Высотный истребитель 中島 キ87 (Nakajima Ki-87). Япония
Данный материал выкладывается на сайт в продолжение темы, поднятой в статье «Гонка за призраком скорости. Среди «Сверхболидов»«.
Высота над уровнем моря является важным фактором в работе двигателя и, как следствие, для самолета в целом. Известно, что плотность изменяется по высоте: чем выше высота над уровнем моря, в менее плотный воздух. Последствия этого проявляют себя в уменьшении подъемной силы крыла, снижении эффективности винта и мощности двигателя. Таким образом, самолет, не предназначенный для работы в таких условиях, имел ухудшенные характеристики. В воздушном штабе армии искали ответ на этот вопрос и фирму Накадзима попросили обеспечить его решение. В результате появился Ki-87.
В середине 1942 года воздушный штаб армии разработал набор спецификаций для высотного истребителя. Они требовали хорошо вооруженный самолет, способный работать на большой высоте с максимальной дальностью 3000 км и способный развивать 800 км/ч. Изучение спецификаций поставило под вопрос способность удовлетворить ожидание таких характеристик. После обсуждения они были пересмотрены. Функции остались прежними, но требования скорости были сняты полностью вплоть до того, что минимальная или максимальная скорости не упоминались вообще. Требования дальности доведены до патрулирования в течение одного часа полетного времени в дополнение к получасу боевого полетного времени на скорости 800 км/ч на удалении от аэродрома взлета. Наконец, требование тяжелого вооружения устанавливало необходимость двух 30-мм и двух 20-мм пушек.
Под эти новые спецификации в ноябре 1942 года с Накадзимой был заключен контракт на производство трех прототипов и семи предсерийных самолетов для императорской японской армии (IJA). Прототипы должны были быть завершены в период между ноябрем 1944 года и январем 1945 года с окончанием самолетов опытной серии в период с февраля по апрель 1945 года. Проект Ki-87 возглавил Кунихиро Аоки.
В качестве сердца Ki-87 Накадзимой первоначально был выбран 18-цилиндровый радиальный двигатель Nakajima Ha-44 11. Был рассмотрен и Ha-44 21, известный также как Ha-219 Ru, Ha-44 11 стал двигателем, который использовался на первом прототипе. Оба двигателя были рассчитаны на 2400 л.с. и каждый использовал турбонагнетатель, который сохранял и повышал мощность двигателя на высоте.
турбонагнетатель двигателя Ki-87
Турбонагнетателем является воздушный компрессор, используемый для принудительного забора воздуха в двигатель. Он делает это при помощи турбины и компрессора, связанных вместе посредством общей оси.
Выхлопные газы двигателя раскручивают турбину, которая в свою очередь вращает компрессор, который сжимает его и затем направляет воздух во впускной коллектор двигателя этого самолета. Этот сжатый воздух, поставляемый под высоким давлением, приводил к увеличению воздуха, поступавшего в цилиндры для горения. Конечным результатом этого является то, что на больших высотах, где воздух разреженнее, турбонагнетатели позволяли двигателю работать, как если бы он был на меньшей высоте, где воздух тяжелее и, следовательно, характеристики двигателя не пострадали. Преимуществом этого является то, что, поскольку на больших высотах воздух разреженнее, то у самолета меньшее сопротивление, и с турбонагнетателем он сохраняет мощность двигателя, в результате чего общая скорость повышается.
Значительная доля носовой части фюзеляжа самолета была занята двигателем Ha-44 11 и большим турбонагнетателем, установленным на правом борту фюзеляжа впереди кабины. Для охлаждения двигателя с четырехлопастным винтом постоянного числа оборотов был сопряжён шестнадцатилопастной вентилятор, вращавшийся со скоростью 150% от скорости винта.
Передаточное число редуктора двигателя было установлено 0,578. Так как Ki-87 был разработан для работы на большой высоте, то пилот должен был быть снабжен герметичной кабине (хотя прототип не был ею оборудован).
В качестве оружия Накадзимой в корневых частях консолей крыла были установлены синхронизированных для стрельбы через винт 20-мм пушки Ho-5, а за пределами ниш основных стоек шасси консолей крыла были установлены 30-м пушки Ho-155. Боеприпасы хранились в центроплане рядом с фюзеляжем. Гидростатическое давление использовалось для заряжания пушек, а для открытия огня использовались электрические спусковые механизмы. В случае необходимости вдоль диаметральной плоскости была предусмотрена подвеска 250 кг бомбы или сбрасываемого топливного бака. Из-за установки тяжелого вооружения и для обеспечения достаточного места для самоуплотняющихся крыльевых топливных баков Накадзимой было разработанно шасси, бывшее большой редкостью в развитии японских самолетов — основные стойки шасси втягивались назад, а колеса поворачивались на 90°, чтобы уложиться заподлицо в ниши.
Учитывая выполняемые Ki-87 задачи, Накадзима предоставила степень защиты пилоту в виде пуленепробиваемого стекла в передней части фонаря толщиной 66 мм и 16-мм брони в задней части. Для увеличения дальности Ki-87 рядом с нишами шасси под каждой консолью крыла могли устанавливаться 300 литровые сбрасываемые топливные баки. Пилот мог сбросить их с помощью электрически управляемых разъединителей и они могли быть использованы в сочетании с центральной полезной нагрузкой.
По мере продвижения работ над Ki-87 в IJA сочли нужным внести изменения в конструкцию, настаивая на том, что начиная с третьего опытного Ki-87 турбонагнетатель должен быть размещен в задней части фюзеляжа. В Накадзиме протестовали против такой замены, но мало что могли сделать, чтобы в этом вопросе повлиять на IJA. Кроме того, третий прототип Ki-87 должен был иметь передаточное число установленное на уровне 0,431, а седьмой опытный Ki-87 должен был отличаться вращавшимся быстрее вентилятором охлаждения, что должно было сказаться на охлаждении двигателя.
Несмотря на ухудшение военной ситуации, к февралю 1945 года Накадзима смога завершить первый прототип (серийный номер 8701), выкатив его из ворот своего завода в Ота. Проблемы с управлявшей шасси электрической системой и трудности с турбонагнетателем задержали летные испытания. Это продолжалось вплоть до апреля 1945 года, когда Ki-87 смог подняться в воздух. Из-за проблем с шасси в Накадзиме летчику-испытателю убирать основные стойки шасси (чтобы не потерпеть неудачу в убранном положении и тем самым повредив или уничтожив Ki-87 во время возможной вынужденной посадки с убранным шасси на фюзеляж). Это, однако, предотвращало любую возможность тщательной оценки Ki-87 на максимальную скорость и полную маневренность. Следовательно, не было никаких попыток контроля и сбора данных о характеристиках. В течение пяти выполненных прототипом полетов, пилот сообщил о хороших характеристиках управляемости. Считалось, что Ki-87 имел лучшие характеристики по сравнению с Nakajima Ki-84 Hayate (шторм).
В то время как шли испытания ki-87 и продолжали вестись работы над требованием IJA об установке турбонагнетателя, конструкторы Накадзимы спроектировали Ki-87-II. Замена Ha-44 11 на Nakajima Ha-46 11 (известный также как Ha-219) могла бы обеспечить 3000 л.с. Турбонагнетатель был расположен в брюхе фюзеляжа, как того требовала IJA. Оценки характеристик показали увеличение скорости по сравнению с Ki-87 на 4%.
В конечном счете, проектная команда Ki-87 не смогла преодолеть проблемы связанные с двигателем. Они были не в состоянии решить трудности, как с турбонагнетателем и Ha-44 11, так и с капризной системой шасси, из-за чего Ki-87 не пошел дальше испытательных полетов. После окончания военных действий два других прототипа осталась незавершенными, а Ki-87-II все еще был на чертежной доске.
ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Современники: Сухой Су-1 (СССР)
Поскольку Ki-87 в полетах не показал всех возможностей, то оценка характеристик была сделана фирмой Накадзима
Тип: высотный перехватчик
Экипаж: 1 человек
Силовая установка: один Nakajima Ha-44 11 18-цилиндровый радиальный двигатель воздушного охлаждения, развивающий 2400 л.с. на взлете, 2200 л.с. на высоте 1500 м, 2050 л.с. на высоте 6000 м, 1850 л.с. на высоте 10500 м, приводящий в движение четырехлопастный винт переменного шага
Размеры:
размах крыла 13,41 м
длина 11,79 м
высота 4,48 м
площадь крыла 25,99 м²
Удельная нагрузка на крыло: 216,29 кг/м²
Удельная нагрузка на мощность: 2,35 кг/л.с.
Вес:
пустого 4387 кг
с полной нагрузкой 5632 кг
максимальный 6100 кг
Летные характеристики:
максимальная скорость 707 км/ч на высоте 11000 метров
продолжительность полета 2 часа
время подъема на высоту 10000 метров 14 мин 2 сек
практический потолок 12855 м
Вооружение: две 30-мм пушки Ho-155, две 20-мм пушки Ho-5 и возможность установки 250 кг бомбы
Развитие: нет. Только один Ki-87 был завершен и испытан в полете, два других не были завершены до войны
Уцелевшие:
Nakajima Ki-87 (FE-153)
Это был единственный летавший Ki-87 (имел сериный номер 8701). Захваченный на авиабазе IJA в Чофу, Ki-87 (получил прозвище «Big Boy» от захвативших его людей, увидевших большой самолет) был упакован и отправлен в США, появивишись 10 марта 1946 года в MAMA (Middleton Air Material Area). При реставрации музея, Ki-87 был вскоре перевезен в Парк-Ридж (Park Ridge). Однако, после 1 мая 1949 года (последний письменный задокументированный отчет о самолете) все следы Ki-87 исчезли. Вероятно он стал жертвой газового резака.
Nakajima Ki-87 (FE-155)
Предполагается, что FE-155, в действительности, был типографской ошибкой, сделанной на более позднем докладе о FE-157 (см. ниже). С другой стороны может быть, что запись FE-155 была коррекцией и что FE-157, указанный в предыдущем докладе, был обозначен ошибочно. В любом случае, только два самолета Ki-87 достигли США.
Nakajima Ki-87 (FE-157)
Когда война закончилась FE-157 был, скорее всего, вторым из двух, найденных некомплектными, оставшихся прототипов Ki-87. Включенный в список в качестве FE-157, 10 марта 1946 года самолет был доставлен в МАМА; позднее 1 августа 1946 года он появился в докладе как FE-155 и находился в AOAMC, Ньюарк, штат Нью-Джерси. Никаких дальнейших следов этого ки-87 ен существует, и после августовского отчета самолет, скорее всего, был уничтожен.
источник: Edwin M Dyer «JAPANESE SECRET PROJECTS. EXPERIMENTAL AIRCRAFT OF THE IJA AND IJN 1939-1945»
