Авиация

НЕ ОБОГНАВШИЙ ЗВУК

02.05.2014

НЕ ОБОГНАВШИЙ ЗВУКЭкспериментальный самолёт D-558-I. В конце 1944 года фирма Douglas получила заказ на разработку экспериментального самолёта с турбореактивным двигателем. Основной целью этого проекта было получение сведений об аэродинамических нагрузках, устойчивости и управляемости летательного аппарата на трансзвуковых скоростях. Эти данные должны были дополнить информацию, получаемую в ходе выполнения программы испытаний сверхзвукового самолёта Х-1. В соответствии со спецификацией, разработанной NACA (Национальный консультативный комитет по аэронавтике) самолёт должен был взлетать с аэродрома, набирать высоту от 6000 до 10 600 м, в течение 10 минут выполнять полёт на околозвуковой скорости, а затем возвращаться на аэродром.

 
Проект получил обозначение Douglas Model 558 High-Speed Test Airplane, или просто D-558. Работу над проектом возглавил легендарный Эдвард Хайнеман, конструктор знаменитых машин А-26, А-20 и А-1 Skyraider, превративший названия Douglas в мировой брэнд.
 
Через два месяца Хайнеман и его бессменный помощник Лео Дэвлин передали NACA и ВМС проект самолёта с комбинированной силовой установкой из ТРД и ЖРД, представлявший собой не только чисто экспериментальную машину, но и прототип истребителя. Моряки одобрили задумку, а в NАСА её отклонили как не соответствующую исследовательскому характеру программы. Тогда Хайнеман предложил разбить создание самолёта на три этапа.
 
Первый этап предполагал строительство шести самолётов D-558 с турбореактивными двигателями ТG-180 для исследовательских полётов на скоростях, соответствующих числам М от 0,75 до 0,85. Все самолёты должны были иметь крылья с разными профилями и воздухозаборниками.
 
Второй этап предусматривал оснащение двух самолётов дополнительными ЖРД для возможного достижения скорости, соответствующей числу М=1.
 
И третьим этапом должно было стать строительство на базе лучшего самолёта палубного истребителя.
 
Этот компромиссный вариант устроил всех, и 9 мая 1945 года началось строительство макета самолёта.
 
Экспериментальный самолёт D-558-I
 
Машина имела небольшие размеры — длина её составляла 10,8 м и размах крыла — 7,62 м. Практически весь объём фюзеляжа был занят турбореактивным двигателем. Воздухозаборники расположили по бокам фюзеляжа, освобождая носовую часть для размещения кабины пилота и оборудования.
 
Прямое крыло с относительной толщиной 10 процентов пристыковывалось снизу к фюзеляжу. При такой компоновке возникли большие проблемы с размещением стоек основных опор шасси. Фюзеляж полностью занимал двигатель, и разместить топливные баки можно было только в полости крыла. Единственным местом для размещения убранных опор шасси был сравнительно тонкий центроплан. Чтобы избежать появления на нём нежелательных наплывов, инженерам пришлось разработать очень тонкие колёса и пневматики к ним.
 
Самолёт рассчитывался на максимальную скорость горизонтального полёта, соответствующую числу М=0,9, а достижение числа М=1 предполагалось в пикировании с высоты 10 688 м под углом 25 градусов.
 
В июле макет самолёта с названием Skystreak представили заказчикам. Дотошный осмотр и обсуждение макета продлились целых два дня. Представители NАСА раскритиковали самолёт. Они опять увидели в проекте попытку Хайнемана проигнорировать исследовательское назначение машины. Об этом ярко говорили боковые воздухозаборники, которые снижали тягу силовой установки, освобождая за счёт этого носовую часть для установки пушек. Имеющиеся свободные объёмы годились только для расстановки патронных ящиков, а не для громоздкого научного оборудования.
 
Комиссия рекомендовала переделать фонарь кабины пилота, увеличить объём приборных отсеков, предусмотреть возможность установки форсажной камеры ТРД и заменить боковые воздухозаборники лобовым, с меньшими потерями. Флот присоединился к этим замечаниям и рекомендовал Хайнеману переделать самолёт в соответствии со спецификациями NACA. Глава Бюро авиации флота (BuAir — основной заказчик боевых самолётов для ВМС) Эмерсон Конлон пошёл ещё дальше и заявил, что одобрит проект только после его утверждения учёными.
 
Хайнеману пришлось сдаться и приступить к переделке проекта. Крыло, хвостовое оперение и большая часть фюзеляжа за исключением воздухозаборника остались прежними. При этом кабина пилота и отсек с приборным оборудованием разместились посредине воздушного канала, в расширенном месте центральной перегородки. Для снижения лобового сопротивления конструкторы старались сделать фонарь кабины как можно меньшим. Для этого они опустили кресло пилота так, чтобы над поверхностью фюзеляжа выступала только одна его голова. Каплеобразный фонарь был сделан из двойного оргстекла, что препятствовало его запотеванию на больших высотах.
 
Макет самолёта D-558
 
Макет самолёта D-558
 
Первый образец D-558-I на заводском аэродроме
 
Первый образец D-558-I на заводском аэродроме
 
Сначала D-558 предполагали оснастить катапультным креслом для пилота, но расчёты показали, что потребная энергия порохового заряда катапульты, необходимая для переброски кресла через киль на околозвуковой скорости, превысит физиологический предел человеческого организма. Тогда Дэвлин предложил применить уникальную для своего времени систему спасения с отделяемой носовой частью. В аварийной ситуации пилот сначала с помощью взрывных болтов отделял от самолёта носовую часть, а после удаления её от машины на безопасное расстояние с парашютом выпрыгивал из кабины.
 
Следующая макетная комиссия прибыла в Эль Сегундо (штаб-квартира фирмы Douglas) 14 августа 1945 года. Осмотрев макет, члены комиссии пришли к единодушному мнению, что все замечания NACA учтены.
 
За несколько дней до этого произошло одно, на первый взгляд, незначительное событие — служащий фирмы Douglas А.Смит возвратился из командировки в Германию. Но то, что он привёз, оказало серьёзное влияние не только на программу D-558, но и на развитие всей скоростной авиации США. В его багаже находились микрофильмы немецких документов из научно-исследовательского центра DVL в Гёттингене, где занимались исследованиями стреловидных крыльев. Руководство фирмы Douglas обратилось к военным и учёным из NACA с просьбой разрешить использовать немецкий опыт в программе D-558.
 
Предложение было поддержано, и в программу исследований немедленно включили продувку моделей самолёта со стреловидными крыльями и одновременно запланировали создание экземпляра D-558 со стреловидным крылом. Этот самолёт получил обозначение D-558-II, а уже разработанный проект стали называть D-558-I.
 
После утверждения проекта прямокрылого D-558-I фирма приступила к постройке первого экземпляра самолёта. Полная стоимость программы составляла почти 7 миллионов долларов. У моряков таких денег не было, и Бюро авиации флота пришлось наполовину уменьшить заказ, оплатив постройку только трёх самолётов.
 
Фюзеляж типа монокок из алюминиевого сплава с защитным покрытием рассчитывался на максимальную перегрузку 13д. Исследовательское оборудование массой 288 кг разместили сразу за кабиной пилота, а по всему размаху крыла расставили датчики давления воздуха, поступавшего через 400 отверстий, просверлённых в обшивке.
 
Силовая установка состояла из одного ТРД Allison J35-A-23 тягой 1820 кгс. Двигатель проектировался фирмой General Electric и ранее обозначался TG-180.
 
Построенный самолёт производил неизгладимое впечатление. Обшивка его была покрыта красной эмалью и тщательно отполирована. 14 апреля 1947 года лётчик-испытатель фирмы Douglas Юджин Мэй поднял первый экземпляр самолёта в воздух — это был самолёт с заводским номером 37970, предназначенный для полётов в интересах фирмы Douglas и ВМС. Ну а для учёных NACA строились второй и третий D-558-I с номерами 7971 и 37972.
 
Douglas D-558-1 Skystreak
 
Douglas D-558-1 Skystreak
 
 
После полёта лётчик отметил странное поведение турбореактивного двигателя. После подачи РУДа вперёд двигатель очень медленно набирал обороты и развивал недостаточную тягу. 21 апреля после проверки силовой установки состоялся второй полёт, однако ситуация повторилась. Лётные испытания пришлось прервать и обратиться к специалистам из фирмы General Electric. Те внимательно изучили двигатель и не нашли никаких дефектов. Один из инженеров предположил, что виновником может быть топливная система, точнее — недостаточное давление в системе подачи топлива. Давление в баках решили повысить за счёт набегающего потока воздуха. Для этого на концах крыла установили две штанги, через которые воздух поступал в полость баков. На доработки ушло около месяца.
 
Последующий полёт показал, что работа двигателя наладилась, но неприятности на этом не прекратились — в очередном полёте на борту возник пожар. Немедленно развернув машину, Мэй повёл D-558-I на посадку. На пробеге у него вышли из строя тормоза, и только сверхдлинная полоса на базе Мюрок (на дне высохшего озера) спасла самолёт и пилота. Инженеры опять принялись за работу. Причины происшествия были выявлены сразу: неправильное подключение электрических проводов и неисправность в гидравлической системе привода тормозов колёс.
 
После ремонта D-558-I совершил пять успешных полётов, и на этом закончилась первая фаза лётных испытаний.
 
К программе начали подключать и других пилотов. По их отзывам, машина прекрасно управлялась и имела изумительную скороподъёмность — высоту 3048 м (10 000 футов) она набирала всего за одну минуту. Все замечания лётчиков-испытателей относились к особенностям компоновки кабины. Главным недостатком они считали плохой обзор на посадке — чтобы разглядеть полосу, пилоту приходилось изо всех сил вытягивать шею, а оценив ситуацию, буквально «нырять» в кабину и смотреть на приборы. К тому же ширина кабины составляла всего полметра, что также не добавляло лётчику оптимизма во время полёта: теснота могла даже вызвать приступ клаустрофобии.
 
Запаса топлива в 870 л хватало лишь на полчаса полёта. Когда для выполнения всей программы требовалось времени больше — на торцы крыла подвешивались дополнительные топливные баки ёмкостью 190 литров, которые пилот сбрасывал после набора высоты.
 
Главные неприятности начались с переходом к скоростным полётам. Как только D-558-I превышал скорость, соответствующую числу М=0,75, его начинало трясти, а нагрузки на органы управления многократно возрастали. Голова лётчика, облачённая в стальной шлем, билась о фонарь, при этом на оргстекле появлялись многочисленные царапины. После нескольких таких полётов лётчики стали оклеивать шлем кусочками тонкой кожи.
 
Несмотря на все трудности, программа исследований обтекания крыла при трансзвуковых скоростях продвигалась довольно быстро. Уже через четыре месяца после первого полёта, 20 августа 1947 года, пилот ВМС Тернер Колдуэлл установил новый мировой рекорд скорости — 1030,95 км/ч. Предыдущее достижение принадлежало пилоту из ВВС Альберту Бойду, который смог разогнать XP-80R Shooting Star до 1003,6 км/ч. Результат Колдуэлла продержался четыре дня и был перекрыт в очередном полёте второго D-558-I №37971. На этот раз отличился Мерной Карл из авиации Морской пехоты. Его рекорд — 1047,33 км/ч держался ещё потом целый год. Перед выполнением рекордных полётов конструкторы Douglas заменили на самолёте фонарь. Для повышения прочности каркас его выполнили из металла. При этом обзор из кабины ещё более ухудшился.
 
Демонстрация первых двух самолётов D-558-I представителям ВМС и NACA
 
Демонстрация первых двух самолётов D-558-I представителям ВМС и NACA
 
Пилот Eugene P. May у самолёта D-558-I
 
Пилот Eugene P. May у самолёта D-558-I
 
После рекордных полётов Юджин Мэй продолжил исследования высоких скоростей. Перед ним поставили задачу создать максимально возможные нагрузки на конструкцию. Мэй набирал высоту 12 000 м и пикировал до 9000 м под углом 2 — 3 градуса, постепенно добираясь до числа М=0,85. Всего было совершено около 10 подобных полётов. В пяти из них использовались подвесные топливные баки.
 
29 сентября 1948 года Мэй на D-558-I № 37970 преодолел звуковой барьер в пикировании под углом 35 градусов. Это был первый и последний сверхзвуковой полёт D-558-I. Полёты первого опытного экземпляра самолёта продолжались вплоть до апреля 1949 года, после чего машину списали и использовали как источник запасных частей для третьего опытного образца. Всего на нём совершили 101 полёт. В настоящее время его восстановленный планёр выставлен в Национальном музее морской авиации США.
 
Второй экземпляр D-558-I, оснащённый большим количеством контрольно-измерительной аппаратуры, предназначался для исследований в интересах NACA. В ноябре 1947 года, после 27 полётов, осуществлённых пилотами фирмы Douglas и ВМС, самолёт передали на авиабазу Мюрок. 25 ноября 1947 года лётчик NACA Говард Лилу совершил облёт самолёта. Лилу принимал активное участие в программе Х-1 и был третьим пилотом, преодолевшим звуковой барьер на этом самолёте. Последующие испытания машины изобиловали многочисленными отказами и неисправностями различных систем. Самым серьёзным происшествием на этом этапе был пожар в воздухе 14 апреля 1948 года.
 
3 мая 1948 года Говард Лилу должен был осуществить очередной девятнадцатый полёт. Вскоре после отрыва от полосы, на высоте 45 метров, разрушился компрессор двигателя. Разлетающиеся в стороны лопатки компрессора перебили тяги управления и трубопроводы топливной системы. Наблюдатели с земли сообщили, что за машиной потянулся чёрный шлейф дыма. Лилу потерял управление и на скорости 400 км/ч врезался в землю. Система спасения с отделяемой кабиной не рассчитывалась на такие маленькие высоты, и у лётчика не было шансов остаться в живых.
 
Комиссия, расследовавшая катастрофу, потребовала от фирмы Douglas улучшить конструкцию первого и третьего экземпляра с целью повышения безопасности полётов. Главным образом, эти требования касались бронирования тяг управления и трубопроводов в районе двигателя, замены устаревшего двигателя более современным и переделки фонаря кабины лётчика. Попытки инженеров улучшить систему аварийного спасения успехом не увенчались, и её оставили в прежнем виде.
 
Новый двигатель J35-A-11 имел большую тягу ( 2270 кгс) и форсажную камеру. Он был немного длиннее старого ТРД, и его выпускная труба выступала за обрез хвостовой части фюзеляжа.
 
Была изменена система открытия фонаря. Теперь он открывался назад, и скоростной напор только помогал этому процессу. Ранее открыть фонарь в полёте было практически невозможно.
 
Помимо этих конструктивных усовершенствований, NACA потребовало перекраски своего D-558-I в белый цвет. Дело в том, что службам наземного визуального сопровождения не удавалось поймать красный самолёт в свои телескопы. Это пожелание было исполнено, но перекрашивать рули на фирме отказались. Инженеры опасались, что дополнительный слой краски увеличит их массу и изменит динамические характеристики.
 
Испытания третьего самолёта после всех доработок проводил Юджин Мэй. Полёт прошёл успешно, и 22 января 1949 года NACA приняло доработанный D-558-I № 37972 в эксплуатацию.
 
Исследовательские полёты этой машины продлились ещё четыре с половиной года, последний из них — 78-й был совершён 10 июня 1953 года. В настоящее время самолёт восстановлен и находится в авиационном музее Каролинас в штате Северная Каролина.
 
Несмотря на то что с помощью трёх самолётов D-558-I удалось получить много исследовательской информации, которая касалась проблем прочности конструкции и управляемости на высоких трансзвуковых скоростях, значение этих машин в истории скоростной авиации невелико. Ведь D-558 уже в своё время выглядел анахронизмом на фоне скоростных истребителей F-86 и бомбардировщиков В-47. Самолёт явно опоздал со своим появлением. Однако его история, полная драматических событий, заслуживает уважения. Тем более, что на нём начинали свою карьеру множество известных американских лётчиков-испытателей.
 
Вот полный список пилотов, летавших на этом самолёте. От фирмы Douglas: Eugene P. May, George Jansen, Larry Peyton, Johnny Martin. От ВМС США: Marion Carl, Turner Caldwell, Frederick Trapnell. От NACA: Howard C. Lilly, John F. Griffith, Scott Crossfield, Joseph A. Walker, Stanley P. Butchart, Robert A. Champine, John B. McKay, Walter P. Jones.
 
Лётно-технические характеристики экспериментального самолёта D-558-I
 
Длина, м...............................................10,87
Размах крыла, м.....................................7,62
Высота, м...............................................3,68
Площадь крыла, м2...................................14
Нормальная взлётная масса, кг...........4423
Максимальная взлётная масса, кг.......4583
Максимальное число М
на большой высоте................................0,99
Максимальная скорость
на уровне моря, км/ч............................1050




Рекомендуем почитать
  • NORTH AMERICAN FJ-4B FURY
    NORTH AMERICAN FJ-4B FURYРазработку палубного реактивного истребителя с обозначением F1J фирма North American начала еще в годы Второй мировой войны. Это была машина с прямым низкорасположенным крылом и лобовым воздухозаборником. Поначалу истребитель в серию не пошел, однако вскоре он заинтересовал руководство ВВС, которое предполагало использовать его в качестве фронтового истребителя.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.