Взгляд из Великобритании 1945 года на перспективные дальние истребители асимметричной компоновочной схемы

Винтажная статья Роджера Теннанта (Roger Tennant) из выпуска журнала «Flight» от 11 января 1945 года, которая, думаю, заинтересует коллеги и читателей.

Асимметрия снова. Предлагаемый истребитель для глобальных военно-воздушных сил

Автор: РОДЖЕР ТЕННАНТ

Содержание:

Предисловие редакции: Несколько лет назад офицер Королевских ВВС предположил, что асимметричные самолеты могут иметь преимущества перед самолетами традиционной компоновочной схемы. Вскоре после этого мы опубликовали немецкую конструкцию, основанную на патентной спецификации, а чуть позже реальная машина приняла участие в боевых действиях. Г-н Т. П. Райт (Mr. T. P. Wright) прислал нам копию патента, выданного в Германии. Немецкий патент, по-видимому, подтверждает утверждение Райта о том, что он был первым, кто оценил возможности асимметричной компоновки. Насколько нам известно, машина так и не была изготовлена.

Автор данной статьи выступает за использование такой компоновочной схемы в конструкции истребителей дальнего действия и приводит свои доводы в пользу того, что асимметричная компоновка является наилучшей для данной конкретной цели./

Разработка тяжелых дальних бомбардировщиков Superfortress привела к созданию новой концепции воздушной стратегии – «глобальные военно-воздушные силы», призванной сделать военную авиацию независимой от аванпостов на суше. Данная стратегия была разработана в первую очередь в качестве ответа на исключительные условия войны против Японии, в которой необходимы бомбардировщики с экстремальной дальностью полета.

Но даже со стороны Японии будет устранена, данная концепция останется особенно привлекательной для Соединенных Штатов, поскольку крупномасштабное развитие таких «глобальных военно-воздушных сил» дало бы Америке возможность контролировать весь мир, не испытывая при этом зависимости от заморских владений или союзников. Англия также не может позволить себе пренебрегать созданием таких сил. Цена? – Что ж, мы должны принять это как необходимый страховой взнос для нашей собственной безопасности и безопасности нашей Империи.

Ценность бомбардировщиков с эффективной дальностью полета 4000 миль (6436 км) и более будет в значительной степени зависеть от возможности производить истребители, способные сопровождать их. Постоянные изменения вооружении и тактике бомбардировщиков и истребителей не позволяют утверждать, что бомбардировщик любого типа всегда будет способен постоять за себя, даже если он в самом начале может показать, что может сделать это.

Создание истребителя с эффективной дальностью полета, скажем, 4000 миль (6436 км), который, пролетев половину этого расстояния, может сражаться на равных с ближними истребителями противника является крайне непростой задачей.

Приводимые ниже примечания дают общее представление о той форме, которую может принять такой истребитель, и о соображениях, которые привели автора к такому выводу. Возможности реактивного движения в данном случае не рассматривались, поскольку представляется весьма маловероятным, что в ближайшем будущем будет создан достаточно экономичный реактивный двигатель.

Предполагая, что должна быть обеспечена дальность полета более 4000 миль (6436 км), мы можем начать со следующих основных допущений:

(1) Чтобы обеспечить такому крупному самолету скорость, которую развивают истребители, потребуются два двигателя.

(2) Для обеспечения максимальной экономии должна быть обеспечена возможность движения только на одном двигателе.

(3) Для минимизации размеров и массы самолета топливо, предназначенной для полета до цели, должно размещаться в специальном контейнере, который можно сбросить после того как он будет опустошен.

(4) Для экономичного крейсерского полета необходимо крыло большого относительного удлинения.

(5) Навигационные проблемы и большая продолжительность полета желают необходимым экипаж из двух человек (желателен экипаж из трех человек).

(6) Для боевого маневрирования массы должны быть сосредоточены как можно ближе к центру тяжести.

(7) Поскольку плотность сильно нагруженного крыла с большим относительным удлинением будет высокой, только небольшая часть запаса топлива будет размещена в консолях крыла.

Если мы начнем с рассмотрения физического объема основных предметов, которые самолету необходимо нести, мы можем обсудить лучшую принципиальную схему для их размещения.

Предположим на мгновение, что наш самолет сможет летать со скоростью 250 миль в час (402 км/ч) при мощности силовой установки 1300 л.с.. Машина должна лететь на такой скорости в течение шестнадцати часов плюс, скажем один час, на максимальной скорости. Это означает около 1500 галлонов (6820 л) бензина. Если 600 галлонов (2728 л) для полета в сторону цели можно разместить в сбрасываемых баках той или иной формы и еще 100 галлонов (455 л) могут находиться в консолях крыла, то оставшиеся 800 галлонов (3637 л) можно разместить фюзеляже или моторных гондолах, что потребует объем примерно 130 кубических футов (3,68 м³).

Возможные компоновочные схемы

Двум двигателям со взлетной мощностью, скажем, по 2500 л.с., потребуется объем по 60 кубических футов (1,7 м³) каждый. Для размещения экипажа из двух человек потребуется еще как минимум 60 кубических футов (1,7 м³). Эти элементы могут быть расположены в нескольких возможных формах:

(1) Традиционная комбинация фюзеляжа и двух моторных гондол.

(2) По типу истребителя Lightning Центральная гондола и две хвостовые балки.

(3) По типу истребителя Airacobra. С двигателями, утопленными в фюзеляже, и с приводом через валы к воздушному винту в передней или задней части фюзеляжа.

(4) Как у майора Северского и нескольких других проектируемых истребителей дальнего действия. С двигателями, утопленными в фюзеляже и приводом через валы и конические передачи к воздушным винтам, расположенным перед передней или задней кромкой крыла.

(5) В виде асимметричной комбинации гондолы с толкающим воздушным винтом и фюзеляжа с тянущим, как показано на приведённых в статье иллюстрациях.

Хотя компоновка (1) и принимается в качестве традиционной формы, в данном случае особенно непригодна, поскольку, как уже указывалось, для достижения заданной экономии топлива необходимо предусмотреть возможность крейсерского полета только на одном двигателе. Большой момент рыскания, возникающий при полете обычного двухмоторного самолета на одном двигателе, значительно бы снизило характеристики крейсерского полета. В любом случае, эта компоновка имеет много присущих ей недостатков, из которых турбулентный вихревой поток за обязательно короткими гондолами и разрушение ламинарного потока на значительной части поверхности крыла являются важными факторами в конструкции изучаемого самолета.

В компоновке (2) устраняется турбулентный поток от моторных гондол к хвостовому оперению, но в остальном не лучше, чем (1).

Компоновка (3) имеет преимущества, но в данном случае мощность силовой установки представляется слишком большой, чтобы ее мог выдержать один воздушный винт. Если на больших высотах для передачи 2000 л.с. необходим пятилопастный винт, то для передачи мощности 4000 л.с. потребуются два пятилопастных соосных винта противоположного вращения. После того как воздух пройдет через соосные винты, он, вероятно, распадется на составляющие его водород, кислород и азот. Хотя это может иметь неожиданные последствия для пограничного слоя, воздушные винты, вероятно, не будут создавать много тяги.

Компоновка (4) является лучшей из тех, которые рассматривались до сих пор, и в целом была принят в качестве компоновочной схемы перспективных дальних истребителей и скоростных бомбардировщиков. В крейсерском режиме полета один двигатель может вращать оба воздушных винта. Чтобы сохранить правильное положение центра тяжести воздушные винты, как правило, тянущими, а не толкающими. Таким образом, даже несмотря на то, что моторные гондолы удалены, спутная струя все равно разрушит ламинарный поток на большей части крыла. Однако в случае с истребителем с очень большой дальностью полета, который мы обсуждаем, такая компоновочная схема не очень подходит из-за огромного количества топлива и двигателей, которые необходимо разместить.

Как уже было указано в наших основных предположениях, что нагрузки должны быть сконцентрированы как можно ближе к центру тяжести. Для того, чтобы в одном фюзеляже нагрузки разместить рядом с центром тяжести нужно было бы установить двигатели и топливные баки друг на друга, что, очевидно, невозможно. Распределение нагрузок вдоль фюзеляжа (см. рисунок ниже), как это пришлось бы сделать, отрицательно сказалось бы на маневренности, а при чрезмерном распределении – на устойчивости.

распределение масс: На данной схеме в несколько преувеличенном виде показаны тяжелые элементы, распределенные вдоль фюзеляжа. Данное распределение создает большие моменты инерции и, следовательно, снижает маневренность

Имеется ли лучшее решение? Рискну предположить, что асимметричная компоновочная схема дает один из возможных ответов. Комбинация гондолы с толкающим воздушным винтом и фюзеляжа с тянущим винтом дает следующие преимущества:

(1) Наилучшие концентрация и распределение масс.

(2) Момент рыскания во время крейсерского полета на одном двигателе существенно снижается по сравнению с обычной компоновкой.

(3) Привода от вала не требуется, за исключением короткого удлинительного вала для толкающего воздушного винта.

(4) При крейсерском полете с использованием только одного двигателя с толкающим винтом обтекающий крыло ламинарный поток не разрушается.

(5) Смачиваемая поверхность и масса конструкции минимальны.

(6) Устраняется турбулентный поток от короткой гондолы.

схема перспективного дальнего истребителя асимметричной компоновочной схемы

Основные особенности предлагаемой компоновки очевидны из приведенной схемы. Хотя крыльевые радиаторы не предоставляют особых преимуществ с точки зрения аэродинамики, их размещение на передней кромке центроплана будет способствовать концентрации массы ближе к центру тяжести. Запас топлива разделен между гондолой и фюзеляжем, причем большая часть находится в фюзеляже.

Носовая часть гондолы представляет собой удобное место для размещения вооружения, которое может быть составлено из таких комбинаций пушек и пулеметов, какие в то время потребуются по тактическим соображениям. Пилоты могут быть размещены в герметичной кабине, расположенной за вооружением.

Тактико-технические характеристики

Благодаря тщательному проектированию может быть достигнут идеальный баланс между тягой и лобовым сопротивлением без необходимости в корректирующих усилиях со стороны руля направления. При полете с одним работающим двигателем и с зафлюгированным вторым винтом для корректировки должно быть достаточно триммера руля направления.

Если предположить, что внутренний запас топлива составляет 900 галлонов (4091 л), а оставшиеся 600 галлонов (2728 л) будут перевозиться методами, обсуждаемыми позднее, то я думаю, что самолет данного типа будет иметь примерно следующие тактико-технические характеристики?

• Взлетная мощность по 2500 л.с. на каждый двигатель
• Размах крыла 74 фута (23,8 м)
• Длина 37 футов (11,3 м)
• Относительное удлинение крыла 11
• Площадь крыла 500 кв. футов (46,5 м²)
• Масса пустого 20000 фунтов (9072 м)
• Общая масса (взлетная) 29000 фунтов (13154 кг)
• Удельная нагрузка на крыло (взлетная) 58 фунтов на кв. фут (283 кг/м²)
• Удельная нагрузка на мощность (взлетная) 5,8 фунтов на л.с. (2,6 кг/л.с.)
• Максимальная скорость на высоте 20000 футов (6096 м) 450 миль в час (724 км/ч)
• Абсолютная дальность полета 5000 миль (8045 км)

гипотетический внешний вид перспективного дальнего истребителя асимметричной компоновочной схемы

Рассмотрение вопроса о том, как наилучшим образом транспортировать топливо для полета в сторону цели, предполагает использование планера, состоящего фактически из обтекаемого топливного бака с крылом и хвостовым оперением. Он будет буксироваться истребителем, а буксирный трос будет представлять собой топливный трубопровод.

С полной нагрузкой масса этого планера составит около 5000 фунтов (2268 кг), а крыло с большим относительным удлинением, чем у крыла истребителя, будет иметь меньшую удельную нагрузку. При взлете он будет подниматься в воздух первым и немного помогал взлету более крупной машины.

При предлагаемой компоновке во время буксировки планера работать будет двигатель с тянущим воздушным винтом. В этом случае смещенное сопротивление планера будет уравновешивать сопротивление асимметричной гондолы. Толкающий воздушный винт будет использоваться при полете от цели в сторону своего аэродрома.

[Заявление, что поскольку удельная нагрузка на крыло у планера ниже, чем у истребителя, и он поможет тяжелой машине взлететь, интригует, но вызывает сомнения в его обоснованности. Даже если предположить, что буксировочный трос, в данном случае трубопровод, направлен вверх примерно на 45 градусов, двигателю истребителя через его воздушный винт все равно придется преодолевать сопротивление планера, которое добавляется к сопротивлению истребителя. – Ред.]

источник: Roger Tennant «Asymmetry Again. Suggested Fighter for a Global Air Force» «Flight» January 11, 1945; pages 34-35

перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-vzglyad-iz-velikobritanii-1945-goda-na-perspektivnye-dalnie