Опытные истребители-перехватчики Republic XF-91 Thunderceptor. США

Опытные истребители-перехватчики Republic XF-91 Thunderceptor. США

Содержание:

Вторая половина 1940-х годов с их быстрым послевоенным развитием реактивной техники была периодом искусного сочетания новаторских инноваций в области аэродинамики и огромного оптимизма производителей самолетов с противоречивыми требованиями заказчиков, мучительными поисками авиаконструкторов, огромным практическим опытом в области «как делать не надо» и политическими реалиями мира, балансировавшего на грани новой войны. Для авиации Соединенных Штатов хрестоматийным примером боевого самолета тех лет является опытный истребитель-перехватчик Republic XF-91 Thunderceptor. Когда впервые появились эскизы, модели и расчетные летные характеристики проектируемой машины, мировая пресса прокомментировала его облик и силовая установка получили крайне восторженные оценки. Такое серьезное издание как британский журнал «Flight» впервые в своей истории использовало слово «сенсация». В Чехословакии впервые и довольно трезво о XF-91 рассказали на странице 184 апрельского выпуска (№8) 1949 года журнала «Letectví» в статье под поэтическим названием «Истребитель с крыльями бабочки».

При каких обстоятельствах и как был создан «истребитель с крыльями бабочки»? Помимо серьезной финансовой поддержки благоприятные условия для дорогостоящих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ гарантировали причудливые связи между промышленностью и разработчиками с военными в так называемом военно-промышленном комплексе, который возник в последние годы Второй Мировой войны и дальнейшее существование которого было связано с ухудшением международных отношений.

В годы Второй Мировой войны американская авиастроительная компания Republic Aviation Corporation (Republic) со штаб-квартирой в Фармингдейле (Farmingdale), Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк, тысячными сериями выпускала поршневые истребители-бомбардировщики, а к ее концу начала работы над проектами реактивными самолетов. В 1946 году в небо поднялся первый прототип преемника «тандерболта» – реактивный истребитель XP-84 Thunderjet. Компания Republic воспользовалась популярностью истребителей типа P-47 и для других своих боевых самолетов в качестве составной части наименования начала использовать слово «Thunder» (гром). В компании в целях рекламы придумали девиз, что Republic – это производитель «громовых птиц» (Thundercrafts).

В то время, когда Thunderjet проводил свои первые успешные испытания, среди которых было установление национального рекорда скорости, вице-президент компании и ее главный конструктор Александр Картвели (американец грузинского происхождения) выступил с предложением создать мощный сверхзвуковой

«самолет, способный перехватывать и уничтожать любые скоростные бомбардировщики, которые мог бы создать потенциальный противник».

Формулировка Картвели и тот факт, что в машине должны были быть применены результаты немецких исследований в области аэродинамики, проведенных в годы Второй Мировой войны и изученных союзниками сразу же после ее окончания, вызвали интерес со стороны представителей ВВС армии США (U.S. Army Air Forces – USAAF). Еще в 1946 году командование USAAF заказало компании Republic разработку и создание двух прототипов самолета данного типа. Проект получил типовое обозначение XP-91, название Thunderceptor, а заказанным машинам были присвоены военные номера 46-680 и 46-681.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ

Концептуально XP-91 был очень необычным самолетом. В обладавшем носовым воздухозаборником сигарообразном фюзеляже был размещен самый мощный на тот момент американский турбореактивный двигатель. Однако в те годы даже этот двигатель не обладал достаточной мощностью обеспечения столь крупному и тяжелому самолету сверхзвуковой скорости и большой начальной скороподъемности, и потому Александр Картвели предусмотрел установку на самолет жидкостного ракетного двигателя, который должен был включаться при наборе высоты и в бою. Необычными в проекте самолета было V-образное хвостовое оперение со значительным углом стреловидности. Но наиболее необычным была конструкция крыла. Оно было стреловидным, но вид спереди был шокирующим: наибольшие длина хорды и толщина были у законцовок крыла, которые уменьшались и утончались к корневым частям! Александр Картвели обосновал данную форму результатами серии испытаний в аэродинамических трубах лаборатории Амес (Ames), Моффет-филд (Moffet Field), и исследовательского центра Лэнгли, НАСА. «Крыло бабочки» имело несколько подходящих качеств: благоприятное распределение подъемной силы и очень многообещающее поведение при сверхзвуковом полете, перегрузке и потере скорости. Однако для разработчиков шасси, инженеров-прочнистов, технологов и производственников данное крыло было ночным кошмаром. Но даже необычной формы для Картвели было недостаточно, и чтобы еще более усложнить жизнь инженерам и системным инженерам разработанное крыло должно было изменять в полете угол атаки с помощью гидравлического привода. С помощью данного технического решения Александр Картвели надеялся получить недостижимые для обычного крыла высокие взлетно-посадочные характеристики и высокую крейсерскую скорость с минимальным лобовым сопротивлением.

В качестве основного двигателя силовой установки был выбран ТРД General Electric J-47-GE-3 с тягой 23,2 кН (2366 кгс), для которого компания-производитель должна была разработать форсажную камеру с регулируемым режимом работы. Однако моторостроители не смогли вовремя справиться с поставленной задачей, и поэтому первый прототип, переименованный в 1947 году в XF-91, совершал первые полеты с ТРД J-47-GE-3 с тягой 23,2 кН (2366 кгс). Над однокамерным ракетным двигателем работала компания Curtiss-Wright. К сожалению разработка не удалась, и экспериментальные образцы двигателя всегда взрывались. Поэтому Картвели выбрал менее мощный, но более удачный ракетный двигатель XLR-11 небольшой компании Reaction Motors, развивавший тягу 26,7 кН (2723 кгс) и хорошо зарекомендовавшем себя на экспериментальном самолете Bell X-1. Однако с этим вариантом силовой установки достижение расчетной двухмаховой скорости было нереально. Двигатель XLR-11 имел четыре рабочих камеры, что заставило на первом прототипе XF-91 переделать заднюю часть фюзеляжа.

Интересно отметить, что авиационное командование без возражений приняло необычные технические решения в области крыла и силовой установки. А вот к хвостовому оперению командование отнеслось отрицательно. В результате Алексанжр Картвели разработал для перехватчика Thunderstreak стреловидное хвостовое оперение. Данное оперение представляло собой вариант оперения для оснащенной стреловидным крылом модификации истребителя Thunderjet.

Изготовление первого прототипа истребителя-перехватчика Thunderceptor (военный номер 46-680; на борт самолета было нанесено число 6680) было завершено в феврале 1949 года, и в том же месяце в Фармингдейле его увидели профессиональные общественность, журналисты и фотографы. Машина была построена с хвостовым оперением той конфигурации, которую хотели в ВВС США: классическое со стреловидными килем и стабилизатором. Самолету еще предстояло совершить первый полет и для этого места, предназначенный для размещения ракетных двигателей, должны были быть заполнены соответствующей по массе балластной нагрузкой. В отличие от первоначального проекта корпуса для ракетных двигателей были размещены следующим образом: две камеры (одна над другой) размещаются в фюзеляже над соплом турбореактивного двигателя и еще два в фюзеляже под соплом. В марте 1949 года в Фармингдейле были проведены первые наземные испытания работы турбореактивного двигателя и функционирования систем; также в этом месяце были выполнены первые рулежки. В конце месяца самолет был разобран, погружен на два военно-транспортных самолета Fairchild C-82 и один Boeing C-97 и отправлен на авиабазу Эдвардс, Калифорния, для проведения летных испытаний. К концу апреля заново собранный прототип XF-91 (46-680) был готов к летным испытаниям.

ИСПЫТАНИЯ

Первый полет прототипа XF-91 с авиабазы Эдвардс состоялся 9 мая 1949 года под управлением главного летчика-испытателя компании Republic Карла Беллинджера (Carl Bellinger). Полет продолжался 40 минут и прошел вполне удовлетворительно. Испытания были разделены на два этапа. Во время первого этапа самолет должен был пилотировать шеф-пилот Карл Беллинджер, задачами которого были определение летных характеристик, проверка функционирования всех систем и поведения машины в экстремальных режимах полета. Во время второго этапа испытаний управлять самолетом должны были пилоты ВВС США, которые должны были оценить его в качестве боевой машины.

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) на земле

В мае были выполнены четыре полета. К июню Карл Беллинджер пытался отрегулировать механизм изменения угла атаки крыла и проверил усилители рулевого управления. В этом месяце произошла небольшая авария, когда во время пикирования от самолета оторвалась часть сопла двигателя, и продукты сгорания стали поступать в кабину пилота. Однако Беллинджер смог успешно посадить самолет. Интересно отметить, что во время большинства испытательных полетов самолет компании Republic сопровождал истребитель North American F-86A Sabre, в кабине которого сидел Чак Йегер – первый человек, преодолевший звуковой барьер.

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) в полете

В октябре 1949 года на прототип XF-91 (46-680) была установлена форсажная камера компании General Electric, с которой двигатель J-47 развивал тягу 32 кН (3263 кгс). К сожалению работа форсажной камеры не была безупречной и не увеличила характеристики до ожидаемого уровня.

Первый этап испытаний закончился в начале 1950 года после 40 полетов. Военные испытания начал пилот майор Р. Джонсон (R. Johnson), который в течение недолгого времени был обладателем мирового рекорда скорости (установлен на F-86A). Thunderceptor не был вооружен [1], и поэтому испытания ограничивались определением летных характеристик и проверкой профиля полета при выполнении задач перехвата.

Летом 1950 года в испытаниях принял участие второй прототип XF-91 (46-681). От первого прототипа он отличался только расположением камер ракетного двигателя. Все они размещались в нижней части фюзеляжа, где первоначально планировалось установить ракетный двигатель компании Curtiss-Wright. В верхнем отсеке была размещена измерительная аппаратура. Первые испытательные полеты прототип 46-681 выполнял с классическим хвостовым оперением. После нескольких испытательных полетов второго прототипа истребителя Thunderceptor из Фармингдейла была доставлена задняя часть фюзеляжа с V-образным хвостовым оперением, которое соответствовало первоначальному проекту Александр Картвели. С новым хвостовым оперением прототип XF-91 (46-681) летал осенью 1950 года. К этому времени оба прототипа XF-91, наконец, получили ракетные двигатели XLR-11. Однако на практике в полете включался только ракетный двигатель первого прототипа истребителя Thunderceptor.

второй прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-681) с V-образным хвостовым оперением

В то время международная ситуация быстро ухудшилась, США вели войну в Корее, а компания Republic с трудом справлялась с поставками истребителей-бомбардировщиков Thunderjet. В этой ситуации вооруженным силам США пришлось экономить на проблемных программах, среди которых была программа истребителя-перехватчика XF-91. Программа Thunderceptor уже не была в числе приоритетных, чему способствовали конкуренты из компании Convair. Разработанный ею истребитель-перехватчик XF-102 Delta Dagger был оснащен более мощным двигателем Pratt & Whitney J-57 с хорошо функционирующей форсажной камерой. Delta Dagger был проще, не нуждался в смешанной силовой установке и, очевидно, имел большой потенциал дальнейшего развития.

Несмотря на это испытания прототипов XF-91 продолжались, хотя и нес первоначальным темпом. В декабре 1952 года Thunderceptor стал халифом на час: первый прототип XF-91 (46-680) под управлением Р. Рота (R. Roth) на высоте 12000 метров в горизонтальном полете преодолел скорость звука, став первым американским сверхзвуковым боевым самолетом.

В начале 1953 года ВВС США окончательно потеряли интерес к XF-91 и как следствие запланированное серийное производство варианта F-91A с максимальной скоростью 1800 км/ч не было реализовано. Руководство компании Republic пыталось сохранить программу, и модифицированный первый прототип XF-91 (46-680) принял участие в конкурсе на всепогодный истребитель-перехватчик. Машина, получившая обозначение F-91B, имела фиктивный обтекатель радиолокационной станции и полукруглый воздухозаборник под ним. Однако командование ВВС США не проявило интереса к этому варианту истребителя-перехватчика.

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) с переделанной носовой частью (вариант F-91B)

Истребитель XF-91 представлял собой типичный пример необычайно быстрого прогресса авиационной техники сороковых – пятидесятых годов и подтверждение недостаточного прогнозирования со стороны заказчиков. Самолет, который в начале своей разработки даже самым скептичным экспертам казался находящимся на вершине возможностей и потенциала, к моменту завершения испытаний устарел. Доказательством этого являлся тот факт, что когда Thunderceptor с трудом преодолевал звуковой барьер, в Советском Союзе на сверхзвуковой скорости регулярно летал опытный истребитель И-350 – предшественник истребителя МиГ-19, а в США компания Skunk Works собирали прототип разработанного «Келли» Джонсоном истребителя Lockheed CL- 246 (F-104), для которого полеты на скорости в два раза превышающей скорость звука не должно было быть проблемой.

слева – первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) с переделанной носовой частью (вариант F-91B); справа – второй прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-681) с V-образным хвостовым оперением

К счастью, оба прототипа XF-91 не были сразу же списаны. Первый прототип, переоборудованный в вариант F-91B, стал экспонатом музея ВВС США, а второй прототип использовался на авиабазе Эдвардс в качестве учебного пособия для спасателей.

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) в музее ВВС США

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) в музее ВВС США

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) в музее ВВС США

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Опытный истребитель-перехватчик Republic XF-91 Thunderceptor был одноместным цельнометаллическим самолетом с крылом нетрадиционной конструкции, носовой стойкой шасси и комбинированной силовой установкой, состоявшей из одного турбореактивного и одного ракетного двигателей.

схема опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor

схема опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor с переделанной носовой частью (вариант F-91B)

Фюзеляж

Цельнометаллический полумонококовый фюзеляж самолета изготавливался из алькледа и технологически делился на три части. Передняя часть с носовым круглым воздухозаборником простирается до самого начала кабины пилота. В нише, разделявшей внутри носовую часть на два канала, размещались носовая стойка шасси, авионика, кислородные баллоны и вспомогательные агрегаты.

Средняя часть фюзеляжа простиралась от кабины пилота до задней кромки крыла. Оборудованная катапультируемым креслом кабина пилота имела лобовое стекло сложной формы. Его передняя часть изготавливалась из многослойного стекла и имела V-образную форму; боковые части лобового стекла состояла из плоских прозрачных панелей. Подвижная часть фонаря откидывалась назад, и ее прозрачный элемент состоял из одной детали. Приборное оборудование соответствовало стандартам своего времени и было адаптировано для проведения испытаний. Приборы управления вооружением и другое военное оборудование отсутствовали, однако прицел типа A-1 в кабине пилота был установлен с самого начала. В центральной части фюзеляжа были размещены топливные баки турбореактивного и ракетного двигателей, элетрооборудование, система управления углом атаки консолей крыла и др.. В нижней части фюзеляжа под крылом размещался тормозной щиток.

Задняя часть фюзеляжа простиралась от задней кромки крыла до сопла турбореактивного двигателя. Внутри задней части фюзеляжа размещались сопло и форсажная камера турбореактивного двигателя и камеры ракетного двигателя. К верхней поверхности задней части фюзеляжа крепилось хвостовое оперение; нижние камеры ракетного двигателя образовывали дополнительную аэродинамическую поверхность и одновременно служили в качестве вспомогательной опоры. Отсоединение задней части фюзеляжа обеспечивало легкий доступ к турбореактивному двигателю.

Крыло

Основу силового набора самолета составляли два лонжерона и нервюры; обшивка крыла была работающей. Почти симметричный аэродинамический профиль крыла был разработан в НАКА. Механизация крыла состояла из элеронов с флеттнерами и щелевыми закрылками. Почти всю переднюю кромку консолей крыла занимали автоматические слоты, которые на первом этапе испытаний были заблокированы в убранном положении. В системе управления элеронами использовались силовые приводы. В зависимости от режима полета управляемая из кабины летчика гидросистема обеспечивала изменение угла атаки крыла по отношению к оси самолета от минус 1° до плюс 3°. Внутри крыла находились вспомогательные интегральные топливные баки и ниши основных стоек шасси с колпаками, состоявшими из трех частей.

Хвостовое оперение

Хвостовое оперение прототипов XF-91 было двух типов. Первоначально оба самолета летали с классическим хвостовым оперением, рули высоты и направления которого оснащены флеттнерами. Поверхности хвостового оперения имели стреловидность, угол атаки стабилизатора был фиксированным. Системы управления рулями высоты и направления были оснащены силовыми приводами. Соединение стабилизатора с килем вскоре было дополнено расширенным переходом, выходящим за переднюю кромку киля.

На втором этапе испытаний прототип XF-91 (46-681) получил V-образное хвостовое оперение, в котором руля высоты/направления были оснащены флеттнерами, а кили/стабилизаторы имели фиксированные углы атаки.

Шасси

Шасси самолета состояло из одной носовой и двух основных стоек шасси. Носовая стойка убралась внутрь носовой части фюзеляжа поворотом вперед и была оснащена одним колесом высокого давления. Носовое колесо не было управляемым, но могло свободно поворачиваться. Ниша носовой стойки шасси закрывалась двумя створками.

Основные стойки шасси, каждая из которых оснащена установленными тандемом двумя колесами высокого давления, с помощью гидравлического привода убираются к законцовкам крыла. Колеса были оснащены тормозами и устройствами противоскольжения.

Силовая установка

Силовая установка самолета является комбинированной состоит из одного турбореактивного и одного ракетного двигателей. Турбореактивный двигатель General Electric J-47-GE-3 имел 12-ступенчатый осевой компрессор, восемь прямоточных камер сгорания и одноступенчатую турбину. На максимальном режиме двигатель развивал тягу 23,2 кН (2366 кгс). Простая форсажная камера с регулированием режима работы увеличивает тягу до 31,4 кН (3202 кгс). Топливные баки, размещенные в корпусе и крыле, имели общий объем керосина 2000 литров. Под консолями крыла были установлены держатели, позволявшие подвешивать топливные баки различной емкости; наибольшие имели емкость 2273 литров.

первый прототип опытного истребителя-перехватчика Republic XF-91 Thunderceptor (46-680) в полете с подвесными баками емкостью 2273 литра

Ракетный двигатель Reaction Motors XLR-11-RM-9 имел четыре камеры сгорания, каждая из которых развивали тягу по 6,67 кН (680 кгс). Регулировки тяги не было, и управление мощностью осуществлялось путем включения или выключения каждой из камер. Размещавшееся в фюзеляже ракетное топливо представляло собой смесь этанола (75%) с водой (25%), а окислителем был жидкий кислород. Топливо и окислитель подавались в камеры с помощью жидкого азота.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Republic XF-91 Thunderceptor (46-680)

Назначение: истребитель-перехватчик

Статус: прототип

Экипаж: 1 чел.

Силовая установка:

один ТРД General Electric J-47-GE-3 с тягой на максимальном режиме 23,2 кН (2366 кгс) и на форсажном режиме 31,4 кН (3202 кгс)
один ЖРД Reaction Motors XLR-11-RM-9 с четырьмя камерами с тягой по 6,67 кН (680 кгс) в каждой

Размеры:

размах крыла 9,53 м
длина без трубки Пито 14,68 м
длина фюзеляжа 14,18 м
высота 5,69 м
площадь крыла 29,73 м²

Масса:

пустого 7134 кг
взлетная 12298 кг

Летные характеристики:

максимальная скорость
• на высоте 1220 км/ч
• у земли 980 км/ч
время набора на высоту 15250 метров 7,32 мин
практический потолок 16400 м
дальность полета 1890 км

[1] на прототип XF-91 (46-680) планировалось установить четыре 20-мм пушки с размещенным в фюзеляже общим боезапасом 800 снарядов и, возможно, блок с неуправляемыми ракетами, но XF-91 вооружения так и не получил

источник: MIROSLAV BALOUS Výkres STANISLAV SMÉKAL «MONOGRAFIE REPUBLIC XF-91 THUNDERCEPTOR» «L+K» 26/87, стр.30-33/1030-1033