Высокоскоростные исследовательские самолеты 1952-62 годов. Проект экспериментального самолета Vickers (Supermarine) Type 553

Выбор формы крыла проекта Type 553 лежал между тремя альтернативами: прямым, стреловидным или треугольным крылом. Первоначально был принят вариант прямого крыла, но его сопротивление достигало максимального значения около М = 1,1, а запас тяги над сопротивлением в диапазоне скоростей М = 1,0…1,5 был таким, что время и топливо должны были расходоваться впустую во время разгона до максимальной скорости. Кроме того, данный вариант был непригоден для военного применения. Стреловидное крыло в этом отношении было намного лучше, а необходимость более жксткого и толстого крыла компенсировлась преимуществами на околозвуковых скоростях и без слишком большого ущерба для сверхзвуковых скоростей. Дельтавидное крыло этой особенностью отличалось в еще большей степени, но испытывало снижение коэффициента подъемной силы, что вызывало необходимость увеличения общей площади на 50%. У этого крыла при выполнении некоторых маневров также было большое лобовое сопротивление, что также делало его непригодным для установки на боевые самолеты. По большому счету преимущества были у крыла умеренной стреловидности.

В конструкции по причине небольших ограничений на максимальные значения характеристик вместо стали были выбраны алюминиевые сплавы. Легкие сплавы были приемлины при аэродинамическом нагреве на скоростях М = 2 и высотах свышк 30000 футов (9144 м), но Type 553 был способен развивать более высокие значения высотно-скоростных характеристик, для чего уже требовалась сталь. Выбор был сделан в граничных условиях и с учетом дальнейших исследований стальных конструкций приводил к избыточному весу (особенно при применении в обшивке фюзеляжа) и проблемам в производстве.

схемы Vickers (Supermarine) Type 553

На высоте 12000 футов (3658 м) и скорости М = 2,0 максимальная теспература обшивки достигала 272°C, а на высотах от 25000 до 50000 футов (от 7620 до 15240 м) при скорости М = 1,2 она оставалась 150°C и когда начиналась уменьшаться и соотноситься с современными на тот день знаниями о легких сплавах. Даже в пикировании температура за 35 секунд увеличивалась со 115°C до 210°C, что являлось источником беспокойства. Титан или сталь защитили бы двигатель, выбор которого лежал между обладавшими схожими размерами RA.14 и разрабатывавшимся RB.106. Был выбран последний с промежуточным форсажем до 2000K, длинным форсажным реактивным сужающимся-расширяющимся соплом и кольцеобразным носом с регулируемым центральным телом. Эта установка на входе трубки Пито обеспечивала прирост тяги примерно на 20%; совковые воздухозаборники были забракованы.

В компании Supermarine считали, что традиционная форма Type 553 позволит обеспечить лучшие характеристики и мог быть быстро изготовлен, поскольку в нем не было никаких больших отклонений от текущей производственной практики. Проектируемый самолет должен был быть высокопланом с оснащенным бустерным управлением низкорасположенным цельноповоротным стабилизатором. Данная комбинация в те годы была аэродинамически предпочтительной вследствие попытки облегчения общепризнанной тогда проблемы кабрирования. Альтернативные варианты размещения стабилизаторы были либо выше основной линии хорды. Предкрылки, иногда называвшиеся "свисвющие носки", были установлены на всем протяжении передней кромки и были испытаны в полете на Type 508. Помимо предкрылков на крыле также планировалось установить внешние и внутренние элероны; на высоких скоростях внутренняя пара должна была действовать как элероны, а на взлете и посадке как закрылки. Однако тонкое крыло затрудняло достижение достаточной жесткости.

художественное представление летящего Type 553

На уровне моря скороподъемность при подъеме со скоростью М = 0,9 (скорость подъема на высоту 36090 футов [11000 м]) должна была составить 53000 фт/мин (16154 м/мин). Остальной подъем до высоты крейсерского полета 50000 футов (15240 м) должен был проходить после ускорения до М = 2. При игнорировании температурных ограничений максимальсная скорость могла составлять M = 2,4 (1590 миль/ч [2557 км/ч]) на высоте 36090 футов (11000 м). Из-за кинетического нагрева скорость снижалась до М = 2,3, а на уровне моря эти скорости были соответсвенно М = 1,35 и 1,22. Без форсажа Type 553 мог развить сверхзвуковую скорость на всех высотах до по крайней мере 34000 футов (10 363 м) и был способен достичь скорости М = 2 в диапазоне высот от 26000 до 60000 футов (от 7925 до 18288 м). Однако эту скорость он мог развивать всего 5 минут — половину требуемого времени. На высоте 50000 футов (15240 м) эту скорость он мог бы развивать уже 6,83 мин. Практический потолок Type 553 должен был составлять 60000 футов (18288 м).

Внутренний запас топлива должен был составить 780 галлонов (3547 л); упоминались 1500 фунтов (680 кг) "специального оборудования", что можно истолковать, что самолет должен был быть адаптирован в боевой вариант без каких-либо серьезных изменений путем заметы 1500 фунтов (680 кг) оборудования броней и вооружением. Пушечная батарея должна была размещаться в верхней части фюзеляжа перед лобовым стеклом рядом с радаром Ranging Mk.1 или Mk.2, с легкостью размещенном в центральном теле воздухозаборника. Компанией было заявлено, что в боевом варианте общий полетный вес составит 26000 фунтов (11794 кг) и будучи оснащенным вооружением этот самолет станет грозным защитником.

модель Type 553

Летчик-испытатель Дэйв Морган был уверен, что Type 553 был бы превосходным самолетом и считал, что носовой воздухозаборник был хорошей отличительной особенностью для экспериментального самолета, хотя и не столь хорошей для радара истребителя.

***

8 и 28 августа 1953 года Министерством снабжения были проведены две конференции по разработке проектно-технической документации участников конкурса. После первой конференции была создана рабочая группа с целью определения трех финалистов; свой доклад она представила 24 августа. 

На всем протяжении конкурса RAE выступал за компоновку с прямым крылом с установленными в гондолах двумя двигателями, хотя была рассмотрена тенденция перехода к стреловидному крылу для умеренных сверхзвуковых скоростей. На первом заседании развернулась серьезная дискуссия, сосредоточившаяся на наиболее предпочтительной в плане форме прямого крыла, которое, как считали некоторые, на трансзвуковых скоростях обладало большим сопротивлением. Однако этому был противопоставлен аргумент в виде тонкого поперечного сечения крыла. Э.Э Вудвард-Нулт (A E Woodward Nult) из PDRD(A) считал, что необходимо сосредоточиться на проектах, использующих уже имеющиеся в наличии двигатели и имеющих конфигурацию с гондолами в крыле, что позволило бы при появлении новых моторов сравнительно легко заменять силовую установку. О состоянии дел в двигателестроительных программах дали следующие доклады о ходе работ:

• — RB.106: на этапе проектирования и ожидается, будет завершен к концу 1953 года. Первые стендовые испытания планируется провести в середине 1954 года. Доступным к установке на планер самолета: без форсажа в конце 1956 года и с форсажем в конце 1957 года. Эти даты были согласованы Министерством снабжения и компанией Rolls-Royce;
• — RA.14: должен бы быть доступен с промежуточным форсажем раньше RB.106, но дата указана не была;
• — Gyron: уже на стадии разработки испытательного стенда и ожидается, что двигатель будет готов для установки на планер самолета: без форсажа в середине 1955 года и с форсажем в середине 1956 года; 
• — Sa.7: будет готов через несколько месяцев с ожидаемо доступностью к полетам в начале 1954 года. Предложенный для AW.166 25% форсаж уже получен, в ближайшее время ожидается получение 40% форсажа.

Было решено, что даты, приведенные для RB.106 и (в меньшей степени) для Gyron, даже если и будут достигнуты, то привели бы к задержке готового самолета. Поэтому было решено, что задачей является как можно более скорейшее получение нового самолета, способного развивать M = 2,и не затягивать вопрос стремлением получения еще более высоких характеристик.

Что касается конкурса, то проект компании English Electric со стреловидным крылом был исключен на основании принятой формы крыла в плане. Supermarine Type 553 не отвечал требованиям продолжительности полета и должен был оснащаться двигателем RB.106, использование которого, казалось, исключало любую заявку. Заложенная в требования спецификации ER.134T десятиминутная продолжительность полета на скорости М = 2 считалась необходимой, поскольку для обширной научно-исследовательской программы самолет с ограниченной продолжительностью полета просто был не нужен. Оба проекта компании Hawker опирались на RB.106 и использовали воздухозаборники в корневых частях крыла неопределенной величины на самолетах такого типа также были сочтены неприемлимыми. Компания Saunders-Roe была новичком в области высокоскоростных полетов и пока никак не проявила себя с ракетным перехватчиком (SR.53), поэтому доверять ей более крупный сверхзвуковой проект было преждевременно. По этой причине и со всеми сомнениями относительно времени появления в наличии двигателей Gyron было решено не рассматривать P.163, хотя он считался вполне привлекательным проектом с сочетанием ракетного двигателя и газовой турбины, позволявшим получить большую гибкость в программе полёта. Однако ракетный двигатель мог быть установлен и на другие проекты, особенно хорошо для этой цели подходили те, у которых двигатели устанавливались в крыльевых гондолах.

Все предложения со стреловидным и треугольным крыльями не показали превосходства в характеристиках над имевшим предпочтение прямым крылом с мотогондолами. Проект P.128 компании Boullon Paul не был детально оценен. Он не использовал форсаж, не соответствовал требованиям продолжительности сверхзвукового полета и не имел никакого запаса мощности для ускорения.

Все это было при условии, что  концевой эффект расположенных на законцовках крыла гондол был действителен на сверхзвуковых скоростях — фактор, который был тогда довольно неопределенным. Были высказаны сомнения относительно того, сможет ли проектная группа компании Boullon Paul быть достаточно сильной, чтобы принять участие в проекте такого рода.

в результате остались три проекта с прямым крылом: AW.166, Bristol 188 и English Electric "P.6B". Х.Ф. Вессей (H F Vessey) отметил, что если по спецификации F.124T будет построен истребитель с ракетным двигателем Bristol 178, то информация, касающаяся прямого крыла, может быть получена независимо, что в свою очередь могло усложнить проблемы для двухмахового самолета. Однако был сделан вывод, что финансового утверждения не последует ни для ракетного истребителя, ни для самолета спецификации ER.134.

Как уже говорилось, в компании English Electric считали, что ее проект с прямым крылом вследствие больших лобового сопротивления и веса уступал обладавшему стреловидным крылом P.6. Вследствии этого в компании было выражено сомнение в мудрости данного выбора. Перечень недостатков "P.6B" считался достойными для обсуждения на конференции, и если будет показана сущность явления, то, возможно, политику приоритета прямого крыла возможно придется пересмотреть. Однако причины отказа от этой компоновки компанией были не совсем понятны, и поэтому было высказано мнение, что проект должен был подвергнуться перерасчету с использованием  дополнительных данных. Основываясь на исследованиях NACA, эксперты считали, что проект компании English Electric испытывал проблемы из-за несколько неоправданного предположения, которое испортило проект. В результате данная работа была у компании запрошена. Наконец было рассмотрено использованеи в конструкции стали и было обнаружено, что компания Bristol была единственной, которая применила в своем проекте этот конструкционный материал. По мнению RAE дюралюминий не мог иметь значительного применения в диапазоне больших чисел маха.

Для окончательного трио время для независимой оценки было слишком большим, поэтому небольшая рабочая группа из расположенных в Фарнборо авиационного отдела и отдела исследований и разработок посетили каждую из компаний. После всестороннего рассмотрения группа представила свой докелад на второй конференции. 17 сентября компания English Electric представила краткое дополнение к посвященной P.6 брошюре, детализируя данные по проекту со схемой утка, трапецевидным крылом и уменьшенным весом, включая модификации, основанные на двух соперничающих конструкциях, имевших сходные характеристики.

Наибольшее число положительных оценок досталось AW.166 и Bristol 188, причем первый имел небольшое преимущество. На состоявшейся 28 августа конференции было решено, что контракт на изготовление должен достаться Armstrong Whirworth Aviation: первый прототип должен был быть изготовлен из дюралюминия, а второй должне был быть оснащен крылом из стали. Однако компания была полностью загружена работами по перехватчику Javelin, и поэтому в середине декабря контракт был заключен с Bristol на постройку цельностального Bristol 188. Однако несколько крупных узлов, включая стабилизатор, киль и руль направления были по субподряду изготовлены Armstrong Whirworth Aviation.

Первый контракт был связан с двумя самолетами, серийные номера для которых — XF923 и XF926 — были выданы 4 января 1954 года. Самои самолеты были построены в соответствии с новой спецификацией ER.134D, выпущенной 11 марта 1954 года и требовавшей максималбьную скорость уже М = 2,5. В 1955 году с Avro был заключен контракт на постройку по оперативно-тактическому заданию OR.330 высотного сверхзвукового бомбардировщика-разведчика Type 730; также рассматривался сверхзвуковой перехватчик, создававшийся по оперативно-тактическому заданию OR.329. В этом же году в целях содействия этим разработкам был подписан второй контракт на постройку трех Bristol 188, которым были выданы серийные номера XK429, XK434 и XK436. Это решение было принято в сентябре, но производство второй группы в целях экономии было отменено в 1957 году после того, а от оперативно-тактических заданий OR.329 и OR.330 было решено отказаться в рамках новой оборонной политики, делавшей ставку исключительно на ракеты. После тщательного анализа потребностей и расходов исследовательской программы было решено продолжить проект Bristol 188, но с изготовлением только первых двух самолетов, тогда как в октябре 1954 года в качестве окончательного числа потребных машин былои заявлены 6 самолетов. Только в июне 1957 года двигатели были заменены на de Havilland Gyron Junior.

Сборка была завершена очень поздно, посколько технология производства из нержавеющей стали оказалась исключительно хлопотной. Тем не менее была постоянная тенденция к эксплуатации планера на скоростях со все более высокими числами Маха, и в конце производства благодаря постоянным улучшениям в области двигателестроения казались возможными полеты при М = 3,0. Готовое изделие отличалось встроенной и очень обширным приборным оборудованием, содержавшим самописцы с бумажной и магнитной лентами и непрерывную телеметрию для облегчения быстрого получения данных испытаний, касавшихся аэродинамики, нагрузок на конструкцию, кинетического нагрева и т.д.. Type 188 был первым в мире самолетом из нержавеющей стали.

Однако как только самолет оказался в воздухе (первый полет состоялся 14 апреля 1962 года), его характеристики оказались разочаровывающими: так максимальная скорость достигла только М = 1,88 и время полета на этой скорости ограничивалось всего двумя минутами из-за неожиданной помпажом двигателей Gyron Junior. Этого времени было недостаточно для кинетического нагрева планера, а самим двигателям банально не хватало мощности. Проблемы с помпажом двигателей на сверхзвуковой скорости вызвали серьезыне трудности с тангажем и рысканием. Два самолета летали до 1964 года, после чего эта программа была закрыта. Bristol 188 дал новые знания в области производства самолетов, и как сказал Джордж Эдвардс из Bristol Aircraft Company

"мы узнали что таким способом самолеты делать не надо". 

По правде говоря, этот самолет был дорогостоящим провалом, и автор никогда не слышал какой-либо похвалы в его адрес, и очень жаль, что такая оценка является его неотемлимой частью. Может быть какое-либо другое предложение — такое как P.6/1 или Type 553 — было лучшим выбором?

В начале августа 1958 года американская команда программы взаимных со странами НАТО НИОКР в области вооружения (Mutual Weapons Development Program — MWDP) в составе генерала Бойда (General Boyd), Джона Стека (John Stack), полковников Кляйна (Colonel Klein) и Чапмана (Colonel Chapman) рассмотрела несколько проектов, включая британские СВВП/СКВП Hawker P.1127 и Bristol 188. Они не были впечатлены конструкцией и назначением 188-го, заявив:

"единственное ценное в нем — это опыт по производству стальных конструкций. Если все имеющаяся в наличии информация была бы объединена, то было бы видно как мало нового может выйти из ER.134".

Управление начальника научных исследований (Division of the Director-General of Scientific Research — DDGSR(A)) согласилось, хотя отметило, что машина единственный в Великобритании стенд для испытаний двигателей на скоростях М = 2,5. Американцы не стали рекомендовать Bristol 188 для MWDP.

Интересно отметить, что шведская компания Saab во время проводившихся в 1950-х годах в рамках программы создания ударного самолета SAAB 36 многочисленных исследований рассматривала компоновку Bristol 188, но в конце-концов развитие получила программа создания многоцелевого самолета Viggen. Возможно ближайшим был созданный в январе 1956 года Project 1371, тогда как схожий с ним Project 1357 (июль 1955 года) был лишен хвостового оперения и был выполнен по схеме утка. Был предложен имевший лучшие характеристики вариант Type 188 со схемой утка.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Силовая установка: 1×RB.106R

максимальная тяга 1×15000 фнт (1×66,7 кН)
режим форсажа 1×22600 фнт (1×100,4 кН)

Размеры:

размах крыла 30,8 фт (9,4 м)
длина 58,0 фт (17,7 м)
площадь крыла 330 фт² (30,6 м²)
относительная толщина профиля крыла 5%

Вес:

общий полетный 27000 фнт (12247 кг)

Летные характеристики:

максимальная скорость с форсажем на уровне моря М = 1,22
максимальная скорость с форсажем на высоте 36100 фт (11000 м) М = 2,3 (1523 миль/ч [2450 км/ч])

источник: TONY BUTTLER "BRITISH SECRET PROJECTS JET FIGHTERS SINCE 1950"