С. Иванов - Curtiss P-40 Часть 1
Однако «чудо техники» оказалось не столь совершенно, как предполагалось. Прежде всего, был недоработан наддув В-1, который не давал двигателю возможности развить большую мощность на значительных высотах. Впрочем, наддув в то время представлял собой техническую новинку, от которой нельзя было требовать надежности и высокой эффективности. Поскольку наддув сыграл большую роль в дальнейшей судьбе самолетов фирмы Curtiss, следует подробнее рассказать об этом устройстве.
Два снимка YP-37, Air Corps Technical School, 10 Air base Squadron. Один из снимков сделан в момент замены винта.
АP-40 (38-010) представлял собой Р-36 с рядным двигателем. На снимках самолет в первоначальном варианте с радиатором Pre one у задней кромки крыльев, октябрь 1938 года. На другом снимке модифицирована выхлопная система.
Наддув
В Соединенных Штатах Америки первые опыты по установке турбонаддува на авиационные двигатели провели в начале 30-х годов. Различные экспериментальные наддувы ставили на те или иные самолеты. Первым новый агрегат получил Consolidated Y1P-25 — двухместный истребитель, оснащенный рядным двигателем V-151 °Conqueror мощностью 600 л.с./448 кВт. Результаты проб были многообещающими, но 13 января 1933 года самолет попал в аварию. Повреждения были очень велики и самолет списали, как не подлежащий ремонту.
Но благодаря этому эксперименту стало ясно, что турбонаддув имеет большую перспективу, так как позволяет радикально улучшить работу двигателя на большой высоте. Но для того, чтобы наддув показал весь свой потенциал, требовалось еще два агрегата: мощный двигатель и винт с изменяемым шагом лопастей. Лишь соединение всех трех элементов давало хорошие результаты. Имелось также множество второстепенных факторов, влиявших на высотные характеристики самолета. Для примера можно назвать приспособленность кабины пилота к полетам на большой высоте. Как известно, на больших высотах царит вечный холод и очень разреженная атмосфера, поэтому для кабины требовалась печка, а саму пилоту — кислородный прибор.
Но главной задачей все же было довести наддув до рабочего состояния. Принцип действия наддува прост — с помощью турбины в карбюратор под давлением подается забортный воздух. Турбина приводилась в движение выхлопными газами. Наддув должен был поддерживать в карбюраторе давление, равное давлению на уровне моря. Благодаря этому двигатель на большой высоте работал с той же (или почти той же) мощностью, что и у земли. Производительность наддува прямо зависела от мощности двигателя, то есть чем большую мощность развивал двигатель, тем большее давление обеспечивал наддув. Обычно на одной оси с турбиной, вращавшейся выхлопными газами, находился центробежная вертушка. Нагнетаемый ею воздух через промежуточный радиатор подавался в карбюратор.
При небольших мощностях двигателя использование турбонаддува не давало заметного выигрыша. Но на моторах мощностью от 1000 л.с. выигрыш от применения наддува становился очевиден. Именно появление мощных моторов в середине 30-х годов прошлого века заставило ускорить работы над турбонаддувом. Лидером в области конструирования наддувов была корпорация General Electric, занимавшаяся этой работой с 1918 года. Эффективность турбонаддува была убедительно продемонстрирована в ходе гражданской войны в Испании. Оснащенные наддувами немецкие самолеты имели подавляющее преимущество на большой высоте. Американцы, следившие за событиями в Европе, решили обзавестись наддувом к двигателю Allison. Разумеется, прежде чем дело дошло бы до массового оснащения самолетов наддувами, следовало провести испытания прототипов. Таким прототипом стал самолет Consolidated PB-2А (Р-30) — двухместный, не слишком удачный самолет, однако имевший резервы для проведения модификаций. Весной 1936 года оснащенный наддувом самолет развил на высоте 7600 м скорость 443 км/ч.
Следующим шагом было установить наддув на современном истребителе с двигателем Allison, то есть на ХР-37.
XP-40 (Curtiss Н75Р) в первоначальном варианте. Видны модифицированные выхлопные патрубки.
Это же самолет после переделок. Видны закрытые обтекатели пулеметных стволов над двигателем.
Дальнейшие испытания
Первые полеты прототипа ХР-37 прошли успешно, но установленный наддув не оправдал возлагаемых на него надежд. Развить расчетную мощность на большой высоте не удавалось. Д. Берлин проводил постоянные совещания со специалистами из General Electric, желая выяснить возможность увеличить скорость вращения турбины. Увеличить скорость вращения в итоге удалось, что позволило мотору не терять мощность до высоты 3050 м. Однако для установки на серийные самолеты наддув не годился. Пилоту приходилось постоянно вручную регулировать его работу, учитывая массу факторов. Квалифицированный пилот с трудом справлялся с этой задачей в ходе испытательного полета. Требовать того же от недавнего курсанта в боевой обстановке было невозможно. Но это была не единственная проблема, с которой пришлось столкнуться конструкторам ХР-37. Другим серьезным недостатком самолета была сильная вибрация хвостового оперения при взлете и посадке. Взлет и посадка на ХР-37 и без того были трудной задачей из-за плохого обзора из кабины и высокой посадочной скорости. Вибрация в вертикальной плоскости ощущалась очень сильно, порой самолет снова поднимался в воздух, едва коснувшись земли. Еще одним недостатком самолета была тенденция к сваливанию при заходе на посадку. Возникал порочный круг: чтобы скомпенсировать сваливание, приходилось опускать хвост, но это, в свою очередь, приводило к росту вибрации.
Решить проблему со сваливанием и вибрацией пытались, обдувая модель самолета в аэродинамической трубе. Вскоре выяснилось, что во многом поведение самолета объясняется неудачной формой сопряжения передней кромки крыла и фюзеляжа. Последовала серия опытов, в ходе которых методом научного тыка определялась оптимальная форма сопряжения. Изучалось поведение самолета при разных углах атаки. Наконец, оптимальную форму сопряжения нащупать удалось. Любопытно, что по размерам новое сопряжение не отличалось от старого, но имело совершенно другой профиль. Однако полностью устранить сваливание и вибрацию не удалось. Другим «подозреваемым» был нос фюзеляжа. Его сечение плавно переходило от круглого в районе кока винта к овальному в районе передней кромки крыльев. Столь заметный изгиб вызывал завихрение воздушного потока при некоторых углах атаки. Снова начались испытания, в которых модель самолета обмазывали пластилином, пытаясь определить наиболее выгодную форму фюзеляжа.
Два снимка ХP-40 после переделок.
Вскоре выяснилось, что форма носовой части фюзеляжа почти не влияет на поведение самолета при взлете и посадке. Главным «виновным» было сопряжение крыльев и фюзеляжа. Дело в том, что ХР-37 получил крылья вместе с сопряжением в наследство от Р-36. Однако в отличие от своего предшественника, ХР-37 имел более узкий и в то же время более длинный нос. В результате консоли, находившиеся у Р-36 в аэродинамической тени, у ХР-37 стали активно обдуваться воздушным потоком, и их неудачная форма проявила себя.
Был разработан новый профиль основания крыла. Переднюю кромку крыла несколько опустили и выдвинули вперед. Однако это почти не помогло. В конце концов, было решено сделать у основания крыла выпуклость. Неожиданно, это решение оказалось удачным, и после серии испытаний в аэродинамической трубе проблему основания крыла посчитали решенной. Дальнейшие исследования имели целью найти оптимальную форму выпуклости. Эти усилия не пропали даром.
Если первоначальная форма приводила к падению максимальной скорости на 1,2 км/ч, то позднее удалось так облагородить аэродинамику, что максимальная скорость даже возросла на 2 км/ч. Макет в аэродинамической трубе был обклеен шерстяными фитилями, которые показывали распределение воздушных потоков на поверхности самолета. В ходе испытаний широко использовался пластилин. Этот материал, имея поверхностное сопротивление лишь чуть больше, чем у дерева, позволял быстро и произвольно менять форму модели. Экономилось время и материалы. Сначала отрабатывалась аэродинамика одной стороны фюзеляжа, затем та же форма придавалась фюзеляжу с другой стороны. Изменения, внесенные в форму самолета в ходе исследований в аэродинамической трубе привели к смещению центра тяжести машины на 1 % вперед. Кроме упомянутых изменений в форме основания крыла, конструкция ХР-37 подверглась еще ряду более мелких доработок. Горизонтальные стабилизаторы хвостового оперения подняли немного вверх. Позднее изменили форму воздухозаборников турбонаддува, сделав один широкий карман под капотом двигателя.
