Статья из журнала «Flugzeug classic» (октябрьский номер 2010 года), которая, думаю, заинтересует читателей и коллег.

Содержание:

Предисловие редакции: Это был бы настоящий успех: реплика FlugWerk Fw 190 в Рино участвует в авиагонках для самолетов всех классов! Эта идея не такая уж и фантастическая. При наличии достаточного финансирования шансы на создание модифицированной гоночной реплики FlugWerk 190 не так уж и плохи. Мы тщательно обдумали, как это может сработать.

Эта тема, безусловно, взбудоражила в Германии сообщество любителей исторических боевых самолетов: некоторое время назад на интернет-форуме активно обсуждалась гипотетическая возможность создания гоночного варианта истребителя Fw 190, и в Интернете уже появились тщательно изготовленные пластиковые модели такого самолета. Данная идея не столь уже нелепая, как это представляется на первый взгляд, поскольку еще в начале 1970-х годов профессор Курт Танк рассматривал возможность использования Fw 190 D-13 «Желтая 10» – одного из трех «длинноносых», переживших Вторую Мировую войну. Многие из старинных боевых самолетов, участвующих в гонках в Рено, в основном остались в стандартной комплектации или были лишь немного модернизированы, и упомянутый выше Fw 190 D-13, безусловно, мог бы показать достойные результаты в более медленных категориях: серебряной и бронзовой.

Гораздо сложнее будет завоевать лидерство и соперничать с самыми скоростными самолетами в золотой категории гонок в Рино. Стивен Хинтон-младший, которому всего 22 года и который последовал по стопам своего знаменитого отца, в сентябре прошлого года одержал фантастическую победу и вошел в историю как самый молодой победитель в авиагонках для самолетов всех классов. Он пилотировал успешный в течение многих лет Mustang P-51 D Strega Билла Тайгера Дестефаниса (Bill Tiger Destefanis) и пролетел круг вокруг пилонов со средней скоростью 491,822 миля в час (приблизительно 790 км/ч), что, вероятно, соответствует скорости более 800 км/ч на прямом участке в «долине скорости». Если мы датируем возрождение американских после перерыва в годы Корейской войны серединой 1960-х годов, то американцы имеют постоянный опыт соревнований, превышающий 40 лет. Как это можно наверстать в обозримом будущем? Потому что даже с самым большим бюджетом невозможно купить одну вещь: фактор времени. Любой, кто хотя бы немного разбирается в конструкции двигателей и автомобильных гонках, имеет представление о том, насколько сложными могут быть испытания новых деталей – а нужно протестировать огромное количество деталей и узлов! Не все можно смоделировать на испытательных стендах. Часто бывает так, что реальным испытаниям в гоночных условиях просто нет альтернативы. Не следует забывать: в Рино гонки проводятся только один раз в год…

потенциальный победитель гонок 2010 года в Рино – союз сверхскоростного P-51 Strega и его летчика Стивена Хинтона-младшего? Поклонники «Мустангов» по всему миру были бы в восторге. Снимок Фрэнка Мормилло. Снимок обработан сайтом lmarena.ai

еще одна звезда гонок в Рино – F8F-2 Rare Bear, который по-прежнему является обладателем мирового рекорда скорости среди самолетов с поршневыми двигателями и воздушными винтами. Снимок Фрэнка Мормилло. Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Выбор двигателя

Предположим, что мы хотим принять участие в финальных гонках золотой категории. Оригинальный 1950-сильный радиальный двигатель АШ-82Т, который устанавливается на изготовленную немецкой компанией Flug Werk GmbH (FlugWerk) реплику истребителя FW 190 A-8/N безусловно, нуждается в улучшении; незадолго до окончания Второй Мировой войны самые мощные версии двигателя BMW 801 были способны развить мощность в районе 2500 л.с.. Однако относительно небольшой рабочий объем в 41,2 литра для двигателя с воздушным охлаждением вряд ли делает любой их этих двух сопоставимых двигателей сделает наш гоночный самолет подходящим для высшего уровня. Лучшие радиальные двигатели, такие как 55-литровый Wright R-3350, развивают мощность более 4000 л.с.. В «длинносой» реплике 190-го компания FlugWerk в качестве силовой установки использует надежный и популярный среди любителей исторических боевых самолетов 12-цилиндровый рядный авиамотор Allison с одноступенчатым нагнетателем. В просторную «Дору» (Fw 190 D) безусловно, можно было бы установить 12-цилиндровый рядный двигатель Rolls-Royce Merlin с двухступенчатым нагнетателем. Однако данный двигатель, форсированный до более чем 3600 л.с. и уже установленный на Mustang P-51 D Strega, лишь обеспечит паритет в характеристиках, а не преимущество.

в нем много места: компактный 12-цилиндровый рядный двигатель Allison практически исчезает в просторном длинном носу реплики, изготовленной компанией FlugWerk. Вполне возможно, что в планер «Доры» можно будет интегрировать и более крупные двигатели, такие как «клонированный» Jumo 222. В США Руди Фраскас (Rudy Frascas) летает на реплике FlugWerk FW 190 A-8/N с 18-цилиндровым радиальным двигателем Pratt & Whitney. Снимок М. Вундерлиха (M. Wunderlich). Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Поклонники истребителя Fw 190, конечно же, отдают предпочтение четырехтактным двигателям, разработанным в соответствии с лучшими немецкими технологиями, и мы отказываемся от любых двухтактных двигателей в первую очередь из-за неприятного шума. В первую очередь возникает вопрос: где найти эти двигатели? На форуме было предложено «реконструировать» существующие музейные экспонаты, используя самые современные методы проектирования и производства (ключевое слово: быстрое прототипирование) и лучшие материалы. Давайте великодушно предположим, что все перечисленное выше, включая все необходимые модификации компонентов, винта, редуктора и так далее, можно осуществить в разумные сроки. В этом случае среди радиальных двигателей, вероятно, подойдет только BMW 802. 18-цилиндровый двухрядный радиальный двигатель воздушного охлаждения с общим рабочим объемом чуть менее 53,7 литров и все еще приемлемой массой, который, как и многие другие перспективные конструкции, к сожалению, остался на экспериментальной стадии и так и не был запущен в серийное производство.

стандартной силовой установкой реплики FlugWerk FW 190 A-8/N является советский 14-цилиндровый радиальный двигатель воздушного охлаждения АШ-82Т мощностью почти 2000 л.с.. Снимок Михаэля Вебера. Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Среди двигателей с жидкостным охлаждением логичным выбором стал бы Jumo 213, который в годы войны уже устанавливался на «Дорах», или, возможно, Daimler-Benz DB 603, хотя мы, естественно, использовали бы самые последние и мощные варианты каждого из них. Также стоит изучить возможность использования относительно лёгкого двигателя DB 605. Меньшие диаметр цилиндра и ход поршня приводят к меньшим вредным инерционным силам и, таким образом, по крайней мере теоретически, позволяют использовать более высокое давление наддува и частоту вращения вала двигателя, чем у DB 603, что могло бы компенсировать меньший рабочий объем. Однако система смазки двигателя DB 605 была далека от идеальной. Подача масла к коленчатому валу с подшипниками скольжения обеспечивается радиальной подачей снаружи внутрь через пазы в опорах подшипников. В этом плане двигатель Jumo 213 (а также более поздние авиамоторы Merlin) имеют здесь определенное преимущество. Как и в современных гоночных двигателях, его подшипники питаются маслом, подаваемым сбоку в полый коленчатый вал, а это значит, что масляному насосу не приходится бороться с центробежной силой вращающегося вала. Что касается запаса числа оборотов, то великолепный радиальный двигатель Jumo 222 с 24 цилиндрами и общим рабочим объемом 46,4 литра (проектировался даже вариант с 36 цилиндрами и рабочим объемом 69,6 литров) обещал на бумаге еще лучшие характеристики – если бы его удалось интегрировать в планер «Доры». Благодаря сравнительно небольшим объемам цилиндров, диаметр цилиндра и ход поршня были равны и составляли 135 миллиметров, ожидается, что этот двигатель будет обладать минимальными силами инерции.

Jumo 213 является хорошим «бумажным» вариантом гоночного двигателя, однако он тяжелее сопоставимых двигателей Merlin. Снимок Михаэля Вебера. Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Повышение характеристик двигателя

Основной задачей регулировщиков двигателя является максимальное увеличение наддува в сочетании с более или менее значительным увеличением частоты вращения двигателя. Для этого механическая прочность двигателя должна быть максимально усилена за счет оптимизации внутренних компонентов. В идеальном случае двигатель должен прослужить всю неделю в Рено, включая все тренировочные полеты и гонки, без каких-либо серьезных проблем. Топовый двигатель Merlin, такой как тот, что установлен на гоночный самолет Mustang P-51 D Strega, требует использования высокооктанового специального топлива и, следовательно, может, грубо говоря, работать при давлении наддува примерно вдвое большем, чем у базового двигателя. Однако это является пределом того, что пропеллер все еще может эффективно преобразовать мощность двигателя в движущую силу. Здесь крайне важна тщательная балансировка, поскольку чем выше давление наддува, тем больше мощности теряется внутри двигателя из-за энергоемкой работы нагнетателя. С другой стороны, более высокое давление наддува создает более сильную реактивную тягу из выхлопных патрубков, что, в свою очередь, увеличивает скорость самолета.

В некоторых высокофорсированных двигателях отказываются от промежуточного охладителя в пользу минимально возможных потерь потока. Необходимое внутреннее охлаждение достигается за счет впрыска огромного количества противодетонационной жидкости (MW 50) во впускной коллектор. Кроме того, вода распыляется на поверхности радиатора с помощью так называемых разбрызгивающих сопел (Spray Bars), что значительно усиливает рассеивание тепла. Поскольку оригинальные детали времен Второй мировой войны перегреваются выделяемым теплом, то в самолетах используются специальные высокоэффективные радиаторы, заимствованные из автомобильных гонок. Система охлаждения смазки в доведенных до совершенства гоночных «Мустангах» также очень сложна. В дополнение к обычному пластинчатому радиатору в нижней части фюзеляжа имеется теплообменник, окруженный охлаждающей жидкостью, аналогичный тому, что использовался в P-51 H. Масло в радиальных двигателях охлаждается либо с помощью воздухозаборников, либо посредством разбрызгивающих сопел в передней кромке крыла. Однако для охлаждения применяются и технически сложные решения подобные тем, что были применены в рекордном самолете Rare Bear. В этом самолете используется так называемая испарительная система (Boiler-System), то есть смазка охлаждается бортовым запасом водометаноловой смеси MW-50. В остальном, популярная в США система впрыска монооксида азота (закиси азота) является проверенным средством повышения мощности двигателя, но при чрезмерном применении возрастает риск его серьезного повреждения. Турбокомпрессоры, работающие на отведенных выхлопных газах, как правило, непрактичны – они слишком тяжелые и занимают слишком много места. В турбокомпаундных двигателях R-3350, которые устанавливались на авиалайнеры Super Constellation и которые используются в гоночных самолетах, они демонтируются.

Планер

Даже без компьютерного моделирования нетрудно увидеть недостатки аэродинамики планера истребителя Fw 190, особенно его длинноносого варианта. Необходимость в большом воздушном зазоре для кольцеобразного водяного радиатора создает значительное сопротивление, в то время как конкурентам, оснащенным радиальными двигателями R-3350, требуется воздушный зазор для охлаждения шириной всего в четыре сантиметра. Собственно говоря, весь фюзеляж, от обтекателя втулки винта до лобового стекла, должен быть аэродинамически «чистым». Поскольку в любом случае потребуется новый капот двигателя, эти дополнительные усилия не имеют большого значения.

обратите внимание на проблемные с точки зрения аэродинамики зоны Fw 190. Чтобы превратить эту реплику в полноценный гоночный самолет передняя часть фюзеляжа должна быть серьезно переделана. Снимок Кр. Квасневски (Chr. Kwasniewski). Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Все должно быть идеально гладким и в первую очередь это относится к крылу самолета. Благодаря ламинарному профилю NACA 6 истребитель P-51 известен своими превосходными аэродинамическими характеристиками, в то время как крыло истребителя Fw 190 c профилем NACA 2 с пятизначным номером немного толще и в этом отношении примерно сравнимо с крылом палубного истребителя Grumman Bearcat. Его можно использовать как есть, или, скорее, укоротить и подвергнуть тщательной обработке, как это было сделано во время усовершенствования Rare Bear. Что касается охлаждения, мы выбрали оптимальный подход и создали красивый тонкий радиатор, расположенный под фюзеляжем как на Mustang P-51 D Strega. Легко заметить, что по сравнению со стандартной версией «Мустанга» входное отверстие воздухозаборника уменьшено для минимизации сопротивления, а выпускная створка увеличена для быстрого, повышающего тягу удаления водяного пара – оптимальный компромисс, разработанный в ходе длительных серий испытаний. Итак, теперь осталось только установить створки ниш основных стоек шасси и узкий, предпочтительно плоский, фонарь кабины. Необходимость убирающейся хвостовой стойки шасси спорна; возможно, будет достаточно обтекателя, который также увеличивает площадь вертикального оперения и обеспечивает дополнительную устойчивость.

реплика FlugWerk FW 190 A-8/N F-AZZJ, потерпевшая крушение в середине июня, будет восстановлен компанией MeierMotors. Согласно веб-сайту этой компании, новая силовая установка будет весьма неожиданной! Снимок Михаэля Вебера. Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Краткие выводы

Как вы, возможно, уже заметили, модифицированный планер гоночного самолета, который создаст компания FlugWerk, будет иметь мало общего с хорошо знакомым силуэтом истребителя Fw 190. Разница будет даже больше, чем у стандартного учебного самолета Як-11 и гоночного самолета Yak-11 Czech Mate (победитель гонок 2009 года), в котором его прародитель едва угадывается. Возможно, было бы эффективнее просто клонировать He 100 или Me 209 R. Конечно, мы также предпримем еще одну попытку установить мировой рекорд скорости, поскольку наши спонсоры из десяти крупнейших промышленных компаний Германии, естественно, обеспечат нас необходимым бюджетом. Не так ли?

Источники

• • • www.enginehistory.org
    • www.mustangsmustangs.com
    • www.WWIIaircraftperformance.org
    • www.airrace.org
    • www.youtube.com: Reno 09
    • интервью с Питом Лоу (специалистом ADI)
    • Kyrill von Gersdorff, Kurt Grasmann: Flugmotoren und Strahltriebwerke, Bernard & Graefe Verlag
    • Reinhard Müller: Junkers-Flugtriebwerke, Aviatic Verlag
    • Philip Handleman: Rennflugzeuge, Aviatic Verlag
    • Ferdinand C. W. Käsmann: Weltrekordflugzeuge, Aviatic Verlag

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. А что говорит об этой идее генеральный директор FlugWerk Клаус Коллинг?

Вне всякого сомнения, Fw 190 в качестве гоночного самолета привлекателен не только для преданных поклонников этого истребителя компании Focke-Wulf. Однако ответ на этот вопрос является палкой о двух концах. С одной стороны, есть много аргументов в пользу проекта, но с другой стороны на пути реализации этого проекта возникают огромные препятствия. Я считаю, что для такого проекта важнейшим критерием является наличие двигателей, и поэтому я хотел бы ограничиться нашей репликой FlugWerk Fw 190 A-8/N. Так, например, версия с удлиненным носом и «репликой» двигателя Jumo 213 кажется мне в прямом смысле слишком утопичной.

С самого начала Fw 190 обладал крылом с аэродинамическим профилем, рассчитанным на достижение оптимальной маневренности на малых высотах, что в сочетании со сравнительно малым размахом крыла, высокой удельной нагрузкой на крыло и высокопрочным главным лонжероном является отличными предпосылками для переделки в высокоскоростной самолет. Простые системы управления и шасси надежны и способствуют достижению минимальной массы (собственная масса современной реплики FlugWerk Fw 190 A-8/N значительно меньше 3000 килограммов), а аэродинамический момент, создаваемый рулем направления, достаточен. 14-цилиндровый двигатель АШ-82Т, который устанавливается на реплику FlugWerk Fw 190 A-8/N, с оптимизированным винтом компании MT-Propeller (MT-Propeller Gerd Muehlbauer GmbH) представляет собой мощную комбинацию, которую, безусловно, можно довести до уровня, достаточного для участия в гонках серебряной и бронзовой категорий. Кроме того, наш планер (в отличие от конкурентов времен Второй Мировой войны) обладает преимуществом в плане безопасности благодаря использованию совершенно новых конструкций из современных материалов, что исключает известный риск межкристаллитной коррозии.

Клаус Коллинг: «Технически это, конечно же, возможно…». Снимок обработан сайтом lmarena.ai

Аргументы против этой программы: В Германии практически нет специалистов, способных поддерживать двигатели в гоночном состоянии в течение длительного времени – сначала пришлось бы собрать команду квалифицированных специалистов. Для придания планеру необходимого качества поверхности (а именно: выравнивание, шпаклевка, шлифовка, покраска, полировка и т.д.) потребуются огромные усилия. К этому следует добавить уменьшение зазоров на створках ниш основных стоек шасси, аэродинамически более чистый капот двигателя, уменьшение размеров фонаря кабины пилота и многое другое, но все это в равной степени применимо и к уже существующим конкурентам. Однако наиболее важным фактором является постоянный приток значительного финансирования; вероятно, потребуется несколько миллионов евро. Это самое большое препятствие, которое с самого начала необходимо преодолеть на пути к гоночному 190-му. Тем не менее, нет ничего невозможного… Если оглянуться назад, то можно сказать: в начале «нового» Fw 190 была только одна идея, затем последовали 15 лет бессонных ночей, и в 2009 году самолет под управлением Кристофа Жакара завершил свой первый сезон участия в авиашоу, вызвав огромный энтузиазм у поклонников 190-х. Другие реплики истребителя Fw 190 также летают по всему миру. Мой вывод: технически это, конечно, возможно, но я не думаю, что это когда-либо будет реализовано – или все-таки будет?

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Рекорды скорости, установленные после Второй Мировой войны

Официальные мировые рекорды скорости самолетов с поршневыми двигателями на престижной дистанции в три километра зафиксированы следующим образом: 16 августа 1969 года Дэррил Гринамайер на Bearcat F8F-2 Conquest I побил старый рекорд Фрица Венделя, достигнув скорости 776,45 км/ч; 14 августа 1979 года Стив Хинтон на P-51 D Red Baron показал скорость 803,2 км/ч, а 21 августа 1989 года Лайл Шелтон на F8F-2 Rare Bear разогнался до скорости 850,26 км/ч – рекорд, который остается непревзойденным и по сей день. В начале сентября 1989 года американский бизнесмен Джон Р. Сандберг попытался побить мировой рекорд скорости на самолете собственной конструкции Tsunami с двигателем Merlin, но попытку пришлось прекратить из-за серьезной аварии во время посадки (сообщается, что во время предварительных испытаний Tsunami достигал скорости около 890 км/ч). К сожалению, некоторое время спустя Сандберг погиб в авиакатастрофе, управляя, возможно, самым быстрым из когда-либо построенных самолетов с поршневыми двигателями. Гибель Джона Сандберга положила конец проекту.

источник: Michael Weber/MAW «NACHBAU. FlugWerk FW 190 A-8/N. FlugWerk 190 als Rennflugzeug? Wunschtraum: Racer!» «Flugzeug classic» 2010-10, Seite 32-35

перевод впервые опубликован – https://vk.com/@710541705-flugwerk-190-als-rennflugzeug