Первый в мире бомбардировщик с обратной стреловидностью крыла

11.08.2014, 00:07,
Техника

Просмотров: 0

16 августа 1944 года летчик-испытатель фирмы «Юнкерс» Зигфрид Хольцбауер (Siegfried Holzbauer) впервые поднял в воздух необычную во всех отношениях машину. Это был Junkers Ju-287 – первый в мире бомбардировщик с обратной стреловидностью крыла, причем с турбореактивными двигателями.

Конец 1942-го. До краха немецкой группировки под Сталинградом – полтора месяца. А до конца войны – долгих два с половиной года. У высшего руководства Третьего рейха и командования вермахта пока и в мыслях нет, что стратегическая ситуация изменится не в пользу Германии. Более того, вовсю идет разработка новых видов вооружений и боевой техники, в том числе авиационной, чтобы использовать их для захвата новых территорий. Именно тогда главный аэродинамик фирмы «Юнкерс» Ганс Вокке (Hans Wocke) получил ответственное задание.

Фото 2.

Кандидатуру выбрали не случайно. Этот талантливый инженер и конструктор был ближайшим помощником известного специалиста в области авиации Брунольфа Бааде (Brunolf Baade, 1904–1969, профессор, доктор наук, главный конструктор реактивных самолетов фирмы «Юнкерс», работал в данной сфере с 1936 года). Суть поставленной герру Вокке задачи – разработать проект бомбардировщика, равного которому в мире не было бы. Оснащенный четырьмя турбореактивными двигателями Jumo-004, самолет должен был обладать небывалой по тому времени скоростью – не менее 800 километров в час.

Фото 3.

Фантастика? Не будем торопиться с выводами. Министерство авиации одобрило проект, получивший наименование Ju-287. Его главная особенность состояла в том, что в нем решили применить крыло изменяемой стреловидности. Экспериментальные исследования проводились с крыльями как прямой, так и обратной стреловидности. Хотя и у первых, и у вторых были свои недостатки…

Итак, 16 августа 1944 года летчик-испытатель Зигфрид Хольцбауер с аэродрома Брандис близ Лейпцига впервые поднял в воздух необычную машину. Это был Junkers Ju-287 – первый в мире бомбардировщик с крылом обратной стреловидности. Всего таких полетов было выполнено 17.

Фото 4.

Новый «Юнкерс» показал невиданную доселе скорость, тем более для своего класса машин – 780 километров в час. Это означало, что он практически недосягаем для всех западных истребителей. Дальность полета бомбардировщика превышала полторы тысячи километров, скороподъемность – 580 метров в минуту. Длина аппарата – 18,3 метра, высота – 4,7, размах крыльев – 20,11 метра. Масса незагруженного самолета – 12,5 тонны, снаряженного – 20.

Вот как начиналась эта история:

В конце 1942-го главный аэродинамик фирмы «-Юнкерс»- Ганс Вокке получил задание разработать компоновку бомбардировщика с четырьмя ТРД Jumo 004. Самолет должен был обладать невиданной для того времени скоростью —- не менее 800 км/ч. Технический департамент министерства авиации одобрил аванпроект и присвоил ему обозначение Ju.287. Одним из главных препятствий на пути создания самолета стал выбop аэродинамической компоновки крыла. Несмотря на трудности военного времени, исследования в аэродинамических трубах фирмы в Дессау проводились достаточно интенсивно.

Стремясь увеличить критическое число Маха, решили применить стреловидное крыло, используя давно известный в аэродинамике принцип скольжения. Исследования проводились с крыльями как прямой (КПС), так и обратной стреловидности (КОС). Недостатком КПС является преждевременный срыв потока на его концах, приводящий к потере эффективности элеронов и снижению запаса продольной устойчивости. КОС свободно от таких явлений, но как выяснилось позже, обладает другими недостатками.

Первоначально Вокке предложил КПС с углом 29 град., при расчетной скорости полета М=0,8. Это крыло имело заметные преимущества на больших скоростях по сравнению с прямым и недостаточно хорошие характеристики на малых. Впоследствии он остановил свой выбор на КОС.

На подобном крыле пограничный слой, накапливаясь вблизи фюзеляжа, приводит к преждевременному срыву потока. Сама компоновка КОС на самолете дает существенное преимущество на режимах взлета и посадки, с увеличением угла атаки консоли крыла не приближаются к взлетно-посадочной полосе (эта опасность присуща лишь схеме низкоплана с отрицательным поперечным V), как у КПС, а, наоборот, удаляются на безопасную дистанцию, облегчая пилотирование. Но есть одно «-но»-, полет с КОС на больших углах атаки способствует появлению дивергенции.

Дивергенция элементов конструкции ЛА (от латинского слова diverqo —- отклоняюсь) характеризуется увеличением (вплоть до бесконечно большого знамения) производной коэффициента —- Су -по углу атаки. Вследствие этого, под действием аэродинамических сил происходит потеря статической устойчивости конструкции крыла с последующим его скручиванием и разрушением С ростом скорости дополнительные аэродинамические силы, вызванные деформациями несущей плоскости, еще больше возрастают.

Исследования крыла в АДТ, подтвержденные позже летными испытаниями, позволили определить для Ju.287 оптимальный угол стреловидности ло передней кромке -23 град. При больших углах прочность крыла оставляет желать лучшего, и ее запас необходимо увеличивать. Многочисленные исследования, проведенные в аэродинамических лабораториях в Дессау, Геттингене и Берлине, подтвердили правоту Вокке и позволили задать ограничения по критическим значениям скоростей и углам атаки. В процессе проектировании боевой машины главные технические решения решили проверить на полномасштабной летающей модели.

Новым крылом и ТРД оснастили фюзеляж от Не-177АЗ. Хвостовое оперение взяли от Ju-188. Так как шасси спрятать в крыло, требующее повышенной жесткости, не представлялось возможным то решили использовать неубираемые опоры. Носовую двухколесную стоику шасси заимствовали от трофейного «-Либерейтора»- В-24, а основные, с колесами от транспортного —- Ju-352, —- прикрепили к переднему лонжерону крыла, усилив их подкосами и закрыв обтекателями. Все доработки выполнили в апреле 1944-го.

Новым было двухлонжеронное крыло со скоростным профилем разработанным на фирме «-Юнкерс»-. На передней кромке корневой части крыла поставили неподвижный предкрылок. При посадке щелевые закрылки могли опускаться на 40 град., а элероны —- зависать на 23 град, обеспечивая требуемую подъемную силу крыла. Два из четырех ТРД Jumo 004 крепились к носовой части фюзеляжа, з остальные под крылом. Летающей модели присвоили обозначение Ju.287 V1.

Фото 5.

В мае 1944-го в Оберзальцбурге состоялось совещание, на котором обсуждался ход работ по проекту Ju-287. Ведущий конструктор фирмы «Юнкерс» профессор Гертель доложил рейхсминистру авиации Герингу: сборка заканчивается, в ближайшие дни самолет доставят на аэродром Брандис. Спустя три месяца Ju-287 впервые поднялся в воздух.

Для взлета использовались многоразовые ускорители с ЖРД «-Вальтер»- HVK109-502 тягой по 500 кгс, крепившиеся под мотогондолами. В хвостовой части самолета укладывался большой тормозной парашют. Всего в Брандисе произвели 17 полетов, во время которых Ju-288V1 показал себя с хорошей стороны, чего нельзя сказать о ненадежных ТРД Jumo 004В1 и взрывавшихся ускорителях. Несмотря на необычную компоновку, самолет оказался приятным в управлении. Особенно отмечалась маневренность и управляемость по крену, что соответствовало расчетам.

Выпуск закрылков совершенно не влиял на управляемость. Скорость захода на посадку, несмотря на высокую удельную нагрузку на крыло —- 305.6 кг/м , была 240 км/ч, посадочная —- 190 км/ч.

Одной из главных задач полетов являлось исследование аэродинамики крыла на малых скоростях. Для этого на его верхней поверхности укрепили шелковинки. Перед оперением установили кинокамеру, которая снимала на отклонение в полете.

Фото 6.

Геометрическая форма КОС и распределение давления по ее хорде приводит к его закручиванию с увеличением угла атаки, смещал центр приложения подъемной силы к законцовкам. Единственное, что можно сделать в этом случае, усилить каркас. Исследование крыла Ju.287 показало, что при заданной его жесткости закручивание было незначительным.

Несмотря на то, что Ju.287V1 предназначался в основном для исследований но малых скоростях, его максимальную скорость на пикировании удалось довести до 650 км/ч.

Интересно, что исследования, проведенные гораздо позднее в нашем Центральном гидроаэродинамическом институте (ЦАГИ), показали: развитие срывного обтекания в корневой части крыла обратной стреловидной можно ослабить установкой горизонтального оперения перед крылом или с помощью переднего наплыва крыла. К слову, эти идеи реализованы уже в наши дни на экспериментальном самолете ОКБ им. Сухого Су-47 «Беркут».

Однако путь от проекта герра Вокке к его реализации оказался непростым. В октябре 1944 года Геринг распорядился прекратить работы по бомбардировщику, а все усилия перенацелить на выпуск истребителей ПВО. Но на старте 1945-го неожиданно последовало новое указание: готовить крупносерийное производство самолета.

Фото 7.

Работы на опытном Ju-287 V2 и прототипе серии продолжались на небольших заводах фирмы «Юнкерс» на окраинах Лейпцига, близ аэродрома Брандис. Крылья у Ju-287 V2 остались те же, что и на первом самолете, но фюзеляж, оперение и шасси, полностью убиравшееся в фюзеляж, были новыми. При этом колесо передней стойки при уборке поворачивалось на 90 градусов.

На летающей лаборатории Ju-287 V1 были только два члена экипажа, на Ju-287 V2 и V3 – по три человека, причем на последней машине они размещались в гермокабине. На варианте V3 предусматривалась хвостовая башня с двумя уже упоминавшимися 13-мм дистанционно управляемыми пулеметами MG-131. Они наводились на цель с помощью перископического прицела. Когда полеты в Брандисе завершились, Ju-287 V1 перегнали на авиабазу в Рехлин, где испытания продолжились.

Фото 8.

При подготовке серийного производства на стендах заводов фирмы «Юнкерс» провели испытания различных агрегатов и систем, в том числе топливной. При этом моделировались всевозможные эволюции в полете, в том числе и вверх килем. Так же тщательно исследовалась и гидросистема с учетом предполагаемых повреждений, рывков давления и ненормированных перегрузок. Конструкторско-технологическая документация была полностью подготовлена и частично направлена на заводы.

Несмотря на бомбежки и в этой связи постоянные передислокации предприятий по стране, в производственных подразделениях лежали готовые для монтажа узлы и агрегаты самолетов. На территории земель Саксония, Анхальт и Тюрингия десятки небольших заводов и фабрик были готовы к началу серийного выпуска Ju-287.

Фото 9.

Но время неумолимо работало против авторов и создателей проекта. Случилось так, что именно в Саксонии, у города Торгау на берегах Эльбы 25 апреля 1945 года впервые встретились советские и американские войска. В мире эта встреча была воспринята как свидетельство того, что до краха «тысячелетнего рейха» и окончания войны остались считаные дни.

После капитуляции Германии секреты четырехмоторного реактивного «Юнкерса-287» перестали быть таковыми. Им завладели англо-американские союзники. Достался такой самолет и советской стороне. Позднее наши специалисты ознакомились с отчетами летчиков-испытателей Пангерца и Вендта о полетах, выполненных 8 и 13 сентября 1944 года. А уже после войны, в 1947-м на аэродроме подмосковного ЛИИ бывший летчик-испытатель фирмы «Юнкерс», а затем завода № 1 Пауль Юльге рассказывал, что он также выполнил несколько полетов на этом самолете.

Как бы то ни было, в истории германской и мировой авиации Ju-287 остался в качестве экспериментального самолета оригинальной конструкции, хотя некоторые найденные решения были реализованы и усовершенствованы позднее – на новых этапах развития мировой авиации.

Фото 10.

Были у Ju.287 и другие особенности. Так, при крутых виражах и выходе иэ пикирования эффективность руля высоты заметно снижалась (видимо из-за попадания оперения в спутный след от крыла). Зато на других режимах запаса продольной устойчивости самолета вполне хватало.

Испытания выявили также недостаток размещения двигателей в передней части фюзеляжа, вызвавшие трудности с балансировкой. Поэтому расположение ТРД и их число (тяги явно не хватало) на втором опытном Ju.287V2 решили изменить. В октябре 1944-го работы по бомбардировщику согласно приказу Геринга прекратили, сосредоточив все усилия на выпуске истребителей ПВО. В начале 1945-го неожиданно получили новые указания —- готовить крупносерийное производство самолета.

Работы на опытном Ju.287V2 и прототипе серии продолжались на небольших заводах фирмы «-Юнкерс»-, располагавшихся на окраинах Лейпцига, недалеко от аэродрома Брандис. Крыли Ju.287V2 осталось то же, что и на первом самолете, но фюзеляж, оперение и шасси, полностью убиравшееся в фюзеляж, были новыми. При этом колесо передннй стойки при уборке поворачивалось на 90 град.

Из-за неясности с ТРД менялись и решения об использовании сначала нового Jumo 0l2. затем HeS-011. BMW 003 и Jumo 004. Различие в тяге двигателей (от 2900 до 800 кгс) сопровождалось изменением их числа. Например, двухдвигательныи вариант с ТРД Jumo 012 предусматривал их подвеску под крылом. Но этот двигатель еще не был готов и пришлось временно удовлетвориться четырьмя Не-011 с тягой по 1300 кгс, размещавшимися как на Ju.287V1. При этом следовало считаться с тем, что в кабине от них будет значительный шум, но учитывая военное назначение самолета, это сочли несущественным. Когда началась сборка машины, выяснилось, что этих двигателей тоже нет.

Оставался выбор между BMW 003 и Jumo 004, которых требовалось не менее шести. Но реально оба типа ТРД министерство авиации забронировало для истребителей. Предполагалось два варианта установки двигателей. Первый —- по три мотора в общей связке под крылом, второй —- по паре ТРД под крыльями и в носу фюзеляжа по образцу Ju.287V1. Для второго опытного самолета выбрали первый вариант компоновки.

Все варианты размещения ТРД тщательно проверялись на моделях в аэродинамической трубе. Интересно, что еще о 1943-м определили: для уменьшения сопротивления на скоростях с большим числом «-М»- наиболее выгодным оказалось продольное расположение двигателей «-лесенкой»- что соответствовало «-правилу площадей»-, о котором немецкие аэродинамики лишь догадывались. Однако с этим опоздали, поскольку преимущества этой компоновки определились, когда проект Ju.287 находился в стадии рабочего проектирования.

Кроме того, у самолета с силовыми установками, расположенными по «-правилу площадей»- усложнилась система управления ТРД (увеличилась протяженность и количество тяг управления), кроме того в случае отказа крайних моторов могли возникнуть сложности с пилотированием. С другой стороны, опасения, что расположенные рядом ТРД будут неблагоприятно воздействовать друг на друга, в ходе испытаний на наземном стенде не подтвердились.

Серьезным достоинством Ju287 со стреловидным крылом являлось размещение бомбоотсека длиной 4,6 м перед центропланом, вблизи центра тяжести и способного вмещать до 4 т бомб.

Фото 11.

Фото 12.

Фото 13.

На летающей лаборатории Ju.287V1 было только два члена экипажа, на Ju.287 V2 и V3 —- по три человека, причем на последней машине они размещались в гермокабине. На варианте V3 предусматривалась хвостовая башня с двумя 13-мм дистанционно-управляемыми пулеметами MG-131. Наведение оружия осуществлялось с помощью перископического прицела.

Все горючее размещалось в фюзеляжных баках.

После полетов в Брандисе. V1 перегнали на авиабазу в Рехлин, где продолжили испытания. Я видел отчеты летчиков-испытателей Пангерца и Вендта о полетах, выполненных 8 и 13 сентября 1944-го , Позже, в 1947-м на аэродроме ЛИИ летчик-испытатель фирмы «-Юнкерс»-, а затем завода No.1, Пауль Юльге рассказывал, что он также выполнил несколько полетов на этой машине.

При подготовке серийного производства на стендах заводов фирмы «-Юнкерс»- провели испытания различных агрегатов и систем, включая топливную с имитацией возможных эволюции самолета, в том числе и перевернутого полета. Так же тщательно исследовалась и гидросистема с учетом предполагаемых повреждений, забросов давления и ненормированных перегрузок. Полностью подготовили и частично направили на заводы конструкторскую документацию.

Несмотря на бомбежки и постоянные перемещения предприятий по стране, в производственных подразделениях лежали готовые для монтажа узлы и агрегаты самолетов. На всей территории провинций Ангалы, Саксония. Тюрингия десятки небольших заводов и фабрик были готовы к началу серийного выпуска Ju.287.

Самолеты первой серии Ju.287А-1 планировали оснащать шестью BMW 003А-1, для серии В1 ждали четыре «-Хейнкиль-Хирт 0О1-1А»-, для Ju.287B-2 —- два BMW 018 с тягой по 3400 кгс. Однако никаких серьезных работ по последним вариантам немцы провести не успели.

На заводе в Дессау собрали лишь Ju.287V2. Но с машины, отправленной в Брэндис, вскоре сняли двигатели. Чтобы спасти от бомбежек, самолет затащили на опушку леса, установив носовой частью в сторону от аэродрома. Поэтому американцы, рассматривая результаты аэрофотосъемки, пришли к выводу, что немцы построили самолет по схемо «-утка»- с КПС.

Несмотря на то, что Ju.287 перед приходом американцев подорвали, крыло почти не пострадало. Впоследствии все, что уцелело, вернули в Дессау и частично использовали для дальнейшей работы.

Больше повезло Ju.287V3. К моменту прихода американцев самолет, начатый постройкой, оказался под обломками сбо-рочного цеха, но почти не пострадал. Американцы не заинтересовались разрозненными узлами и в дальнейшем их использовали для сборки EF-131, но об этом позднее.

Фото 14.