Летающий треугольник. Экспериментальный истребитель Convair XF-92. Часть 1

Начало винтажной монографии почти тридцатилетней давности (выпуск №05 1996 года журнала «Letectví + kosmonautika»).

Convair — благозвучная аббревиатура от довольно длинного названия американской авиастроительной корпорации Consolidated Vultee Aircraft Corporation, созданной в 1943 году после слияния компаний Consolidated и Vultee. Это название стало широко использоваться после окончания Второй Мировой войны в связи с появлением и продвижением новых производственных программ. Аббревиатура стала настолько привычной, что даже самые заинтересованные люди упустили из виду тот факт, что официальная регистрация торговой марки Convair состоялась только в 1954 году! Несмотря на девятилетний неофициальный статус сокращенного названия самолет, описанный в данной монографии, можно причислить к типичным «конвэрам», – тем машинам, которые были представлены общественности под обозначением Convair, хотя на год официальной регистрации торговой марки самолет уже завершал свою карьеру. Интересно отметить, что элементы будущего XP-92 были фактически созданы по другую сторону Атлантики в годы Второй Мировой войны на чертежной доске немецкого конструктора и теоретика аэродинамики доктора Александра Липпиша.

В августе 1945 года, сразу после окончания Второй мировой войны, командование ВВС армии США объявило конкурс на создание сверхзвукового истребителя-перехватчика, способного подниматься на высоту 50000 футов (15240 м) за четыре минуты и развивать максимальную скорость 700 миль в час (1126 км/ч). Однако на момент участия в конкурсе никто ни в корпорации Convair, ни лично доктор Александр Липпиг, понятия не имели, что соответствующий проект будет тесно связан с немецкими исследованиями в области высокоскоростных полетов и силовых установок. Руководство корпорации Convair выбрало ответственным за проект филиал в Дауни, штат Калифорния, где вскоре собралась отборная команда теоретиков и конструкторов. Сложность задачи соответствовала способностям членов команды, среди которых были известные имена: главный конструктор Джек Ирвин, помощник главного конструктора Фрэнк У. Дэвис (создатель известных аэродинамических профилей крыльев и самих крыльев, например крыло бомбардировщика Liberator), руководитель отдела разработки Адольф Бурштейн и главный специалист по аэродинамике Ральф Х. Шик. Техником проекта стал Уоллес У. Уити. В конце лета 1945 года, когда команда проекта, получившего внутрифирменное обозначение Model 7-002, собралась на первое совещание в Дауни, доктор Липпиш отправился из побежденной Германии в Соединенные Штаты, чтобы в течение длительного времени работать в исследовательском центре, расположенном на авиабазе армейских ВВС Райт-Филд, штат Огайо. Решение пригласить Александра Липпиша в Соединенные Штаты имело большое значение, поскольку результаты его работ в течение долгого времени влиял на конструкцию боевых самолетов ВВС США, особенно на конструкцию машин компании Convair.

Перед отборной командой программы Model 7-002 стояла поистине титаническая задача, успешное выполнение которой могло бы принести компании не только стабильные заказы, но и необычайный рост престижа. Однако осенью 1945 года думать о практически пригодном к эксплуатации (скорость звука была впервые превышена ракетным экспериментальным самолетом Bell X-1 лишь в 1947 году). Не хватало опыта в области аэродинамики не было ясности и в вопросе подходящей силовой установки. Турбореактивные двигатели, выпускавшиеся в то время, еще не были способны развивать тягу, необходимую для обеспечения планеру требуемых характеристик. После некоторой интереса к чистым ракетным двигателям, от которых в конце концов отказались из-за непрактичности их очень ограниченного времени работы, в Дауни была разработана своего рода комбинация прямоточного воздушно-реактивного и ракетного двигателей. Принцип работы этой силовой установки, названной «augmented rocket», т.е. что-то вроде «усиленной ракеты», был уже известен и опробован на практике (хотя и в гораздо меньших размерах). Он представлял собой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), работающий на углеводородном топливе и представляющий собой массивную труб, которая образует фюзеляж самолета, в сочетании с батареей ракетных двигателей, которые расположены внутри трубы и которые во время взлета придают ПВРД (а следовательно, и самолету) скорость, которая необходима для самостоятельной работы ПВРД. Предполагалось, что не все ракетное топливо будет израсходовано на взлете, поскольку ракетные двигатели могли запуститься в полете для повышения летных характеристик в боевой обстановке, а также на критическом этапе низкоскоростного полета при заходе на посадку.

На первом этапе проектирования самолета Model 7-002 он представлял собой среднеплан с цилиндрическим фюзеляжем, образующим корпус прямоточного воздушно-реактивного двигателя, со стреловидным крылом с малой длиной хорды и с V-образным хвостовым оперением. Кабина для лежачего пилота должна была образовывать центральный конус в напорном сопле ПВРД. После отказа от прикрепленного к фюзеляжу лыжного шасси инженерами корпорации Convair было спроектировано убирающееся трехопорное шасси, стойки которого размещались в фюзеляже (носовая стойка) и в местах перехода от крыла к фюзеляжу (основные стойки). В макетной мастерской завода в Дауни техники изготовили несколько моделей самолета – как демонстрационных, так и для испытаний в аэродинамической трубе. В начале 1946 года две небольшие модели самолета, отличавшиеся друг от друга шасси и мелкими деталями компоновки кабины и хвостового оперения, были отправлены с соответствующей документацией в руководящий орган ВВС армии США: управление материально-технического обеспечения армейских ВВС, авиабаза Райт-Филд, штат Огайо. Таким образом, результаты работы команды из Дауни и знания доктора Липпиша стали ближе друг к другу, по крайней мере, «в пределах видимости».

Реальное сближение произошло несколькими днями позже, когда специалист по аэродинамике корпорации Convair Ральф Х. Шик прибыл на авиабазу Райт-Филд из Калифорнии, где встретился с Александром Липпишем. Будучи спецами в своей деятельности, два ведущих аэродинамика сразу нашли общий язык – их ожив ленные беседы, интересные не только для лингвистов, поскольку Шик немного говорил по-немецки, а Липпиш достаточно прилично владел английским, продолжались день за днем до позднего вечера. Александр Липпиш оценил подход инженеров корпорации Convair разработке проекта Model 7-002 и предложил улучшение аэродинамики с одновременным снижением массы за счет использования треугольного крыла с элевонами в качестве поверхностей управления удаления классического горизонтального оперения, превращая машину в самолет-бесхвостку.

У доктора Липпиша были веские причины для такого предложения. Он не только отработал расчеты самолета-бесхвостки с треугольным крылом уже во второй половине тридцатых годов, но и во второй половине войны провел практические эксперименты с пилотируемым безмоторным планером, выполненным по такой аэродинамической схеме. Также Александр Липпиш проектировал боевые самолеты-бесхвостки, один из которых, Me 163 Komet, был запущен в серийное производство компанией Messerschmitt и принял участие в боевых действиях, а другой, оснащенный ПВРД компании Convair, разрабатывался в 1945 году с подготовкой к изготовлению прототипа. Оба своих проекта Александр Липпиш привел на авиабазу Райт-Филд, а ВВС армии США даже привезли из Германии упомянутый безмоторный экспериментальный планер.

Начало работ доктора Липпиша над боевым самолетом с треугольным крылом относится к 1937 году. Именно тогда Имперское министерство авиации (Reichsluftfahrtministerium – RLM) приступило к работе по программе Projekt X. Предполагалось, что это будет реактивный истребитель-перехватчик с высокими скоростью и скороподъемностью. Несмотря на многие перипетии, эта программа в конце концов была реализована в виде Me 163, но прежде чем дело дошло до воплощения этой машины в металле, процесс развития шел различными путями. Одним из этих путей был планер Lippisch DM 1 (DM – сокращение от Дармштадта [Darmstadt] и Мюнхена [München], университеты которых официально участвовали в его разработке в качестве «спортивного» самолета). На данном планере предполагалось проверить аэродинамическую схему истребителя Lippisch P 13, оснащенного прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Изготовление планера DM 1 началось в ноябре 1944 года. Идея Липпиша заключалась в том, чтобы объединить крыло со стреловидностью передней кромки 60° с создающим подъемную силу фюзеляжем, суммировав тем самым все аэродинамические преимущества этого решения. Характерным для планера DM 1 было массивное вертикальное оперение с остеклением в передней кромке для размещенной внутри кабины пилота. Для обзора вперед в носу планера в нижней его части имелось остекление, через которое пилот мог наблюдать за местностью. Во время летных испытаний планер поднимался в воздух, буксируемый двухмоторным пассажирским самолетом Siebel Si 204. Планер отцеплялся на разных высотах (как сообщается, максимальная высота отцепления составляла 7900 метров). В пикировании планер DM 1 достиг скорости 560 км/ч, и в ходе испытаний были проверены минимальная скорость и общая управляемость. Якобы DM 1 сохранял полную управляемость ан скорости 70 км/ч. До конца войны испытания планера не были завершены, поскольку не был проведен их второй этап, во время которого в задней части планера должен был быть установлен вспомогательный ракетный двигатель. После подъема с помощью самолета Si 204 и отцепления пилот планера должен был включать ракетный двигатель, после чего DM 1 должен был в горизонтальном полете разогнаться до скорости 800 км/ч. Это, безусловно, были бы достойные характеристики для планера цельнодеревянной конструкции, изготовленного обычным для спортивных безмоторных самолетов способом. Доставленный на авиабазу Райт-Филд безмоторный планер DM 1 сохранил трехопорное шасси с носовой стойкой (планер с ракетным двигателем должен был получить должна была заменить размещенная под фюзеляжем подрессоренная лыжа). После повторного ввода в эксплуатацию планер DM 1 был испытан на авиабазе Райт-Филд экспертами управления материально-технического обеспечения армейских ВВС, НАКА (Национальный консультативный комитет по аэронавтике [National Advisory Commitee for Aeronautics – NACA]; предшественник НАСА) и корпорации Convair. Планер поднялся в воздух, буксируемый транспортным самолетом C-47.

Разработанный доктором Липпишем проект истребителя, получившего обозначение P 13, сохранил основную аэродинамическую концепцию DM 1 с фюзеляжем и крылом, объединенными в конструкцию, создававшую подъемную силу. Однако силовой установкой должен был стать специально разработанный прямоточный воздушно-реактивный двигатель, основным топливом для которого должна была стать пыль бурого угля. Последняя должна была нагреваться в контейнерах пламенем сжатого осветительного газа из специальных резервуаров до температуры, при которой из него выделяется окись углерода. Затем предполагалось, что последний будет соединиться с атмосферным кислородом в потоке воздуха с образованием углекислого газа с увеличением объема и давления. Затем предполагалось, что сжатый углекислый газ, покидая выходной сопло, будет создавать статическую тягу. В задней части истребителя P 13 должен был быть установлен ракетный двигатель для взлета и разгона до скорости 320 км/ч, при которой, по расчетам, должен был начать работать «угольный» ПВРД. Запас угольной пыли массой 800 кг должен был гарантировать самолету продолжительность полета 45 минут. Конструкция истребителя P 13 была детально проработана весной 1945 года; в том же году была производственная документация и уже прошли испытания силовой установки. Детали и узлы P 13 были уничтожены немцами еще до того, как американцы прибыли в Дармштадт. Теоретические расчеты, результаты аэродинамических испытаний, а также часть проектной документации – все это было использовано доктором Липпишем в ходе дальнейших работ по проекту Model 7-002 корпорации Convair.

В мае 1946 года ВВС армии США официально объявили о победе корпорации Convair в программе сверхзвукового истребителя-перехватчика, присвоив ему обозначение XP-92. В целях секретности работы по программе были скрыты под кодовым обозначением Project MX-813. Финансирование работ осуществлялось в соответствии с контрактом W33-038-ac-14547.

Работа по определению окончательного облика проекта Model 7-002, который также стал известен под обозначением XP-92, шли полным ходом. Уже первые продувки в аэродинамической трубе а Валти-Филд (с измерительным пространством диаметром 1,22 метр) подтвердили опасения доктора Липпиша, что крыло большой стреловидности в сочетании с коротким цилиндрическим фюзеляжем будет демонстрировать неподходящие характеристики на низкоскоростных режимах. Срыв потока на законцовках крыла начинался уже на небольших углах атаки, а продольная устойчивость самолета была очень низкой. Требовалось найти другую форму несущих поверхностей. И здесь была предложены результаты работ доктора Липпиша. В июле 1946 года была завершена разработка новой конструкции истребителя XP-92 с треугольным крылом и без горизонтального оперения, после чего испытания в аэродинамической трубе были возобновлены. Также уже были доступны результаты испытаний модели P 13 в аэродинамической трубе НАКА в Мемориальной авиационной лаборатории имени Лэнгли. Хотя аэродинамик Шик и доктор Липпиш часто консультировался по поводу разработки XP-92, они в конце концов разошлись во мнениях в отношении основных вопросов. Команда специалистов корпорации Convair отвергла решение Александра Липпиша относительно толстого профиля крыла и плавного соединения крыла с фюзеляжем. Для такого решения было две причины. С одной стороны, Шик не доверял утверждению, что даже при толстом аэродинамическом профиле критическое число Маха может быть достаточно высоким, а с другой стороны, по практическим соображениям. Предполагалось, что выбранный компанией Convair двигатель повышенной тяги должен был иметь довольно большой диаметр (более 2 метров), что не позволяло плавно соединять крыло и фюзеляж.

Для XP-92 было спроектировано достаточно тонкое треугольное крыло относительной толщиной 6,5% с передней кромкой стреловидностью 60°. Задняя кромка была занята элеронами, получившими аэродинамическую компенсацию и весовую балансировку. В конструкции крыла был использован разработанный НАКА почти симметричный аэродинамический профиль 651-006.5.

Силовой установкой XP-92 должен был стать бензиновый прямоточный воздушно-реактивный двигатель. Тягу ПВРД должна была «усилия» батарея из шестнадцати внутренних ракетных двигателей (работающих на бензине и окислителе с жидким кислородом) с тягой по 0,27 кН (27,5 кгс) каждый. В то же время предполагалось, что эти ракетные двигатели будут использоваться в качестве воспламенителей топлива для самого ПВРД. Начальная скорость самолета должна была обеспечиваться дополнительной батареей из восьми ракетных двигателей, которые также должны были располагаться внутри корпуса ПВРД и использовать в качестве топлива спирт и жидкий кислород в качестве окислителя. Тяга 6,7 кН (683 кгс) теоретически должна была обеспечивать взлет и ускорение до скорости М=1,65, при которой ПВРД будет развивать максимальную тягу. С помощью ПВРД на высоте около 15000 метров XP-92 мог находиться в течение 5,4 минут и развивать скорость 1875 км/ч (М = 1,75). Даже из этого краткого описания видно, что силовая установка истребителя XP-92 было сложной в обслуживании и требовательной в эксплуатации.

01-06 – чертеж проекта истребителя XP-92. Он должен был иметь размах крыла 9,56 метров, длина 11,60 метров, площадь крыла 39,50 кв. метров

ВВС армии США планировали использовать XP-92 в качестве истребителя-перехватчика объектовой ПВО, вооруженного ракетами. Другими словами, армейские ВВС хотели получить сложную в эксплуатации машину для выполнения относительно простых задач. Самолет должен был иметь убирающееся шасси, но оно предназначалось только для посадки! XP-92 с убранным шасси должен был взлетать будучи установленным на восьмиколесную тележку. Данная тележка должна была быть снабжена подключенными к топливной системе XP-92 баками с топливом и окислителем для ракетных двигателей самолета. Топливо в тележке предполагалось использовать во время взлета (для экономии топлива в самолете) и в момент отрыва от тележки трубопроводы должны были автоматически отсоединяться. Для еще большего усложнения топливной системы под консолями крыла должны были подвешиваться баки с горючим и окислителем для ракетных двигателей, поднимавших самолет на высоту боевого применения. Поскольку дополнительные баки не были спроектированы в качестве обычных «расходуемых» подвесных баков, то их предполагалось спускать на землю на парашютах для повторного использования.

Однако на этом проблемы разработчиков корпорации Convair не закончились. Хотя ВВС армии США планировали вооружить перехватчик парой управляемых ракет, их разработка пока была не очень успешной. По этой причине дополнительно потребовалась установка четырех 20-мм пушек M-23. Кроме того, при разработке XP-92 конструкторы воспользовались расчетным двухметровым диаметром прямоточного воздушно-реактивного двигателя и фюзеляжа чтобы перепроектировать кабину пилота, который занимал уже не лежачее положение, а размещался на обычном сиденье, управляя с помощью ручки и педалей. Несмотря на это изменение кабина пилота удобно размещалась в центральном конусе напорном сопле ПВРД. Чтобы улучшить обзор в стороны части стенок напорного сопла были остеклены. Затем команда конструкторов корпорации Convair придумала еще одно усложнение конструкции самолета – вся передняя часть фюзеляжа с кабиной пилота должна была отделяться в аварийной ситуации, чтобы пилот затем на разумной высоте смог покинуть «капсулу» и спускаться на землю с помощью парашюта. Конструкция кабины XP-92 не позволяла установить стандартное катапультируемое кресло, успешное и безопасное использование которого на высотах свыше 8000 метров в то время еще подвергалось сомнению.

Однако исследовательского потенциала корпорации Convair оказалось недостаточно для выполнения такой сложной программы, поэтому к разработке постепенно подключились НАКА (Аэронавигационная лаборатория Эймса), Калифорнийский технологический институт и другие организации. На ракетном полигоне, расположенном на острове Уоллопс, НАКА запускала модели самолетов, за которыми затем велось телеметрическое наблюдение в свободном полете.

В первые месяцы 1948 года корпорацией Convair был изготовлен полноразмерный макет истребителя XP-92. Тем временем в 1947 году произошли довольно важные административные изменения. ВВС армии США были выделены из сухопутных войск и стали отдельным видом вооруженных сил – военно-воздушными силами США. Изменение статуса военно-воздушных сил также повлекло за собой изменения в обозначении некоторых категорий летательных аппаратов. Так, например, обозначение истребителей было изменено с P (Pursuit – преследователь) на F (Fighter – боец; истребитель), но в отношении XP-92 изменения не было, и старое обозначение использовалось вплоть до закрытия программы.

Как обычно, полномасштабный макет XP-92 был осмотрен специалистами командования материально-технического обеспечения ВВС США. Силовая установка и система управления самолетом со 100-процентным необратимым бустерным управлением (с гидравлическим приводом) по-прежнему представляли собой спорные технические решения проекта. Главному инженеру проекта Уоллесу У. Уити пришлось ответить на бесчисленное множество каверзных вопросов. Когда комиссия ВВС США поняла сложность проекта и представила необходимые проблемы с боевым применением самолета, она выступила с инициативой отложить реализацию программы.

Это произошло в мае 1948 года. Однако для корпорации Convair и ВВС США программа XP-92, окончательно закрытая в июне того же года, не означала выброшенных на ветер денег, поскольку опытно-конструкторские работы и различные испытания принесли очень ценные результаты. Было принято решение использовать основные технические узлы XP-92, за исключением силовой установки, для изготовления «летающего макета» будущего истребителя-перехватчика, гораздо более трезвые характеристики которого военно-воздушными силами США были предварительно опубликованы еще в 1946 году. Новый тип, получивший кодовое обозначение 1954 Interceptor (Перехватчик 1954 года), должен был стать стандартным истребителем-перехватчиком системе ПВО США. В 1948 году американскими ВВС этому самолету было присвоено обозначение F-102 и вполне логично, что его разработка была поручена корпорации Convair. Однако, прежде чем приступить к его разработке, корпорации пришлось на базе проекта XP-92 изготовить экспериментальный самолет, оснащенный имевшимся на тот момент реактивным двигателем и способным максимально достоверно имитировать летные характеристики будущего F-102. Для нового варианта проекта Model 7-002 ВВС США воспользовались изменениями в системе обозначений и присвоили обозначение XF-92; не в последнюю очередь это было с целью избежать проблем с финансированием, которые мог создать Конгресс США. В течение короткого времени команда конструкторов из Дауни фактически работала над двумя типами самолетов – XP-92 и XF-92. Многие работы велись параллельно, но новая программа XF-92 с самого начала была отмечена необходимостью экономить средства, которые ранее щедро расходовались связанные с предыдущим типом бесчисленные сложные эксперименты. Однако работы над XF-92 продолжались достаточно высокими темпами, так что к тому времени, когда техники работали над деревянным полноразмерным макетом XP-92, изготовление «летающего макета» XF-92 шло без каких-либо проблем.

Если не указано иное снимки Convair, AEQ и коллекции автора. Схемы, чертежи и рисунки AEQ и коллекции автора

источник: Miroslav Balous «Convair XF-92 Část I.» «Letectví + kosmonautika» 05-1996, str.40-43/296-299