Первый в мире бомбардировщик с обратной стреловидностью крыла

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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.