Первый из многих. Опытный истребитель Supermarine Type 300. Великобритания

Винтажная статья 1976 года, которая, думаю, заинтересует коллег.

Предисловие редакции: в своей статье К. Ф. Эндрюс (C. F. Andrews) и Э. Б. Морган (E. B. Morgan) прослеживают происхождение опытного истребителя Supermarine Type 300, который впервые поднялся в воздух 40 лет назад и которому суждено было заслужить вечную славу величайшего истребителя своего времени – «спитфайра».

Истребитель Spitfire появился благодаря большим успехам, достигнутым в начале 1930-х годов в ходе создания высокоскоростных гоночных самолетов. Когда 5 марта 1936 года главный летчик-испытатель компании Vickers капитан Дж. «Матт» Саммерс (Capt J. “Mutt” Summers) впервые поднял в воздух прототип Type 300 (военный номер K5054), в этом самолете были сконцентрированы все знания и опыт, полученные в результате интенсивных исследований характеристик высокоскоростных полетов, а также практического применения теорий, разработанных на их основе для гоночных монопланов в финальной серии международных гонок гидросамолетов на кубок Шнейдера. Когда главный конструктор компании Supermarine Works (Supermarine; приобретена концерном Vickers в 1928 году) Реджинальд Митчелл переключил свое внимание с летающих лодок и гоночных поплавковых гидросамолетов на процесс создания истребителя нового поколения, его выдающиеся успехи в этих областях проектирования заставили официальные органы, ответственные за приобретение техники для частей противовоздушной обороны, ожидать что-то выдающееся от компании из Вулстона, Саутгемптон. Несмотря на разочарование первой попытки Реджинальда Митчелла – истребителя Supermarine Type 224, который был создан в соответствии с требованиями спецификации F.7/30 и фактические характеристики которого оказались ниже расчетных, Митчелл черпал новое вдохновение в неуклюжих очертаниях Type 224, из которого как из уродливой куколки появилась красивая бабочка – Type 300 Spitfire.

Несмотря на несомненный талант Реджинальда Митчелла эта трансформация произошла не в одночасье. Контуры «спитфайра» были результатом долгих размышлений Митчелла и его команды конструкторов, что привело к многочисленным возвращениям к чертежной доске и деревянным «макетам» для проработки трехмерных элементов конструкции самолета. Малоизвестным и удивительным фактом проектирования самолета было отсутствие испытаний в аэродинамической трубе до выбора окончательной конфигурации. Одно испытание было проведено на большой «полумодели» (разделенной вертикально по центральной линии) с целью исследования прохождения воздушного потока через подкрыльевой радиатор с малым сопротивлением, однако в полной мере были использованы официальные и исчерпывающие испытания, проведенные для самолетов, создававшихся для участия в шнейдеровских гонках, Королевским авиационным НИИ (Royal Aircraft Establishment) и Национальной физической лабораторией, а также результаты испытаний в собственной аэродинамической трубе концерна Vickers.

Реджинальд Дж. Митчелл (1895–1937 гг.), в саду Хаследена (Hasleden), в собственном доме в Портсвуде (Portswood), Саутгемптон

Насколько ценными были шнейдеровские гонки для исследования области полетов на больших скоростях становится очевидным, если принять во внимание ограничения управляемости, которые на победные гидросамолеты компании Supermarine накладывало их назначение. Взлет с винтом фиксированного шага в режиме сваливания самолета был чрезвычайно опасен, а посадка на воду была почти столь же сложна вследствие отсутствия закрылков и длинных аэродинамически чистых поплавков, ограничивавших и без того недостаточный обзор пилота в узком угле захода на посадку и терявших скорость перед касание водной поверхности. Кроме того, удаление подкрыльевых поплавков с высоким лобовым сопротивлением предполагало введение в конструкцию созданных на их базе самолетов наземного базирования, включая и «спитфайр», убирающихся основных стоек шасси.

Когда в 1930 году Министерство авиации опубликовало спецификацию F.7/30, требовавшую создания одноместного истребителя, пригодного для полётов днём и ночью и обладавшего высокими летными характеристиками, Реджинальд Митчелл, естественно заинтересовался этой спецификацией. В активе Митчелла был успех гоночных гидросамолетов-монопланов Supermarine S.5, S.6 и S.6R, завоевавших для Великобритании кубка Шнайдера. Следующий шаг – создание истребителя наземного базирования с высокими летными характеристиками – казался логичным, но конструкторы компании Supermarine обнаружили, что это далеко не так. Фактически, в одном из отчетов компании Supermarine об испытаниях в аэродинамической трубе указывалось, что ответ компании на спецификацию содержал элементы новизны, о которых во время проектирования было мало информации или вообще её не было. Одним из этих отличительных особенностей было паровое охлаждение двигателя Rolls-Royce Goshawk, который был разработан на основе успешного авиамотора Kestrel. Концепция данной системы охлаждения заключалась в том, что водяной теплоноситель должен был закипать и затем конденсироваться в обратном канале замкнутого контура, в результате чего можно было сэкономить значительный объем воды. На практике это оказалось сложнее, чем ожидалось, и было сделано всего несколько двигателей Goshawk. В опытном истребителе Supermarine Type 224 передние кромки консолей крыла использовались для размещения стальных конденсаторов пара без ухудшения аэродинамического сопротивления. Полученное в результате D-образное поперечное сечение привело к появлению у истребителя Spitfire кессона в пространстве, ограниченном передней кромкой крыла и единственным лонжероном.

Хотя у компании Supermarine был большой опыт в разработке убирающихся шасси для своих многочисленных летающих лодок-амфибий, ни одно из них не убиралось полностью, а разработка убирающихся основных стоек шасси для самолетов наземного базирования находилась в зачаточном состоянии. В опытном истребителе Supermarine Type 224 были применены неубирающиеся короткие основные стойки шасси, закрытые обтекателями типа «штаны» и установленные в точках излома толстого крыла схемы «обратная чайка». Внутри каждого обтекателя размещался пулемет; еще два синхронизированных пулемета были установлены в фюзеляже, как это было принято в годы Первой Мировой войне. Сравнительно толстое крыло было использовано для обеспечения достаточной жесткости свободнонесущей конструкции и полученную в результате конструкцию вряд ли можно назвать эстетичной. В какой-то момент целеустремленная обтекаемость самолетов для шнейдеровских гонок была утрачена, и это отсутствие технической эстетики было очевидно в других прототипах, созданных в рамках спецификации F.7/30.

Никто не знал этого лучше Реджинальда Митчелла. По словам главного специалиста по аэродинамике Беверли Шенстоуна (Beverley Shenstone) Реджинальд Митчелл был разочарован прогнозами испытаний модели Type 224 в аэродинамической трубе, согласно которым скорость была на 17 миль в час (27 км/ч) ниже расчетной с соответствующим снижением показателей скороподъемности. Таким образом Реджинальд Митчелл сразу же начал корректировать конструктивные параметры, за которыми последовала целая серия проектов, кульминацией которых стали очертания опытного истребителя Type 300, ставшего одним из самых знаменитых самолетов во всей истории авиации, известным как пожилым людям, так и школьникам.

Эллиптическое крыло, которое стало характерной чертой «спитфайра», появилось несколько случайно в результате успешной попытки разместить восемь пулеметов и убирающиеся основные стойки шасси в тонком аэродинамическом профиле. Позднее, когда «спитфайры» нескольких модификаций стали действовать на больших высотах в качестве невооруженных самолетов-фоторазведчиков, было обнаружено, что эллиптическое крыло обладает дополнительным преимуществом. Его низкое индуктивное сопротивление стало важным при увеличенных углах атаки в разреженном воздухе на большой высоте, а эллиптическая форма в плане способствовала крутым виражам на полной мощности в условиях больших перегрузок.

Опытному истребителю Type 224 был присвоен военный номер K2890, и первый полет эта машина совершила 24 февраля 1934 года под управлением Матта Саммерса (Mutt Summers). 30 июня того же года самолет был представлен в Хендоне на торжествах Королевских ВВС. К этому времени Реджинальд Митчелл занимался исследованиями альтернативных конфигураций используя для этого расчеты возглавляемого Аланом Клифтоном (Alan Clifton) технического отдела. Со всеми этими работами сравнительно небольшой, но очень эффективной группы конструкторов был связан Джозеф Смит – тогдашний главный помощник Реджинальда Митчелла, позднее сменивший своего шефа на посту главного конструктора компании Supermarine.

в 1934 году неэлегантный опытный истребитель Type 224 (военный номер K2890) с двигателем Goshawk был представлен в Хендоне на торжествах Королевских ВВС

В годы Второй Мировой войны «Джо» Смит отвечал за разработку всех многочисленных модификаций шедевра своего шефа. Следует подчеркнуть последовательную тенденцию технической мысли того времени, потому что во время войны, которая началась вскоре после запуска истребителя Spitfire в серийное производство, любая замена в номенклатуре Королевских ВВС, необходимая для выполнения новых боевых задач, достаточно просто решалась появлением нового варианта «спитфайра». В первые годы войны не было времени на проектирование и доводку новых типов самолетов, и в подобной ситуации оказались исходные варианты других боевых самолетов, таких как Hurricane, Mosquito, Wellington и Manchester/Lancaster.

Зафиксированная максимальная скорость опытного истребителя Type 224 составляла 228 миль в час (367 км/ч), на высоту 15000 футов (4572 м) самолет забирался на 9,5 минут, тогда как согласно результатам испытаний в аэродинамической трубе этот показатель составлял 6,6 минут. Одной из причин столь низких летных характеристик было сделанное еще на этапе проектирования требование Министерства авиации увеличить размеры крыла, поскольку величина удельной нагрузки 15 фунтов на кв. фут (73 кг/м²) была сочтена слишком высокой. Скорее всего, именно это решение породило мнение, что причиной низких летных характеристик является спецификация F.7/30, хотя для своего времени она была довольно перспективной. Вскоре после выпуска спецификации F.7/30 за ней последовали обновленные требования, примером которых является спецификация F.5/34. Помимо всего прочего данная спецификация предусматривала вооружение из восьми пулеметов, предложенное сквадрон-лидером (майором авиации) Сорли (позднее сэром Ральфом Сорли; Sqn Ldr Sorley) из управления технических разработок (Directorate of Technical Development) Министерства авиации. Но что действительно положило начало революции в конструкции британских истребителей, так это появление нового двигателя компании Rolls-Royce, обещавшего гораздо большую мощность, чем производимые авиадвигатели с жидкостным охлаждением, такие как Kestrel и Goshawk.

Этот новый двигатель, позднее получивший обозначение Merlin, первоначально фигурировал в документации как PV 12 (Private Venture – инициативная разработка, 12-цилиндровый), поскольку программа его создания на ранних этапах финансировалась самой компанией Rolls-Royce. К этому времени двигатель Rolls-Royce «R», которым оснащались гоночные гидросамолеты компании Supermarine, считался слишком крупным и громоздким для установки на истребитель, хотя позднее двигатель с примерно таким же рабочим объемом Rolls-Royce Griffon был успешно установлен на более поздние модели базового планера «спитфайра».

Оба созданные под новый двигатель истребителя – Spitfire и Hurricane – также были инициативными разработками своих компаний. Решение дать Реджинальду Митчеллу полномочия на разработку нового истребителя было принято на заседаниях правления компании Supermarine Aviation Works (Vickers) Limited, состоявшихся в октябре и ноябре 1934 года. Конструкция разрабатываемого самолета должна была следовать последним схемным решениям и расчетам и включать в себя прямое тонкое крыло с убирающимся основными стойками шасси, закрытую кабину и свободнонесущее хвостовое оперение, которое во многом повторяло форму оперения гоночного самолета Supermarine S.6. Расчетная скорость этого проекта, создававшегося в рамках спецификации F.7/30 и оснащавшегося двигателем Goshawk, составляла 265 миль в час (426 км/ч), но с двигателем Merlin с его наддувом и передовыми технологиями подачи топлива, заимствованными у участвовавших в шнейдеровских гонках гидросамолетов, можно было рассчитывать на достижение на расчетной высоте скорости 350 миль в час (563 км/ч).

Опыт Supermarine в разработке конструкции истребителя Spitfire был унаследован от его предшественников: цельнометаллических летающих лодок Southampton Mark II, Scapa и Stranraer, поплавковых гидросамолетов, принимавших участие в шнейдеровских гонках, и, при всех его недостатках, опытный истребитель Type 224. Фюзеляж «спитфайра» имел конструкцию с работающей обшивкой и овальное поперечное сечение, сужавшееся к его задней оконечности. Силовой набор фюзеляжа состоял из четырех основных лонжеронов и пятнадцати шпангоутов швеллерного сечения. Обшивка из легкого сплава была приклепана к шпангоутам и внутренним элементам жесткости. Киль составлял единое целое с хвостовой частью фюзеляжа, которая изготавливалась как отдельная сборочная единица. Как и у гоночных гидросамолетов первые пять шпангоутов «спитфайра» имели срезанные верхние части и были соединены верхними лонжеронами. В этой носовой части размещались топливные баки, кабина пилота и передние крепления трубчатой моторной рамы.

Каждая консоль крыла представляла собой отдельную эллиптическую конструкцию с работающей обшивкой и, как уже говорилось ранее, тонким поперечным сечением, что позволяло отойти от условностей и опередить свое время. Основу силового набора составлял единственный лонжерон с двумя многослойными полками прямоугольного поперечного сечения и плоскими стенками. К вспомогательному лонжерону крепились элероны и закрылки. Отклоняющиеся поверхности крыла имели металлический силовой набор и полотняную обшивку. Основные стойки шасси представляли собой консольные конструкции и убирались в сторону от фюзеляжа в нижние поверхности консолей крыла. В прототипе уборка основных стоек осуществлялась с помощью ручного насоса, в то время как в серийных версиях был установлен насос с приводом от двигателя.

Во время первого полета, состоявшегося 5 марта 1936 года с аэродрома Истли (Eastleigh), основные стойки шасси были зафиксированы в выпущенном положении и на самолет был установлен винт с меньшим шагом, чтобы обеспечить удовлетворительный взлет с таким мощным по тем временам двигателем. Опыт, полученный компанией Supermarine во время предварительных испытаний гоночных гидросамолетов S.6 и S.6B был, по-видимому, очень важен, поскольку эти машины, оснащенные винтами с большим крутящим моментом и крупным шагом, попросту вращались на воде и тупо отказывались взлетать. После этого первого короткого полета летчика-испытателя Матта Саммерса спросили об органах управления самолета, он ответил:

«Я не хочу ничего трогать – оставьте все как есть».

первый прототип Type 300 (K5054) в Истли перед своим первым полетом с первоначальным рулем направления и без створок ниш стоек шасси

первый прототип Type 300 (K5054) во время первых испытательных полетов в 1936 году. Обратите внимание на необтекаемые выхлопные патрубки. Самолет был полностью выкрашен в сине-серый цвет

снимок первого прототипа Type 300 (K5054) с винтом меньшего шага и измененной роговой компенсацией руля направления

снимок первого прототипа Type 300 (K5054) с винтом меньшего шага и измененной роговой компенсацией руля направления

снимок первого прототипа Type 300 (K5054) с винтом меньшего шага и измененной роговой компенсацией руля направления. На снимке хорошо видны указатели положения основных стоек шасси

Когда 10 марта машина снова поднялась в воздух, ходовая часть машины уже была подготовлена для полноценной эксплуатации и был установлен соответствующий пропеллер с фиксированным шагом.

Фактически, единственное изменение, внесенное до того как 25 мая прототип K5054 был доставлен в Научно-исследовательский центр авиации и вооружения (Aeroplane and Armament Experimental Establishment – A&AEE), Мартлшем-Хит, заключалось в изменении роговой компенсации руля направления и верхней оконечности киля с наклонной на вертикальную. Штатный летчик-испытатель компании Supermarine Джордж Пикеринг (George Pickering) поднял машину в воздух 25 марта, а на следующий день за ним последовал его преемник Джеффри Куилл (Jeffrey Quill). Во время своего полета Пикеринг в пикировании достиг приборной скорости 430 миль в час (692 км/ч). Впервые «спитфайр» был публично представлен в июне 1936 года на летном показе Королевских ВВС, когда этот самолет, полностью выкрашенный в синий цвет и получивший №2, был размещен на площадке новых типов. Самолет был принят на вооружение в Мартлшем-Хите 23 октября 1937 года, а 29 декабря того же года и 13 апреля 1938 года прототип K5054 вернулся в Истли для доработок, включавших переоборудование по стандарту серийной модификации Mk 1. Основной целью полетов, выполненных в этот период, было улучшение управляемости на высоких скоростях. Самолет пережил несколько вынужденных посадок, одна из которых заключалась в проверке прочности машины при посадке с убранными шасси.

первый прототип Type 300 (K5054) на показе, организованном обществом британских авиаконструкторов (SBAC [SBAC – Society of British Aircraft Constructors] Display); 1936 год

первый прототип Type 300 (K5054) демонстрирует свои элегантные линии над Саутгемптоном 18 мая 1936 года 

способность «спитфайра» выдерживать вынужденные посадки была проверена 22 марта 1937 года, когда из-за потери давления масла во время выполнения разворотов с большой перегрузкой и петель Нестерова первый прототип Type 300 (K5054) совершил вынужденную посадку на фюзеляж рядом с дорогой Вудбридж-Бодси. Повреждения были небольшими

пособность «спитфайра» выдерживать вынужденные посадки была проверена 22 марта 1937 года, когда из-за потери давления масла во время выполнения разворотов с большой перегрузкой и петель Нестерова первый прототип Type 300 (K5054) совершил вынужденную посадку на фюзеляж рядом с дорогой Вудбридж-Бодси. Повреждения были небольшими

Последний переезд самолета состоялся 31 октября 1938 года, когда машина была доставлена в Королевский авиационный НИИ (Royal Aircraft Establishment – RAE), Фарнборо. Именно здесь прототип K5054 попал в более серьезную аварию, когда во время рулежки самолет, выполнявший крутой разворот, врезался в радиомачту. Мачта пробила фюзеляж за головой пилота, и корпус машины разломился надвое. Пилот, к сожалению, не выжил. Поскольку прототип был изготовлен без использования специальной технологической оснастки и приспособлений, в октябре 1939 года он был снят с вооружения, признан устаревшим и с общим налетом 151 час был в конечном итоге списан. Однако катастрофа прототипа никак не сказалась на карьере созданного на его базе семейства машин, которая оказалась более чем успешной.

первый прототип Type 300 (K5054) на аэродроме в Истли. На данном снимке хорошо видны выхлопные патрубки с тремя соплами на каждой стороне фюзеляжа

первый прототип Type 300 (K5054) модифицированный до стандарта Mk 1 с выхлопными патрубками с тремя соплами на каждой стороне фюзеляжа и с нанесенной камуфляжной окраской

первый прототип Type 300 (K5054) в полете над Истли; 1938 год. В октябре 1939 года самолет, налетавший 151 час, был объявлен устаревшим

первый прототип Type 300 (K5054) в полете над Истли; 1938 год. В октябре 1939 года самолет, налетавший 151 час, был объявлен устаревшим

Митчелл присутствовал в Истли во время первого полета прототипа и некоторое время после этого был активен, присутствуя 8 и 9 июня в Мартлшеме на официальных испытаниях. В том же месяце был заключен первый контракт на 310 «спитфайров», однако, к сожалению, Реджинальд Митчелл скончался, так и не увидев успеха своего детища. До сих пор ни у одного авиаконструктора не было более прекрасного мемориала.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Supermarine Type 300

Назначение: истребитель

Статус: прототип

Экипаж: 1 человек

Силовая установка: один 12-цилинлровый рядный двигатель жидкостного охлаждения Rolls-Royce Merlin C с номинальной мощностью 1000 л.с и номинальным наддувом 6 фунтов на кв. дюйм (29 кг/м²), вращавший двухлопастный винт фиксированного шага

Размеры:

размах крыла 37 футов (11,27 м)
длина 30 футов (9,14 м)
высота (воздушный винт установлен вертикально) 11 футов 5 дюймов (3,5 м)
площадь крыла 242 кв. фута (22,5 м²)

Масса (вместо пулеметов в консолях крыла размещен балласт): 5332 фунта (2418 кг)

Летные характеристики:

скорость на максимальном газе на высоте 16800 футов (5120 м) 349 миль в час (562 км/ч)
время набора высоты 9400 футов (2865 м) на максимальном газе 3 минуты 33 секунды
практический потолок 35400 футов (10080 м)
длина разбега 235 ярдов (215 м)
длина пробега без тормозов 450 ярдов (411 м)

источник: C. F. Andrews and E. B. Morgan «The first of the many» «Aeroplane Monthly» March 1976, pages 116-121

перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-pervyi-iz-mnogih-opytnyi-istrebitel-supermarine-type-300-vel