Проекты высокоскоростных cамолетов 1-го авиатехнического арсенала флота. Япония
Каждый авиаконструктор стремится уменьшить сопротивление в своих разработках. Сопротивление является той силой, которая противостоит движению в текучей или газообразной среде, которая, конечно, включает в себя и воздух. Чем больше сопротивление, тем медленнее самолет будет двигаться в воздухе. Сопротивление не может быть полностью удалено из конструкции, но даже в первые годы авиации были исследованы и проверены различные методы его минимизации. Не удивительно, что эти усилия были оценены теми, кто обеспечивал военных смолетами, и в Японии до начала военных действий с США специалисты 1-го авиатехнического арсенала флота (Dai-Ichi Kaigun Kōkū Gijutsu-shō (第一海軍航空技術廠)) направили свои усилия на попытку создания высокоскоростных самолетов.
Профильное сопротивление является компонентом, обусловленным формей тела движущегося в воздухе. Поэтому при проектировании летательных аппаратов очертания и профиль самолета являются важными факторами, которые должен учитывать авиаконструктор. Чем шире поперечное сечение, тем больше будет сопротивление. Имея значительное профильное сопротивление можно получить снижение скорости, поскольку чем быстрее движется самолет в воздух, тем больше сила трения воздействует на самолет. Поэтому для получения более высоких скоростей полета авиаконструкторы должны принять меры по уменьшению лобового сопротивления и тем самым снижению тормозящей самолет силы трения.
Перед Первой Мировой войной некоторые авиаконструкторы осознали необходимость уменьшения лобового сопротивления. Часто они облагораживали форму фюзеляжа, для чего в попытке получения его чистых линий авиаконструкторы удаляли все выступающие части. Также для более эффективного прохождения через воздушный поток применялись обтекатели винта. Наилучшим примером этого подхода может служить Deperdussin, на котором в 1912 году в Чикаго, штат Иллинойс, была одержана победа на гонках Гордона-Беннета. На этих гонках самолет-победитель впервые превысил скорость 100 миль/ч (161 км/ч), а вследующем году этот аэроплан установил новый рекорд, пролетев со скоростью 205 км/ч.
В начале Первой Мировой войны на нескольких массовых боевых самолетах применялись методы значительного снижения сопротивления. В выхлопных трубах, радиаторах, выступающих пулеметах, расчалках, стойках и двигателях лишь частично применялись обтекатели. Одним из немногих исключений был Morane-Saulnier N "Bullet". Тем не менее, быстрые темпы развития боевых самолетов во время Первой Мировой войны показали конструкторов, искавших способы увеличения скорости в каччестве средства достижения превосходства над противником. Серия истребителей Albatross D и Roland "Walfisch" олицетворяют эти усилия.
После Первой Мировой войны возрождение воздушных гонок (шнейдеровские гонки в Европе и национальный авиагонки в Америке) показало быстрый прогресс в области аэродинамики и снижение сопротивления в стремлении получить высокоскоростные самолеты для участия в гонках. Такие машиныы как Curtiss R2C-1 Navy Racer, Bernard 'Ferbois' (в 1924 году установил мировой рекорд скорости в 451 км/ч), Gloster III, Supermarine S.5, Kirkham-Williams Racer (в 1927 году неофициально летал со скоростью 519 км/ч) и Savoia-Marchetti S.65 были типичными примерами высокоскоростных гоночных самолетов. Преимущества этих нововведений не были потеряны конструкторами боевых самолетов.
C появившейся на горизонте угрозой войны, семяна, посеянные гоночными самолетами 1920-х на начала 1930-х годов проросли в самолеты, сражавшиеся в ВВС великих держав. Спроектированные Кёртисом для воздушных сил Армии США истребители находились под влиянием его гоночных самолетов, а убираемое шасси гоночного самолета 1920-х годов Dayton Wright RB стало отличительной чертой самолетов компании Grumman таких как F2F. В Великобритании Реджинальд Митчелл в значительной степени опирался на собственный опыт проектирования самолетов для шнейдеровских гонок для создания Supermarine Type 300, который в конечном итоге превратился в Spitfire. В Италии ведущий конструктор Macci Марио Кастольди свои умения и навыки в конструировании гоночных самолетов направил на производство истребителей для Regia Aeronautica, таких как Macci C.202 Folgore.
В Японии, как и других странах, стремились создавать гоночные самолеты, предназначенные для побития мировых рекордов скорости. Одним из первых примеров были Emi 16 Fuji-go, построенный авиационной научно-исследовательской лаботаторией Ито (Itoh Hikoki Kenyusho) — с 1920 года данная лаборатория принимала участие в японских соревнованиях -, и современный ему гоночный самолет Shirato Hikoki Kenkyusho. Компания Каваниси не отставала от них со своим гоночным самолетом K-2, который, несмотря на чрезвычайные меры для минимизации сопротивления, оказался не совсем удачным из-за установленного в верхней части фюзеляжа радиатора. 31 июля 1921 года а полете K-2 достиг неофициальной скорости 258 км/ч. Применение других усовершенствований в аэродинамике можно было увидеть на истребителе Kawasaki Ki-28 образца 1935 года, который, несмотря на свои преимущества в скорости, скороподъемности и ускорении, не получил контракта на производство.
В 1938 году группа конструкторов решила спроектировать и построить высокоскоростной самолет, чтобы бросить вызов в попытке установить новый мировой рекорд скорости. Однако как только началась война, этот самолет, получивший обозначение Ken III, был передан в ведение IJA. После переименования в Ki-78 разработка этого самолета продолжилась в компании Кавасаки. В течение этого времени в IJN такде решили провести собственные исследования по созданию высокоскоростного самолета, и 1-му авиатехническому арсеналу флота было поручено выполнение этой задачи. Начаты ли были эти исследования в качестве ответа на проект высокоскоростного самолета IJA — неизвестно, однако следует заметить, что и для IJA, и для IJN основными конструктивными особенностями были скорость, маневренность и дальность за счет огневой мощи, прочности и защищенности.
В авиатехническом арсенале рассмотрели более шести аспектов аэродинамики с целью получения данных о том, что будет необходимо для реализации самолета, способного развивать высокие скорости. Одним из направлений исследований было крыло. Форма крыла является одним из наиболее важных аспектов конструкции самолета. Такие факторы, как нагрузка на крыло, расчетная воздушная скорость, углы атаки и предполагаемое использование самолета имеют влияние на форму крыла. Для высоких скоростей требуется небольшое относительное удлинение крыла. Как правило крыло с небольшим размахом имеют преимущества в более высокой маневренности и меньшем сопротивлении. Кроме того, с обратной стреловидностью также снижается лобовое сопротивление. Связанное с крылом сопротивление называется индуктивным, поскольку оно обусловлено вихрями на законцовках крыла; эти вихри изменяются как и воздушные потоки над крылом. Эти изменения приводят к уменьшению подъемной силы, требующей в качестве компенсации все большего увеличения угла атаки, следствием чего является индуктивное сопротивление. Эллиптическое крыло имеет меньшее индуктивное сопротивление чем более традиционные крылья. Тем не менее, небольшое относительное удлинение крыла более склонны к более крупным вихрям, поскольку они не могут быть распределены по более длинному крылу. Исследования 1-го авиатехнического арсенала флота в области формы крыла были, вероятно, результатом испытаний в аэродинамической трубе с целью определения эффективности различных профилей и записи результатов.
Другим аспектом работы инженеров 1-го авиатехнического арсенала флота был обзор достоинств и недостатков использования рядных и радиальных двигателей и определене возможностей снижения сопротивления формы для каждого типа авиадвигателей. В обоих случаях инженеры разработали две концепции самолета, каждая из которых использовала обтекаемую форму. Обтекаемость — это процесс формирования объекта, в данном случае, фюзеляжа, с целью повышения скорости за счет уменьшения источников сопротивления.
Одна концепция использовала 1159-сильный 12-цилиндровый инвертированный V-образный рядный двигатель водяного охлаждения Daimler-Benz DB 601 A. Этот двигатель изготавливался по лицензии для IJN как Aichi AE1 Atsuta ('A' означало Aichi, 'E' — водяное охлаждение, '1' — первый двигатель водяного охлаждения, Atsuta была святыней в префектуре Аити) и для IJA как Ha-40, прежде чем был переименован в [Ha-60] 22.
Второй концепцией было использование 1000-сильного радиального 14-цилиндрового двигателя воздушного охлаждения Nakajima NK1B Sakae 11. Этот двигатель являлся лицензионной версией Gnome-Rhone 14K Mistral Major (в номенклатуре двигателей флота 'N' обозначало Nakajima, 'K' — воздушное охлаждение, 1 — первый двигатель воздушного охлаждения, B — вторая версия двигателя NK1, Sakae на японском языке означает процветание).
1-й авиатехнический арсенал флота для исследований двигателя использовал несколько планеров самолетов. Планер состоял из хорошо обтекаемого фюзеляжа с кабиной пилота, расположенной за крылом и непосредственно передвертикальным оперением. Эта компоновка применялась в ряде гоночных самолетов таких как американские GeeBee Rl и GeeBee Z. Оба использовали стандартную схему шасси. Оснащенный двигателем DB 601A проект гоночного самолета имел фюзеляж весьма похожий на Kawasaki Ki-61 Hien (飛燕 — ласточка, кодовое обозначение союзников Tony), прототип которого появился в декабре 1941 года. Крыло было установлено в нижней части фюзеляжа. Внешний вид фюзеляжа был связан с инвертированным V-образным двигателем, конструкция которого имела меньшие высоту, вес и длину, чем более традиционные двигатели. В отличие от первого проекта второй из-за установки более высокого радиального двигателя NK1B имел фюзеляж яйцевидной формы. Для сохранения аэродинамики был применен большой обтекатель винта. Кроме того, в отличие от проекта оборудованного DB 601A, второй проект был среднепланом.
1-й авиатехнический арсенал флота не изготавливал ни одного из прототипов. Вместо этого результаты различных исследований вероятно использовались в качестве справочных материалов для инженеров и были средством для решения проблем аэродинамики. Возможно в авиатехническом арсенале задним числом считали себя счастливыми, поскольку им не пришлось затратить дополнительные средства и силы на производство прототипов, учитывая неспособность IJA с Ki-78 — программа, которая задержалась до 1944 года и так и не достигла своих целей.
Самолет с двигателем DB 601A показан в окраске, порвоначально применявшейся на Mitsubishi A6M3 (серийный № 3032, код на хвостовом оперении V-190) из кокутая Тайнан (Tainan Kokutai). Он был найден 27 декабря 1942 года на аэродроме Буна в неисправном состоянии. Это был подарочный самолет, пожертвованный Sadahei — группой гражданских добровольцев. Проект с двигателем NK1B был окрашен с стандартный оранжевый цвет, использовавшийся для прототипов и тренеровочных самолетов.
трофейный A6M3
ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Современники: Messerschmitt Me 209 (Германия)
Тип: высокоскоростной самолет
Экипаж: 1 человек
Силовая установка: один 12-цилиндровый инвертированный V-образный рядный двигатель водяного охлаждения Daimler-Benz DB 601 A, развивавший 1159 л.с. или радиальный 14-цилиндровый двигатель воздушного охлаждения Nakajima NK1B Sakae 11, развивавший 1000 л.с.
Размеры:
размах крыла — нет данных
длина:
(DB601A) 6,91 м
(NK1B) 6,97 м
высота — нет данных
площадь крыла — нет данных
удельная нагрузка на крыло — нет данных
удельная нагрузка на мощность — нет данных
Вес (ориентировочно):
пустой
(DB601A) 1600 кг
(NK1B) 1289 кг
с полной нагрузкой
(DB601A) 1900 кг
(NK1B) 1659 кг
топлива и масла
(DB601A) 215 кг
(NK1B) 270 кг
Летные характеристики:
максимальная скорость нет данных
дальность полета нет данных
скороподъемность нет данных
практический потолок нет данных
Вооружение: нет
Развитие: нет. Оба проекта 1-го авиатехнического арсенала флота существовали только на бумаге.
источник: Edwin M Dyer "Japanese Secret Projects: Experimental Aircraft of the IJA and IJN 1939-1945"
