«Авиация и Время» 2015 №5 (149)

Еще один путь — увеличение рабочего объема. Но тут предел возможностей имел существенные ограничения. Ведь даже не специалист скажет, что с ростом объема начнут расти габариты и вес двигателя, что для авиации крайне не желательно.

Также конструкторы занимались увеличением степени сжатия, с которой связана эффективность использования топлива. Ведь чем больше сжатие, тем меньше топлива нужно для получения одной и той же мощности. Но и на этом пути их ожидали трудности, в частности, такое опасное явление, как детонация. Хотя в определенных пределах с ней достаточно успешно боролись увеличением октанового числа и улучшением качества топлива. Но тогда на первый план выходили температурные проблемы, которые сразу же отражались на клапанах. Любой автомобилист скажет, что при прогорании клапана сразу же упадет мощность.

Наконец существовал еще один вариант поднятия мощности — наддув воздуха в цилиндры при помощи турбокомпрессора. Этот способ был известен достаточно давно, но в основном рассматривался, как средство увеличения высотности. Пионер применения турбокомпрессоров в США доктор Сенфорд Мосс (Sanford A. Moss), работавший в научно-исследовательском центре фирмы General Electric, любил говорить своим коллегам: «Мы обманем двигатель при помощи нагнетателя, заставим его думать, что он работает на уровне моря». И действительно, с ростом высоты полета концентрация кислорода падает, и двигатель теряет мощность. Например, на высоте 6096 м (20000 футов) потеря мощности приближается к 50%[* Именно эта особенность определила одну из строчек летно-технических характеристик поршневых самолетов того времени. Скорость полета или мощность силовой установки указывались именно на высоте 20000 футов.]. Использование нагнетателя позволяло сохранять мощность мотора с ростом высоты.

Для экспериментальной проверки эффективности разных вариантов увеличения мощности моторов было создано два одноцилиндровых двигателя Hyper №1 и Hyper № 2. В ходе работ двигатель № 1 переделали в оппозитный, добавив еще один цилиндр, в котором поршень двигался в противоположную сторону. Такой мотор считался прототипом плоского оппозитного авиационного двигателя (угол развала цилиндров 180°), который хотели разместить в полости крыла для снижения лобового сопротивления самолета.

Базируясь на результатах экспериментов с одноцилиндровыми двигателями, ведущие производители спроектировали 26 «больших» двигателей. Из них три оказались лучшими: Continental IV-1430-3, Pratt & Whitney X-1800-A3G, Pratt & Whitney X-1800-A4G. Их удельная мощность приближалась к заветной 1 (62,6 л.с./л), но другие характеристики не полностью устраивали военных. Например, мощность мотора Continental была небольшой — всего 1600 л.с., а вот удельная мощность, напротив, была высока — 60 л.с./л. Двигатели Pratt & Whitney по удельной мощности немного были хуже — 53,2 л.с./л, но их полная мощность — 2200 л.с. вполне позволяла создать истребитель с хорошими летнотехническими характеристиками. Забегая вперед, можно сказать, что полностью решить все проблемы и достичь нужных характеристик конструкторам этих трех двигателей так и не удалось, а сам проект гипердвигателя закрыли.

ХР-54 (per. № 11210) в одном из первых испытательных полетов

Самолет №11210 с доработанными килями и закрепленной на нем нивелировочной рамой

Второй опытный экземпляр ХР-54 (per. № 11211)

Выделяя средства на разработку новых истребителей, военные хотели, чтобы они превосходили все существовавшие самолеты такого класса в скорости, скороподъемности и вооружении. Особое внимание разработчиков обращалось на обеспечение хорошего обзора из кабины, низкую стоимость и простоту обслуживания машины. Серийное производство истребителей планировалось начать в 1941-42 финансовом году.

Конкурс эскизных проектов[* В результате этого конкурса был принят на вооружение знаменитый истребитель P-47 Thunderbolt.] стартовал 7 августа 1939 г. 13 сентября было объявлено, что конкурсная комиссия отобрала проекты трех фирм: Curtiss-Wright, Republic и Douglas. Однако Douglas отказалась от дальнейшей работы, и третья часть выделенных на конкурс денег осталась невостребованной.

Не желая отдавать эти деньги в пользу других видов Вооруженных Сил, командующий USAAC генерал Генри Арнольд (Henry Н. Arnold) обратился в Министерство обороны за разрешением использовать «сэкономленные» средства на разработку перспективного истребителя с высокими летно-техническими характеристиками. В результате родился документ R40C, в котором излагались основные требования к самолету будущего. Предложение Арнольда одобрили 9 февраля 1940 г., и уже 20 февраля требования R40C разослали на семь авиационных фирм.

Конкурсная комиссия, находясь под впечатлением от фантастических экспонатов Всемирной выставки, решила ничем не ограничивать фантазию конструкторов, и те могли применять любые аэродинамические компоновки и схемы. В результате, на свет появились удивительные конструкции, которые даже сегодня изумляют своим необычным видом.

15 мая 1940 г. в адрес технической комиссии USAAC пришло 25 аванпроектов. Через пять дней напряженной работы комиссия определила победителей. Ими оказались фирмы: Vultee — с самолетом Model 84 (в будущем — ХР-54), Curtiss- Wright — CW24 (ХР-55) и Northrop — N2B (ХР-56). 31 мая комиссия приняла решение о постройке прототипов самолетов- победителей. Конструкторам рекомендовали использовать на своих истребителях двигатели, разработанные по программе «Гипер»: на Curtiss-Wright CW24 установить Continental IV-1430-3, на Northrop N2B — Pratt & Whitney X-1800- A3G, а на Vultee Model 84 — Pratt & Whitney X-1800-A4G. Независимо от типа мотора на всех истребителях должны были стоять два толкающих соосных винта.

Проект Model 84 разработала группа инженеров Vultee под руководством Ричарда Палмера (Richard Palmer). Этот истребитель считался фаворитом конкурса R40C. И неудивительно, ведь двухбалочный самолет на фоне двух других машин выглядел весьма консервативно, что импонировало конкурсной комиссии. Хотя подробное изучение самолета показывало, что первое впечатление было ошибочным.

Самолет имел двухлонжеронное W-образное крыло («перевернутая чайка»). Это позволяло уменьшить высоту шасси почти в два раза и сохранить зазор между винтом и ВПП, необходимый для обеспечения взлетного угла атаки. Тонкие балки хвостовой части крепились к лонжеронам крыла в месте «излома», разделяя его на центроплан и две консоли. Центроплан представлял собой так называемое «эжекторное крыло», которое было изобретено аэродинамиками NACA. Его передняя кромка по всему размаху имела узкий воздухозаборник для радиаторов системы охлаждения силовой установки. Пройдя через него, воздух попадал в систему эжекторов — труб, которые направляли его к радиаторам и двигателю. Отработанный поток выходил снизу, из щели между обшивкой крыла и верхней поверхностью посадочного щитка. Незначительные отклонения щитка позволяли регулировать эффективность системы охлаждения. Форма диффузоров на входе в эжекторы и патрубков на выходе выбиралась таким образом, чтобы в полете «эжекторное крыло» существенно снижало аэродинамическое сопротивление. К тому же машина полностью лишилась выступающих в поток деталей системы охлаждения.