В конце двадцатых годов прошлого века американской авиаконструктор Джон Кнудсен «Джек» Нортроп построил и испытал свой первый летательный аппарат типа «летающее крыло». Первый опытный самолет, имея некоторые проблемы, наглядно показал жизнеспособность оригинальной архитектуры. Новые идеи получили развитие и – после ряда не самых приятных событий – в улучшенном виде были реализованы в проекте Northrop N1M.
Незадолго до начала строительства и испытаний «Летающего крыла»» первой модели Дж. Нортроп основал собственную авиастроительную компанию, однако в 1930 году ее пришлось продать. В 1932 году он вновь учредил собственную фирму, но и она в дальнейшем влилась в состав другого предприятия. Только в 1939 году начала деятельность компания Northrop, к настоящему времени ставшая одним из лидеров отрасли. Основание третьей компании позволило конструктору нормально заняться развитием оригинальных нестандартных идей и проверять их на практике.
Джек Нортроп рядом со своим творением. Фото Aviadejavu.ru
Поначалу Джек Нортроп изучал перспективное направление самостоятельно или при содействии своих коллег. В конце тридцатых ему удалось заручиться поддержкой ученых. Большой интерес к «летающему крылу» проявили преподаватель Университета Миннесоты Теодор фон Карман и его студент Уильям Рис Сирс. Они начали помогать конструктору с теоретической проработкой новых конструкций, а также выполняли часть необходимых чертежей. Со временем команда нашла оптимальный алгоритм работы: Дж. Нортроп предлагал идеи и выполнял эскизное проектирование, Т. фон Карман занимался расчетами, а У.Р. Сирс готовил полноценную техническую документацию.
Совместными усилиями три энтузиаста создали новый облик самолета, построенного по схеме «летающее крыло». Вскоре он был реализован в виде масштабной модели, которую предлагалось испытать в аэродинамической трубе. Продувка позволила собрать достаточный объем информации и скорректировать имевшиеся теоретические расчеты. Кроме того, по ее результатам можно было переработать уже выполненный проект полноценного опытного самолета.
Схема самолета. Рисунок Airwar.ru
В определенный момент новый проект экспериментального самолета получил официальное обозначение N1M. Литеры расшифровывались как «Northrop 1 Model» – «Нортроп, первая модель». В дальнейшем Дж. Нортропом и его коллегами был разработан ряд новых проектов авиационной техники с названиями, образованными похожим образом.
Основной задачей проекта N1M была отработка нового облика летательного аппарата и сбор различной информации о поведении «летающего крыла» на разных режимах. Дж. Нортроп и его соратники учли возможность ошибок на стадии проектирования, из-за которых самолет пришлось бы переделывать. Чтобы сэкономить на доводке конструкции, было предложено строить самолет с изменяемой конфигурацией планера. Сравнительно быстро и просто испытатели могли бы менять стреловидность крыла, угол поперечного V, параметры монтажа законцовок и т.д. Также предусматривались средства перемещения центра тяжести.
В соответствии с новым проектом, перспективный экспериментальный самолет должен был иметь смешанную конструкцию на основе металлического каркаса. Часть обшивки должна была выполняться из металла, прочие элементы – из полотна. В отличие от предыдущего опытного образца, новый N1M должен был стать полноценным «летающим крылом» без разнообразных дополнительных устройств, вынесенных на балках и т.д. Следовало использовать двухдвигательную силовую установку и развитую механизацию крыла.
Интерьер кабины. Фото Airwar.ru
Центроплан нового «летающего крыла» представлял собой сравнительно толстую конструкцию с несущим профилем, фактически выполнявшую функции фюзеляжа. Передняя кромка такого центроплана имела постоянную стреловидность. В нижней ее части находились проемы для подачи забортного воздуха к радиаторам двигателя. На продольной оси, на некотором удалении от носка, находилась кабина пилота, прикрытая каплевидным фонарем с вытянутым гаргротом. На уровне кабины располагались два поршневых двигателя. Дж. Нортроп предложил оснастить новый самолет специальным подвижным грузом. С его помощью перед полетом можно было изменять центровку машины.
К боковым частям центроплана присоединялись подвижные консоли, построенные на основе металлического каркаса. Их лонжероны монтировались на шарнирах, обеспечивавших перемещение в двух плоскостях. Перемещение по горизонтали позволяло изменить стреловидность консоли, по вертикали – угол поперечного V. Для получения отрицательной аэродинамической крутки использовались отклоненные вниз законцовки крыла сравнительно большой площади. В исходной конфигурации они были отклонены вниз на 35°, но этот угол мог меняться для изменения аэродинамических характеристик самолета. В частности, при необходимости законцовка могла быть размещена горизонтально, и дополнять крыло. Все шарниры следовало настраивать на земле и после этого фиксировать плоскости в заданном положении.
Northrop N1M на испытаниях. Фото Jp-petit.org
Вся задняя кромка консолей отдавалась под монтаж элевонов большой площади с триммерами. Эти плоскости предназначались для управления по тангажу и крену. Контроль в канале рысканья следовало осуществлять при помощи воздушных тормозов на законцовках. Как и элевоны, они имели максимально возможную площадь.
Планер Northrop N1M получил частично убираемое шасси. В носовой части центроплана, непосредственно под скругленным обтекателем, находилась ниша передней стойки. Последняя оснащалась одним колесом малого диаметра и убиралась назад по полету; проем в обшивке закрывался подвижной крышкой. В бортовых частях центроплана, вблизи задней кромки крыла, находились основные опоры с колесами большего диаметра. При уборке стоки поворачивались внутрь и уходили внутрь крыла. Щитки ниши шасси монтировались прямо на стойке. В хвостовой части центроплана была смонтирована четвертая стойка с небольшим колесом. Она не убиралась в фюзеляж и была оснащена крупным обтекателем. Задачей этой стойки было предотвращение повреждения воздушных винтов при взлете и посадке.
Первый полет должен остаться на кадрах хроники. Фото Century-of-flight.net
В исходном проекте экспериментальное «летающее крыло» получило пару поршневых авиационных двигателей Lycoming O-145 мощностью по 65 л.с. Четырехцилиндровые двигатели отличались горизонтальной оппозитной компоновкой, что позволило без особых проблем разместить их в крыле. Охлаждение двигателей производилось набегающим потоком воздуха, подводимым через окна в носке крыла.
Валы винтов проходили параллельно продольной оси машины и выводились наружу при помощи горизонтальных каналов на треугольных стойках. Позади задней кромки центроплана на валах монтировалась пара трехлопастных винтов изменяемого шага.
Экспериментальный характер проекта позволил использовать одноместную кабину с достаточно простым приборным оснащением. На рабочем месте пилота имелись стрелочные приборы для контроля за работой систем, а также органы управления, выполненные на основе традиционных решений. При этом вместо обычного штурвала использовалось рулевое колесо, а педали связывались с отклоняемыми плоскостями законцовок. Кабина пилота прикрывалась прозрачным фонарем, имевшим обтекаемый козырек и сдвигаемую назад основную крышку.
N1M в воздухе. Фото Airwar.ru
Готовый летательный аппарат должен был иметь общую длину не более 5,46 м и максимальный размах крыла (при поднятых законцовках) 1,8 м. Стояночная высота – всего 1,5 м. Максимальная площадь крыла составляла 33 кв.м, из них около 28 кв.м. приходилось на центроплан и консоли. Самолет получился достаточно легким: его взлетная масса составляла всего 1360 кг. По расчетам, он должен был развивать скорость не менее 320 км/ч. Потолок ограничили 1200 м, дальность – 300 милями или 483 км.
Прототип новой модели был построен компанией «Нортроп» в июне 1940 года. После завершения сборки опытное «летающее крыло» отправили на авиабазу Мюрок, где имелся аэродром большой площади, построенный на высохшем озере. Испытания экспериментального самолета начались с рулежек и пробежек по взлетной полосе. После всех подобных проверок машину можно было поднимать в воздух. Однако в программу испытаний вскоре пришлось внести некоторые коррективы.
Dj время испытаний. Фото Aviadejavu.ru
3 июля шеф-пилот фирмы Northrop Вэнс Бриз вырулил на полосу для выполнения очередной скоростной пробежки. Набрав определенную скорость, самолет двигался по аэродрому и выполнял команды пилота. Внезапно носовая стойка шасси попала в выбоину, машина подпрыгнула и поднялась в воздух. В. Бриз успел среагировать и продолжил неожиданный полет. Опытный N1M пролетел несколько сотен метров на высоте от 5 до 20 футов (1,5-6 м), после чего успешно сел.
После посадки пилот рассказал, что ему так и не удалось поднять самолет более чем на 5-6 метров. Узнав об этом, Джек Нортроп с горькой иронией отметил, что его команда сумела создать самолет с 20-футовым потолком. Вскоре были определены причины таких проблем. Оказалось, что пара 65-сильных двигателей не дает достаточную для нормального полета тягу. Для продолжения испытаний требовалась переработка силовой установки. Кроме того, было решено доработать средства управления по тангажу.
Вскоре на место двух «Лайкомингов» в центроплане установили пару двигателей Franklin 6AC-264F2. Они тоже имели оппозитную компоновку, но оснащались шестью цилиндрами и развивали мощность до 117 л.с. каждый. Новая силовая установка позволила приступить к полноценным полетам на разной высоте и с различными скоростями. Тем не менее, и теперь сохранялись некоторые проблемы. Как оказалось, внутренние каналы крыла не обеспечивали нормальное охлаждение двигателей. Для подвода нужного воздушного потока пришлось использовать дополнительные дефлекторы.
Единственный построенный Northrop N1M в музее. Фото Airandspace.si.edu
Новые двигатели и усовершенствованные средства их охлаждения сделали опытный самолет Northrop N1M полноценной летающей лабораторией, пригодной для использования в амбициозной исследовательской программе. В течение нескольких следующих месяцев Дж. Нортроп и его коллеги отрабатывали различные конфигурации «летающего крыла». Сначала новые варианты плоскости проверялись в аэродинамической трубе, а затем опытный самолет соответствующим образом изменялся и отправлялся в полет. За несколько месяцев было проведено около двух сотен полетов, в которых проверили три десятка конфигураций крыла. Изучались несущие свойства плоскостей с разной стреловидностью и отличающимися углами поперечного V; исследовалось влияние центровки самолета на летные данные, а также прорабатывались особенности управления машиной.
Любопытно, что результаты исследований в аэродинамической трубе и тестовых полетов не всегда совпадали. Некоторые конфигурации крыла хорошо показали себя во время продувки, но провалили реальные испытания. Подобные проблемы привели к некоторому затягиванию испытаний из-за необходимости новых исследований.
Кроме того, возникали проблемы с правильным использованием имеющихся возможностей. Так, при изучении работы средств управления летчик-испытатель Мойе У. Стивенсон вернулся из очередного полета с плохими известиями. Для руления по рысканью на тот момент использовались отклоняемые плоскости на законцовках, применяемые при вхождении в вираж. Но такая методика не оправдала себя: при излишне энергичном развороте самолет начинал самостоятельно раскачиваться по крену. Такая раскачка достаточно быстро гасилась летчиком, но все равно мешала полету, затрудняя пилотирование.
Машина была восстановлена в последней конфигурации, использовавшейся в испытаниях. Фото Airandspace.si.edu
Уже в 1941 году, после очередной проверки в аэродинамической трубе и в воздухе, было установлено, что самолет N1M попросту не нуждается в загнутых законцовках. Вне зависимости от угла установки эти плоскости не вносили заметного вклада в устойчивость по курсу. По этой причине вскоре законцовки были зафиксированы и стали продолжением крыла, увеличивающим его размах и площадь. Одновременно с этим отклоняемые щитки заменили новыми расщепляющимися воздушными тормозами, створки которых отклонялись вверх и вниз.
Особый интерес представляет методика определения штопорных характеристик самолета. Самостоятельно Northrop N1M мог подняться на высоту не более 1200 м, что было недостаточно для вхождения и выхода из штопора. Вследствие этого опытный образец с выключенными двигателями при помощи самолета-буксировщика выводился на высоту нескольких километров, где летчик-испытатель начинал самостоятельный полет и приступал к проверкам. Было установлено, что имеющееся «летающее крыло» легко буксируется и без проблем выходит из штопора.
Испытания единственного опытного самолета продолжались до конца 1941 года и позволили собрать массу информации о перспективной архитектуре летательных аппаратов. Накопленный объем данных мог поспособствовать дальнейшему развитию многообещающего направления и разработке новых образцов авиационной техники. Вскоре Дж. Нортроп, Т. фон Карман и У.Р. Сирс приступили к проектированию следующей машины необычного вида. Ее вывели на испытания в конце 1942 года.
Вид на крыло и хвост. Фото Wikimedia Commons
Единственный опытный самолет Northrop N1M был построен в качестве летающего стенда для проверки новых конструкторских решений и исследования поведения летательных аппаратов новой архитектуры. При всех своих недостатках и регулярно возникавших проблемах, он справился с поставленными задачами и позволил инженерам продолжить работу. Однако сам он больше не был нужен своим создателям. В течение нескольких следующих лет самолет оставался на хранении, не имея никаких реальных перспектив.
В 1945 году Джек Нортроп передал опытный самолет военно-воздушным силам США. Новые хозяева оценили такой подарок и отправили его в Национальный авиационный музей. В середине семидесятых годов машину отправили на реставрацию, занявшую достаточно много времени. Только в начале следующего десятилетия восстановленный N1M был передан Центру Стивена Удвар-Хейзи, являющемуся подразделением Национального музея воздухоплавания и космонавтики. Во время реставрации была сохранена последняя конфигурация машины, использовавшаяся во время летных испытаний.
Проект Northrop N1M предназначался для изучения схемы «летающее крыло» и сбора различной информации. Единственный построенный прототип и несколько масштабных моделей справились с подобными задачами и позволили конструкторам-энтузиастам продолжать работу. На основе опыта, полученного при изучении первой машины, команда Джека Нортропа вскоре создала несколько новых проектов, а также построила экспериментальный летательный аппарат N9M. Исследования многообещающей архитектуры самолетов продолжились.
По материалам:
http://airwar.ru/
http://aviastar.org/
http://aviadejavu.ru/
http://century-of-flight.net/
https://airandspace.si.edu/
https://jp-petit.org/
Flying Wings Are Coming // Popular Mechanics. March 1942.