Проект самолета для выполнения вертикальной посадки Go 345. Германия

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в ноябре 2015 года.

Еще когда в немецком научно-исследовательском институте (Deutschen Versuchsanstalt für Luftfahrt e. V.), Берлин, велись консультации относительно допуска Ка 430 до исследований в аэродинамической трубе, компания Gothaer Waggonfabrik 5 апреля 1944 года получила задание (источник 31) на испытание еще двух проектов. Один из них, получивший название Projekt P-53 Z Punktlandeflugzeug (самолёт, способный выполнить вертикальную посадку) и позднее получивший обозначение Go 345, несмотря на то, что он звучал слишком фантастично привлёк к себе большое внимание и спустя непродолжительное время его модель уже испытывалась в аэродинамической трубе (см. фотографии ниже). Описание проекта было выполнено машинописным текстом и мы хотели бы представить описание, показав оригинальный текст.

Go 345, P-53 Z Punktlandeflugzeug 

Постановка задачи

Компания Gothaer Waggonfabrik представила проект самолёта, отличительная особенность которого заключается в способности садиться на земную поверхность после пикирования при том, что необходимая для посадки такого самолёта площадка  должна иметь размеры немногим больше, чем габариты самого самолёта («вертикальная посадка» – Punktlandung). Такая особенность самолёта позволит выполнять посадку на застроенных площадках, например, на маленьких задворках, на которых имеется небольшая свободная поверхность. Вертикальная посадка затрудняет противнику в вести в данном пункте огонь наземными средствами ПВО, поскольку большинство орудий из-за ограничения угла подъёма ствола до 80° не сможет стрелять по данному самолёту. На подходе к участку местности, на котором предполагается выполнить посадку, противник не только не сможет вести по самолёту огонь (так как этот самолёт будет находиться в мёртвом угле зенитных средств противника), но еще и получит очень хорошую возможность наносить удары по вражеским объектам. При вертикальной посадке самолёт и его экипаж будет подвергаться меньшей опасности, чем обычный самолет, которому для посадки необходима длинная взлетно-посадочная полоса (ВПП). Единственную опасность для выполняющего вертикальную посадку самолета могут представлять лишь мины и преграды, находящиеся непосредственно в точке его приземления.

Способность выполнять вертикальную посадку не зависит от конструкции самолёта: это может быть и самолёт обычного типа, самолёт, выполненный по схеме «утка», самолёт-«летающее крыло» или самолет с тандемным расположением крыльев. Само собой разумеется, что способный выполнять вертикальную посадку самолёт в любое время может выполнять и обычную посадку.

Возможности использования

При проектировании десятиместного самолета были рассмотрены два варианта его применения:

• a) к цели такой самолёт может доставляться на буксире другим самолётом.
• b) возможен самостоятельный полёт к цели. В этом случае предполагается использование силовой установки из двух реактивных двигателей Argus-Schmidt, позволяющих поддерживать экономическую скорость примерно 300 км/ч. Данную реактивную силовую установку можно без особых сложностей сбросить при помощи простого механизма как только будет достигнута цель. Использование при взлёте стартовых ускорителей позволит сократить разбег взлетающего самолёта.

Установка прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) будет предусмотрена если использование большого количества самолётов-буксировщиков по каким-либо причинам окажется невозможным. Использование самолётов-буксировщиков требует наличия длинных ВПП, а также сложной и требующей много времени организационной работы. При использовании самолетов-буксировщиков остается зависимость от длинных ВВП, в то время как использование ПВРД позволит взлетать со стартовых площадок самого маленького размера, например, луга или опушки в лесу, что значительно улучшит маскировку мест посадки. 

Причины, по которым лучше использовать ПВРД, являются следующими:

• Простая конструкция без серьезного влияния на планер самолёта. Небольшой ресурс, позволяющий использовать ПВРД в качестве расходных элементов.
• Лёгкость сброса силовой установки в сборе, что позволяет обеспечить самолету взрывобезопасность при посадке.
• Высокий расход топлива кажется допустимым по сравнению с этими преимуществами.

Вертикальная посадка

Как только самолёт появится над посадочной площадкой, он выполнит пикирование. Одновременно пилот при помощи оснащенных ручным приводом тормозных щитков ограничит скорость пикирования до 300 км/ч. На высоте примерно 600 метров выпускается тормозной парашют (возможно также применение тормозных ракет), и путевая скорость снижается до 90 км/ч или 25 м/с. С этой постоянной скоростью самолёт приближается к поверхности земли. Затем на высоте 10 метров запускается комплект тормозных ракет, работающих все оставшийся участок траектории, и самолёт касается поверхности земли с минимальной скоростью близкой с нулю. При касании поверхности земли допустимая вертикальная скорость должна находиться в пределах от 0 до 5 м/с, и в случае отличия скорости от нуля кольцевой амортизатор должен смягчить удар. Своевременный запуск ракет осуществлялся при помощи специального агрегата с тросом длиной 10 метров с крепящимся к нему грузом и с электрическим включателем. Данное устройство будет действовать следующим образом: одновременно с тормозным парашютом выпускается трос с грузом, который свисает, не отклоняясь от вертикали, за счет того, что самолёт приближается к поверхности земли вертикально. При приближении к поверхности земли на расстояние 10 метров подвешенный на тросе груз касается поверхности земли, груз отсоединялся от троса и переключатель запускал тормозные ракеты которые до этого не были подключены к системе запуска. 

В случае аварии, например, при отказе тормозных ракет, кинетическая энергия самолёта будет гаситься за счет деформации передней части корпуса самолёта. При длине данной передней части корпуса, составляющей 1,8 метра, при деформации на конструкцию будет действовать перегрузка 20 g. Планер самолета разработан таким образом, что при подобной аварийной посадке несущие поверхности и хвостовое оперение будут отделяться от фюзеляжа, который при посадке не будет иметь повреждений.

Особенности проекта 

1 Крепление парашюта 

Так как самолёт при посадке благодаря парашюту будет снижаться с минимальной скоростью, возникающий на руле высоты опрокидывающий момент будет относительно небольшим. Перед выпуском тормозного парашюта опрокидывающие моменты также должны быть по возможности минимальными. Из этого следует требование размещения тормозного парашюта в центре тяжести самолёта или с небольшим смешением него.

2 Расположение хвостового оперения 

Так как точка крепления тормозного парашюта находится рядом с центром тяжести самолёта и из-за необходимости вертикального спуска самолёта к положению хвостового оперения предъявляются особые требования. В диапазоне от положительных до минимальных отрицательных показателей Ca возможно при помощи троса тормозного парашюта избежать касания хвостовым оперением поверхности земли. При использовании самолетов стандартной схемы горизонтальное оперение необходимо располагать очень высоко. У самолётов, выполненных по схеме «летающее крыло», эти сложности отсутствуют, но при этом следует обратить внимание на то, что у самолётов этой компоновки имеет место высокая восприимчивость к изменениям положения центра тяжести и поэтому их использование ограничено.

3 Управление при вертикальном снижении с выпущенным парашютом 

Скорость при вертикальном снижении можно регулировать изменением площади тормозного парашюта. Однако самолёт и в этом случае должен иметь достаточную управляемость для того, чтобы компенсировать влияние ветра, или если пилот при столь резком снижении совершит ошибку, неверно оценив положение самолёта. В последнем случае он должен скорректировать направление и выбрать подходящую скорость снижения, также пилот должен иметь возможность перемещать самолёт относительно поперечной оси с достаточно высокой скоростью. У спроектированного самолёта скорость снижения в пикировании будет равна 90 км/ч или 25 м/с, а поперечную скорость будет составлять до 52,5 км/ч или до 15 м/с.

4 Удельная нагрузка на крыло 

Нагрузка на несущие поверхности принимается с расчетом возможности управления самолётом в пикировании с парашютом и эта нагрузка не будет высокой. При вертикальной посадке самолёта она будет равна 82 кг/м², при взлёте – до 121 кг/м².

5 Расположение тормозных ракет 

Для торможения будут использоваться обычные пороховые ракеты, которые будут крепиться в передней части фюзеляжа. Зажигание тормозных ракет производится автоматически электроспуском  на высоте примерно 10 метров над поверхностью земли.

6 Опрокидывание самолёта в положение для разгрузки после вертикальных снижения и посадки 

При вертикальной посадке самолёт на земле располагается вертикально и для его перемещения в горизонтальное положение необходимы специальные приспособления. В этом случае будут использоваться тормозные ракеты, которые должны быть установлены в определённом положении. Данные ракеты создадут опрокидывающий момент, который будет действовать только в определённом желаемом направлении. На нижней части фюзеляжа имеются специальные полозья, при помощи которых самолёт можно перемещать по земной поверхности (принцип лошади-качалки [Schaukelpferdprinzip]).

7 Взлёт и полет самолета с использованием собственной силовой установки

Во многих случаях, и особенно при использовании больших масс самолетов, применение необходимых для них самолётов-буксировщиков будет связано с большими сложностями. Вследствие этого желательно, чтобы самолёт получил приспособление позволяющее ему самостоятельно осуществлять взлёт и полёт до цели.

В качестве силовой установки предусмотрено использование двух ПВРД Argus-Schmidt, которые в данный момент производятся серийно.Данные двигатели крепятся к самолёту таким образом, что при необходимости их можно было очень легко сбросить перемещением рычага. При использовании шасси самолёт сможет самостоятельно взлетать с помощью этих ПВРД. Если необходимо выполнить взлёт с очень коротким разбегом или без шасси, то в этом случае возникает необходимость еще и в установке на самолет стартовых ускорителях, количество которых будет соответствовать длине ВВП.

8 Безопасность при вертикальной посадке

Естественно, что при столь новом варианте посадки вопросы безопасности и функционирования отдельных агрегатов не были оставлены без внимания. На этот счет было отмечено следующее:

При вертикальной посадке будут использоваться исключительно те агрегаты, надёжность которых известна в деталях:

• • тормозные щитки;
• • тормозной парашют;
• • тормозные ракеты;
• • ПВРД
• • стартовые ускорители.

Безопасное функционирование этих устройств, равно как и необходимых для их привода механизмов, очень высокое. Однако несмотря на это возможны следующие неполадки:

a) тормозной парашют не раскрылся

Тормозной парашют должен раскрываться на высоте 600 метров. Если парашют не раскрывается так, как это должно быть, то данная высота является достаточной для выполнения посадки обычным способом.

b) тормозные ракеты не зажигаются

В данном случае возможны два источника неполадок: первый из них связан с тем, что подвешенный на десятиметровом тросе груз не вышел из контейнера, тогда как другой связан с тем, что переключатель или приспособление, которое должно зажечь в тормозной ракете пороховой заряд, повреждены. Первую из этих неполадок пилот может обнаружить на высоте в 600 метров и в этом случае он имеет возможность выполнить нормальную посадку или продолжать далее снижение и действовать так, как ему предписано в случае аварийной посадки. Во втором случае неполадка обнаруживается на высоте 10 метров. Так как действие тормозных ракет отсутствует, то самолет спускается только на одном тормозном парашюте вплоть до соприкосновения с земной поверхностью, т.е. производится аварийная посадка.

Аварийная посадка

Необходимость в аварийной посадке может возникнуть, в случае если тормозные ракеты не сработают. В этом случае самолёт будет продолжать снижаться с тормозным парашютом с постоянной скоростью в 90 км/ч (25 м/с) и снижаясь с этой скоростью ударится о поверхность земли. Сила удара воспринимается носовой поверхностью и через 1,5 метра самолёт остановится. При этом в течении 0,12 с на самолёт будет оказывать воздействие перегрузка величиной в 20 g. Такое ускорение в случае особого расположения сиденья пилота и короткой продолжительности удара может без опасности переноситься человеческим организмом.

Gothaer Waggonfabrik Aktiengesellschaft Flugzeugbau — Entwicklung

Как это видно из описания проекта, были предусмотрены два варианта применения: планер без двигателей и боевой самолёт с прямоточными воздушно-реактивными двигателями Argus.

Поскольку из данного описания и из прилагающихся к нему чертежей и таблиц можно увидеть все детали данных проектов, то комментарии в данном случае будут излишними.

Рис.105-108 Модель Go 345 для испытаний в аэродинамической трубе

схема членения Go 345 на узлы конструкции

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Gothaer Waggonfabrik Aktiengesellschaft (Gotha)
Модель: Go 345
Страна: Германия
Год изготовления: 1944
Исполнение: HD
Назначение: боевой планер (kampfsegler)
Конструкция: свободнонесущий, сухопутный

Размеры и вес

размах крыльев, (b): 
верхнее: 21 м
нижнее: —
длина, (l): 13 м
высота, (h): 4,2 м
площадь несущих поверхностей, (F): 49,9 м²

Соответствующая группа 43

Размеры: длина, м:  — ;  ширина, м:  — ; высота, м: —
Взлёт с помощью катапульты: нет
Способность к действию с открытого моря: нет
Фигуры высшего пилотажа: возможны
Пикирование: возможно

Коэффициент эксплуатационной перегрузки n*)

*) 105: максимальная перегрузка, 110: максимальная отрицательная перегрузка, 115: максимальная положительная перегрузка при порывах ветра:, 117: максимальная отрицательная перегрузка при порывах ветра

Положение центра тяжести:

Лётные характеристики

Примечание: данные имеют отношение к транспортному планеру без силовой установки

Фюзеляж

Конструкция: решетчатая
Материал: стальные трубы
Внешняя обшивка: полотно

Грузовой отсек: 
внутренняя длина 4060 мм, ширина: 1330 мм, высота: 1560 мм
2 сидения для членов экипажа, до 10 пассажирских сидений

Шасси: лыжа. Возможна замена лыжи на трехколёсное шасси с носовой стойкой

Оперение

Общее описание конструкции

Кили: один
Материал: древесина
Обшивка: фанера
Площадь поверхности киля: 3,97 м²

Рули направления: один
Материал: древесина
Обшивка: полотно
Площадь поверхности: 2,77 м²
Прилагамое усилие: 25 кг
Аэродинамическая компенсация: 0,84 м² вертикального оперения

Стабилизатор: один
Материал: древесина
Обшивка: фанера
Подкосы: снизу
Площадь поверхности: 4,84 м²
Угол установки относительно WE: 0 – +3°

Рули высоты:
Материал: древесина
Обшивка: полотно
Размах: 6 м
Площадь поверхности: 2,98 м²
Диапазон отклонения: от -25° до +22°
Общая площадь горизонтального оперения: 7,82 м²

Элероны:

Размах: 5,4 м
Площадь: 2,76 м²
Диапазон отклонения: от -25° до +15°

Закрылки: отсутствуют

Предкрылки: отсутствуют

Тормозное приспособление: тормозной парашют

Система управления: 

Конструкция: простая при помощи штурвала

Несущие поверхности:

Конструкция: однолонжеронная
Материал: древесина
Обшивка: фанера
Форма контура: трапеция
Поперечное V: 1°
Крутка крыла: 5°
Длина хорды крыла: 
в корневой части: 3,2 м
у законцовок: 1,6 м
средняя: 2,38 м
Угол атаки: 5°
Относительное удлинение: 1/8,8
Профиль крыла:
у корневых частей: 230-R
у законцовок: —
Относительная толщина профиля:
у корневых частей: 16 %
у законцовок: 12 %

Силовая установка:

Размещение: двигатели подвешены под консолями крыла с обеих сторон фюзеляжа
Количество двигателей: 2 
Тип: ПВРД Argus

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

схема буксировки Go 345; в качестве самолета-буксировщика применен бомбардировщик Не 111 

схема силовой установки и топливной системы Go 345

схемы Go 345 в варианте самолета с ПВРД

схемы Go 345 в варианте планера; на схемах показан отсек под полезную нагрузку
рисунок взлета Go 345; самолет оснащен лыжей и стартовыми ракетными ускорителями

стандартная вертикальная посадка Go 345

аварийная вертикальная посадка Go 345

обычная посадка Go 345; торможение оснащенного лыжей самолета производится с помощью тормозных ракет

посадки Go 345при перевозке грузов

источник: Eine Dokumentation von Karl R. Pawlas «Die Sturm- und Lastensegler» «LUFTFAHRT monographie» LS 2