, полученные в ходе испытаний, приведены в следующей таблице

№ – номер испытания
Vmax – максимальная скорость буксировки (м/с)
q – максимальное давление (кг/м²)
j – достигнутый запас прочности,
t – время от начала испытания до достижения максимальной скорости Vmax (с),
bmax – максимальное ускорение при разгоне (м/с²),
W1 – максимальнай угол атаки буксируемого макета,
W2 – угол установки нижнего крыла по отношению к буксируемому макету

3 Статические испытания носовой части тяжелого истребителя Та 154

Из тестовых и технических соображений для статических испытаний на стенде вместо поврежденного планера самолета была использована передняя часть фюзеляжа Ta 154, что, впрочем, упростило проведение испытаний. Внешние силы, воздействовавшие в полете на носовую часть фюзеляжа, во время испытаний были представлены 64-мя точками, к которым при помощи системы рычагов прилагались нагрузки. Были проведены три испытания, во время которых точки приложения нагрузок оставались неизменными. В то же время нагрузки, передаваемые на точки приложения через антенны, каждый раз менялись. Отдельные точки приложения нагрузки были выделены особо. Испытания показали, что безопасными, т.е. не приводящими к разрушению, являются нагрузки величиной до j = 2,0. Крепёжные элементы (скобы) антенн, через которые передавались нагрузки, были усилены сразу перед началом испытаний, так как нагрузке равной j = 1,2 крепление становилось недостаточно жестким и изгибалось в верхней правой части.

Рис. 5 погружаемый в воду макет фюзеляжа

Рис. 6 Болтовые соединения нижнего крыла после второго испытания

Рис. 7 Концевая секция левой части центроплана крыла после шестого испытания

Рис. 8 Получившая пробоину носовая часть фюзеляжа

Рис. 9 Получивший повреждения испытательный макет с разрушившимся фонарем кабины пилота

Рис. 11 Расположение носовой части Та-154 на испытательном стенде. Справа сверху можно увидеть кресло пилота при продолжительных нагрузках

Рис. 12 Схемы антенн, через которые нагрузки передаются на носовую часть Та-154

Рис. 13 Схемы воздействия на переднюю часть фюзеляжа нагрузок от набегающего потока воздуха

Рис. 14 Передача нагрузок с антенны на крепления антенны. На снимке видно усиленное крепление антенны и между двумя точками крепления антенны виден старый крепёжный элемент

Усиленные крепления антенн лучше выдерживали требуемые нагрузки. Передняя часть фюзеляжа и крепление антенны можно было, не опасаясь повреждений и деформаций, использовать при передаче нагрузок, величине которых доходила до j = 2,0.

Источники:

• Versuchs-Nr. 13 3433 vom 12. 8. 1944: Statische Belastung und Unterwasserschleppversuch, Einstieghaube Ta 154
• Versuchs-Nr. 13 3625 vom 13. 5.1944: Rumpfbug Ta 154, Stat. Belastung

источник: «Haubenerprobung Tank Ta 154» «Luftfahrt International» 07

Часть 2