Военно-транспортные летающие лодки Convair R3Y Tradewind. США

Военно-транспортные летающие лодки Convair R3Y Tradewind. США

Интересная статья 1992 года, которая, думаю, заинтересует читателей.

Содержание:

Предисловие редакции: Билл Ганстон (Bill Gunston) рассказывает об оснащенных турбовинтовыми двигателями патрульных летающих лодках ВМС США Convair XP5Y, которые были переоборудованы в транспортные летающие лодки Convair R3Y Tradewind.

Появление созданной в ОКБ Бериева летающей лодки А-40 Альбатрос (в НАТО ей присвоено кодовое обозначение Mermaid) вновь привлекло внимание к возможностям больших самолетов морского базирования. А-40 был разработан в качестве ударного самолета, главным образом для выполнения противолодочных задач, но в настоящее время разрабатывается в качестве многоцелевого транспортного самолета. Точно то же самое произошло 40 лет назад с последней крупной летающей лодкой, принятой на вооружение американскими ВМС. Параллель точная, за исключением того, что современный советский самолет является не чистой летающей лодкой, а амфибией.

Американская летающая лодка была разработана в годы Второй Мировой войны. В этом конфликте наиболее важную роль из всех летающих лодок союзников сыграла PBY Catalina, которая массово изготавливалась как в Сан-Диего, штат Калифорния, на заводе компании Convair, так и по лицензии другими авиастроительными компаниями. Эта созданная в 1935 году машина имела замечательную карьеру и отлично проявила себя во многих уголках мира. Однако у «каталины» были и недостатки, одним из которых была малая крейсерская скорость – всего 100 узлов (185 км/ч). Чтобы добраться куда-либо требовалась буквально уйма времени. Было выпущено много более быстрых летающих лодок, которые в США называли гидросамолетами лодочного типа, но ни одна из них не выпускалась в столь больших количествах. Затем примерно в 1943 году стало ясно, что такие компании, как General Electric и Allison, вскоре смогут предложить новый тип двигателя – турбовинтовой, который разрушит существовавший на тот момент порочный круг в части мощности силовой установки и который удвоит мощность на валу, развиваемую авиамоторами данных массы и объема. Это наводило на мысль, что было бы неплохо спроектировать гидросамолет с новым высоким уровнем летно-технических характеристик.

Очевидно, что такой самолет должен был обладать аэродинамическим совершенством. Помимо этого конструкция лодочных корпусов претерпела революционные изменения, заключавшиеся в удвоении отношения длины к ширине. Так, например, если у летающей лодки Catalina ширина составляла 10 футов (3,05 м), длина глиссирующего днища – 36 футов (10,97 м) и отношение длины к ширине 3,6:1, то к 1943 году конструкторы разрабатывали эскизные проекты, у которых отношение длины к ширине было 10:1. Удлиненные корпуса в сочетании с хорошей аэродинамикой других элементов конструкции позволяли предположить, что с мощностью турбовинтовой силовой установки максимальная скорость летающих лодок может быть удвоена с 200 до 400 миль в час (с 322 до 644 км/ч). Все это в сочетании с передовыми схемами вооружения и, возможно, размещением экипажа в герметизированной кабине открывало захватывающие перспективы.

К 1945 году в ВМС США были разработаны детальные требования к совершенно новому типу летающих лодок открытого моря. Получившие обозначение P (Patrol) эти летающие лодки должны были действовать в открытом море в течение нескольких суток при необходимости заправляясь топливом с подводных лодок или других дружественных судов. Эти летающие лодки должны были быть хорошо вооружены и бронированы, чтобы выжить в условиях частично контролируемого воздушного пространства, а также проводить дневные или ночные поиски в море, атаковать надводные корабли и подводные лодки, выполнять разминирование и поисково-спасательные операции. В компании Convair выполнили большую часть проектных работ, и 27 мая 1946 года получила контракт на постройку двух прототипов, которые получили обозначение XP5Y-1 и которым в управлении аэронавтики были присвоены номера BuNo121455 и BuNo121456.

Под руководством Иэна М. «Мака» Ладдона (Ian M. “Mac” Laddon) и Р. К. (Дика) Сиболда (R. C. [Dick] Sebold) работа продвигалась вперед хорошими темпами. Разумеется, конструкция летающей лодки была цельнометаллической с работающей обшивкой и красивым обтекаемым внешним видом. Единственное, что было странным в этом щегольском лодочном корпусе, – это редан глиссирующего днища с углом развала 90 градусов и высотой более двух футов (0,61 м), что добавило диссонанса в общую аэродинамику и создавало дополнительное сопротивление. Внутреннее пространство летающей лодки должно было быть роскошно обустроено для экипажа, состав которого должен был быть переменным и находиться в диапазоне из шести до десяти человек. Три отсека самолета должны были быть герметизированными, чтобы самолет на большой высоте смог как можно скорее добраться до района патрулирования. Ожидалось, что патрулирование будет вестись на малых высотах.

Трапециевидное крыло с прямыми передней и задней кромками имело относительно тонкий 9-процентный ламинарный профиль. Конструктивно оно состояло из крупного центроплана с установленными на нем двигателями силовой установки и двумя консолями. Передняя кромка крыла была фиксированной, тогда как задняя кромка несла средства механизации крыла. Внешние консоли крыла несли статически сбалансированные элероны, а центроплан крыла –закрылки Фаулера, которые были оснащены электрическим приводом и разделен на три части моторными гондолами. Крыло было установлено немного выше уровня корпуса и для соединения с передней кромкой крыла верхняя часть фюзеляжа была немного приподняла. Кессон крыла был герметизирован для размещения четырех топливных баков. Топливные баки размещались между внешними гондолами и были разделены внутренними моторными гондолами и перегородкой, расположенной на осевой линии самолета. Моторные гондолы были довольно необычными; Установленные на крыле с целью минимизации сопротивления, каждая из гондол начиналась обтекателями втулок соосных трехлопастных винтов противоположного вращения и большого диаметра; лопасти винтов были металлическими и полыми. Разработанные компанией Aeroproducts винты имели диаметр 14 футов (4,27 м) и должны были передавать взлётную мощность, развиваемую двигателями Allison T40.

Компания Allison Engine Company, входившая в состав концерна General Motors, была пионером в области создания американских турбовинтовых двигателей. Базовым элементом в ТВД был одновальный двигатель T38 с расчетной мощностью 2350 л.с.. Турбовинтовой двигатель T40 был разработан на средства ВМС США и представлял собой два турбореактивных двигателя T38, работавших на общий редуктор. Турбовинтовые двигатели T40 были выбраны в качестве силовой установки патрульного гидросамолета XP5Y (четыре двигателя), палубного штурмовика XA2J Savage (два двигателя), истребителя ВВП Pogo (один двигатель) и палубного штурмовика XA2D Skyshark (один двигатель). Огромные проблемы возникли с двигателем, коробкой передач и винтами. Эти трудности привели к отмене программ XA2J и XA2D и серьезным задержкам в программе XP5Y. Закрытия и задержки программ произошли несмотря на интенсивные усилия компании Allison как на испытательных стендах и летающих лабораториях, таких как CV-240 Turbo-Liner.

На летающей лодке XP5Y силовая установка была уникальной. Базовые элементы турбовинтового двигателя были установлены непосредственно на кессон крыла и через воздуховоды получали воздух от установленных на передней кромке воздухозаборников. Выхлопные трубы турбовинтового двигателя шли бок о бок к соплам, установленным позади крыла. Каждый турбореактивный двигатель T38 приводил в движение длинный трубчатый высокооборотный вал, ведший к установленному непосредственно за винтами редуктору. Внутренние турбовинтовые двигатели были варианта XT40-A-4A с мощностью на валу предположительно 5100 л.с., в то время как внешние ТВД были варианта XT40-A-4B; варианты отличались друг от друга разной длиной валов, подбиравшихся под длину хорды крыла, и моторными гондолами. Фактически должно было пройти много лет, прежде чем T40 смогли выйти на проектную мощность.

Сдерживающие факторы в конструкции самолета

Удивительным является тот факт, что если медленная летающая лодка Catalina имела убирающиеся боковые поплавки, то скоростная летающая лодка получила фиксированные вспомогательные поплавки. Они имели необычную безреданную форму и крепились к нижней поверхности крыла одиночными широкохордными стойками. Хвостовое оперение, установленное в задней части корпуса летающей лодки, было обычным однокилевым со стабилизатором, имевшим нулевой угол поперечного V. Кабина пилотов с установленными бок о бок сиденьями находилась в верхней-передней части корпуса лодки. Под кабиной находился обтекатель, за которым размещалась радиоантенны и радиопеленгатор с рамочной антенной. Бомбы, мины и глубинные бомбы общей массой до 8000 фунтов (3629 кг) должны были находиться в корпусе и перед сбросом переводиться в центроплан крыла. Оборонительное вооружение летающей лодки должно было состоять из десяти 20-миллиметровых пушек, размещенных в пяти дистанционно-управляемых турелях. Одна турель должна была устанавливаться в задней оконечности корпуса под хвостовым оперением, по одной в носу и в верхней части корпуса и еще две в бортах лодочного корпуса.

Для испытаний в открытых бассейнах в компании Convair была изготовлена модель летающей лодки XP5Y в масштабе один к пяти. Вместо буксировки вдоль стенки бассейна модель была оснащена четырьмя двухтактными двигателями мощностью по 2 л.с.; модель управлялась по радио из полноразмерной кабины пилотов, установленной на более близкой к берегу моря стороне аэродрома Линдберг-филд, Сан-Диего, штат Калифорния. Моделирование помогло решить гидродинамические проблемы, но именно двигатель, редукторы и пропеллеры вызвали серьезные задержки. В одном случае необычное поведение, которое в полете могло привести к серьезным проблемам, было связано с тем фактом, что в течение нескольких минут один из базовых элементов T40 выходил из строя и отбирал всю мощность у другого элемента, чтобы запустить себя. Это как если бы двигатель летел, то пропеллеры вращали бы редуктор, а не наоборот. Система управления пропеллером была примером зари развития электроники – с вакуумными трубками (электронными лампами) и с почти отсутствующей надежностью.

радиоуправляемая летающая модель XP5Y-1 была оснащена четырьмя 2-сильными двигателями и управлялась из полномасштабного макета пилотов, установленной на более близкой к берегу моря стороне аэродрома Линдберг-филд

В результате первый полет вместо запланированного декабря 1948 года состоялся лишь 18 апреля 1950 года. Полет прошел успешно, и вскоре большая темно-синяя летающая лодка стала привычным зрелищем в Сан-Диего. Вскоре прототип был «украшен» толстыми белыми линиями, предназначенными для измерений с помощью камеры и теодолита, и в августе он установил мировой рекорд продолжительности работы турбовинтового двигателя – 8 часов 6 минут. Однако в том же месяце командование ВМС США объявило, что больше не нуждается в вооруженной патрульной летающей лодке, и что летающая лодка Convair XP5Y будет переделана в транспортный гидросамолет.

первый прототип XP5Y в стадии завершения строительства на заводе компании Convair (Consolidated-Vultee) в Сан-Диего, штат Калифорния; 17 апреля 1949 года. Снимок сделан почти равно за год до его первого полета

первый прототип XP5Y глиссирует на большой скорости скорости; Сан-Диего, 7 апреля 1950 года

первый прототип XP5Y-1 вылетает из залива Сан-Диего во время своего первого полета после разбега продолжительностью 20 секунд; 18 апреля 1950 года

темно-синий 60-тонный прототип XP5Y-1 сфотографирован во время первого 30-минутного полета; 18 апреля 1950 года

прототип XP5Y во время начальных летных испытаний в 1950 году

прототип Convair XP5Y-1 в 1950 году. Свой первый полет машина совершила 18 апреля 1950 года и разбилась в 1953 году

Продолжались работы над одиннадцатью серийными самолетами: пятью R3Y-1 Tradewind (номера управления аэронавтики BuNo 128445 – BuNo 128449) и шестью R3Y-2 (номера управления аэронавтики BuNo 128450 и BuNo 131720 – BuNo 24). Тем временем к программе испытаний присоединился второй прототип XP5Y, но 15 июля 1953 года на высоте 10000 футов (3048 м) во время полета на полной мощности произошёл серьезный сбой системы управления, влияющий на управление по тангажу. Самолет упал в море недалеко от Сан-Диего. Примерно в это же время ТВД Т40 начал избавляться от детских болезней. Среди прочего в компании Allison перепроектировали двигатель с заменой 19-ступенчатого компрессора на 17-ступенчатый, заменой системы управления, переработанным вспомогательным оборудованием и другими изменениями. Инженеры компаний Convair и Allison совместно разработали совершенно иную силовую установку, которая по своей сути была более традиционной. Эффективная мощность нового ТВД T40-A-10 возросла до 5850 л.с.; он имел значительно меньшую длину и потому мог быть размещен в обычный капот поршневого двигателя и мог быть установлен над и под крылом. Вместо изогнутых воздуховодов от передней кромки воздух подавался от одиночного щелевого воздухозаборника, расположенного под обтекателями втулок соосных винтов противоположного вращения. Поскольку двигатели были смещены намного дальше вперед, то сопла двигателей были выведены над крылом, но по аэродинамическим причинам жаропрочные обтекатели шли дальше и выводили сопла за заднюю кромку.

техническое обслуживание турбовинтовых двигателей T40 летающих лодок Tradewind было относительно простым

Первая серийная летающая лодка R3Y-1 совершила свой первый полет 25 февраля 1954 года. Разумеется, все вооружение было удалено, и внутреннее пространство вместо смеси пустого пространства и испытательной аппаратуры было полностью переоборудовано для перевозки грузов. Все внутреннее пространство гидросамолета было герметизирован, а кабина экипажа, состоявшего из четырех-пяти человек, дополнительно получила звукоизоляцию. На одной фотографии приведены рабочие места радиста и бортинженера. Стальной пол грузового отсека был оборудован рельсами, позволявшими разместить ряды обращенных к корме 103 сидений десантного типа с 3+2 местами в ряду. Альтернативная нагрузка заключалась в установке стоек для размещения 92 носилочных раненых и десяти сопровождающих лиц. Максимальная полезная нагрузка составляла 50000 фунтов (22680 кг), что в те дни было очень исключительным показателем.

первый серийный R3Y-1 Tradewind взлетает из залива Сан-Диего в свой первый полет 25 февраля 1954 года. Пилотом был Дон Гермераад

летающая лодка Convair R3Y-1 Tradewind в полете

В конструкцию R3Y-1 был внесен ряд других важных изменений. Корпус был удлинен с 127 футов 11 дюймов (39,00 м) до 142 футов 6 дюймов (43,43 м). Грузовой люк, оснащенный механическим приводом и имевший ширину 10 футов (3,05 мм), был установлен по левому борту; в носовой части корпуса перед дверью экипажа находился небольшой люк. Конструкция стабилизирующих поплавков была немного изменена, но они были установлены на многостоечных пилонах, что было шагом назад для этих скоростных летающих лодок. По сравнению с прототипом XP5Y максимальная масса серийных лодок R3Y-1 увеличилась с 140374 фунтов (63674 кг) до 160000 фунтов (72576 кг), но максимальная скорость почти не изменялась и составляла 386 мил в час (621 км/ч). 24 февраля 1955 года летающая лодка R3Y-1 пролетела из Сан-Диего на авиабазу ВМС Патаксент-ривер (NAS Patuxent River) за 6 часов со средней скоростью 403 мили в час (648 км/ч).

Большеротая лодка

Последние шесть лодок, обозначенных R3Y-2, отличались наличием переделанной передней оконечности корпуса лодки. Огромный бульб был шарнирно прикреплен перед кабиной экипажа и имел возможность подниматься вверх, чтобы обеспечивать погрузить сразу на пол грузового отсека. После подъема бульба образовывался разъем высотой 80 дюймов (2032 мм) и шириной 100 дюймов (2540 мм). При поднятом бульбе оснащенная силовым приводом рампа откидывалась и опускалась, чтобы позволить въезду или выезду автомобилей. Грузовая палуба R3Y-2 имела длину 88 футов (26,82 м) и ширину чуть больше 108 дюймов (2743 мм), и эти летающие лодки могли нести все, что могли нести R3Y-1, а также гораздо более громоздкие предметы, такие как тяжелые инженерные машины, четыре 155-мм гаубицы, шесть джипов или три 2,5-тонных грузовика. Чтобы они могли подняться на борт, кабина была поднята на 4 фута, что привело к намного большей и более длинной выпуклости над передней частью фюзеляжа. Дальнейшее изменение очертаний было вызвано добавлением метеорологического радара в шарнирно поднимающейся носовой части фюзеляжа. У R3Y-2 максимальная масса достигла 175000 фунтов (79380 кг), но дополнительная масса в носовой части корпуса уменьшила полезную нагрузку до 48000 фунтов (21773 кг).

чертежи летающих лодок R3Y-1 и R3Y-2

Все 11 летающих лодок Tradewind были переданы транспортной эскадрилье ВМС США VR-2 (база авиации ВМС Аламеда, штат Калифорния), зоной ответственности которой был Тихий океан. Все они были введены в строй к 4 ноября 1956 года, и поначалу их довольно успешно действовали, летая в основном вдоль Тихоокеанского побережья и на Гавайские острова. Тем не менее, механические неполадки и проблемы с электроникой, которые постоянно преследовали двигатели и воздушные винты, продолжали вызывать бесконечные разочарования, и 10 мая 1957 года на одной из лодок R3Y-1 воздушные винты оторвались от двигателя №3, и затем при аварийной посадке сильно повредила корпус. Почти то же самое произошло 2 января 1958 года, когда лодка R3Y-1 после посадки врезалась в волнолом. Проблемы были настолько постоянными, что 16 апреля 1958 года самолет был выведен из эксплуатации, а эскадрилья VR-2 была расформирована. Если бы удалось избавиться от всех трудностей, связанных с силовой установкой, то у летающих лодок Tradewind была бы более длинная карьера, и они была бы более популярными самолетами.

в открытый грузовой отсек летающей лодки R3Y-2 Tradewind загружается трактор

155-мм гаубица корпуса морской пехоты вывозится тягачом из открытого грузового отсека летающей лодки R3Y-2 Tradewind. В качестве полезной нагрузки 80-тонная летающая лодка могла нести пушки, грузовики и войска на дальность более 2000 миль (3220 км)

грузовой отсек транспортной летающей лодки Tradewind; лестница ведет в кабину экипажа

В 1955 году летающая лодка R3Y-2 (BuNo131722) была оборудована четырьмя подкрыльевыми гондолами системы дозаправки топливом в полете методом шланг-конус, а топливная система была модифицирована, чтобы машина могла выполнять задачи самолета-топливозаправщика. Это был единственный самолет в мире, способный одновременно заправлять в воздухе четыре истребителя; через каждый конус топливо могло подаваться со скоростью 250 американских галлонов (208 имперских галлонов; 946 л) в минуту. Обычно для перекачки топлива использовались специальные топливные баки. Если на летающую лодку Tradewind установить два дополнительных крыльевых бака, то от нее могли дозаправиться восемь истребителей F2H-3 или F9F-8. Запланированное преобразование всех одиннадцати летающих лодок Tradewind проведено не было.

летающая лодка R3Y-2 Tradewind дозаправляет в полете четыре истребителя F9F-8 Cougar; 1956 год

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Тип: Convair R3Y-1 Tradewind

Назначение: военно-транспортная летающая лодка

Статус: малосерийное производство

Экипаж: 7 человек летного экипажа + бортпроводники + старший по погрузочно-разгрузочным работам

Пассажировместимость:

R3Y-1 – 80 человек (72 носилочных раненых и 8 человек медицинского персонала)
R3Y-2 – 103 человек (92 носилочных пациента с 12 человек медицинским персоналом)

Силовая установка: четыре турбовинтовых двигателя Allison T40-A-10, развивавших на валу мощность по 5332 л.с. (3976 кВт) каждый и вращавших два соосных трехлопастных флюгерно-реверсивных винта противоположного вращения диаметром 15 футов (4,6 м)

Размеры:

размах крыла 145 футов 9,7 дюйма (44,442 м)
длина
• R3Y-1 – 139 футов 8,3 дюйма (42,578 м)
• R3Y-2 – 141 фут 1,7 дюйма (43 м)
максимальная ширина корпуса 12 футов 6 дюймов (3,81 м)
высота
• от киль до оконечности киля 49 футов 0 дюймов (14,94 м)
• на выкатной тележке 51 фут 5,2 дюйма (16 м)
площадь крыла 2100,7 кв. футов (195,16 м²)
относительное удлинение крыла 10
аэродинамический профиль крыла
• в корневых частях NACA 1420
• в середине размаха NACA 4417
• у законцовок NACA 4412
средняя относительная толщина аэродинамического профиля крыла 18%

Масса:

с полной нагрузкой 145500 фунтов (65998 кг)
максимальная взлетная 165000 фунтов (74843 кг)
посадочная с минимальной массой грузов 136739 фунтов (62024 кг)
запас топлива 66000 фунтов (29937 кг)

Летные характеристики:

максимальная скорость
• при максимальной взлетной массе на высоте 21000 футов (6401 м) 299 узлов (344 миль в час; 554 км/ч)
• при массе с полной нагрузкой на высоте 23000 футов (7010 м) 308 узлов (354 миль в час; 570 км/ч)
крейсерская скорость на высотах 29000-34200 футов (8839-10424 м) 300 узлов (350 миль в час; 560 км/ч)
скорость сваливания
• при максимальной взлетной массе и выключенной силовой установке – 98 узлов (113 миль в час; 181 км/ч)
• при массе 136 739 фунтов (62024 кг) и при выключенной силовой установке – 89,4 узлов (102,9 миль в час; 165,6 км/ч)
• при массе 136739 фунтах (62024 кг) и мощность силовой установки на режиме захода на посадку – 87,5 узлов (100,7 миль в час; 162,1км/ч)
радиус действия 2420 морских миль (2780 миль; 4480 км)
боевой радиус 1240 морских миль (1430 миль; 2300 км)
практический потолок при максимальной взлетной массе 30300 футов (9200 м)
скороподъемность при максимальной взлетной массе 1910 футов в минуту (9,7 м/с)
время набора высоты при максимальной взлетной массе
• 20000 футов (6096 м) за 12 минут 18 секунд
• 30000 футов (9144 м) за 43 минуты 12 секунд
удельная нагрузка при максимальной взлетной массе
• на крыло 78,5 фунтов на кв. фут (383 кг/м²)
• на мощность 0,1293 л.с. на фунт (0,2126 кВт/кг)
время взлета при максимальной взлетной массе и спокойном море 50 секунд

источники:

текст и часть картинок – Bill Gunston «Turbo Tradewind» «Aeroplane Monthly», January 1992, стр.28-31
таблица ЛТХ и часть картинок – https://en.wikipedia.org/wiki/Convair_R3Y_Tradewind