Удар молнии. Проекты истребителей Armstrong Whitworth AW.58. Великобритания

Предисловие редакции: English Electric P.1 (впоследствии ставший замечательным истребителем Lightning) и побивший мировой рекорд скорости Fairey F.D.2 являются знаковыми примерами британских послевоенных разработок в области сверхзвуковых скоростей. Гораздо менее известна серия проектов компании Armstrong Whitworth Aircraft (Armstrong Whitworth; AWA), создававшаяся в ответ на те же требования. Используя брошюры того времени, Тони Баттлер, член-корреспондент Королевского общества авиации (Associate Member Royal Aeronautical Society; AMRAeS), рассказывает историю проектов, объединенных общим обозначением AW.58.

В 1946 году Министерство авиации Великобритании аннулировало программу создания экспериментального самолета Miles M.52, оснащенного турбореактивным двигателем и предназначавшегося для полетов на сверхзвуковых скоростях. Если бы программа не была закрыта и изготовление самолета было бы завершено, то M.52 стал бы первым британским самолетом, преодолевшим звуковой барьер. В октябре 1947 года американский ракетный самолет Bell X-1 стал первым пилотируемым летательным аппаратом в мире, достигшим сверхзвуковой скорости.

В результате в 1948 году Министерство авиации вновь заинтересовались сверхзвуковыми полетами, и 1 марта 1948 года в Королевском НИИ авиации (Royal Aircraft Establishment – RAE), Фарнборо, была создана проектная группа по разработке перспективных истребителей (Advanced Fighter Project Group – AFPG). Летом того же года начались работы по разработке проекта с последующей реализацией его «в железе». Настало время для нового проекта британского сверхзвукового самолета, и в конечном итоге нескольким выбранным компаниям был направлен запрос на проектирование одноместного экспериментального самолета, который потенциально можно переоборудовать в истребитель.

Соответственно, был представлен проект технических требований, который, как представляется, не получил официального обозначения. Приведенные в этом документе показатели летных характеристик включали в себя максимальную скорость 700 узлов (1296 км/ч) или М=1,21 на рабочей высоте около 45000 футов (14000 м) с возможностью увеличения скорости до М=1,40. Силовая установка экспериментального самолета должна была представлять собой один турбореактивный двигатель Rolls-Royce AJ.65 Avon, а вооружение созданного на его базе истребителя должно было состоять из двух 30-мм пушек. Проекты были представлены компаниями Boulton Paul, Bristol, English Electric, Fairey, Gloster, Hawker Aircraft Ltd и Armstrong Whitworth. Проект P.1 компании English Electric получил одобрение, и прототип P.1 впервые поднялся в воздух в 1954 году. Позднее на его базе был создан истребитель, поступивший на вооружение под обозначением Lightning. Оснащенный стреловидным крылом проект компании Fairey также получил положительные отзывы, но в дальнейшем он был заменен конструкцией с треугольным крылом. Этот самолет, получивший обозначение F.D.2, впервые поднялся в воздух в 1954 году и позже установил новый мировой рекорд скорости.

Однако на одном из этапов были планы по созданию третьего сверхзвукового самолета, который был предложен компанией AWA. Этим проектом был AW.58, первая брошюра по которому датирована 3 августа 1948 года.

Первоначальное предложение

Базовый, экспериментальный, самолет, описанный в брошюре компании AWA, представлял собой самолет с двигателем Avon, небольшим крылом с площадью 190 кв. футов (17,67 м²) и стреловидностью 59° по передней кромке. Считалось, что такой самолет в горизонтальном полете на высоте 56000 футов (17000 м) сможет достичь скорости М=1,1 без использования системы дожигания топлива. В брошюре компании Armstrong Whitworth были высказаны сожаления, что оказалось невозможным спроектировать самолет, который мог бы достичь требуемой скорости М=1,2 с помощью двигателя Avon, не имевшего форсажной камеры. Однако в дополнении к брошюре была рассмотрена возможность достижения заданной скорости с использованием двух двигателей (о данном варианте будет сказано ниже).

Базовый вариант проекта компании AWA представлял собой специализированный экспериментальный самолет без вооружения и необходимого для истребителя оборудования. Относительная толщина крыла составляла восемь процентов, а взлетная масса – примерно 6500 фунтов (2950 кг), увеличиваясь примерно до 11300 фунтов (5100 кг) после установки дополнительного оборудования. В последнем случае площадь крыла увеличилась бы со 190 кв. футов (17,7 м²) до 250 кв. футов (23,3 м²), но по мнению сотрудников компании Armstrong Whitworth увеличенная площадь крыла значительно снизила бы вероятность превышения скорости звука в горизонтальном полете с двигателем Avon без форсажной камеры. По этой причине в компании AWA было принято решение сделать самолет с небольшим крылом своей основной конструкцией, но при этом особое внимание было уделено сведению к минимуму изменений при переоборудовании его в полноценный истребитель. Фюзеляж самолета был спроектирован с учетом возможности установки двух 30-мм пушек, стрелявших через эллиптический лобовой воздухозаборник двигателя; в своем проекте конструкторам пришлось заменить только короткую центральную часть фюзеляжа, чтобы увеличить расстояние между центрами лонжеронов для крыла большего размера, которое, вероятно, потребуется для полностью оборудованного самолета.

Последнее, конечно, предполагало наличие более мощного двигателя, будь то Avon с форсажной камерой или Armstrong Siddeley Sapphire с системой дожигания топлива или без нее. В компании Armstrong Whitworth считали, что потребность в более мощном двигателе для самолета-истребителя была общей как для одномоторных, так и для двухмоторных версий. Однако установка более мощного двигателя ставила вопрос о запасе топлива. Новая форма конструкции безнервюрного крыла, разработанная и испытанная компанией AWA, позволила компании разместить значительный объем топлива в крыле AW.58, не прибегая к использованию большого количества баков или размещению топлива в киле. В целом в небольшом крыле и фюзеляже должны были разместиться 217 галлонов (986 литров), что было достаточно для обеспечения самолету с двигателем Avon требуемой дальности полета. С более крупным крылом запас топлива увеличивался до 330 галлонов (1500 литров), что было бы более чем достаточно для удовлетворения требований спецификации к варианту с двигателем Avon с форсажной камерой. Однако, чтобы снизить взлетную массу в компании AWA предложили заливать в баки 290 галлонов (1319 литров), включая резерв в 60 галлонов (273 литра).

Усовершенствованное крыло

Серьезной задачей при проектировании AW.58 являлось обеспечение самолету управляемости на низких скоростях. Решение компании предусматривало использование отклоняемой передней кромки крыла, аэродинамических гребней на верхней кромке крыла, простых закрылков и цельноповоротного стабилизатора. В брошюре подчеркивалось, что оценка лобового сопротивления является сутью всего проекта, , и в то время существовала большая неопределенность в отношении волнового сопротивления. В компании AWA была сделана оценка сопротивления на основе лучших данных, которые смогла найти команда разработчиков компании. Уменьшение волнового сопротивления крыла с увеличением угла стреловидности в околозвуковой области считалось настолько важным, что большой угол стреловидности передней кромки крыла – 59° – казался наиболее желательным.

Отклоняемые передние кромки внешних частей консолей крыла были выбраны для увеличения максимального коэффициента подъемной силы, в то время как аэродинамические гребни, расположенные на 50% и 70% размаха консолей, предотвращали перемещение потока по размаху и улучшали характеристики при концевом срыве потока. Управление по тангажу обеспечивалось за счет использования элевонов на внешних частях консолей крыла, действующих в качестве рулей высоты, и цельноповоротного управляемого стабилизатора. Последний должен был обеспечивать резкие изменения балансировки во время посадки и гарантировал, что продольное управление самолётом на высокой скорости всегда сохранялось даже в том случае, когда отклоняемые поверхности на задней кромке крыла могли полностью изменить свое воздействие. Цельноповоротный стабилизатор с большим углом стреловидности по передней кромке будет установлен на верхней части киля и тем самым хорошо защищен от спутной струи крыла.

Исходя из имевшегося на тот момент скудного опыта, было вполне вероятно, что эффективность управления элевонами крыла будет снижаться в небольшом диапазоне близких к единице чисел Маха, и тогда отдельная балансировка стабилизатора станет крайне важной. Элевоны также должны были использоваться в качестве элеронов и должны были быть весьма эффективными при наборе высоты и в горизонтальном полете на максимальной скорости.

С целью свести потери в воздуховодах к минимуму конструкции воздухозаборников было уделено значительное внимание; изменения сечения воздуховодов были максимально постепенными, а их стенки были сохранены гладкими. Как уже отмечалось, внутри воздухозаборника предлагалось установить две 30-мм пушки с соответствующими обтекателями. В носовой части также было предусмотрено место для размещения антенны ПЛС диаметром ё5 дюймов (380 мм) и сопутствующего оборудования. Однако все это оборудование не было включено в весовую сводку проекта AW.58. Также было сочтено целесообразным расположить обтекатель антенны РЛС за передней кромкой воздухозаборника. Версия истребителя должна была иметь размах крыла 27 футов 6 дюймов (8,38 м) и длину 51 фут 2 дюйма (15,60 м).

Лонжерон состоял из трех стенок, между которыми располагались распределенные фланцы многослойной конструкции. Центральная стенка лонжерона несла сосредоточенные укосины, которые сужались от шпангоутов фюзеляжа до нуля примерно на 0,55 размаха консолей крыла. Шасси представляло собой трехколесную конструкцию с носовой и основными стойками; все стойки были одноколесными. Носовая стойка была расположена за кабиной пилота на осевой линии самолета и убиралась в фюзеляж поворотом назад. Основные стойки убирались внутрь в кольцевое пространство между воздухозаборником и внешней обшивкой.

Также в брошюре несколько страниц было уделено двухмоторной версии, которую в компании AWA изучали в течение некоторого времени, поскольку она, как казалось, предлагала преимущества в отношении развиваемой скорости и надежности в случае отказа одного из двигателей. Было подсчитано, что при использовании двух двигателей Avon с форсажными камерами эта версия на высоте 36000 футов (11000 м) может развивать скорость М=1,4. Общая конструкция крыла двухмоторной машины была почти идентична конструкции крыла одномоторного самолета, за исключением того, что площадь крыла теперь составляла 400 кв. футов (37,20 м²) по сравнению с 250 кв. футов (23,25 м²) с имевшем меньшие размеры одномоторном истребителе. Двухмоторный AW.58 имел относительную толщину крыла 6% у корневых частей крыла и 9% у его законцовок; угол стреловидности передней кромки составлял 57°, а внутренний запас топлива составлял 375 галлонов (1705 л). Однако площадь поперечного сечения двухмоторной версии была более чем в два раза больше, чем у одномоторной версии, поскольку двигатели располагались рядом и должны были быть окружены подходящим обтекателем. Большая длина фюзеляжа двухмоторного самолета также означала необходимость либо в более длинном воздухозаборнике, либо в более длинными реактивными соплами (либо и тем и другим) и при этом не принимались во внимание какие-либо негативные последствия, которые могли бы оказать на характеристики двигателя. Из-за этих факторов версия с двумя двигателями Avon была отклонена в самой компании AWA еще до того как брошюра была представлена министерству авиации.

Запуск – и остановка

Все представленные проекты были рассмотрены на состоявшемся 17 декабря 1948 года совещании Министерства авиации, на котором было решено, что, хотя AW.58 был признан лучшим из представленных проектов, следует заказать один прототип English Electric P.1. Позднее компания Fairey обратилась с предложением изготовить одномоторный экспериментальный самолет.

В конце марта 1949 года в министерстве авиации дали понять, что изготовление прототипов должно начаться как можно скорее, и в конечном итоге было достигнуто соглашение о заказе двух AW.58 и двух P.1. В сентябре 1949 года на «Околозвуковой Экспериментальный Самолет» AW.58 министерством авиации была выпущена спецификация E.16/49 (P.1 подпадал под спецификацию E23/49). Не было никаких требований к ограничению горизонтальной скорости – просто самолет должен был быть способен

«превышать звуковую скорость в горизонтальном полете без использования форсажа».

Несмотря на то, что самолет был отнесен к категории экспериментальных, он все равно должен был иметь возможность установки двух 30-мм пушек и радара с антенной диаметром 15 дюймов (380 мм).

В апреле 1949 года был утвержден контракт на поставку двух экспериментальных самолетов AW.58, которым были присвоены военные номера WD466 и WD472, а в начале октября началось изготовление макета AW.58. Однако, когда 15 июля 1949 года состоялась консультативная конференция по проектированию, представители компании AWA были вынуждены сообщить, что ожидаемая максимальная скорость в горизонтальном полете без использования форсажа будет составлять всего М=1,07 и поэтому было принято решение использовать двигатель с форсажем Armstrong Siddeley Sapphire.

Поскольку помимо компании Armstrong Whitworth в Британии еще две компании – English Electric and Fairey – работали над программами сверхзвуковых самолетов, то 27 сентября 1949 года в RAE, Фарнборо, было созвано совещание, на котором в целях экономии финансов обсуждался выбор между отменой программы сверхзвукового самолета компании Fairey и программы AW.58. Поскольку двухмоторный экспериментальный самолет English Electric P.1 также имел крыло большой стреловидности (60°), компания AWA была вынуждена рассмотреть возможность разработки варианта AW.58 с крылом со стреловидностью передней кромки 50°. Однако это оказалось невозможным из-за расположения центра тяжести и недостаточных летных характеристик.

Таким образом, поскольку AW.58 считался похожим на P.1, то доводы в пользу продолжения проекта программы AWA были неубедительными, так как AW.58, как правило, дублировал область исследований самолета компании English Electric. Более того, предел роста летных характеристик одномоторного варианта AW.58 был небольшим, и за машиной компании AWA закрепилась репутация

«тихоходной машины».

Предложенный компанией Fairey проект самолета с треугольным крылом оказался многообещающим, и поэтому было принято решение расторгнуть контракт с AWA и аннулировать программу AW.58. После дальнейших обсуждений было решено, что следует обратиться к компании AWA с просьбой подготовить предложения по конструкции самолета с треугольным крылом и двигателем Sapphire. Следовательно, на данном этапе работы по AW.58 со стреловидным крылом были лишь «временно» приостановлены.

23 января 1950 года компания Armstrong Whitworth представила полную брошюру о сверхзвуковом экспериментальном самолете с треугольным крылом. Были некоторые споры о расположении стабилизатора, но в случае, если новый обновленный AW.58 будет иметь Т-образное хвостовое оперение, команда разработчиков подчеркнула необходимость в стабилизаторе для обеспечения самолету достаточной маневренности, если его в дальнейшем планируется превратить в истребитель. Конструкция представляла собой в целом более солидную на вид машину с высокорасположенным треугольным крылом с относительной толщиной 5% у корневых частей и 8% у законцовок. Внутренний запас топлива теперь составлял 340 галлонов (1546 литров). В планах разработки компании Armstrong Whitworth также входило создание в масштабе ⅜ аэродинамической летающей модели, которая была бы оснащена небольшим турбореактивным двигателем Armstrong Siddeley Adder.

На следующем совещании министерства авиации, состоявшемся 21 марта 1950 года, было проведено тщательное сравнение этой второй версии AW.58 с разработками компании Fairey в области треугольных крыльев. По результатам этого сравнения стало ясно, что проект компании Fairey был легче, быстрее и в целом превосходил самолет компании AWA. Машина компании Armstrong Whitworth имела слишком большое лобовое сопротивление и хотя она была оснащена системой дожигания топлива, ее расчетная максимальная скорость составляла всего М=1,00, в то время как самолет компании Fairey с треугольным крылом должен был достичь скорости М=1,25. В довершение всего, предполагаемая скороподъемность AW.58 была значительно ниже, и считалось, что у компании Fairey более сильная команда конструкторов. Итак, 16 мая 1950 года руководство компании AWA было проинформировано о том, что представленный компанией Fairey проект самолета с треугольным крылом теперь является предпочтительным и что приостановленный контракт на изготовление AW.58 теперь будет расторгнут.

В компании Armstrong Whitworth были, естественно, разочарованы таким результатом, но, оглядываясь назад, кажется маловероятным, что AW.58 смог бы достичь таких результатов и рекордов, которых достигли English Electric P.1 и Fairey F.D.2. Тем не менее, если бы программа AW.58 просуществовала до 1954 года, когда English Electric P.1 и Fairey F.D.2 впервые были представлены общественности, машина компании Armstrong Whitworth могла бы выглядеть совсем иначе и демонстрировать бы значительно улучшенные характеристики по сравнению с показателями 1950 года. Этого мы, конечно же, никогда не узнаем.

Благодарности

Автор хотел бы поблагодарить Барри Джеймса из Мидлендского музея авиации, Рэя Уильямса и сотрудников Национального архива в Кью (Kew) за их неоценимую помощь при подготовке этой статьи.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

источник: Tony Buttler, AMRAeS «Struck by Lighting. Armstrong Whitworth’s AW.58 Project» «The aviation historian» Issue No 30, pages 108-114