Несостоявшийся «Мистер истребитель 1938 года». Палубный самолет Grumman XF5F-1 Skyrocket. Часть 2

Несостоявшийся «Мистер истребитель 1938 года». Палубный самолет Grumman XF5F-1 Skyrocket. Часть 2

Содержание:

Рабочий проект

Чтобы исправить это, Хаттон для начала сделал новое двухкилевое оперение. Высота самолета на стоянке уменьшилась, вместе с тем аэродинамики обещали, что статические моменты в каналах рыскания и тангажа при короткой хвостовой балке и маленьких габаритах шайб килей будут достаточны, так как их эффективность повысится благодаря взаимному влиянию и обдуву воздушными винтами.

В окончательном проекте самолета было сделано двухкилевое оперение, которое позволило уменьшить не только высоту машины на стоянке, но и размах горизонтального оперения – за счет роста его эффективности благодаря наличию концевых килей-шайб. Фото: dieselpunks.org

Горизонтальное оперение было установлено со значительным положительным углом поперечного V, и с ростом угла атаки, когда средняя часть стабилизатора попадала в зону скоса потока за крылом, достаточная часть руля высоты всегда оставалась незатененной.

Вертикальное оперение было установлено так, что при отказе одного мотора уменьшение нормальной силы на киле с той же стороны должно было уменьшать разворачивающий момент, возникающий из-за асимметрии тяги.

Сопротивление классической двухмоторной компоновки самолета получалось значительно больше, чем одномоторной, и Хаттон вынужден был пойти на ее дальнейшие изменения. Как любил говаривать выдающийся советский авиаконструктор В.М. Мясищев, самолет обтекается с носа. Действительно, форма носовой части влияет не только на аэродинамику остального фюзеляжа, но и на среднюю часть крыла, которая дает львиную долю подъемной силы и сопротивления самолета, по сути, определяя его аэродинамическое качество. А если мы посмотрим на типовую картину распределения давления вдоль профиля крыла, то увидим, что наибольший вклад в создание подъемной силы вносит носок профиля примерно до 25-30% хорды. Это навело на мысль сдвинуть обычно выступающую вперед носовую часть фюзеляжа за переднюю кромку центроплана и теперь поток стал обдувать ее всю.

Такой фюзеляж без выступающей вперед носовой части и с короткой хвостовой балкой конструкторы назвали «рудиментарным».

Фюзеляж истребителя XF5F-1 с невыступающей за переднюю кромку крыла носовой частью был назван конструкторами «рудиментарным». За счет этого Хаттон и его подчиненные надеялись улучшить обтекание крыла и аэродинамическое качество всего самолета. Фото: collections.naval.aviation.museum

Теперь осталось придумать, как передать на центроплан изгибающий момент от веса хвостовой балки и от аэродинамических сил на оперении. Площадь шпангоута №1, который соединялся с не с 1-м лонжероном крыла, а со 2-м, получилась слишком маленькой, и согласно теореме Бретта для передачи действующих в этом месте касательных усилий на маневре с предельной перегрузкой потребовалось увеличить сечение поясов этого шпангоута. К тому же в касательные напряжения преобразовывалась только часть усилий, приходивших на этот шпангоут, а остальная сила оставалась нормальной и стремилась изогнуть его в плоскости стенки.

Плоская пластина, как известно, в своей плоскости не работает, в этом легко убедиться, взяв в руки обычный лист картона или жести. И чтобы соединить конструкцию двухлонжеронного крыла и фюзеляжа типа полумонокок в единое целое и чтобы этот стык воспринял все действующие нагрузки, пришлось «скрестить» подкрепленную шпангоутами оболочечную силовую схему с фермой, пожертвовав массой. Но этот нежелательный прирост пришелся на зону, близкую к центру масс и почти не повлиял на динамические инерционные характеристики установки. Такая комбинированная конструкция оказалась удобной для крепления вооружения – она хорошо воспринимала вес и усилия отдачи пулеметов.

Для того, чтобы связать силовые схемы крыла и короткой рудиментарной носовой части с очень маленькой площадью переднего силового шпангоута пришлось подкрепить полумонококовый каркас хвостовой части фюзеляжа довольно тяжелой трубчатой фермой. Фото: collections.naval.aviation.museum

Силовая ферма, соединявшая полумонококовую хвостовую балку фюзеляжа самолета XF5F-1 с нервюрами и лонжеронами центроплана крыла – вид спереди. Фото: collections.naval.aviation.museum

Остальные решения были приняты в классическом стиле. Самолет имел традиционные поверхности управления с триммерами-сервокомпенсаторами во всех каналах. Для улучшения взлетно-посадочных качеств был применен закрылок. Шасси выбрали обычным трехопорным с убираемыми назад основными стойками и неубирающимся хвостовым колесом. Был и обычный для палубного самолета тормозной гак.

Основная стойка шасси самолета XF5F-1 имела рычажную схему с боковым и задним ломающимся подкосом. На фото также видны системы ее уборки-выпуска и крепления к каркасу планера. Фото: collections.naval.aviation.museum

Установка радиатора маслосистемы мотора (он имеет цилиндрическую форму) технологически входила в сборку основной стойки шасси – для него не нужно было отдельное крепление. Фото: collections.naval.aviation.museum

Неубирающаяся хвостовая опора шасси самолета XF5F-1 с жидкостно-газовым амортизатором без обтекателя (хвостовой кок фюзеляжа также снят). Над ней видна тяга управления рулем высоты. Фото: collections.naval.aviation.museum

Та же хвостовая опора шасси самолета XF5F-1 в обтекателе. Для зарядки амортизатора гидравлической жидкостью и газом (использовалась углекислота) снимать обтекатель и хвостовой кок фюзеляжа было не нужно – доступ к штуцерам открывал большой и удобный люк. Фото: collections.naval.aviation.museum

В то время американские самолеты с верхней палубы авианосца взлетали без помощи катапульты, но эти устройства устанавливались на ангарной палубе. Это были стандартные поворотные паровые катапульты как на линкорах и крейсерах – самолет (в данном случае – с убранными шасси) ставился на ее тележку кран-балкой и «выстреливался» через большой проем, открывавшийся в борту ангара. Это должно было укорить взлет всей авиагруппы корабля по тревоге, но на самом деле лишь препятствовало подъему самолетов наверх на полетную палубу, поскольку все работы в ангаре в зоне подготовки к взлету с катапульты и вокруг нее прекращались в лучшем случае на 15-20 минут. Тем не менее, на самолете XF5F-1 были установлены крепления к тележке катапульты и зацепы для ее толкателя в хвостовой части у гака.

Тормозной гак под хвостовой частью фюзеляжа палубного истребителя XF5F-1 в убранном (поджатом) положении. Фото: collections.naval.aviation.museum

Он же в свободном выпущенном положении – как перед зацепом за трос аэрофинишера. Фото: collections.naval.aviation.museum

Узел крепления к толкателю паровой катапульты для взлета с ангарной палубы авианосца. Фото: collections.naval.aviation.museum

Пилотажные приборы обеспечивали полеты над морем, но только днем и в простых метеоусловиях. Связное и кислородное оборудование было таким же, как у обычного одномоторного истребителя. Самолет полностью отвечал требованиям моряков по обеспечению аварийной посадки на воду. Он был загерметизирован, снабжен надувными баллонетами, резиновой лодкой и стандартным неприкосновенным аварийным запасом.

Статический экземпляр для прочностных испытаний машины с двухкилевым оперением и «рудиментарным» фюзеляжем с высоким гаргротом был летом 1938 года предъявлен Заказчику. На этом этапе военные моряки его предварительно одобрили, не высказав замечаний, касающихся компоновки, разве что не было согласия в составе вооружения.

Палубный истребитель XF5F-1 в первоначальном виде с кабиной с гаргротом – как на большинстве самолетов 30-х гг. Но оперение уже двухкилевое. На снимке экземпляр самолета, строившийся для статических прочностных испытаний. Фото: dieselpunks.org

Спецификация SD-112-14, а затем SD-260 предусматривала установку двух пулеметов типа .30 M2 AN под патрон 7,62 мм и двух крупнокалиберных .50 M2 AN, которые можно было бы заменить двумя пушками «Мадсен» калибра 23 мм, но они не помещались в «ампутированной» носовой части и конструкторы фирмы «Грумман» сделали только пулеметный вариант вооружения. В таком варианте секундный залп падал в 1,5 раза, но дульная мощность росла на 15% и появлялась возможность уложиться в довольно жесткий лимит веса всей установки с креплениями и патронными ящиками – не более 175 кг, потому Заказчик не выказал особого огорчения. То, что такой вариант вооружения был утвержден только в феврале 1939 г., было связано лишь с тем, что в заседаниях макетной комиссии был сделан перерыв, о причинах которого мы скажем ниже.

Короткая носовая часть фюзеляжа самолета позволяла приблизить установку вооружения к кабине пилота, сократив длину пневмомеханической проводки управления спуском и перезарядкой. Фото: collections.naval.aviation.museum

Боекомплект крупнокалиберных пулеметов составлял по 200 патронов, а пулеметов калибра 7,62 мм – по 500. С предложенным Лероем Грумманом вооружением истребитель F5F сохранял примерно семикратное огневое превосходство над основным истребителем ВМС Японии в конце 30-х гг. Мицубиси А5М4. Сухопутные противники также отставали. Немецкий Мессершмитт Bf 109E-1 проигрывал ему по залпу вдвое, а по дульной мощности более чем в 2,5 раза, а итальянский Макки М.С. 200 – почти в три и четыре раза соответственно.

Ящики для боекомплекта самолета XF5F-1: вверху на 500 патронов калибра 7,62 мм, внизу – на 200 крупнокалиберных. Фото: collections.naval.aviation.museum

Однако на фоне модернизированных пушечных истребителей потенциального противника F5F с его пулеметами выглядел уже не столь убедительно. Секундный залп у Мицубиси А6М2 и Мессершмитт Bf 109E-4 получался более чем в 1,5 раза тяжелее. По дульной мощности «Скайрокет» был все еще сильнее и их, но если его превосходство перед «Зеро» превышало 60%, то «мессер» с пушками в крыле уступал ему только 15%. В проекте нового итальянского Макки М.С. 202 пушек по-прежнему не было, и он бы проигрывал F5F более существенно.
Соотношение мощи вооружения атакующего истребителя G-34 и оборонительных установок бомбардировщиков потенциального противника было еще более впечатляющим, чем в случае с истребителем Белл XFL-1. Японские легкие бомбардировщики на любом ракурсе атаки проигрывали «с гарантией» даже с учетом того, что стрелок подвижной установки имеет определенные преимущества в прицеливании своего оружия.

Дальние бомбардировщики Японии были вооружены несколько лучше, но и над ними истребитель G-34 сохранял полное превосходство в огневой мощи. С учетом указанных выше недостатков бомбардировщиков G3M, G4M и Ki-21, которые были свойственны работам как отделения морской, так и сухопутной авиации создавшего их концерна «Мицубиси», при таких соотношениях дульной мощности и секундного залпа, которые давали четыре американских крупнокалиберных пулемета и оборонительное вооружение этих японских самолетов фугасное действие снаряда уже не играло существенной роли.

Отсек вооружения палубного истребителя XF5F-1 был сделан установлено достаточно удобным с точки зрения монтажа и обслуживания, но места в нем для установки чего-то более мощного, чем пулеметы калибра 7,62 и 12,7 мм, там не оказалось. Фото: collections.naval.aviation.museum

Определенное значение имела возможность стрелков пушечных установок открывать прицельный огонь раньше, чем G-34 мог бы выйти на дистанцию эффективного применения, причем японцы разрабатывали уже пушку Тип 99-2 с удлиненным стволом и улучшенной баллистикой. Но в то время американцы о ней могли еще и не знать, по крайней мере, этот вопрос пока не педалировался их разведкой.

Соотношение сил в возможной дуэли G-34 и с немецкими легкими бомбардировщиками Юнкерс Ju 87, и с итальянскими Капрони А.Р.1 или Бреда Ва.65 также было бы в пользу груммановского истребителя. Даже Ва.65 с его сравнительно мощным крыльевым вооружением выглядел бы бледно в лобовой дуэли с самолетом G-34. А на остальных ракурсах разница в огневых параметрах была явно в пользу американца. Живучесть этих самолетов по мнению конструкторов фирмы «Грумман» не требовала установки пушек.

Средние бомбардировщики Германии и Италии были вооружены лучше японских, но и здесь больше надежды было на живучесть этих самолетов – для их надежного поражения пушка уже не мешала бы. Она дала бы и возможность открывать прицельный огонь с большей дистанции, ведь Хейнкель 111 вооружался 20-мм орудием MG FF, представлявшим в своей удобной и рациональной установке серьезную угрозу для истребителя, атакующего сзади. В зоне ее поражения величины суммарных секундных залпов с истребителем F5F получались примерно равными, но дульная мощность все же осталась больше у нового самолета фирмы «Грумман».

Важнейшим компонентом вооружения самолета является прицел. На «Скайрокете» он пока был устаревший телескопический, но так захотел Заказчик. Поменять его на новый, более точный и не закрывающий обзор вперед, на первый взгляд было бы не сложно, но в данном случае пришлось бы делать новый козырек фонаря кабины, т.к. его центральный силовой элемент, державший «телескоп», попадал бы на линию визирования коллиматора.

Установка телескопического прицела в лобовом козырьке кабины палубного истребителя Грумман XF5F-1 «Скайрокет». Фото: collections.naval.aviation.museum

В соответствии со спецификацией, помимо стрелкового вооружения самолет G-34 нес и бомбы. Поначалу в спецификации SD-260 значились только противосамолетные бомбы общим весом 91 кг, но в ходе проектирования на какое-то время Заказчик к ним интерес потерял.

В то время на все палубные самолеты фирмы «Грумман» можно было подвешивать осколочно-фугасные бомбы «общего назначения» (т.е. осколочно-фугасные), а наличие двух моторов позволяло поднять боевую нагрузку. Под крыло самолета G-34 установили четыре внешних держателя для бомб калибра до 165 фунтов (75 кг). Фирма также прорабатывала варианты подвески большего числа мелкокалиберных осколочных бомб. Но пока и этот вопрос не привлекал особого внимания ни разработчика, ни Заказчика и находился в фазе обсуждения за чашкой кофе.

Еще не все…

Казалось бы, после получения контракта «свободное творчество» должно было закончиться, и пора было выполнять уточненные расчеты 2-го приближения, по результатам которых надо было браться за рутину выпуска рабочей конструкторской документации. Для этого Хаттон планировал определить аэродинамические параметры самолета, выполнив продувку его макета в натурной аэродинамической трубе. Собственной фирма не имела, и был заключен соответствующий договор с Национальным консультативным комитетом по аэронавтике – NACA. Для этого макет усилили, заделали смотровые вырезы и 22 октября 1938 г. его перевезли в Хэмптон Роадс, где находилась аэродинамическая лаборатория.

Продувка неожиданно не подтвердила преимуществ компоновки с «рудиментарным» фюзеляжем. С измеренным в трубном эксперименте сопротивлением самолет не дал бы расчетной скорости, потому что картину обтекания все равно портили мощные вихревые течения, создававшиеся мотогондолами.

Их сдвинули вперед на 190 мм. Из-за этого пришлось пересчитывать центровку и менять расположение оборудования в фюзеляже, но расчетный прирост скорости составил 12 км/ч.

В конце 1938 года Заказчик неожиданно «вспомнил» о противосамолетных бомбах. Компоновка необычно маленького фюзеляжа и так была слишком плотной, а в крыле места хватило только на одну кассету в каждой консоли. Такая кассета была стандартной и состояла из пяти закрывающихся створами ячеек на две бомбы в каждой. Таким образом, самолет мог нести 20 бомб М5.

Стандартный кассетный держатель для противосамолетных бомб М5 калибра 2,4 кг. Фото: collections.naval.aviation.museum

Кассетные держатели для противосамолетных бомб М5 калибра 2,4 кг в крыле опытного истребителя XF5F-1 – две ячейки загруженные, три – пустые. Фото: collections.naval.aviation.museum

Как мы уже говорили, сама концепция их применения вызывала сомнения, однако замена на легкие осколочные бомбы для поражения живой силы или небронированной плавающей или сухопутной техники могла бы быть полезной. Такой вариант фирма «Грумман» рассматривала изначально, позиционируя свой самолет не только как перехватчик, но и как штурмовик и даже как «горизонтальный» и пикирующий бомбардировщик. Правда, в последнем варианте могли использоваться только внешние замки.

Работа макетной комиссии возобновилась после завершения внесения изменений в проект и макет в начале 1939 г. Помимо указанных переделок, на нем поставили механизм складывания, который в чертежах самолета был заложен изначально, а теперь размещение машины на палубе и в ангаре можно было оценить и в натуре.

Замечаний на этом этапе оказалось поразительно много, причем в тех местах, которые раньше считались вполне нормально сделанными. И замечания эти вели к кардинальной переделке проекта.

Во-первых, наряду с прекрасным обзором вперед-вниз и удовлетворительным в стороны, поля видения пилота назад оказались существенно уже, чем у F4F и тем более у брюстеровского F2A. В ответ на замечание фирма «Грумман» уменьшила сечение фюзеляжа и сделала каплевидную кабину.

Кабины пилота в самом носу «рудиментарного» фюзеляжа давало хороший обзор вперед и удовлетворительный – в стороны, но в первоначальной компоновке с высоким гаргротом поле зрения в заднюю полусферу было недостаточным. Фото: collections.naval.aviation.museum

Вид сверху на «рудиментарную» носовую часть фюзеляжа самолета XF5F-1, его центроплан и новую каплевидную кабину с круговым обзором. Фото: collections.naval.aviation.museum

Она была великолепна, но теперь Заказчик захотел установить на втулки винтов коки и удлинить мотогондолы, чтобы снизить их сопротивление. Хотя это требование было основано не на каких-то расчетах или экспериментальных данных, а лишь на теоретических (пусть и правильных) предположениях, фирма согласилась и на это. Теперь ей предстояло не только срочно переделывать готовые чертежи, но и снова пересчитывать центровку. Благо, она смещалась вперед, что по идее повышало запас статической устойчивости и улучшало штопорные характеристики, делая истребитель безопаснее в пилотировании. Но когда это сделали, прочнисты «проснулись» и срочно потребовали усилить хвостовую балку, сечение которой стало меньше, и она потеряла жесткость. Центровку снова пришлось пересчитывать и она «уползла» назад.

Согласился разработчик и с требованием заменить ручную систему складывания консолей крыла гидравлической, которая позволяла летчику приготовиться к взлету после подъема на верхнюю палубу лифтом без посторонней помощи, ведь на авианосце нагрузка на техсостав авиагруппы с усложнением самолетов и без того выросла. Теперь «Грумман» ставил гидравлическое складывание крыла на все свои машины.

Тем временем поставщики оборудования «обрадовали» Министерство ВМС целым рядом новых разработок. Это были действительно полезные приборы и системы, которые существенно повышали тактические возможности морских самолетов, и Заказчик захотел их видеть на всех новых типах летательных аппаратов.

Новые приборы ставились в основном в хвостовой балке и тоже влияли на центровку, прибавка массы получилась большая, и она ухудшала дальность, скоростные и маневренные качества истребителя и, главное, увеличивала взлетную и посадочную скорости. Для сохранения определяющей ее удельной нагрузки на крыло его площадь пришлось увеличить на 1,5 кв.м, а это в свою очередь потребовало увеличения размеров оперения для сохранения статической устойчивости и управляемости самолета.

Хвостовая балка самолета с тягами и тросами системы управления самолетом, хвостовой опорой шасси, посадочного гака и зацепами для катапульты, а также с трубопроводами гидравлики. Фото: collections.naval.aviation.museum

Постепенно в хвостовой части фюзеляжа истребителя XF5F-1 появилось большое количество различного оборудования, в т.ч. не предусмотренного первоначальным проектом. Оно было не лишним в полетах над морем, но увеличивало вес самолета и смещало его центровку назад. Фото: collections.naval.aviation.museum

После всех этих пертурбаций расчетный взлетный вес самолета G-34 превысил ограничение по спецификации на 317 кг, а это грозило штрафом в 55475 долларов, что составило бы более 20% всех денег, полученных фирмой от ВМС.

В письме, направленном Бюро аэронавтики ВМС в марте 1940 года, директорат фирмы «Грумман» просил не применять к ним санкции, так как перетяжеление конструкции было следствием стремления удовлетворить всем новым требованиям Заказчика, которых не было в исходной Спецификации. Разработчик заявлял, что

«…благодаря занявшей 20 месяцев работе над XF5F-1, он стал более совершенным самолетом, чем оговаривалось в первоначальном контракте».

Но по действовавшим в то время правилам руководство Бюро могло само без санкции Министерства ВМС корректировать параметры спецификации лишь незначительно. Что касается массы самолета, то этот предел был лишь 200 фунтов или 91 кг, и чиновники Бюро «простили» фирме только 88 кг. Это уменьшало штраф на 15400 долларов, но убыток все же оставался обидно большим.

Еще большие потери предприятие несло из-за постоянных переделок чертежей и макета, что вызывало необходимость дорабатывать или браковать готовые детали и целые узлы летного экземпляра, следствием чего стал срыв графика его постройки. А ведь вне зависимости от обстоятельств, хозяевам компании надо было платить зарплату рабочим и инженерам, в который раз переделывавшим многострадальную «небесную ракету».

После утверждения эскизного проекта и натурного макета G-34, Бюро аэронавтики распорядилось его законсервировать до окончания испытаний опытного образца. Однако сделано это было не на базе Заказчика, который теперь был его законным владельцем, и не на заводе фирмы, а в аэродинамической лаборатории NACA. Он находился там до декабря 1941 г., когда был утилизирован.

источник: https://naukatehnika.com/nesostoyavshijsya-mister-istrebitel-1938-goda-chast-2.html