Летающий блин. Vought V-173

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.

23 ноября 1942 года Б.Гайтон надел перед полетом на голову свой талисман — шлем для игры в американский футбол и забрался по стремянке в кабину. Выруливая на полосу, летчик про себя отметил, что среди машин, припаркованных вдоль дороги, ходят парни из службы охраны и ищут людей с кинокамерами. В то время все военные экспериментальные самолеты, в том числе и V-173, были засекреченными, и «бытовая» киносъемка полетов была строго запрещена.

На пробеге самолет сопровождали два автомобиля с аварийными командами. Оторвавшись от земли, Б.Гайтон сразу ощутил, что нагрузка на рули настолько велика, что ему не хватает сил отклонить ручку управления. Набрав высоту в 100 м, летчик несколько раз пытался начать разворот, но ручка управления и не думала подчиниться ему. Удаляясь от аэродрома, Б.Гайтон начал присматривать подходящую площадку для вынужденной посадки, но попытки овладеть непослушной машиной не прекращал.

Пытаясь спасти самолет, он обеими руками, со всей силы отклонил ручку управления. Неторопливо, как в замедленном кино, V-173 начал разворачиваться! В итоге, через 13 минут после взлета полет завершился потрясающей посадкой — он коснулся земли на скорости около 80 км/ч и, пробежав лишь 15 метров, остановился.

Инженеры, получив ценнейший материал о поведении машины в воздухе, принялись за устранение недостатков. Вскоре огромные усилия, которые прилагал летчик к ручке управления, были снижены до приемлемых величин — это стало возможным благодаря установке триммеров на элевоны. Одновременно улучшили характеристики воздушного винта, изменив угол установки его лопастей.



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.



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.



После доработок летные испытания продолжили. Несмотря на устранение главных недостатков, в своих отчетах Б.Гайтон продолжал жаловаться на плохой обзор из кабины и отсутствие бустеров в системе управления. Неважный обзор, заставлявший летчика напряженно вытягиваться и наклоняться вперед, доводил его до болей в пояснице, а окна в носке крыла оказались абсолютно бесполезными — летчик был слишком занят наблюдением за приборами, чтобы смотреть в них. Еще одной серьезной, но так и не решенной проблемой стала вибрация кабины, собственные колебания которой входили в резонанс с колебаниями двигателей.



В списке недостатков значились и затруднения, возникавшие при посадке. Они вне­запно возникали на высоте 4 — 5 метров, когда V-173 как бы подминал под себя воздух, создавая между землей и крылом область повышенного давления, своеобразную воздушную подушку, мешавшую опускать на землю заднее колесо и заставлявшую летчика опасно балансировать на основных стойках шасси. Чтобы избавиться от этого недостатка, на задней кромке крыла установили два подпружиненных закрылка. Когда давление на нижнюю поверхность самолета превышало силу пружин, закрылки начинали отклоняться вверх, стравливая воздух из воздушной подушки.



Совершив 13 полетов на V-173, Б.Гайтон, который одновременно испытывал очередную модификацию серийного истребителя F4U, попал в аварию. Пока он находился в госпитале, несколько полетов на V-173 совершил пилот фирмы Vought Ричард Бурроугс. Несмотря на все возникшие проблемы, общий итог первых 54 полетов показал жизнеспособность выбранной аэродинамической схемы. Более того, Б.Гайтон положительно отзывался об основных летных качествах самолета и особенно о его маневренности, поскольку он вел себя устойчиво на запредельных углах атаки, вплоть до 45 градусов. Боевой самолет с такими показателями мог иметь огромное преимущество над ортодоксальными истребителями противника.



Неподражаемыми были и взлетно-посадочные характеристики. Даже при слабом встречном ветре разбег составлял всего 61 метр, а пробег был еще меньше. Во время летных испытаний произошло несколько летных происшествий, которые не повлекли серьезных последствий только благодаря очень малым посадочным скоростям аппарата. Самый сложный случай произошел 3 июня 1943 года. Самолет пилотировал летчик Р.Бурроугс. В воздухе произошел отказ силовой установки, и единственным подходящим местом для вынужденной посадки оказался песчаный пляж, на который и спланировал Р.Бурроугс. Летчик запомнил, что V-173 коснулся земли на скорости 24 км/ч. Небольшие колеса основных стоек увязли в песке и самолет перевернулся, но фонарь выдержал, а летчик отделался несколькими синяками.



26 мая 1945 года вынужденная посадка была совершена Б.Гайтоном на поле для гольфа Милл Ривер (Mill River) в Стратфор-де. Самолет не пострадал; его укрыли брезентом и выставили охрану, а с наступлением темноты вывезли на завод.

Третье происшествие случилось во время авиашоу, посвященного 30-й годовщине фирмы Vought, в 1947 году. Был очень жаркий день, и двигатели не развили достаточной мощности на взлете. Б.Гайтон, который управлял самолетом, не смог поднять V-173 выше линии электропередачи, проходившей рядом с полосой, и зацепил провода. Крепкая конструкция выдержала и на этот раз. Самолет спарашютировал в прямом смысле этого слова и вполне удачно приземлился. 31 марта 1947 года потерпевший аварию V-173 вполне самостоятельно перелетел на завод — это был его последний, 190-й полет.

Некоторое время V-173 находился на фирме Vought, а затем его погрузили на баржу и отвезли на хранение на базу ВМС в Норфолк, что в штате Вирджиния. Цельнодеревянная конструкция спасла машину от утилизации, и сейчас его можно увидеть в запасниках авиационного музея Смитсоновского института, где он находится с 1949 года.