Тяжелые бомбардировщики Zeppelin-Werke Lindau G.m.b.H. Летающая лодка Dornier Rs.I. Германия

Гигантские летающие лодки Dornier знаменовали появление авиастроительной компании, существующей и по сей день как самый старый немецкий авиаконцерн. Долголетие фирмы в значительной мере объясняется  талантом ее выдающегося основателя. Клаудиус Дорнье, переживший создание и потерю своей авиаимперии, испытал удовлетворение от ее возрождения.
 

Рожденный в 1884 году, Дорнье после трех лет работы с несколькими фирмами по возведению стальных конструкций в 1910 году поступил в опытно-конструкторское бюро Luftschiffbau Zeppelin. Сначала он занимался различными задачами дирижаблестроения, среди которых: расчеты на прочность, теория винтов, предварительные исследования металлической оболочкой дирижаблей и проектирование вращающихся ангаров для дирижаблей, принесшие ему примию и патент — один из многих, полученных Дорнье за его жизнь. С самого начала Клаудиус Дорнье проявил себя основательным и творческим инженером, наделенным способностью реализовывать идеи на практике. Эти таланты попались на глаза графу Цеппелину, в результате чего в 1913 году Дорнье был переведенв частное конструкторское бюро Цеппелина в Фридрихсхафене для работ над дирижаблем объемом 80000 кубических метров, способным летать через Атлантику. Это чудовище, в три раза большее существовавших тогда дирижаблей, должне был быть завершен к Дюссельдорфской Всемирной выставке 1916 года, с которой он был лететь в Америку, а затем на Выставку в Сан-Франциско. Однако вмешалась война, и амбициозный проект был заброшен.

Первоначальный вид Dornier Rs.I с двумя размещенными в корпусе двигателями. Можно увидеть ущерб, нанесенный задней кромке верхнего крыла разрушившимся левым винтом. Фото сделано 23 октября 1915 года

В 1914 году граф Цеппелин организовал предприятие VGO-Staaken для как можно более быстрой постройки огромных деревянных бомбардировочных самолетов. Однако в то же время граф Цеппелин, веря в окончательное превосходство цельнометаллической конструкции, наделил Дорнье полномочиями взять на себя очень трудную задачу строительства цельнометаллических гидросамолетов. Чтобы начать свою революционную работу, Дорнье собрал свой небольшой конструкторский коллектив и переехал в старый дирижабельный ангар в Зеемоос (Seemoos) (на берегу Боденского озера). Новая организация стала известна как Zeppelin-Werke Lindau. G.m.b.H., хотя самолеты, построенные этой фирмой, обозначались как "Dornier".

В 1914 году металл был необычным конструкционным материалом для самолетостроения, но Дорнье и его инженеры подошли к проблеме разработки легких конструкций с энергией и изобретательностью. Алюминий был доступен, но в нелегированном состоянии он был относительно низкопрочным металлом. Был достигнут прогресс в алюминиевых сплавах, таких как недавно разработанный дюралюминий — сплав, который имел удвоенную по сравнению с алюминием прочность, но, будучи новым продуктом, все еще страдал от ряда недостатков. Инженерам Дорнье было что сказать по поводу материала:

В 1914 году дюраль был совершенно новым материалом, доступным только для экспериментальных целей. У него было много недостатков. Например, он не изготавливался с однородностью качества: чаще всего дюралевый листовой прокат отслаивался как листья книги. Примесные включения вызывали частое образование трещин, и после коротких периодов хранения дюралевые листы имели неприятную тенденцию распадаться на местах (spots) в виде белого порошка.

Хотя дирижабль с использованием деталей из дюралюминия был введены в эксплуатацию в начале 1915 года, очень перспективный металл еще не был пригоден для всестороннего применения на самолетах.

Модифицированный Dornier Rs.I за пределами ангара в Зеемоосе в декабре 1915 года

Поэтому для своего первого цельнометаллического самолета Дорнье принял решение в пользу смешанной технологии производства с использованием главным образом высокопрочных сталей.

На первый взгляд может показаться, что стальные трубы обладают идеальным конструктивным средством, поскольку легкие, просты в изготовлении и обладают высокой удельной прочностью. Тем не менее, с точки зрения Дорнье они были далеки от совершенства. Трубы было чрезвычайно трудно присоединить к болтам и заклепкам, а также имеет место неизбежное ослабление конструкции. В то время сварка считалась еще ненадежной: проверка сварных швов не давала стопроцентной гарантии, а высокая температура при сварке имела тенденцию к ослаблению металла (хотя эта ситуация в конце войны стала меняться). Наконец, большое количество типоразмеров труб неизбежно влекло за собой обширные складские помещения, тогда как положение Дорнье было в этом плане неприятным, так как был зависим от производителей труб специальных размеров.

Dornier Rs.I

Дорнье решил использовать остроумную технологию строительства, которую он разработал и совершенствовал для проекта трансатлантического дирижабля. В качестве исходного материала были полосы из легированной стали различной ширины и толщины, имевшие преимущество в легкости изготовления, транспортировки и хранения. В зависимости от обстоятельств полосы можно было протянуть или свернуть в полые фланцевые профили (например, с открытым фланцем, «клеверный лист» и V-образной формы). Перевернутый U-профиль был помещен в открытый конец "клеверного листа" и присоединялся заклепками.

Расширенные фланцы обеспечивали получение поверхностей, к которым могли быть легко закреплены другие профили и конструктивные элементы. Этот метод формирования конструктивных элементов и их разновидностей не только оставался основой строительнйо философии Дорнье, но фактически является основой технологии производства современных цельнометаллических самолетов всего мира. Эти формы обладали большим пределом устойчивости при продольном изгибе и были более устойчивыми к разрушению, чем трубки подобного веса и сечения. Кроме того, бесконечное разнообразие форм может быть сформировано в соответствии с каждым конструктивным требованием авиационного инженера.

Dornier Rs.I

Проектирование цельнометаллического Dornier Rs.I было начато в августе 1914 года и в январе следующего года фактически начались монтажные работы. Бывший тест-пилот Dornier Эрих Шротер (Erich Schroter) вспоминал, что граф Цеппелин с глубоким интересом следил за всеми подробностями сборки Rs.I. Несмотря на свой преклонный возраст, он не колеблясь поднимался по длинной пожарной лестнице, чтобы посмотреть как огромные крылья опускаются на корпус. Rs.I создавался по частной инициативе на собственные средства и, таким образом, он не получил официальный регистрационный номер флота.¹

Несущая конструкция Rs.I состояла в основном из легированной стали с использованием оригинальных двухребордных профилей Дорнье, перфорированных балок, сборных трехгранных профилей и штампованных листов. Непокрытый обшивкой каркас Rs.I имел все признаки конструкции современного дирижабля. Несмотря на свои недостатки, дюралюминий был использован для легких ненагруженных деталей конструкции, а также в качестве обшивки нижней части фюзеляжа.

Dornier Rs.I

Учитывая большой размах, крылья имели относительно узкие хорды. Верхнее крыло было построено на основе четырех сборных ферменных лонжеронов, два из которых формировали несущую конструкцию, а остальные два были призваны принимать исключительно изгибающую нагрузку, которая в местах соединения передавалась на поверхность корпуса. Дюралюминиевые профили нервюр были приклепаны к лонжеронам, чтобы сформировать аэродинамический профиль; внутри они были расчалены диагональными поперечными элементами конструкции. Нервюры были обернуты парусиновыми полосами, к которым пришивалась обшивка.

Нижнее крыло состояло из похожей трехлонжеронной конструкции, прикрепленной к фюзеляжным осям поворота таким образом, что позволяло изменять угол атаки изменением длины передней стойки фюзеляжа.

Схемы Dornier Rs.I

Нижнее крыло имело небольшое поперечное V крыла, а на его концах были установлены два небольших вспомогательных поплавка.² Нетрадиционные треугольные подкосы крыла при взгляде спереди напоминали ферму Уоррена, исключавшую необходимость в межплоскостных кабелях. Огромные несбалансированные элероны были необычы тем, что они протянулись до половины размаха верхнего крыла.

Корпус Rs.I был традиционной конструкции: однореданный с плавно поднимающейся хвостовой частью, чтобы держать хвостовое оперение над водой. Глиссирующая поверхность и борта корпуса были покрыты лист дюралюминия, а верхняя и задняя части фюзеляжа — были покрыты полотном. Летчики сидели в большой квадратной кабине, расположенной в носовой части самолета за неудобным целлоновым фонарем, серьезно ограничивавшим им обзор вперед. Пулеметная турель устанавливалась на крыше пилотской кабины позади сидений летчиков. В соответствии с теорией графа Цеппелина "бомба в гавани" обеспечивалась возможность нести 1000 кг бомбу в корпусе. Что, пожалуй, было первым в своем роде, так это испытание модели корпуса Rs.I: в начале сентября 1914 года она была тщательно испытана в  помещении буксировочного опытового бассейна Versuchsanstalt fur Wasserbau und Schiffbau (Берлин). Сегодня, конечно, такие испытания являются само собой разумеющимися.

Крупный план на измененное расположение двигателей Dornier Rs.I

Простое квадратное монопланное хвостовое оперение было подкосным и состояло из небольшого треугольного киля поддержанного совершенно квадратным рулем направления. Хвостовое оперение было шарнирно сбалансировано на некотором расстоянии позади передней кромки. Все поверхности были покрыты полотном.

В октябре 1915 крупнейший самолет в мире с размахом крыла более 43 м Rs.I вышел из ангара в Зеемоосе. Это само по себе выдающееся достижение делал еще более невероятным тот факт, что Rs.I был построен полностью из металла. В тот момент машина была оснащена тремя 240-сильными двигателями Maybach HS (или Mb.IV), два из которых были размещены в корпусе и приводили в движение два смонтированных на нижнем крыле толкающих винта. Система привода для передачи мощности была аналогична используемой на дирижаблях, состоящий из обычных удлинённых валов и угловых редукторов. Третий двигатель, непосредственно управляющий толкающим винтом, был установлен над корпусом в межплоскостном расстоянии. Размещенные в корпусе двигатели охлаждались двумя радиаторами крепящимися к фюзеляжной опалубке, а третий радиатор был установлен впереди центрального двигателя. 12 октября 1915 года под управлением тест-пилотов Хельмута Хирта (Hellmuth Hirth) и Эриха Шротера Rs.I начал рулежечные испытания. Дальнейшие испытания, проведенные 15 и 16 октября, закончились пробежками со скоростью 40-50 км/ч. Это было на 30-40 км/ч ниже расчетной стартовой скорости. Внезапное прекращение испытаний произошло 23 октября, когда левый винт или привод разрушились и фрагменты разорвали заднюю кромку верхнего крыла. Дорнье сам писал, что ненадежность и сложность венесенной трансмиссии, ее неспособность передавать большую мощность и проблема жесткости его установки, в конце концов вынудили его отказаться от размещенных в корпусе двигателей. Другой причиной, возможно, были изменения Rs.I для повышения высоты винтов. Закрепленные к нижнему крылу, они могли сильно пострадать от тяжелых брызг, которые Rs.I способен был поднять. В любом случае, три двигателя Maybach, размещенные между крыльями на неразъемной раме крепления двигателя, состоящий из закрепленных на фюзеляже широких обтекаемых ферменных стоек, совершенно не зависили от конструкции крыльев.

Двигатели были связаны друг с другом обтекаемыми мостками с поручнями, чтобы механики могли перемещаться между двигателями и обслуживать их в полете.

Предположительно, Rs.I провел десятки рулежечных испытаний, которые жители на берегу Боденского озера высмеивали этими стихами:

Эта летающая лодка из Зеемооса
От озера не может оторваться

Они были правы. Rs.I никогда не летал. В своем пятом и последнем испытании он пришел к краху.

Вот что летчик-испытатель Dornier Эрих Шротер писал в тот роковой день, 21 декабря 1915 года, когда был разрушен Rs.I:

Предварительные рулежечные испытания и испытания двигателей проводились, когда коварный Фён³ ветер, обычный для Боденского озера, подул совершенно внезапно и неожиданно. Мы сразу же приготовились перевезти Rs.I обратно в ангар, когда слип, на котором самолет стоял боком к ветру, заклинило. Rs.I был в большой опасности, грозившей непосредственным уничтожением, но нам удалось перезапустить его. Используя все двигатели для удержания самолета носом навстречу яростным порывам ветра, нам удалось пришвартовать Rs.I к бую. Очень скоро стало очевидно, что причал станет чстью угрозы возможного разрушения Rs.I на скалах. Быстро наступила ночь. Около 11 часов вечера пакетбот подошел поближе, в попытке снять носимый штормом экипаж, но не смог этого сделать, так как это была опасность затопления. Единственный шанс на спасение Rs.I был у одного из самых крупных озерных пароходов из Фридрихсхафена, могущего спустить самолет на середину озера, чтобы там переждать шторм подальше от опасных окружающих скал. Однако из-за экстремальных условий плавание пахоходов по озеру было приостановлено. Те, кто был на суше, увидели, что гигантский самолет было волнами вплоть до самого утра, когда причал сломался и Rs.I отнесло на ожидавшие его скалы, где он и разбился на куски.

Этот инцидент вызвал большое смятение среди морских инженеров и конструкторов относительно лучших средств для укрытия этих хрупких самолетов от стихии.

Обломки Dornier Rs.I после его разрушения во время шторма

Хотя Rs.I никогда не поднимался в воздух, он стал ценным полигоном отработки новых конструкторских решений, многие из которых с большим успехом применялись в последующих поектах Дорнье. Что же касается самолета, то цельнометаллический Rs.I всегда будет стоять высоко среди больших самолетов мира за свои а его смелую концепцию, большие размеры и технологическое новаторство.

Цветовая схема и Обозначения

Черные кресты Пате на квадратном белом фоне наносились на верхних и нижних поверхностях обоих крыльев.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Dornier Rs.I
Производитель: Zeppelin-Werke Lindau G.m.b.H., Зеемоос (Боденское озеро)
Двигатели: три 240-сильных двигателя Maybach HS (Mb.IV)
Размеры:
размах верхнего крыла 43,05 м
хорда 4,60 м
размах нижнего крыла 29,00 м
хорда 3,60 м
межплоскостное расстояние 4,19 м
длина 29,00 м
высота 7,20 м
длина корпуса 27,40 м
ширина корпуса 3,5 м
Площади:
крыла 328,80 м²
хвостового оперения 27,00 м²
рулей высоты 16,00 м²
руля направления 10,00 м²
киля 5,30 м²
элеронов 24,8 м²
Масса:
пустого 7500 кг
с полной нагрузкой 10500 кг
Применение: нет

1. Первые два годросамолета R-класса конструкции Дорнье получили внутрифирменное обозначение FS.I и FS.II (как Flugzeug Seemoos (самолет Зеемооса) или Flugschiff (воздушный корабль)), но позже стало стандартом обозначение Rs.
2. Ранние чертежи самолета показывают, что вспомогательные поплавки монтировались очень близко к бортам двигателей. 
3. Фён (нем. Föhn, фр. fœhn) — сильный, порывистый, тёплый и сухой местный ветер, дующий с гор в долины.

источник: G W Haddow, Peter M Grosz "The German Giants. The German R-Planes 1914-1918"