Секретные самолеты союзников времен войны (часть 1) – Vought V-173
В 1940-х годах американский инженер Чарльз Циммерман (не стоит путать с его немецким тезкой) спроектировал уникальный по своей аэродинамической схеме самолет, который до сих пор поражает не только своим необычным внешним видом и уникальной аэродинамической схемой, но и летными характеристиками. За свой уникальный внешний вид самолет получил множество прозвищ, среди которых можно выделить такие как «Летающий блин», «Летающий парашют», «Шумовка Циммермана». В наши дни можно с полной уверенностью утверждать, что данный самолет, наряду с немецким Fi-156, стал одним из первых аппаратов вертикального/укороченного взлета и посадки.
История создания
В 1933 году известный американский ученый-аэродинамик Чарльз Циммерман осуществил серию опытов с крылом малого удлинения. Проведенные теоретические исследования продемонстрировали эффективность данной схемы. По его задумке на концах крыла сверхмалого удлинения должны были находиться винты, которые бы крутились в сторону, противоположную направлению вращения сходящих с крыла воздушных вихрей. Это позволяло снизать индуктивное сопротивление системы «крыло-винты» и построить машину с большим диапазоном скоростей. При этом использование низкооборотных винтов большого диаметра при наличии достаточной энерговооруженности позволило бы машине совершать вертикальный взлет и висеть в воздухе, как вертолету поперечной схемы, а низкое лобовое сопротивление увеличивало бы скорость полета.
Первую пилотируемую модель по данной схеме с размахом крыла в 2 метра Цимерман построил в 1935 году. Модель была оснащена двумя двигателями воздушного охлаждения «Клеон» по 25 л.с. Данная модель так и не смогла оторваться от земли из-за невозможности добиться синхронизации вращения винтов. После этого Циммерман спроектировал новую резино-моторную модель с размахом крыльев в 0,5 метра. Данная модель успешно летала. После этого конструктор добился поддержки в НАСА, где до этого его разработки отвергались, как слишком современные. Летом 1937 года конструктора позвали работать в компанию «Чанc-Воут». Здесь воспользовавшись большим потенциалом лабораторий, Чарльз Циммерман сумел построить электролет V-162 с размахом крыльев в 1 метр. Данный электролет успешно летал в ангаре.
В следующем 1938 году разработки Циммермана заинтересовали военных, и в начале 1939 года он принял участие в конкурсе на создание истребителя нетрадиционной схемы. Работы в рамках данного конкурса финансировались ВМС США. Именно тогда Циммерман приступил к созданию легкомоторного самолета V-173. Данный самолет имел достаточно сложную деревянную конструкцию, которая была обтянута тканью. Модель оснащалась 2-я синхронизированными двигателями «Континенталь» А-80 мощностью по 80 л.с. Данные моторы через редуктор вращали 2 огромных трехлопастных винта, диаметр которых составляла 5,03 м. Размах крыла самолета составляла 7,11 метра, площадь крыла составляла 39,67 кв. м. Общая длина самолета равнялась 8,13 м. Шасси самолета для облегчения конструкции было выполнено неубирающимся. По курсу самолет управлялся с помощью 2-х килей с рулями направления, по тангажу и крену машина управлялась при помощи цельноповоротных элевонов.
Из-за революционной концепции, которая была реализована в V-173, было принято решение о продувке самолета в одной из наиболее крупных аэродинамических труб в мире на тот момент, расположенной в испытательном комплексе Лэнгли-Филд. Испытания в трубе успешно завершились в декабре 1941 года, после чего самолет перешел к летным испытаниям. После проведения коротких пробежек на аэродроме компании в городе Стратфорд, шеф-пилот «Чанc-Воут» Бун Гайтон поднял машину в воздух. Произошло это 23 ноября 1942 года.
При взлетном весе в 1400 кг. мощности двух 80-сильных двигателей машине было явно недостаточно. При этом в результате отказа двигателя V-173 несколько раз совершал вынужденные посадки, а однажды на песчаном пляже даже скапотировал. Но каждый раз прочность конструкции и малая посадочная скорость спасали самолет от серьезных поломок. При этом основным недостатком машины летчики испытатели называли плохой обзор из кабины пилота во время рулежки и при взлете. Причиной этому был слишком большой стояночный угол в 22 градуса. Разбег опытного самолета V-173 составлял всего 60 м., а при наличии встречного ветра в 46 км/ч он мог взлететь вертикально. Максимальная скорость составляла 222 км/ч, максимальный потолок – 1 524 м.
Параллельно с этим шли работы над созданием истребителя, который имел фирменное обозначение VS-315. К июню 1942 года техническое предложение по данному самолету было передано в Бюро по аэронавтике. Новый истребитель согласно принятой в ВМС США системе наименований получил обозначение XF 5U-1. Главной особенностью данной машины было соотношение между посадочной и максимальной скоростью полета – около 11, тогда как для самолетов обычной схемы было характерно значение равное 5. Расчетный диапазон скоростей истребителя должен был составить от 32 до 740 км/ч.
Чтобы достигнуть заявленных характеристик машины, необходимо было решить ряд проблем. К примеру, на малых скоростях полета сильно возрастал угол атаки. Из-за несимметричности обтекания еще на опытном образце V-173 отмечались достаточно сильные вибрации, которые угрожали прочности конструкции. Для того чтобы от них отделаться был создан движитель, получивший название «разгруженный пропеллер». Это был деревянный пропеллер очень сложной формы. Лопасти сложной формы широким комлем присоединялись к стальным проушинам, которые в свою очередь были связаны с автоматом перекоса. При его помощи можно были изменять циклический шаг лопастей винта.
В создании винтомоторной группы для нового истребителя приняла участие компания Пратт-Уитни, которая спроектировала и произвела синхронизатор для двигателей R-2000-7, муфты сцепления, пятикратные редукторы, позволявшие любому из 2-х двигателей выключаться в случае перегрева или повреждения. Специалисты данной компании помогли также спроектировать принципиально новую топливную систему, которая позволяла обеспечивать питание моторов топливом при длительном полете на больших углах атаки (до 90 градусов при висении их по-вертолетному).
К сожалению, от создания первого прототипа истребителя XF5U-1, который был выкачен из ангара еще 25 июня 1945 года, до первого полета в середине января 1947 года прошло слишком много времени. «Скиммер», как прозвали истребитель XF5U-1 на фирме, с честью выполнил программу летных испытаний и даже установил скоростной рекорд тех лет, показав скорость в 811 км/ч. Данный неофициальный рекорд скорости полета принадлежал Ричарду Буровсу, который достиг ее на форсаже на высоте в 8808 метров. Помимо этого самолет продемонстрировал возможности вертикального взлета со специальной трапеции. Самолет взлетал по-вертолетному с винтами, поднятыми вверх, также, как и любой вертолет, он мог зависать в воздухе.
Однако, не смотря на уникальность разработки, проект по истребителю XF5U-1 был закрыт. Основных причин данного решения оказалось две: финансовые затруднения на фирме, причем отказ от проекта «Скиммера» являлся наиболее простым способом экономии, и тот факт, что авиация США начала перевооружаться на реактивную технику. Согласно инструкции ВМС весной 1948 года с самолетов было снято все ценное оборудование, после чего их корпуса были раздавлены бульдозерами в металлолом. В это же время опытный образец V-173 был передан в музей при Смитсониановском институте, где он благополучно хранится по сей день.
Описание конструкции
Истребитель XF5U-1 по внешней форме практически повторял V-173 и представлял из себя двухкилевой моноплан, имеющий интегральную компоновку и эллиптическое крыло симметричного профиля NACA 0015 по всему размаху. Конструктивно истребитель состоял из 3-х основных частей: передней, средней и задней. В передней части располагалась кабина пилота, отсеки со стрелковым вооружением и воздухозаборники с вентиляторами принудительного охлаждения моторов. Средняя часть фюзеляжа истребителя формировалась 2-мя силовыми шпангоутами-лонжеронами, между которыми располагались моторы, валы и редукторы, основной и расходный топливные баки, приводы винтов. В нижней части к переднему силовому шпангоуту монтировались основные стойки шасси. В задней части фюзеляжа истребителя размещались хвостовое колесо, основные органы управления машиной, а также тормозной крюк.
Силовой набор конструкции XF5U-1 был изготовлен из сплавов алюминия, в то время как обшивка самолета выполнялась из нового композиционного материала под названием металит, который был запатентован компанией Vought и представлял из себя склеенный и сформованный в достаточно большом автоклаве сандвич из 2-х тонких алюминиевых листов, которые были разделены между собой слоем сверхлегкой древесины – бальзы. Жесткость и прочность используемого материала обшивки позволила радикально сократить количество подкрепляющих обшивку машины нервюр и шпангоутов, превратив конструкцию почти в монококовую.
Кабина пилота была герметичной и имела закрытый каплевидный фонарь, который был сдвижным. Привод его сдвига был электрическим. Сиденье летчика-истребителя было катапультируемым, использовалось кресло JD-1, изготовления английской компании Martin-Baker. Основные пилотажно-навигационные приборы, приборы контроля силовой установки и систем истребителя размещались на передней панели приборной доски. На левой панели находились ручки управления циклическим шагом винтов, двигателем, триммерами, тормозным крюком и шасси. Правая панель была занята панелью управления радиостанцией и АЗС.
Силовая установка истребителя включала в себя 2 четырнадцатицилиндровых двухрядных двигателя Pratt & Whitney R-2000-2(D) мощностью по 1600 л.с каждый. На передней части картера каждого мотора был закреплен редуктор с коническими шестернями, которые передавали вращающий момент на единственный поперечный вал привода винтов. Помимо этого к редуктору был подключен вентилятор охлаждения двигателя. На нижней и верхней частях фюзеляжа находились специальные створки, через которые выходил отработанный горячий воздух. Выхлопные газы выводились под корпус машины через специальную U-образную выхлопную трубу и коллектор. В том случае, если один двигатель выходил из строя, пилот мог отключить его от редуктора, использовав нужную муфту сцепления. Лопасти винтов были деревянные, а сами винты имели изменяемый общий и циклический шаг.
Самолет оснащался трехстоечным шасси с хвостовым колесом, система уборки –гидравлическая. Все стойки шасси истребителя были двухколесными. Большой стояночный угол машины заставил конструкторов разместить тормозной крюк на верхней поверхности фюзеляжа. Система управления истребителем была механической, жесткой. По тангажу и крену она управлялась при помощи дифференциально отклоняемых цельноповоротных стабилизаторов. Стабилизаторы оснащались внешними весовыми компенсаторами и триммерами. Стабилизация истребителя по направлению производилась за счет 2-х трапециевидных килей с рулями направления, имеющими большую площадь. В хвостовой части самолета находились автоматические закрылки, используемые при посадке.
На опытные образцы истребителя XF5U-1 вооружение не монтировалось, но предусматривалось, что серийные самолеты будут вооружаться шестью 12,7-мм пулеметами Browning (боезапас по 400 патронов на ствол) или четырьмя 20-мм авиапушками М-39. Также под фюзеляжем могли располагаться 2 пилона для установки топливных баков емкостью 568 литра или двух бомб общей массой до 454 кг. Бомбометание с пикирования или применение неуправляемых ракет полностью исключалось из-за слишком большого диаметра винтов.
Источники информации:
-http://warplanefuns.ru/planes-main/amerika-main/item/33-f5u.html
-http://www.airwar.ru/enc/fighter/f5u.html
-http://www.aviarmor.net/aww2/aircraft_exp/usa/Vought%20V-173.htm
История создания
В 1933 году известный американский ученый-аэродинамик Чарльз Циммерман осуществил серию опытов с крылом малого удлинения. Проведенные теоретические исследования продемонстрировали эффективность данной схемы. По его задумке на концах крыла сверхмалого удлинения должны были находиться винты, которые бы крутились в сторону, противоположную направлению вращения сходящих с крыла воздушных вихрей. Это позволяло снизать индуктивное сопротивление системы «крыло-винты» и построить машину с большим диапазоном скоростей. При этом использование низкооборотных винтов большого диаметра при наличии достаточной энерговооруженности позволило бы машине совершать вертикальный взлет и висеть в воздухе, как вертолету поперечной схемы, а низкое лобовое сопротивление увеличивало бы скорость полета.
Первую пилотируемую модель по данной схеме с размахом крыла в 2 метра Цимерман построил в 1935 году. Модель была оснащена двумя двигателями воздушного охлаждения «Клеон» по 25 л.с. Данная модель так и не смогла оторваться от земли из-за невозможности добиться синхронизации вращения винтов. После этого Циммерман спроектировал новую резино-моторную модель с размахом крыльев в 0,5 метра. Данная модель успешно летала. После этого конструктор добился поддержки в НАСА, где до этого его разработки отвергались, как слишком современные. Летом 1937 года конструктора позвали работать в компанию «Чанc-Воут». Здесь воспользовавшись большим потенциалом лабораторий, Чарльз Циммерман сумел построить электролет V-162 с размахом крыльев в 1 метр. Данный электролет успешно летал в ангаре.
В следующем 1938 году разработки Циммермана заинтересовали военных, и в начале 1939 года он принял участие в конкурсе на создание истребителя нетрадиционной схемы. Работы в рамках данного конкурса финансировались ВМС США. Именно тогда Циммерман приступил к созданию легкомоторного самолета V-173. Данный самолет имел достаточно сложную деревянную конструкцию, которая была обтянута тканью. Модель оснащалась 2-я синхронизированными двигателями «Континенталь» А-80 мощностью по 80 л.с. Данные моторы через редуктор вращали 2 огромных трехлопастных винта, диаметр которых составляла 5,03 м. Размах крыла самолета составляла 7,11 метра, площадь крыла составляла 39,67 кв. м. Общая длина самолета равнялась 8,13 м. Шасси самолета для облегчения конструкции было выполнено неубирающимся. По курсу самолет управлялся с помощью 2-х килей с рулями направления, по тангажу и крену машина управлялась при помощи цельноповоротных элевонов.
Из-за революционной концепции, которая была реализована в V-173, было принято решение о продувке самолета в одной из наиболее крупных аэродинамических труб в мире на тот момент, расположенной в испытательном комплексе Лэнгли-Филд. Испытания в трубе успешно завершились в декабре 1941 года, после чего самолет перешел к летным испытаниям. После проведения коротких пробежек на аэродроме компании в городе Стратфорд, шеф-пилот «Чанc-Воут» Бун Гайтон поднял машину в воздух. Произошло это 23 ноября 1942 года.
При взлетном весе в 1400 кг. мощности двух 80-сильных двигателей машине было явно недостаточно. При этом в результате отказа двигателя V-173 несколько раз совершал вынужденные посадки, а однажды на песчаном пляже даже скапотировал. Но каждый раз прочность конструкции и малая посадочная скорость спасали самолет от серьезных поломок. При этом основным недостатком машины летчики испытатели называли плохой обзор из кабины пилота во время рулежки и при взлете. Причиной этому был слишком большой стояночный угол в 22 градуса. Разбег опытного самолета V-173 составлял всего 60 м., а при наличии встречного ветра в 46 км/ч он мог взлететь вертикально. Максимальная скорость составляла 222 км/ч, максимальный потолок – 1 524 м.
Параллельно с этим шли работы над созданием истребителя, который имел фирменное обозначение VS-315. К июню 1942 года техническое предложение по данному самолету было передано в Бюро по аэронавтике. Новый истребитель согласно принятой в ВМС США системе наименований получил обозначение XF 5U-1. Главной особенностью данной машины было соотношение между посадочной и максимальной скоростью полета – около 11, тогда как для самолетов обычной схемы было характерно значение равное 5. Расчетный диапазон скоростей истребителя должен был составить от 32 до 740 км/ч.
Чтобы достигнуть заявленных характеристик машины, необходимо было решить ряд проблем. К примеру, на малых скоростях полета сильно возрастал угол атаки. Из-за несимметричности обтекания еще на опытном образце V-173 отмечались достаточно сильные вибрации, которые угрожали прочности конструкции. Для того чтобы от них отделаться был создан движитель, получивший название «разгруженный пропеллер». Это был деревянный пропеллер очень сложной формы. Лопасти сложной формы широким комлем присоединялись к стальным проушинам, которые в свою очередь были связаны с автоматом перекоса. При его помощи можно были изменять циклический шаг лопастей винта.
В создании винтомоторной группы для нового истребителя приняла участие компания Пратт-Уитни, которая спроектировала и произвела синхронизатор для двигателей R-2000-7, муфты сцепления, пятикратные редукторы, позволявшие любому из 2-х двигателей выключаться в случае перегрева или повреждения. Специалисты данной компании помогли также спроектировать принципиально новую топливную систему, которая позволяла обеспечивать питание моторов топливом при длительном полете на больших углах атаки (до 90 градусов при висении их по-вертолетному).
К сожалению, от создания первого прототипа истребителя XF5U-1, который был выкачен из ангара еще 25 июня 1945 года, до первого полета в середине января 1947 года прошло слишком много времени. «Скиммер», как прозвали истребитель XF5U-1 на фирме, с честью выполнил программу летных испытаний и даже установил скоростной рекорд тех лет, показав скорость в 811 км/ч. Данный неофициальный рекорд скорости полета принадлежал Ричарду Буровсу, который достиг ее на форсаже на высоте в 8808 метров. Помимо этого самолет продемонстрировал возможности вертикального взлета со специальной трапеции. Самолет взлетал по-вертолетному с винтами, поднятыми вверх, также, как и любой вертолет, он мог зависать в воздухе.
Однако, не смотря на уникальность разработки, проект по истребителю XF5U-1 был закрыт. Основных причин данного решения оказалось две: финансовые затруднения на фирме, причем отказ от проекта «Скиммера» являлся наиболее простым способом экономии, и тот факт, что авиация США начала перевооружаться на реактивную технику. Согласно инструкции ВМС весной 1948 года с самолетов было снято все ценное оборудование, после чего их корпуса были раздавлены бульдозерами в металлолом. В это же время опытный образец V-173 был передан в музей при Смитсониановском институте, где он благополучно хранится по сей день.
Описание конструкции
Истребитель XF5U-1 по внешней форме практически повторял V-173 и представлял из себя двухкилевой моноплан, имеющий интегральную компоновку и эллиптическое крыло симметричного профиля NACA 0015 по всему размаху. Конструктивно истребитель состоял из 3-х основных частей: передней, средней и задней. В передней части располагалась кабина пилота, отсеки со стрелковым вооружением и воздухозаборники с вентиляторами принудительного охлаждения моторов. Средняя часть фюзеляжа истребителя формировалась 2-мя силовыми шпангоутами-лонжеронами, между которыми располагались моторы, валы и редукторы, основной и расходный топливные баки, приводы винтов. В нижней части к переднему силовому шпангоуту монтировались основные стойки шасси. В задней части фюзеляжа истребителя размещались хвостовое колесо, основные органы управления машиной, а также тормозной крюк.
Силовой набор конструкции XF5U-1 был изготовлен из сплавов алюминия, в то время как обшивка самолета выполнялась из нового композиционного материала под названием металит, который был запатентован компанией Vought и представлял из себя склеенный и сформованный в достаточно большом автоклаве сандвич из 2-х тонких алюминиевых листов, которые были разделены между собой слоем сверхлегкой древесины – бальзы. Жесткость и прочность используемого материала обшивки позволила радикально сократить количество подкрепляющих обшивку машины нервюр и шпангоутов, превратив конструкцию почти в монококовую.
Кабина пилота была герметичной и имела закрытый каплевидный фонарь, который был сдвижным. Привод его сдвига был электрическим. Сиденье летчика-истребителя было катапультируемым, использовалось кресло JD-1, изготовления английской компании Martin-Baker. Основные пилотажно-навигационные приборы, приборы контроля силовой установки и систем истребителя размещались на передней панели приборной доски. На левой панели находились ручки управления циклическим шагом винтов, двигателем, триммерами, тормозным крюком и шасси. Правая панель была занята панелью управления радиостанцией и АЗС.
Силовая установка истребителя включала в себя 2 четырнадцатицилиндровых двухрядных двигателя Pratt & Whitney R-2000-2(D) мощностью по 1600 л.с каждый. На передней части картера каждого мотора был закреплен редуктор с коническими шестернями, которые передавали вращающий момент на единственный поперечный вал привода винтов. Помимо этого к редуктору был подключен вентилятор охлаждения двигателя. На нижней и верхней частях фюзеляжа находились специальные створки, через которые выходил отработанный горячий воздух. Выхлопные газы выводились под корпус машины через специальную U-образную выхлопную трубу и коллектор. В том случае, если один двигатель выходил из строя, пилот мог отключить его от редуктора, использовав нужную муфту сцепления. Лопасти винтов были деревянные, а сами винты имели изменяемый общий и циклический шаг.
Самолет оснащался трехстоечным шасси с хвостовым колесом, система уборки –гидравлическая. Все стойки шасси истребителя были двухколесными. Большой стояночный угол машины заставил конструкторов разместить тормозной крюк на верхней поверхности фюзеляжа. Система управления истребителем была механической, жесткой. По тангажу и крену она управлялась при помощи дифференциально отклоняемых цельноповоротных стабилизаторов. Стабилизаторы оснащались внешними весовыми компенсаторами и триммерами. Стабилизация истребителя по направлению производилась за счет 2-х трапециевидных килей с рулями направления, имеющими большую площадь. В хвостовой части самолета находились автоматические закрылки, используемые при посадке.
На опытные образцы истребителя XF5U-1 вооружение не монтировалось, но предусматривалось, что серийные самолеты будут вооружаться шестью 12,7-мм пулеметами Browning (боезапас по 400 патронов на ствол) или четырьмя 20-мм авиапушками М-39. Также под фюзеляжем могли располагаться 2 пилона для установки топливных баков емкостью 568 литра или двух бомб общей массой до 454 кг. Бомбометание с пикирования или применение неуправляемых ракет полностью исключалось из-за слишком большого диаметра винтов.
Источники информации:
-http://warplanefuns.ru/planes-main/amerika-main/item/33-f5u.html
-http://www.airwar.ru/enc/fighter/f5u.html
-http://www.aviarmor.net/aww2/aircraft_exp/usa/Vought%20V-173.htm
Информация