Палубные истребители со смешанной силовой установкой Ryan FR-1 Fireball. США
Содержание:
Предисловие редакции: Впереди поршневой двигатель, сзади турбореактивный двигатель. Сейчас такая компоновка силовой установки представляется слишком сложной, однако в 1942 году данное техническое решение было совершенно логичным.
Предыстория
В декабре 1942 года управление аэронавтики ВМС США начало рассматривать возможность использования палубных реактивных истребителей. Испытания первых экспериментальных самолетов союзников показали командованию службы истребительной авиации ВМС США, что перед включением этих машин в состав авиагрупп авианосцев необходимо решить ряд серьезных проблем. Первые реактивные самолеты очень плохо разгонялись на малых скоростях, что приводило к большой длине разбега, имели высокую посадочную скорость и связанную с этим большую длину пробега и, наконец, потребляли много топлива (уменьшенные боевой радиус и дальность полета). Эти характеристики были полной противоположностью требованиям, которые в первую очередь предъявляются к палубным истребителям. Казалось, что для внедрения реактивных самолетов на авианосцах потребуется удлинить взлетные палубы, увеличить мощность катапульт и значительно увеличить объем трюмов для размещения авиационного топлива. Все это было реализовано на практике, но гораздо позднее. На тот момент американские ВМС вели тяжелую войну на истощение с целью остановить продвижение японцев в Тихом океане, и, разумеется, это было не самое удачное время для внесения изменений в конструкцию уже имевшихся или строившихся авианосцев. В этом контексте в управлении аэронавтики ВМС США приняли решение вступить в эру реактивной авиации с истребителем, оснащенным комбинированной силовой установкой: поршневым и турбореактивным двигателями. По сравнению с самолетом, оснащенным только турбореактивным двигателем, машина с комбинированной силовой установкой будет иметь лучшее ускорение при взлете и в случае ухода на второй круг при окончательной посадке. Кроме того, на крейсерском режиме, когда включен только поршневой двигатель, машина будет иметь приемлемые для истребителя дальность и продолжительность полета. С обоими двигателями, работающими на полную мощность, самолет обещал быть более быстрым в горизонтальном полете и наборе высоты, чем самые лучшие поршневые истребители того времени.
Управление аэронавтики ВМС США предложило девяти авиастроительным компаниям представить проекты легких одноместных истребителей, оснащенных поршневым и турбореактивным двигателями. Спецификация предусматривала высокую максимальную скорость, достаточно низкую посадочную скорость, высокую скорость набора высоты, большую дальность полета, исключительную маневренность и способность действовать с палуб небольших эскортных авианосцев, которые в больших количествах поступали на вооружение американского флота. Хотя компания Ryan Aeronautical Corporation (Ryan) никогда не создавала ничего более амбициозного для ВМС США, чем учебно-тренировочный самолет, управление аэронавтики сочло Type 28 лучшим компромиссом между противоречивыми требованиями программы.
В феврале 1943 года управление аэронавтики объявило о своем намерении заказать у компании Ryan три прототипа Type 28, а также планер для проведения статических испытаний. Этот экспериментальный истребитель получил обозначение XFR-1. Его силовая установка должна была состоять из девятицилиндрового радиального двигателя воздушного охлаждения Wright R-1820 Cyclone, развивавшего скромную (для истребителя) мощность 1350 л.с., и турбореактивного двигателя General Electric I-16 с тягой 720 кгс. Помимо силовой установки самолет отличался еще одной новинкой: крылом с ламинарным аэродинамическим профилем, обеспечивавшим низкое лобовое сопротивление. Также XFR-1 должен был стать одним из первых палубных самолетов с шасси с носовой стойкой и отдельным гидравлическим механизмом складывания консолей крыла. Вооружение истребителя состояло из четырех 12,7-мм пулеметов. На размещенных под консолями крыла пилонах могли быть подвешены две бомбы, два подвесных топливных бака или четыре неуправляемых ракетных снаряда. Чтобы программа FR-1 продвинулась как можно быстрее вперед, управление аэронавтики в декабре 1943 года, когда прототип XFR-1 еще не поднялся в воздух, заказало 100 истребителей данного типа.
24 июня 1944 года главный летчик-испытатель компании Ryan Роберт Керлингер (Robert Kerlinger) впервые поднял в воздух прототип XFR-1, теперь известного как Fireball (шаровая молния; огненный шар). Машина была оснащена только поршневым двигателем. Турбореактивный двигатель компании General Electric, который еще не был готов к установке на самолет, был заменен балластом. Спустя несколько недель ТРД I-16 был установлен на самолет и можно было приступать к полноценным летным испытаниям истребителя с силовой установкой смешанного типа. Второй прототип XFR-1 присоединился к испытаниям в сентябре 1944 года.
«Самые сбалансированные характеристики»
Первоначально у XFR-1 было разное топливо для каждого двигателя: высокооктановый бензин для поршневого двигателя и керосин для турбореактивного. Это вызвало бы серьезные трудности в эксплуатации, и вскоре во время испытаний реактивный двигатель был настроен на работу на высокооктановом бензине. С тех пор на двух прототипах использовалось только одно топливо. Президент компании Ryan Клод Райан так прокомментировал характеристики истребителя Fireball:
«Передний двигатель развивает мощность 1350 л.с.. Этого достаточно для обычных взлетов. FR – это не более чем самолет с сопоставимыми мощностью и массой. Однако на случай возможного отказа поршневого двигателя на взлете хорошо иметь турбореактивный двигатель уже работающим на холостом ходу, чтобы при необходимости использовать всю его мощность. Двигатель Wright R-1820 Cyclone имеет экономичный расход топлива, что обеспечивает максимальную дальность полета на крейсерском режиме. Он оснащен трехлопастным воздушным винтом постоянной скорости Curtiss Electric с быстрым переключением во флюгерный режим. В более тяжелом и мощном двигателе нет необходимости, поскольку если требуется гораздо большая мощность, то имеется турбореактивный двигатель… С одним только передним двигателем Fireball на уровне моря имеет скороподъемность 2800 футов в минуту (14,2 м/с). Его самая экономичная крейсерская скорость с этим одним двигателем составляет 207 миль в час (334 км/ч)… В полете работающий в одиночку турбореактивный двигатель разгоняет Fireball до скорости 300 миль в час (480 км/ч)…
Обычный двигатель обеспечивает большую часть мощности на низких и средних скоростях, а реактивный – на высоких… При совместной работе оба двигателя в любой момент обеспечивают наиболее сбалансированные характеристики… С обоими двигателями, работающими на полную мощность, скороподъемность FR на исключительной скорости 220 миль в час (354 км/ч) составляет 5280 футов в минуту (26,8 м/с)».
Катастрофы
Мнение Клода Райана о созданном его компанией самолете было, конечно, весьма субъективным, но Fireball мог набирать высоту быстрее, чем Vought F4U Corsair и Grumman F6F Hellcat – два лучших американских палубных истребителя того времени. Помимо этого, его максимальная скорость 430 миль в час (692 км/ч) была значительно выше, чем у машины компании Grumman, и почти такой же высокой, как у новейшей версии «корсара».
В октябре 1944 года XFR-1 был признан пригодным для испытаний, которые должны были провести пилоты ВМС США в испытательном центре ВМС в Патаксент-Ривер, штат Мэриленд.
13 октября Роберт Керлингер выполнял обычное испытание перед отправкой самолета в испытательный центр ВМС, когда его Fireball развалился в воздухе и убил пилота. В то время причина катастрофы не была обнаружена, хотя представители компании предположили, что Керлингер во время пикирования непреднамеренно превысил предельное для самолета значение числа Маха. Имея особенно гладкую обшивку, Fireball, скорее всего, мог столкнуться с проблемами сжимаемости воздуха. После этой аварии новый шеф-пилот компании Ryan Эл У. Коновер (Al W. Conover) выполнил серию испытательных полетов, во время которых он тщательно и постепенно увеличивал скорость XFR-1 с целью найти «предел сжимаемости» самолета. Это, казалось, решило проблему, когда 22 марта 1945 года летчик-испытатель Микки Макгуайр (Mickey McGuire) ввел высокоскоростной Fireball в пикирование на высоте 35 000 футов (10 700 м) и не смог вывести из него. Расследование показало, что самолет врезался в землю целиком, не проявив признаков разрушения конструкции. И снова причиной аварии была потеря управления из-за превышения предельного значения числа Маха.
Эти необъяснимые аварии подкосили программу, хотя летные испытания и серийное производство «шаровых молний» продолжались. Истребитель достиг ожидаемых характеристик, но испытывал проблемы с охлаждением поршневого двигателя, маслорадиатор которого был снабжен заслонкой. Увеличенное хвостовое оперение улучшило устойчивость самолета. Управление аэронавтики продолжало поддерживать программу Fireball и в январе 1945 года заказало 600 истребителей FR-2, которые должны были отливаться от первой версии более мощным 1450-сильным двигателем Wright R-1820-74W.
В марте 1945 года первые серийные «шаровые молнии» вышли из сборочных цехов и были переданы базирующейся в Сан-Диего истребительной эскадрилье VF-66, и началось переобучение летчиков. Командиром эскадрильи был назначен лейтенант-коммандер (капитан 3-го ранга) Джон Ф. Грей (Lieutenant Commander John F. Gray) – летавший на истребителе Hellcat летчик-ас, на счету которого восемь побед в воздушных боях и уничтожение 16 самолетов противника на земле. Большинство пилотов его эскадрильи имели большой боевой опыт.
Все они сочли, что управляемость их нового самолета чрезвычайно легкая, а маневренность – очень высокая. Обзор из сдвинутого вперед большого каплевидного фонаря был просто отличным. Джон Грей был полон энтузиазма:
«Мы можем крутиться вокруг чего угодно… Сочетание реактивного двигателя и классического бензинового двигателя в носовой части самолета – идеальная формула, особенно когда все это размещено в таком маленьком истребителе, что он может быть даже меньше большинства истребителей Флота. Мы не нашли в этом самолете ничего страшного или извращенного. Он летает как и все остальные самолеты и во время диапазоне скоростей имеет чрезвычайную легкость управления.»
Во время переобучения Джон Грей часто встречал в воздухе другие самолеты американских ВМС, пилоты которых очень интересовались новой машиной. Однажды, когда Грей летел над Тихим океаном на одном поршневом двигателе, на него налетели четыре «хеллкэта»:
«На одном поршневом двигателе я летел, конечно, не так быстро, и они вынуждены были снизить скорость, чтобы лететь рядом со мной. Лидер приказал им выстроиться эшелоном, чтобы освободить место в разрыве. Я включил реактивный двигатель. Моя старая добрая «шаровая молния» оторвалась от них без шанса догнать меня. Я оставил их там совершенно ошеломленными. Чтобы усилить эффект, я вернулся к другому самолету, зафлюгировал винт и пролетел мимо с одним работающим реактивным двигателем.»
5 апреля 1945 года разбился еще один Fireball. Во время быстрого пролета мимо завода компании Ryan в Линдберг-Филд (Lindbergh Field) летчик-испытатель Дин Н. Лейк (Dean N. Lake) почувствовал необычную вибрацию и увидел, как оторвался кусок обшивки крыла. Вскоре после этого фонарь оторвался, и самолет перешел в неконтролируемую бочку. Дин Лейк выпрыгнул из самолета и приземлился под парашютом.
На авианосцах
Расследование катастрофы показало, что обшивка на нижней поверхности крыла отошла из-за поломки нескольких заклепок с потайной головкой. Когда крыло сломалось, по консоли крыла к фюзеляжу пошел мощный поток воздуха, создав избыточное давление, которое оторвало фонарь кабины.
Некоторые признаки указывали, что Fireball Роберта Керлингера был потерян по такой же причине: вскрытие пилота показало, что ему по голове был нанесен сильный удар, возможно, именно из-за разорванного фонаря кабины. В ходе последующих статических испытаний выяснилось, что при очень больших нагрузках некоторые заклепки могут оторваться. Следовательно, обшивка крыла могла оторваться. Решением этой проблемы было добавление заклепок на наиболее нагруженных участках крыла.
Несмотря на эти аварии, командование ВМС США особенно спешили задействовать эскадрилью VF-66 в боевых действиях, поскольку истребители Fireball казались особенно эффективными для противодействия высокоскоростным самолетам-камикадзе, запущенным японцами по американским кораблям. Для этого на авианосце «Рейнджер» (USS Ranger) были размещены три истребителя Fireball для проведения квалификационных испытаний, и 1 марта 1945 года в их рамках «шаровая молния» совершила свою первую полноценную посадку на палубу авианосца. Эти испытания показали, что передней стойке шасси на посадке не хватало прочности, и эта проблема сохранялась на протяжении всей карьеры самолетов данного типа. Пилоты «шаровых молний» без труда совершали посадки на палубы авианосцев наравне с другими состоявшими на вооружении самолетами. Однако при жесткой посадке Fireball имел тенденцию к отскакиванию, и если тормозной гак зацеплялся за трос аэрофинишера, то это приводило к сильному удару о палубу. Это часто приводило к повреждению носовой стойки шасси; иногда воздушный винт ударялся о палубу, приводя к повреждению двигателя.
Лейтенант (капитан-лейтенант) Д. М. «Уинти» Кренгер (Lieutenant D. M. «Wintey» Krenger) и лейтенант-коммандер (капитан 3-го ранга) Уильям Мак-Клендон (Lieutenant Commander William Mc-Clendon) разработали особую технику приземления истребителя Fireball. При легком надавливании на ручку управления пилот мог избежать сильного подпрыгивания самолета. Как объяснил Кренгер,
«это требовало точности движения в отличие от того, что делали пилоты в то время.»
Джон Грей и другие летчики вооруженной истребителями Fireball эскадрильи VF-66 смогли стандартизировать технику эксплуатации самолетов данного типа. Командир подразделения писал:
«Мы можем выполнять крейсерский полет на одном девятицилиндровом двигателе Cyclone, потребляя от 30 до 35 галлонов (от 135 до 150 л) в час и включая и выключая реактивный двигатель всякий раз, когда требуется ускорение. Это будет обычная процедура, лучшая для использования двигателей, очень эффективная для продолжительного патрулирования и выполнения крейсерского полета на большие расстояния. Перед достижением цели пилот включает реактивный двигатель; перед заходом на посадку, когда требуется дополнительная мощность, реактивный двигатель остается на холостом ходу. Несмотря на то, что он был разработан для увеличения мощности во время боя, в случае необходимости реактивный двигатель также можно использовать для взлета или во время посадки для ухода на второй круг… Именно скорость набора высоты делает «шаровую молнию» таким фантастическим самолетом. С двумя работающими на полную мощность двигателями самолет при угле атаки 19° может достичь высоты 6000 футов (1830 м) всего за минуту.
На взлете на обоих двигателях тормоза плотно удерживаются до тех пор, пока реактивный двигатель не разгонится до максимальной мощности. Затем тормоза отпускаются, и мощность подается на передний двигатель. В обычном крейсерском полете используется только передний двигатель. В полете реактивный двигатель запускается намного легче, чем на земле, и разгоняется быстрее, но самолет всегда ускоряется хуже, чем с обычным двигателем.»
Джон Грей и летчики его эскадрильи были уверены, что Fireball окажется хорошим истребителем, и считали, что этот самолет станет очень устойчивым носителем вооружения. В апреле 1945 года эскадрилья VF-66 доставила свои самолеты на базу Твентинайн-Палмс (Twenty-Nine Palms), штат Калифорния, для проведения в течение месяца учебно-боевых стрельб. В ходе этих испытаний два пилота установили рекорд стрельбы для Западного побережья. Несмотря на произошедшие в июне две аварии со смертельным исходом, эскадрилья VF-66 продолжала готовиться к предстоящему развертыванию.
Капитуляция Японии в середине августа положила конец ускоренной программе ввода в эксплуатацию. К тому времени было построено 66 истребителей FR-1, и ВМС США немедленно отменили заказ на оставшиеся 634 самолета.
В октябре 1945 года эскадрилья VF-66 была расформирована. Истребители Fireball и персонал были переведены в состав эскадрильи VF-41, которой также командовал Джон Грей. Оценка нового истребителя была продолжена, и в ноябре на авианосце на остров Уэйк были отправлены 15 пилотов и восемь FR-1 для прохождения квалификационных испытаний. Впервые в море вышло комплектное подразделение с истребителями Fireball. За шесть дней было совершено 89 посадок, и все пилоты кроме одного прошли квалификацию.
Самый заметный инцидент во время квалификационных испытаний произошел 6 ноября, когда вскоре после вылета энсин (младший лейтенант) Дж. К. «Джейк» Уэст (Enseigne J. C. «Jake» West) обнаружил, что поршневой двигатель его истребителя FR-1 быстро теряет мощность. Он включил реактивный двигатель и с его помощью совершил посадку на авианосец. Во время захода на посадку скорость была слишком большой, и Fireball своим тормозным гаком захватил шестой (и последний) трос и остановился в аварийном тормозном устройстве. Невольно и даже сам того не желая, Джейк Уэст совершил первую посадку «стопроцентного» реактивного самолета.
Техника посадки с надавливанием ручки управления перед приземлением снизила количество аварий с участием «шаровых молний». Однако проблема осталась. Обычно повреждение можно было устранить на борту авианосца, что увеличивало нагрузку на механиков. Инженер У. Т. Имменшу (W. T. Immenschuh), включенный в число участников программы Ryan FR-1, объяснил проблему следующим образом:
«Непрерывная эксплуатация (истребителей FR-1) привела к трем типам отказов. При очень жестких посадках, которые часто случаются с новыми пилотами, ломались спицы носового колеса; оси основных стоек шасси изгибались и иногда могли оставаться деформированными, в результате чего обод терся о вал амортизатора. Тенденция самолета опускаться на заднюю часть в конце тормозного пути после зацепления гаком за трос приводила к возникновению трещин в обшивке и в хвостовой части вокруг крепления тормозного гака.»
В марте 1946 года эскадрилья VF-41 была принята на борт эскортного авианосца «Байроко» (USS Bairoko, CVE-115) для оценки в реальных условиях. Эта оценка включала в себя неделю интенсивных полетов, во время которой было повреждено столько «шаровых молний», что полеты пришлось остановить. В ходе квалификационных испытаний также был выявлен серьезный недостаток в системе управления элеронами. Все это, а также признаки частичных разрывов крыльев на нескольких самолетах привели к временному запрету на полеты.
Когда самолеты были доработаны, полеты возобновились. Затем в июне 1946 года эскадрилья VF-41 при особо трагических обстоятельствах потеряла двух своих ведущих пилотов. 3 июня, когда самолеты эскадрильи VF-41 в боевом строю возвращались в Сан-Диего после участия в авиашоу над Лос-Анджелесом, консоль крыла самолета Грея начала складываться. Fireball Грея потерял управление и врезался в самолет Джейка Уэста. Два самолета рухнули на землю, унеся с собой своих пилотов.
В ноябре 1946 года эскадрилья VF-41 была переименована в VF-1E, но продолжила свою деятельность. После доработки самолетов эскадрилья «шаровых молний» вышла в море на борту эскортного авианосца «Бадонг Стрейт» (USS Badoeng Strait, CVE-116). И снова после жестких посадок повреждались носовые стойки самолетов, и в результате один Fireball был потерян и еще четыре повреждены.
Несмотря на все эти трудности в апреле 1947 года эскадрилья VF-1E вернулась на борт авианосца «Бадонг Стрейт», а затем в июне того же года эскадрилья действовала с борта эскортного авианосца «Рендова» (USS Rendova, CVE-114). Однако проблема с дефектами конструкции самолетов так и не была решена. Однако, когда после очень жесткой посадки на «Рендову» истребитель Fireball раскололся надвое, это стало сигналом к концу программы. Истребителям FR-1 снова было запрещено выполнять полеты. В следующем месяце истребители Fireball были официально сняты с вооружения ВМС США. Некоторые «шаровые молнии» продолжали летать в испытательных центрах до апреля 1948 года, когда Fireball в последний раз поднялся в воздух.
Компания Ryan предложила несколько усовершенствованных вариантов «шаровой молнии», но после окончания войны ни одна из них не вызвала никакого официального интереса. Истребитель XFR-3 должен был получить турбореактивный двигатель General Electric I-20, но он так и не был изготовлен.
Темная акула
Окончательным вариантом истребителя со смешанной силовой установкой, который поднялся в воздух, стал XF2R-1, получивший официальное прозвище Dark Shark (темная акула). Это был планер 15-ой серийной «шаровой молнии», в носовой части фюзеляжа которого поршневой двигатель был заменен на более мощный турбовинтовой двигатель. Самолет совершил свой первый полет в ноябре 1946 года с турбовинтовым двигателем General Electric XT-31 мощностью 1700 л.с. и тягой 225 кг. Двигатель приводил в движение стальной четырехлопастной винт, который можно было зафлюгировать или перевести в реверсный режим, чтобы уменьшить длину пробега во время посадки. Увеличенный киль компенсировал удлинение носовой части самолета. В задней части фюзеляжа размещался турбореактивный двигатель General Electric J-31 с тягой 720 кг. На уровне моря опытный истребитель XF2R-1 разгонялся до скорости 497 миль в час (800 км/ч), имел начальную скорость набора высоты 4850 футов (1480 м) в минуту и практический потолок 39 100 футов (12 000 м). Еще более мощная версия XF2R-2 с турбовинтовым двигателем и турбореактивным двигателем Westinghouse J-34 мощностью 1890 кг тяги не была изготовлена.
Если бы война на Тихом океане не закончилась в сентябре 1945 года и если бы союзники вторглись в Японию, как планировалось, то нет никаких сомнений в том, что «шаровые молнии» участвовали бы в боях на Японских островах. Пилоты смирились бы с недостатками машины и по достоинству оценили бы отличную скорость набора высоты, высокую скорость и относительно большую дальность полета. Именно эти качества были необходимы для отражения ожидавшихся от японцев массовых атак самолетов-смертников.
Окончание Второй Мировой войны, а также происходившее примерно в то же самое время совершенствование турбореактивных двигателей вынесли приговор программе Fireball. Причиной появления истребителя со смешанной силовой установкой была идея использования турбореактивного двигателя для достижения высокой максимальной скорости горизонтального полета и поршневого двигателя для ускорения на малых скоростях. Но уже в 1945 году новейшие реактивные двигатели имели гораздо лучшую приемистость по сравнению со своими предшественниками. Кроме того, после капитуляции Японии отпала необходимость в истребителях, которые обладали высокими летными характеристиками и которые могли бы действовать с небольших эскортных авианосцев. Все эти корабли были переоборудованы или переведены на выполнение второстепенных задач.
Весной 1945 года в серийное производство был запущен первый реактивный палубный истребитель – двухмоторный McDonnell FH-1 Phantom. Этот новый самолет был намного быстрее, чем Fireball, и мог участвовать в операциях, действуя с крупнейших авианосцев американского флота. Находившиеся на чертежных досках преемники «фантома» обещали еще больший уровень надежности. Столкнувшись с такой конкуренцией, самолет компании Ryan, который благодаря смешанной силовой установке почти сделал себе имя в истории авиации, стал просто еще одной отличной идеей, которая в конечном итоге потерпела крах из-за технических проблем.
ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Тип: Ryan FR-1 Fireball
Назначение: палубный истребитель
Статус: серийное производство
Экипаж: 1 человек
Силовая установка:
• один девятицилиндровый радиальный поршневой двигатель воздушного охлаждения Wright R-1820 Cyclone, развивавший мощность 1350 л. с. И вращавший трехлопастный винт;
• один турбореактивный двигатель General Electric I-16 (J-31) с тягой 720 кгс
Размеры:
размах крыла 12,20 м
длина 10,7 м
высота 4,3 м
площадь крыла 25,6 м²
аэродинамический профиль крыла
• у корневых частей NACA 65-117
• у законцовок NACA 65-115
Масса:
пустого 3488 кг
взлетная 5285 кг
Летные характеристики:
максимальная скорость на высоте 5500 метров
• с двумя работающими двигателями 685 км/ч
• с одним поршневым двигателем 475 км/ч
начальная скорость набора высоты 24,3 м/с
практический потолок 13 100 м
дальность полета (с ПТБ емкостью 560 литров) 2300 км
Вооружение:
• стрелковое – четыре 12,7-мм пулемета Browning MG-53 в консолях крыла и
• ударное – две 450-кг бомбы или четыре неуправляемых ракетных снаряда калибром 75 мм
источник: Jeff Ethell et Alfred Price. Traduit de l’anglais par Michel Benichou «Ryan FR-1 Fireball. Il aurait se faire pu un nom …» // Le Fana de l’Aviation 1997-10 (335), pages 42-49