Опытная летающая лодка English Electric M.3 Ayr. Великобритания

В начале 1921 года У. О. Мэннинг (W. O. Manning) приступил к работам над новой летающей лодкой, конструкция которой включала в себя несколько привлекательных технических и аэродинамических особенностей. Проект, сначала известный как English Electric M.I, а затем как M.3 Ayr, был разработан в соответствии с официальным требованием Королевского флота на одномоторный артиллерийский самолет и самолёт-корректировщик с экипажем из четырех человек, вооружением из трех пулеметов Lewis и общим полетным весом 7000 фунтов (3175 кг). Самолет официально считался экспериментальным и на этой основе с компанией English Electric был заключен контракт No.AM/241097/21 на постройку двух прототипов (N148 и N149), каждый из которых оснащался 450-сильным двигателем Napier Lion IIb.

Ayr представлял собой биплан с большой стреловидностью нижнего крыла, которое имело явно выраженное поперечное V и было прикреплено таким образом, что образовывало площадные боковые расширения передней части глиссирующего днища корпуса, изготовленного по методу Линтона-Хоупа (Linton Hope-type). Нижнее крыло, также построенное по методу Линтона-Хоупа, действовало в качестве спонсонов, тем самым устраняя необходимость подкрыльевых поплавков. Также с этой обеспечивающей поперечную устойчивость самолета компоновкой крыла эффективно увеличивался траверз корпуса. За подобную конструкцию Мэннинг в 1922 и 1924 годах получил патенты 190,211 и 209,538 соответственно.

Имевшее отрицательный вынос верхнее крыло не имело поперечного V и вне N-образных межплоскостных стоек было свободнонесущим, что позволяло свести к минимуму внешние расчалки. Верхнее крыло было оснащено разработанным в США малоизвестным модифицированным аэродинамическим профилем Durand 13, который создавал большую подъемную силу. В конструкции нервюр верхнего крыла была использована работающая на сжатие ферма Уоррена, позволявшая обойтись без обычных в таких случаях диагональных подкосов. Передняя и задняя кромки крыла были изготовлены из покрытых березовой фанерой стрингеров; та же фанера использовалась в качестве обшивки крыла вплоть до переднего лонжерона. В 1923 году в Королевском авиационном НИИ (Royal Aircraft Establishment — RAE) нервюры и лонжероны коробчатого сечения верхнего крыла были подвергнуты испытаниям на прочность, показавшим ее значительное превышение по сравнению с требованиями. Аналогичные испытания соединения крыла с фюзеляжем были проведены компанией English Electric; испытания проводились в одном из стоящихся корпусов завода компании Dick, Kerr & Co.

Нижнее крыло, имевшее аэродинамический профиль приблизительно такой же что и верхнее крыло, также имело двухлонжеронную конструкцию и в отличие от него было разделено на сообщавшиеся с атмосферой водонепроницаемые отсеки. Элероны смешанной конструкции устанавливались на свободнонесущие концы верхнего крыла; расположение шарниров являлось предметом патента 206,562, полученного Мэннингом в 1922 году.

Стабилизатор оснащался перевернутым аэродинамическим профилем AD No.1 (разработанным главным образом для винтов) и по конструкции был сходен с верхним крылом, но был изготовлен из двух частей, соединявшихся болтами у центральной линии. Однако рули высоты и имевший роговую компенсацию руль направления имели смешанную конструкцию из ели и сваренных из стали элементов; в конструкции задней кромки рулей высоты использовался привязной трос для аэростатов. Стабилизатор был сбалансирован гидравлически с помощью запатентованного Мэннингом механизма. Генри Ноулер (Henry Knowler), помогавший Мэннингу в проектировании Ayr-а, обобщил конструктивные преимущества самолета, отметив:

«a) если бы использовались обычные подкосы, то они потребовали бы двухстоечного крыла с выступающими консольными частями;
b) отсутствие подкрыльевых поплавков с сохранением веса и лобового сопротивления;
c) сохраняются по меньшей мере 4 фута (1,22 м) общей высоты, что создает преимущества с размещением центра тяжести, а также с сопротивлением и тягой».

Экипаж состоял из пилота, радиста, стрелка/наблюдателя и стрелка; члены экипажа попадали внутрь корпуса самолета через большой вырез, находившийся в верхней части фюзеляжа непосредственно за позицией переднего стрелка. Место пилота находилось в средней части самолета и было приподнято, место радиста находилось внутри корпуса, а наблюдатель вместе с камерой размещался в вырезе. Одиночный пулемет Lewis монтировался на кольцевую установку Скарффа, размещенную в носовой части фюзеляжа. Задняя стрелковая позиция оснащалась двумя пулеметами Lewis. Однако официальная спецификация изначально вместо двух пулеметов Lewis требовала установки одного пулемета Vickers. Было внесено предложение разместить на самолете пулемет Vickers; его установка должна была быть жесткой и находиться в непосредственной близости от пилота. Однако это предложение реализовано не было. В состав эксплуатационного оборудования Ayr входили радиооборудование и 3000 патронов.

Топливо к двигателю Lion подавалось из 20-то галлонного (91 л) самотечного бака, размещавшегося между лонжеронами центроплана верхнего крыла. Самотечный топливный бак заполнялся посредством насоса с приводом от ветродвигателя Rotoplunge из двух баков, расположенных внутри корпуса позади пилота и имевших емкость 80 галлонов (364 л) каждый. Масло размещалось в установленном позади двигателя цилиндрическом баке; бак для воды располагался в передней кромке верхнего крыла перед двигателем.

Перед началом работ по строительству двух прототипов компания Dick, Kerr & Co в масштабе 1/12 изготовила модель летающей лодки Ayr в ее первоначальной версии M.1 и подвергла ее многочисленным гидро- и аэродинамическим испытаниям в Национальной физической лаборатории (National Physical Laboratory — NPL). Водные испытания, в которых были задействованы тринадцать форм корпуса с различными установками нижнего крыла, были проведены в бассейне Уильяма Фруда (William Froude). Результаты испытаний были описаны в датируемом 11 июля 1921 года отчете EMK/15. Наконец форма корпуса стала напоминать своего полномасштабного коллегу за исключением двух примечательных отношений — передняя кромка внутренних частей нижнего крыла была смещена вперед и сопряжена с корпусом, а прилегающие к корпусу нижние поверхности нижнего крыла были встроены в конфигурацию глиссирующего днища. Хотя были выполнены измерения гидродинамического сопротивления и мощности, необходимой для взлета, продольной и поперечной устойчивостей, кажется, что курсовой устойчивости внимание уделено не было. Однако было отмечено, что в начале испытаний модель лежит на одном частично погруженном крыле и никогда ее положение само не исправлялось вплоть до начала движения. Было очевидно, что сопротивление погруженного крыла будет значительным и будет представлять серьезные проблемы при выруливании на взлете полноразмерной машины, но этот фактор был упущен. Тем не менее, окончательная форма соединения крыла с фюзеляжем была соединена в единое целое в модели для испытаний в аэродинамической трубе. Модель была испытана в трубе №3 при скорости ветра 60 фт/м (18,28 м/с) и диапазоне установки угла атаки верхнего крыла от -8° до +22°. Также были выполнены измерения подъемной силы, моментов тангажа и силы лобового сопротивления. Отчет об испытаниях, опубликованный У. Л. Коули (W.L. Cowley) в августе 1921 года, заключил:

«Результаты моделирования показывают, что вследствие большой кривизны профиля крыла максимальный коэффициент подъемной силы является высоким и что машина является достаточно стабильной. В других отношениях результаты обычные».

Результаты, принятые за чистую монету, казались многообещающими, и информация была использована для доработки конструкции. Промежуточная стадия, известная как M.2, была попыткой сделать самолет-амфибию путем установки внутри корпуса двух колес таким образом, чтобы они выступали из корпуса лодки чуть ниже передней поверхности глиссирующего днища вблизи редана. В качестве альтернативы рассматривалось расположенное вне корпуса убирающееся шасси. Наиболее заметными изменениями в конструкции были:

• — ликвидация удлинения передней кромки нижнего крыла и глиссирующего днища (последнее заменялось самими нижним крылом)
• — перепроектирование V-образных межплоскостных стоек в N-образные;
• — изменение формы киля и руля направления: от округлых на первоначальном варианте M.1 к более прямым на M.2, которые стали окончательным вариантом, установленным на Ayr.

Вскоре после испытаний модели начались работы по строительству из дерева и полотна макета варианта M.1. В 1923 году в момент начала изготовления прототипа макет все еще существовал.

Производство двух прототипов происходило одновременно, но с точки зрения компании приоритетность работ по ним стояла на втором месте после Kingston-ов. Следовательно, прототипы не достигли окончательной стадии сборки вплоть до конца 1924 года, когда было завершено строительство первого самолета — N148; N149 на момент закрытия в 1926 году авиационного отделения (aircraft department) остался незавершенным.

Ayr N148 дебютировал в Литаме (Lytham), где 10 февраля 1925 года была завершена его окончательная сборка. В следующем месяце (10 марта) Ayr был спущен со стапеля в Литаме. Как и предсказывали модельные испытания, летающая лодка немедленно завалилась на бок и поплыла с находящейся чуть ниже поверхности консолью нижнего крыла. Маркус Мэнтон (Marcus Manton), который пилотировал Ayr в этом и последующих вылетах, постепенно открыл дроссель и медленно вырулил в сторону моря. Рулежка оказалась трудной, поскольку машина раскачивалась из стороны в сторону, постоянно погружая то одну, то другую консоль своего нижнего крыла. С увеличением скорости гидродинамическая подъёмная сила на подводном крыле стала более выраженной, и на скорости 10 миль/ч (16 км/ч) крыло вышло из воды, позволив Ayr-у продолжить движение на ровном киле. Оказалось, что удержать машину на прямом курсе было еще более сложным делом даже несмотря на то, что водяной руль был установлен у основания второго редана. Мэнтон обнаружил, что ситуация на более высоких скоростях не улучшилась, но он был в состоянии поддерживать на взлете достаточно прямой курс. К сожалению, на высокой скорости вода выбрасывалась погруженными передними частями консолей нижнего крыла, в результате чего машина погружалась. Двигатель сразу же был выключен. Попытки взлета предпринимались вновь, но заканчивались они также. Чуть позже были проведены испытания с загруженным балластом корпусом, который вследствие этого погрузился еще ниже в воду. Кольцевые установки Скарффа были удалены, возможно для уменьшения сопротивления, хотя на этой стадии это оборудование могло быть сочтено ненужным. Однако Ayr по-прежнему отказывался взлетать.

Отсутствие успеха с N148 почти наверняка привело к принятию решения прекратить производство второго прототипа.

В какой-то момент в один из последних дней авиационного отделения English Electric на фюзеляже Ayr была выполнена переделка, и этот корпус совместно с фюзеляжем Kingston-а были выделены для проведения в RAE, Фарнборо, прочностных испытаний. В 1931 году корпуса Ayr и Kingston-а были пришвартованы в Бейсингстоук-канале (Basingstoke Canal), а позднее были отбуксированы в Грейтботтом-флэш (Greatbottom Flash), Аш-Вейл (Ash Vale), Суррей. В начале 1950-х годов вследствие разрушений, вызванных временем, корпус Ayr затонул. Судьба второго корпуса остается неизвестной.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: летающая лодка-разведчик

Экипаж: 4 человека

Силовая установка: один 450-сильный двигатель Napier Lion IIb, вращавший четырехлопастный тянущий винт

Размеры:

размах крыла
верхнего 46 фт (14,02 м)
нижнего 30 фт (9,14 м)
общая длина 40 фт 8 дйм (12,39 м)
высота 13 фт 8 дйм (4,16 м)
длина корпуса 38 фт (11,58 м)
максимальная ширина корпуса в районе скул 6 фт (1,83 м)
максимальная глубина корпуса без обтекателя 5 фт (1,52 м)
длина хорды в корневой части
верхнего 9 фт (2,74 м)
нижнего 6 фт (1,83 м)
длина хорды в концевой части
верхнего 5 фт (1,52м)
нижнего 4 фт (1,22 м)
поперечное V крыла
верхнего 0°
нижнего 20°
угол атаки крыла
верхнего 2°
нижнего 2°
стреловидность передней кромки крыла
верхнего 16° 10'
нижнего 16° 10'
смещение верхнего крыла -2,4 фт (0,73 м)
размах стабилизатора 14 фт 10 дйм (4,52 м)
длина хорды стабилизатора в корневой части (включая руль высоты) 7 фт 6 дйм (2,28 м)
длина хорды стабилизатора в концевой части (включая руль высоты) 5 фт 3 дйм (1,60 м)
размах элерона 15 фт 10 дйм (4,82 м)
размах руля высоты 14 фт 10 дйм (4,52 м)
длина хорды руля высоты 2 фт (0,61 м)

Площади:

крыла
верхнего 346 фт² (32,14 м²)
нижнего 120 фт² (11,15 м²)
стабилизатора (включая рули высоты) 88,5 фт² (8,22 м²)
рулей высоты 30 фт² (2,79 м²)
киля 33,9 фт² (3,15 м²)
руля направления 22,5 фт² (2,09 м²)

Вес*:

пустого 4406 фнт (1999 кг)
корпуса 1086 фнт (493 кг)
общий полетный 6846 фнт (3105 кг)

Летные характеристики*:

максимальная скорость на уровне моря 127 миль/ч (204 км/ч)
практический потолок 14500 фт (4420 м)

Стоимость: £ 9550/шт.

• * — данные расчетные

источник: Stephen Ransom, Robert Fairclough «English Electric Aircraft and their Predecessors»