Проект перехватчика объектовой ПВО Kayaba Katsuodori. Япония

Сиро Каяба (Shirõ Kayaba), глава одноименной компании, талантливый инженер, мечтал, что скоростной ракетный перехватчик его конструкции будет действовать против бомбардировщиков союзников примерно, как бурая олуша (カツオドリ — katsuodori) охотится на рыбу. В честь этой птицы и был назван проект. Но, как мы увидим далее, суровая реальность войны внесла свои коррективы.

Свое происхождение Kayaba Katsuodori ведет еще с 1937 года с работ японских инженеров и ученых, объединенных в исследовательскую группу компании Каяба по изучению прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Концепция прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) была запатентована в 1908 году французским инженером Рене Лори (Rene Lorin), однако в 1933 году впервые такой двигатель, получивший обозначение ГИРД-04, построил и испытал русский ученый И. А. Меркулов.

ПВРД был очень простым двигателем с минимумом движущихся деталей. Говоря простым языком, он использует воздух высокого давления, создаваемый движением самолета вперед, и заставляет проходить его в воздухозаборник. Затем воздух смешивался со сжигаемым топливом, нагревался и выбрасывался из сопла двигателя, обеспечивая, таким образом, движение вперед. В отличие от пульсирующих воздушно-реактивных двигателей в ПВРД расход топлива непрерывный. Не вдаваясь в специфику ПВРД, изменения в конструкции входа (чтобы максимизировать потребление воздуха), камеры сгорания (для обеспечения эффективной работы во время движения) и сопла (увеличение эффекта ускорения) имели значение при разработке такого двигателя. Главныс недостатком ПВРД являлось то, что на дозвуковых скоростях его характеристики оставляли желать лучшего. На скоростях ниже 612 км/ч ПВРД страдал от  значительных потерь скорости и становился крайне неэффективным с точки зрения расхода топлива. Обычно прямоточному воздушно-реактивному двигателю требуется вспомогательная силовая установка для доведения самолета до скорости, на которой ПВРД может работать эффективно. Как правило эта скорость не менее 966 км/ч. После того как эта скорость была достигнута, ПВРД становится способным к самостоятельным действиям и, без регулировки подачи топлива, может разгнять самолет до скоростей намного превышающих возможности проекта справиться с высокими температурами и числами Маха.

Исследовательская группа компании Каяба по изучению ПВРД видела преимущества высокой скорости с относительно простым в изготовлении двигателем. Перед созданием своего  ПВРД Kayaba Model 1 группа подготовила две экспериментальные модели. Model 1 был спроектирован на развитие скорости 900 км/ч. C имеющимся готовым двигателем все что оставалось — построить вокруг него в самолет.

Проектировать планер начал Кумазо Хино (Kumazo Hino). Хино был армейским офицером и был первым японцем, который 14 декабря 1910 года совершил первый неофициальный полет, когда случайно поднялся в воздух на выруливавшим моноплане Ганса Граде (Hans Grade). Этот самолет был приобретен в Германии. Интерес Хино к авиации привел к созданию четырех проектов самолетов: Hino No.1,  No.2, No.3 и No.4 Kamikaze-go.

Однако в 1937 году Хино был вдохновлен на создание планера-бесхвостки. Проект был передан компании Kayaba Manufacturing Works (Каяба, 萱場製作所 — Kayaba Seisakusho) а затем доктору Хидемаса Кимура (Dr. Hidemasa Kimura), работавшему в Авиационном исследовательском институте Токийского Императорского Университета под руководством доктора Таичиро Огава (Dr. Taichiro Ogawa). Результатом стал HK-1. За постройку HK-1 (сокращение от Хино Кумазо) взялась компания Ito Hikoki K.K.; работы были завершены в феврале 1938 года. Это был чисто исследовательский планер для проверки концепции бесхвостки. Испытания начались в декабре 1938 года с буксировок на земле в Касима, префектура Ибараки (茨城県), а первые запуски в небо состоялись в сентябре 1939 года в Цуданума, префектура Чиба (千葉県). Испытания дали положительный результат, и IJA приявила интерес к концепции. HK-1 был приобретен Армейским научно-исследовательским авиационным институтом (陸軍航空技術研究所 — Rikugun Kokugijutsu Kenkyujo, Рикугун) в апреле 1940 года для продолжения испытаний. Однако 16 апреля в ходе одного из последовавших летных испытаний летчик офицер IJA во время жесткой посадки так повредил планер, что HK-1 не подлежал восстановлению. В общей сложности HK-1 выполнил 182 полета.

спроектированный доктором Хидемаса Кимура планер Kayaba HK-1

Поскольку в IJA по-прежнему имелся интерес к проекту, то Рикугун выделил 200000 йен на его продолжение. Кимура совместно с главным конструктором Каяба доктором Сигеки Наито ( Dr. Shigeki Naito) приступил к задаче создания нового бесхвостого самолета с возможностью военного применения. Результатом этого стал Ku-2. Ku-2 не имел хвостового оперения, а на законцовках крыла были установлены рули направления. Конструкция испытывалась с ноября 1940 по по май 1941 года, выполнив 270 полетов, пока 10 мая не был поврежден во время авиакатастрофы. Для дальнейшей проверки концепции Кимура с помощью Йодзи Васими (Joji Washimi) создал Ku-3, который не имел вертикальных управляющих поверхностей и отличался изогнутым дельтавидным крылом для тестирования различных углов стреловидности. Из управляющих поверхностей были только расположенные вдоль задней кромки закрылки. Вплоть до аварии в 1941 году единственный планер Ku-3 выполнил 65 полетов.

планер Kayaba Ku-2

Последним проектом, созданным Кимурой, был Ku-4. По требованию Рикугун для установки в задней части фюзеляжа Ku-4 был выбран 120-сильный четырехцилиндровый рядный двигатель воздушного охлаждения de Havilland Gipsy, вращавшим двухлопастный винт. К сожалению для Кимура IJA потеряла интерес к этой концепции. С потерей Ku-2 и Ku-3 IJA отменила заказ на Ku-4 прежде чем он мог быть изготовлен. Без поддержки в одиночку Каяба на могла себе позволить потратить 100000 йен на завершение Ku-4. IJA заплатила Кимура и Каяба 17000 йен из 200000 проектных денег за расходы, связанные с Ку-2, Ku-3 и с тем, что уже была уплачено за Ku-4. Остальное финансирование не было отпущено. Однако у Сиро Каяба еще теплилась надежда, что данная концепция может стать мощным оружием, и с этим он приступил к проектированию Katsuodori.

планер Kayaba Ku-3

Корни Katsuodori приходят из Ku-2. В отличие от Ku-2 его крыло было установлено выше на фюзеляже и имело прямую стреловидность. Katsuodori сохранил использовавшиеся на законцовках крыла Ku-2 вертикальные рули напрвления. Большая часть фюзеляжа приходилась на ПВРД, что означало отсутствие места для шасси. Вместо этого в нижней части фюзеляжа была установлена посадочная лыжа с небольшим колесом в задней части самолета. Без встроенного шасси Katsuodori должен был быть оснащен просто устанавливаемой тележкой, которая при взлете самолета моглао быть легко сброшена. Пилот располагался в передней части фюзеляжа в кабине, оснащенной цельнотянутым фонарем, предоставлявшим отличный обзор вперед и вбок.

схемы планера Kayaba Ku-4

Для отрыва Katsuodori от земли Каяба применил четыре блока ракетных ускорителей общей тягой 7200 кг; блоки крепились по два с каждой стороны фюзеляжа. Процедура применения этих ракетных ускорителей состоял в последовательном включении по одному из них с каждой стороны и сбросе после израсходования. Каждая ракета содержала топлива на пять секунд работы и, как уже было сказано, такая схема обеспечивала Katsuodori десять секунд разгона для отрыва самолета от земли и начала работы его ПВРД. Согласно расчетам компании Каяба Katsuodori до включения ПВРД должен достигнуть скорости 367 км/ч, и, естественно, скорость, развиваемая ракетными ускорителями, была выше указанной величины. Уже использованные ракеты могли и не сбрасываться, но последнее должно было быть сделано, видимо, для уменьшения сопротивления. По расчетам с работающим ПВРД Katsuodori мог развивать скорость 900 км/ч и подниматься на высоту 10000 метров за 3 мин. Запас топлива в 1500 кг и расход топлива 50 кг/мин обеспечивал длительность боя в 30 минут. После завершения топлива Katsuodori для возвращения на базу должен был использовать свои планерные способности.

схемы Kayaba Katsuodori

В качестве вооружения в Каяба планировалась установка в корневых частях крыла двух 30-мм пушек. В Каяба не хотели использовать существующие 30-мм пушки Ho-155 , предпочитая изготовить 30-мм версию 40-мм пушки Ho-301, поскольку производственные мощности компании использовались для применения их на истребителе Ki-44-II-hei Shoki (鍾馗 — демон). Ho-301 использовала безгильзовые боеприпасы, являющиеся, по сути, ракетами. Полости ракетного топлива были частично покрыты тонким алюминиевым колпачком. Когда срабатывал запал, зажигалось топливо и давление нарастало вплоть до взрыва колпачка, после чего  газы выходили назад, выталкивая снаряд вперед. Основным преимуществом этого оружия был его легкий вес для такого тяжелого калибра.

Проект Katsuodori был практически завершен к 1943 году и в Каяба предполагали, что первый полет прототипа состоится в 1944 году. Однако к этому времени IJA уже был связан с разработкой оснащенного ракетным двигателем Ki-200 (армейская версия флотского перехватчика Mitsubishi J8M1 Syusui) и с ее стороны в отношении Katsuodori заинтересованности проявлено не было. В попытке спасти проект в Каяба заявили, что адаптируют Katsuodori под установку турбореактивного двигателя Kugisho Ne 20 или использовавшегося Ki-200 ракетного двигателя KR10 и так как проект был почто закончен, то прототип Katsuodori мог бы быть использован для испытаний перед Ki-200.

вариант окраски Kayaba Katsuodori

Преимущества Katsuodori включали в себя ПВРД, который был гораздо менее сложным в постройке, чем турбореактивный двигатель. Этот перехватчик был бы важным активом японской военной промышленности, которая была разрушена в результате бомбардировок США. Также Katsuodori мог использовать стандартное авиационное топливо, тогда как Ki-200 требовал специального топлива, и, соответственно,  в отличие от машины компании Каяба не мог работать с любого аэродрома без необходимости в специальных заправочных аппаратуре и процедурах. Скорость Katsuodori была на одном уровне с Ki-200, а боевая продолжительность полета намного превосходила соответствующий показатель как Ki-200, так и запланированного IJA к производству ракетного перехватчика Rikugun Ki-202 Syusui-Kai.

Однако у Katsuodori было несколько недостатков. Первым было использование ракетные ускорителей для получения самолетом требуемой скорости при том, что японцы не имели успешного опыта использования таких устройств: неправильное размещение ракетных ускорителей стало причиной прерывания второго полета Nakajima Kitsuka и серьезного повреждения самолета. Попытки использования ракетных ускорителей на Mitsubishi Ki-109 с целью повышщения скороподъемности и сокращения длины разбега встретились с такими трудностями, что ускорители с Ki-109 были сняты и их разработка была прекращена. Осечки или изменения в тяговом усилии могли привести самолет к выходу из управления. Также как и у Ki-200 с выработкой топлива Katsuodori терял все свои преимущества в скорости и мог стать легкой добычей истребителей противника. Кроме того, не имевший колесного шасси Katsuodori после посадки не мог бы быстро быть подготовленным к новому полету, что делало его уязвимым для самолетов вторжения, выполнявших боевые задачи по изоляции аэродромов. Выбор компании Каяба в использовании 30-мм версии пушки Ho-301 мог бы привести к катастрофе. Использовавшаяся японцами с боях 40-мм версия имела очень короткую дальность — около 150 м, поскольку начальная скорость снарядов составляла 241 м/с. Соединение очень малой дальности стрельбы с высокой скоростью сближения Katsuodori с медленными бомбардировщиками давало пилоту очень мало времени — несколько секунд или меньше — для наведения на цель, открытия огня и крена в сторону, чтобы избежать столкновения. Каяба не изготавливала 30-мм вариант Ho-301 и начальная скорость его снарядов неизвестна, но врядли она была бы значительно выше исходной.

изображенный Katsuodori показан в окраске и с обозначениями 71-го сентая. Он перехватывает летящие на Токио бомбардировщики Northrop B-35 из 44 бомбардировочной эскадрильи, 40-й бомбардировочной группы, действовавшей с Тиниана (современный рисунок)

Несмотря на потенциальные преимущества по сравнению с Ki-200, Katsuodori никогда не выходил за пределы планов на чертежных досках компании Каяба. Свои потребности в перехватчиках IJA планировала удовлетворять с помощью Ki-200 и в ее собственном Ki-202, разбив, таким образом, мечты Каяба о перехватчике для защиты неба Японии.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Современники: Handley Page H.P.75 Manx (Великобритания), БОК-5 (СССР), Blohm und Voss P.210/P.215 (Германия), Heinkel P.1078 (Германия), Northrop XP-56 Black Bullet (США), Northrop XP-79 Flying Ram (США), Skoda-Kauba SK P.14.01 (Германия), Lippisch LiP.13a (Германия), Messerschmill Me P.1101L (Германия), Heinkel He P.1080 (Германия), Slbckel Rammschussjager (Германия), Leduc Model 010 (France), Костиков 302 (СССР)

Тип: перехватчик объектовой ПВО

Экипаж: 1 человек

Силовая установка: один ПВРД, развивавший тягу в 300 кг на скорости 367 км/ч, 420 кг на скорости 490 км/ч, 550 кг на скорости 612 км/ч т 750 кг на скорости от 734 км/ч до 1103 км/ч

Размеры:

размах крыла 9,00 м
длина 4,50 м
высота 1,85 м
площадь крыла 12,57 м²
стреловидность крыла 25,5°

Вес:

пустого 850 кг
с полной загрузкой 3000 кг

Летные характеристики:

максимальная скорость 900 км/ч
посадочная скорость 100 км/ч
дальность 400 км
подъем на высоту 10000 метров 3 мин
предельный потолок 15000 м

Вооружение: две 30-мм пушки

Развертывание: нет. Kalsuodori не вышел из проектой стадии

источники:

• Edwin M Dyer «JAPANESE SECRET PROJECTS. EXPERIMENTAL AIRCRAFT OF THE IJA AND IJN 1939-1945»
• http://www.airwar.ru/enc/xplane/ku4.html