Проект морского самолёта Junkers J.M. 1,400. Германия

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF. Перевод был выполнен в августе 2014 года.

Хуго Юнкерс, будучи пионером в области постройки свободнонесущих цельнометаллических монопланов, не чурался и обычных в те годы материалов и конструкций. Так, например, во время Первой Мировой войны проектировал и бипланы в конструкции которых применялась древесина, а обшивка состояла из полотна и авиационной фанеры. Об этих «обходных путях» Юнкерса до сих пор известно немного. Недавно были обнаружены материалы, согласно которым компания Junkers по заказу Имперского Морского ведомства (Reichsmarineamt) в 1916 году разработала морской самолёт, получивший обозначение J.M. 1,400.

После Первой Мировой войны, в годы которой всеми воюющими государствами за почти 4 года были построены почти 170000 самолётов всех типов, поиск новых путей в авиации велся лишь немногими гениальными конструкторами.

Хуго Юнкерс был одним из них, возможно даже наиболее значимым. Еще в 1915 году он дал импульс к разработке пригодных для выполнения полётов цельнометаллических конструкций. Он разработал свободнонесущий моноплан и таким образом своей работой проложил путь к современному самолётостроению.

Кто бы мог подумать, что этот пионер цельнометаллического самолётостроения во время Первой Мировой войны пойдёт, так сказать, в обход и разработает проект биплана, в конструкции которого будет использоваться обычная для того времени древесина, полотняная обшивка и стягивающие тросы, служащие для придания необходимой жесткости конструкции. Это звучит как нечто невероятное, но данная история действительно имела место.

Как следует из материалов архива Гаутингер-Юнкерс (Gautinger Junkers-Archiv), которые нам любезно предоставил из своего собрания историк Петер М. Грош (Peter M. Grosz), всё началось 4 октября 1916 года в Имперском Морском ведомстве состоялся разговор между сотрудником данного ведомства старшим лейтенантом Моллом (Oberleutnant zur See Moll) и представителем компании Junkers господином Балдиманном (Baldimann). Результатом данного разговора стал договор, согласно которому берлинское отделение компании Хуго Юнкерса (Junkers & Co, Abt. Flugzeugbau, Berlin SW 11) должно было приступить к проектированию трехмоторного морского самолёта. Выбор самолета данного типа объяснялся острой потребностью в нем со стороны флота и отсутствие разработок со стороны других авиастроительных компаний. О данном факте упомянуто и в материалах компании Junkers.

Продолжительность полета нового самолёта должна была составлять 6-7 часов, вооружение – 2 пулемёта, экипаж – 3 человека. Максимальная скорость должна была составлять не менее 140 км/ч, минимальная – примерно 70-80 км/ч. Самолёт должен был нести большую бомбовую нагрузку и мощный радиотелеграф. Самолет должен был иметь способность продолжать полёт и при отказе одного из двигателей.

Предполагалось, что на самолёте будут установлены три 160 сильных авиационных двигателя или моторы с еще большей мощностью. Практический потолок должен был составлять 3000 метров. Было решено, что самолёт будет оборудован двумя поплавками таких размеров, что каждый из них будет способен в одиночку удерживать на плаву самолёт. Для применения в Северном и Балтийском морях такая компоновка имела преимущество, поскольку у австрийцев на более спокойном Адриатическом море не было таких проблем с волнением, и они могли использовать обычные летающие лодки, корпус которых частично погружался в воду.

Следствием вышеупомянутого разговора стали представленные к 21 октября 1916 года пять предварительных проектов с различным расположением и размещением силовой установки и экипажа.

Все пять представленных проектов были бипланами. При этом как верхние, так и нижние несущие плоскости должны были получить полотняную обшивку и в некоторых случаях сильно смещаться относительно друг друга. Временное первоначальное обозначение всех пяти самолетов данного типа было J.M.1, 400. Чертежи, технические данные, особенно основные размеры к сожалению отсутствуют. Имеются только общие данные и некоторые габаритные характеристики. Дипломированный инженер Х. Й. Линдштядт (Dipl.-Ing. H. J. Lindstädt) попытался представить шесть из семи предложенных схематических изображений внешнего вида. Указанные масштабы существуют только для вытянутых линий частей поверхностей, на которых имелись опознавательные знаки. Несущие поверхности, задние части фюзеляжей и хвостовые оперения обозначены только штриховкой, поскольку об их форме и размерах не имеется данных.

Объём топливных баков в зависимости от расхода топлива существовавшими в то время авиационными двигателями должен был быть равен примерно 1,1 м³ – достаточное количество для продолжительности полёта в 7-8 часов, – что позволяло использовать эти самолёты в налётах на Британию. Изображенные бомбы соответствовали применявшимся в годы Первой Мировой войны 50-кг бомбам – длина 1,4 м, диаметр 0,15 м. Топливные баки и бомбовая нагрузка, как это было обычно принято, размещались вблизи центра тяжести, что позволяло избежать значительных изменений центровки самолёта по мере израсходования топлива и сброса бомбовой нагрузки. В качестве силовой установки для самолетов соответствующих размеров в те годы применялись двигатели: Mercedes D IVa со взлетной мощностью 260 л.с. (для двухмоторных вариантов) и Mercedes D IIIa со взлетной мощностью 160 л.с. (для трехмоторных вариантов). На схемах выхлопная и охладительные системы показаны не были. 

Проект № 1 представлял собой трехфюзеляжный гидроплан. В задней части короткого среднего фюзеляжа должен был располагаться безредукторный авиационный двигатель мощностью 160 л.с., передававший мощность на воздушный винт диаметром 2,9 метра. Перед двигателем должны были располагаться топливный бак, пилот, радиостанция, бомбовая нагрузка и два стрелка, обслуживавших пулемёты.

Оба внешних фюзеляжа должны были находиться на расстоянии трех метров от продольной оси среднего фюзеляжа. В передних частях этих фюзеляжей также должны были располагаться безредукторные 160-сильные авиационные двигатели, передававшие мощность на расположенные перед несущими плоскостями воздушные винты диаметром 2,9 метра. В задних частях внешних фюзеляжей должно было размещаться хвостовое оперение.

По мнению критиков данного такая конфигурация проекта компании Junkers имела много недостатков:

• a) два двигателя, расположенные на внешних фюзеляжах, во время полёта невозможно было продолжительное время управлять. Для контроля и регулировки данных двигателей один из членов экипажа должен был пролезать по внутреннему пространству одной из несущих плоскостей к одному из внешних фюзеляжей;
• b) вес размещенных во внешних фюзеляжах двигателей и самых фюзеляжей располагался далеко он продольной оси самолёта, что в ходе воздушного боя и при приводнении могло создать опасные ситуации;
• c) топливопроводы и прочие трубопроводы при такой компоновке силовой установки были очень длинными, сложными, тяжелыми и, как следствие, склонными к различных отказам;
• d) при поломках или опрокидывании самолёта размещение двигателя в задней части среднего фюзеляжа создавало смертельную опасность для членов экипажа;
• e) эффективное бронирование из-за децентрализированного расположения жизненно важных частей самолёта и возникающих при этом значительных весовых нагрузок было невозможно, в следствии чего такой самолёт имел бы очень низкую живучесть;
• f) для расположенного в задней части среднего фюзеляжа воздушного винта опасность представляли водяные брызги;
• g) при отказе одного из установленных на внешних фюзеляжах двигателей необходимо компенсировать возникающее при этом отклонение при помощи рулей направления или килей. Оба этих отклонения ограничивали возможность самолёта при выполнении маневров.

Проект № 2 представлял собой двухфюзеляжный гидроплан, у которого короткий средний фюзеляж отсутствовал и на каждом из внешних фюзеляжей должен был быть установлен авиационных двигатель мощностью 240…260 л.с. Расстояние между фюзеляжами и продольной осью самолёта должно было составлять всего 1,8 метра. Более мощные двигатели должны были вращать воздушные винты диаметром 3,5 метра. Экипаж должен был располагаться в обоих фюзеляжах. 

Такая компоновка также имела ряд недостатков:

• a) во время полёта располагавшиеся в разных фюзеляжах члены экипажа не могли в случае необходимости заменить друг друга;
• b) весовые нагрузки от близко расположенных к продольной оси самолёта фюзеляжей и двигателей силовой установки создавали еще более невыгодное соотношение чем в проекте № 1;
• c) обеспечить эффективную броневую защиту при такой компоновке также не представлялось возможным.

Проект № 3 предусматривал создание длинного фюзеляжа, расположенного на продольной оси самолёта. У данного проекта один безредукторный авиационный двигатель мощностью 160 л.с. должен был располагаться в передней части фюзеляжа и вращать воздушный винт диаметром 2,9 метра. За двигателем фюзеляж должен был расширяться до 1,32 метра, благодаря чему пилот и наблюдатель могли бы сидеть рядом друг с другом. Третий член экипажа – стрелок – должен был располагаться позади бомбоотсека.

Оба внешних двигателя должны были располагаться по обе стороны фюзеляжа в межплоскостном пространстве на расстоянии в 3 метра от продольной оси самолета. Мощность от данных безредукторных двигателей должна была передаваться на два толкающих воздушных винта, расположенных за задней кромкой несущих плоскостей. Такое расположение воздушных винтов должно было обеспечивать им хорошую защиту от волн и водяных брызг.

Из сравнения с проектом № 1 следует, что недостатки, указанные под пунктами a, b, c, e и g, в данном варианте компоновки будут яаляться неустранимыми.

Проект № 4 сначала оценивался позитивно. У данного проекта силовая установка, экипаж, топливо, бомбовая нагрузка, радиостанция, вооружение и бронирование должны были быть сконцентрированы в одном фюзеляже. Но и данный проект оказался не в полной мере удовлетворяющим предъявлявшимся требованиям.

У этого варианта ширина фюзеляжа так же должна была составлять 1,32 метра. Два авиационных двигателя с взлетной мощностью 240 … 260 л.с. должны были располагаться в фюзеляже и вращать воздушные винты диаметром 3,5 метра при помощи длинных валов и редукторов с коническими зубчатыми колёсами. Расстояние от осей вращения воздушных винтов до продольной оси самолёта должно было составлять 2,5 метра.

В сравнении с ранее описанными вариантами данный проект имел ряд преимуществ:

• a) эффективная броневая защита без значительного увеличения веса конструкции, при этом в случае необходимости бронирование можно было сбросить с самолёта;
• b) взаимозаменяемость членов экипажа;
• c) хорошие сектора обстрела оборонительного бортового вооружения;
• d) концентрация массы на продольной оси самолёта, обеспечивавшая хорошую маневренность.

Недостатком проекта являлась передача мощности к воздушным винтам через редукторы с коническими зубчатыми колёсами и длинные приводные валы, что увеличивало вес и сложность силовой установки. В конце 1916 года эти детали вряд ли можно было изготовить. Также в этом проекте не удалось избавиться от недостатка, указанного в пункте «g» проекта № 1.

Проект № 5. Чертежей внешнего вида данного проекта, которые должны были находиться в соответствующих документах фирмы Junkers, нам отыскать не удалось. Однако имеется детальное описание данного проекта.

Силовая установка: два двигателя фирмы Mercedes мощностью от 240 до 260 л.с. должны были устанавливаться рядом друг с другом в одном единственном фюзеляже. Между двигателями имеется пространство, благодаря которому во время полёта представляется возможным проводить некоторые виды технического обслуживания силовой установки (замену свечей зажигания, контроль магнето и т.д.).

Между двигателями и над ними в пределах досягаемости пилота и наблюдателя должны были располагаться радиаторы системы охлаждения. Такое расположение радиаторов позволило бы при возникновении незначительных повреждений производить их ремонт. Так же должна была иметься возможность ручной регулировки площади поверхности радиаторов при помощи щитков. Расположение радиаторов над рубашкой охлаждения цилиндров при возникновении повреждений в системе охлаждения и утечки охлаждающей жидкости должно было привести к потере небольшого количества охлаждающей жидкости. Так же подобное расположение должно было позволить обеспечить системе охлаждения хорошую защиту при обстреле.

Каждый из двигателей должен был иметь собственный маховик, который через эластичное сцепление соединялся бы с зубчатыми колёсами. Оба этих зубчатых колеса должны были работать на третье расположенное между ними зубчатое колесо, от которого мощность передавалась бы уже на воздушный винт. Такая компоновка силовой установки позволяла бы при необходимости подключать или отключать от привода воздушного винта тот или иной двигатель. К примеру, на экономическом режиме полёта для экономии топлива.

Запасов топлива и моторного масла должно было быть достаточно для полёта продолжительностью 7-8 часов. Топливные и масляные баки должны были располагаться между двигателями и над ними. Выхлопная система с глушителями должна была располагаться по правые стороны двигателей.

Воздушный винт диаметром 3,5 метра должен был находиться перед несущими плоскостями и при повреждениях и разрушении он не должен был повредить тросы системы управления. Изготавливать воздушные винты планировалось на фирме Lorenzen в Нойкёльн (Neukölln – район Берлина).

Силовая установка самолёта должна была развивать такую мощность, чтобы летательный аппарат смог бы продолжить полноценный полёт и маневрировать с одним работающим двигателем. Для этих целей величина оборотов воздушного винта должна была быть снижена до 900-1000 об/мин. Для того чтобы оба двигателя подключить к воздушному винту или отключить от него необходимо было иметь второй понижающий редуктор. Указанный в документах диаметр воздушного винта в 3,5 метра при внимательном рассмотрении выглядит несколько недостаточным. 

Кабина экипажа должна была быть рассчитана на двух человек. Пилот должен был сидеть справа и близко к расположенной перед ним силовой установке. Благодаря специальному сдвижному люку в полу кабины он должен был иметь хороший обзор в направлении вперёд-вниз и в направлении прямо вниз.

Слева от пилота должен был сидеть первый наблюдатель. Рычаги и переключатели силовой установки должны были располагаться между пилотом и первым наблюдателем, что позволяло бы им обоим осуществлять управление работой силовой установки. Для этих же целей должна была служить и двойная ножная педаль системы поперечного управления. При необходимости наблюдатель мог бы полностью перенять управление самолётом.

Система для сброса бомбовой нагрузки должна была располагаться справа от первого наблюдателя. Наблюдатель через бомбоотсек и сдвижной люк в полу кабины должен был иметь хороший обзор в направлении вниз. Соответствующая форма фюзеляжа должна была обеспечивать хороший обзор пилоту и первому наблюдателю в направлении вперёд и назад.

Второй наблюдатель, он же и стрелок, должен был находится далеко сзади. Обслуживаемая им оборонительная пулемётная точка должна была иметь хороший сектор обстрела в направлении «назад» и в обе стороны. Благодаря высоко приподнятому верхнему крылу должна была иметься возможность обстрела их этой же огневой точки в направлении «вперёд» под углом к продольной оси самолёта. Во время полёта члены экипажа могли бы меняться местами.

Оборонительное вооружение самолёта состоит из пулемёта на подвижном лафете и неподвижно закреплённого над двигателем пулемёта, из которого стрельба должна была вестись в направлении «вперёд» по-истребительному: наводиться всем самолетом и стрелять сквозь зону ометания винта. Выполнять стрельбу должен был первый наблюдатель.

Радиостанция должна была размешаться между наблюдателями, каждый из которых должен был иметь возможность пользоваться ею. Радиоантенна должна была располагаться справа в нижней части фюзеляжа перед первым наблюдателем (в задней части бомбоотсека). 

Бронирование должно было обеспечиваться обычным обтекателем моторного отсека. Обшивка кабины экипажа должна была быть выполнена из деревянного шпона. В проекте предусматривалась замена шпона на тонкую стальную обшивку. Это же касалось и остальных боковых частей фюзеляжа. Дополнительную защиту фюзеляжа должны были обеспечивать съёмные листы из специальной стали. В случае необходимости этот элемент бронирования можно легко сбросить.

Окончательная форма поплавков была подобрана после проведения испытаний в специальном бассейне. Поплавки должны были обеспечивать лёгкий взлёт с поверхности воды и, по возможности, небольшие колебания. Соответствующая форма передней части самолёта должна была обеспечивать защиту воздушных винтов при приводнении и захлёстывании волнами.

Горизонтальное оперение должно было состоять из стабилизатора и рулей высоты. Угол атаки стабилизатора должен был быть регулируемым. Размеры стабилизатора должны были быть подобраны таким образом, чтобы при любых скоростях полёта обеспечивалась достаточная продольная устойчивость. Руль высоты должен был быть маятниковым, благодаря чему он функционировал бы особенно эффективно.

Киль должен был быть переставляемым. Оснащенный аэродинамической компенсацией руль направления должен был иметь большую площадь, что позволяло бы удерживать машину на воде при сильном волнении.

Элементами, обеспечивавшими жесткость конструкции, должны были стать: крылья, хвостовое оперение и поплавки, которые в целях безопасности должны были иметь расчалки из двойных и даже тройных тросов.

Несущие плоскости J. M. 1,400 должны были быть выполнены по обычной для бипланов схеме со стягивающими тросами. На несущих плоскостях должны были быть установлены шарниры, что вместе с тросами позволило бы смягчать толчки и удары волн, воздействовавших бы на каркас самолёта.

Планировалось провести испытания с целью проверки возможности замены несущих плоскостей свободнонесущими, разработанными фирмой Junkers. Так же предстояло выяснить какой материал – дерево или металл – окажется предпочтительнее с точки зрения веса и восприятия длительных нагрузок. 

Из документов фирмы Junkers следует, что описанная выше конфигурация не являлась окончательным решением исполнения данного проекта и была первым из возможных вариантов, разработанных в соответствии с заданием и рассматривавшихся Имперским Морским ведомством. Имелось предположение, что представители фирмы Junkers предпринимали все необходимые меры для того, что бы сразу «привязать» Reichsmarineamt к своим разработкам. Фирма Junkers имела также возможность уже после вынесения решения по окончательному варианту данного проекта отступить от уже принятого решения и произвести замену неподходящих элементов конструкции типа «проволочное заграждение» («Drahtverhau») на свободнонесущее крыло собственной конструкции.

Многочисленные дискуссии в стиле «за» и «против», при которых оценивались те или иные варианты продолжались далее. 9 декабря 1916 года Балдиманн отправил профессору Юнкерсу второе сообщение, согласно которого господин Йакель (Jäckel) прорабатывал другой вариант конфигурации самолета. У этой не представленной в данной статье разработке, проектируемый самолет должен был представлять собой моноплан с тремя фюзеляжами; помимо центрального фюзеляжа должны были быть два боковых фюзеляжа, на которых должны были быть установлены пулемётные огневые точки.

Балдиманн подверг критике самолет Йакеля и в качестве альтернативы представил свою разработку – проект №6. Разработка Балдиманна представляла собой цельнометаллический моноплан с одним фюзеляжем. В передней части фюзеляжа должен был располагаться стрелок-наблюдатель. Далее в направлении хвоста самолёта должна была располагаться силовая установка, состоявшая из одного или нескольких двигателей, которые должны были передавать мощность через перпендикулярно расположенные к направлению полёта карданные валы и конические редукторы на два воздушных винта. Винты должны были находиться перед передней кромкой крыла. При реконструкции данного проекта исходили из тех предположений, что в состав силовой установки должны были входить два двигателя, расположенные рядом друг с другом, поскольку тандемное расположение требовало значительного увеличения длины фюзеляжа.

схемы проектов №№4–6

Кабина пилота и наблюдателя должна была располагаться сразу же за силовой установкой. Пилот и наблюдатель должны были сидеть рядом плотно друг к другу, что позволяло бы значительно сократить вес бронирования и при этом обеспечить эффективную защиту.

Балдиманн на основе выполненных расчетов считал, что его предложение было лучше, чем другие представленные к рассмотрению проекты. Балдиманн видел в предложенном им проекте не только предшественника многомоторных самолетов, способных выполнять полеты в случае отказа одного из двигателей, но и первый шаг к будущим самолётам, на вооружении которых находились пушки, и к разработке больших самолётов для морской авиации.

Проект Балдиманна с технической точки был перспективным и служил интересным примером для изучения, но воплотить в реальность данный проект не представилось возможным. Этот проект немного напоминает созданный и построенный гораздо позднее Junkers W 33, к которого приводные валы силовой установки располагались не в самом крыле, а над ним, что можно увидеть на представленном ниже фото.

созданный в 1929/1930 годах опытный самолет Junkers W 33, в конструкции которого были применены некоторые элементы предложенного ранее проекта №6

Впоследствии работы Балдиманна и его размышления оказали влияние в разработанный компанией Junkers проект ночного бомбардировщика. Впервые читатели получили возможность ознакомиться с этим самолётов в ноябрьском выпуске журнала «Luftfahrt international» за 1979 год.

Благодаря наличию большого количества двигателей и ряду нововведений – винты с регулируемым шагом, понижающие редукторы, устройства, позволяющие отключать и подключать к приводу двигатели – этот ночной бомбардировщик при выходе из строя части силовой установки имел возможность продолжать полёт. Это позволило отказаться от поплавков и использовать создающее меньшее аэродинамическое сопротивление обычное колёсное шасси.

Источники:

• Archiv Peter M. Grosz, Princeton/USA:
  • — Unterlagen betr. Junkers-Marine-Flugzeug 1 vom 21. November 1916 (Akte Flugzeug/Wasserflugzeug des Junkers-Archivs, Gauti.).
  • — Baldimann (Beldimann?) Schreiben an Hugo Junkers vom 9. Dezember 1916.
• Чертежи: дипломированный инженер H. J. Lindstädt, Breme.n
• Фотографии: Archiv MBB.

источник: Hans Justus Meier «Junkers Marine-Flugzeug J.M. 1,400» Luftfahrt international 10/1980