Проект бомбардировщика-летающей лодки Ту "504" (СССР. 1950-1953 год)
Jun. 25th, 2014 at 3:01 PM
В ходе работ над самолетом "85" в ОКБ А.Н.Туполева в начале 50-х годов на его базе проработали несколько вариантов развития базовой конструкции, в том числе и несколько целевых вариантов, значительно отличавшихся от исходного проекта. Одним из последних проектов ОКБ, который базировался на самолете "85", стал проект "504" - проект межконтинентальной летающей лодки-бомбардировщика ...
1
Поисковые работа по самолету "504" велись в период с 1950 г по 1953 г силами Бригады проектов ОКБ завода N 156 и ЦАГИ. В ОКБ эти работы возглавлял начальник Бригады проектов Б.М.Кондорский. Непосредственно темой в бригаде занимались В.А.Стерлин, Г.А.Черемухин (в будущем ведущие аэродинамики фирмы "Ту"). Принятое цифровое обозначение для проекта - "504" было внутренним для ОКБ и для бригады и расшифровывалось как четвертый проект 1950 года по Бригаде проектов ОКБ завода N 156.
Причины, лежавшие в обращении к межконтинентальной летающей лодки-бомбардировщику, были следующие.
Межконтинентальные стратегические бомбардировщики разрабатывавшиеся в ОКБ в конце 40-х начале 50-х годов (проекты по теме создания Ту-85) имели боевой радиус действия 5000-6000 км, что было все таки недостаточно для нанесения гарантированного удара по США, с учетом противодействия ПВО, маневрирования на маршруте и т.д. Проблема могла быть решена введением дозаправки топливом в полете. Однако трудности дозаправки самолета в воздухе на обратном пути, с учетом реальных технических и тактических возможностей того периода: сложность точного выхода самолета-бомбардировщика и танкера в зону заправки, с учетом усталости экипажа после длительного полета и выполнения боевой задачи, а также отсутствие соответствующей навигационной аппаратуры, навели на мысль отечественных авиационных специалистов и военных аналитиков использовать для дозаправки подводные лодки-танкеры, предварительно развернутые в акваториях Тихого и Атлантического Океанов. В качестве ударной компоненты системы было предложено использовать летающую лодку, спроектированную с использованием основных агрегатов разрабатываемых межконтинентальных стратегических бомбардировщиков, в частности, самолета "85". В ходе проектирования встал вопрос сравнения возможностей сухопутного и морского вариантов самолета "85". Так в начале 50-х годов перед ОКБ встала задача разработки гигантской летающей лодки-бомбардировщика. Эта была первая работа ОКБ по гидросамолету после пятнадцатилетнего перерыва после создания АНТ-44 (МТБ-2). Следует отметить, что в прошлом, несмотря на большой объем работ проведенных в ЦАГИ под общим руководством А.Н.Туполева в 20-е и 30-е годы по тяжелым летающим лодкам, особенных успехов ЦАГИ в этой области, по причинам различного порядка, достигнуть не удалось. Летающая лодка МДР-2 (АНТ-8) осталась в одном эксперементальном экземпляре, оригинальная по своей схеме тяжелая летающая лодка МК-1 (АНТ-22) к моменту завершения испытаний и доводок безнадежно устарела по своим ЛТХ и не была принята к серии и на снабжение авиации флота, капитальная переделка опытной летающей лодки Четверикова МДР-3 в МДР-4 (АНТ-27) строилась небольшой серией и была принята на вооружение, но быстро устарела и в вскоре снимается с эксплуатации. Во второй половине 30-х годов в ОКБ А.Н.Туполева под руководством А.П.Голубкова была предпринята попытка спроектировать тяжелую летающую лодку класса морской дальний разведчик, конструктивные и компоновочные решения проекта которой основывались на американской летающей лодки Мартин М-156, работы по этому проекту по разным причинам не вышли из стадии предварительных проработок. Проект МТБ-2 (АНТ-44) стал наиболее совершенным из серии предвоенных туполевских летающих лодок, по многим параметрам отвечавший самым высоким мировым стандартам, предъявлявшимся к самолетам подобного класса. АНТ-44 построили в двух опытных экземплярах (второй в амфибийном), провели испытания и доводки, но серии и принятия на вооружение не было, стране на кануне Второй мировой войне в срочном порядке требовались для перевооружения ВВС РККА современные боевые самолеты сухопутного базирования и запускать в серию и окончательно доводить МТБ-2 не стали.
Таким образом, к началу 50-х годов в разработке летающих лодок в ОКБ возник большой научно-теоретический и практический провал, который необходимо было, прежде чем приступать к работам над проектом, ликвидировать. В Бригаде проектов и в ЦАГИ началось скурпулезное изучение зарубежного опыта по тяжелым летающим лодкам, с привлечением всего того, что было накоплено к этому времени по этой проблеме в отечественном самолетостроении.
Для правильной оценки аэродинамических характеристик были проверены на моделях в трубе Т-102 ЦАГИ связи между геометрическими формами корпуса гидросамолета, были найдены физические толкования этих зависимостей. Так, например, было показано, что несущая способность днища лодки (за счет скул) в два раза больше обычного фюзеляжа, что интерференция крыла и днища практически не зависит от расстояния между ними, что сопротивление редана не зависит от угла атаки, что форма редана в плане не влияет на его аэродинамическое сопротивление и что сглаживание скул за реданами заметно влияет на уменьшение сопротивления. Эти зависимости, наряду с изучением требований гидродинамики, позволили совместно с ЦАГИ, разработать проект корпуса лодки, отвечавший требованиям и аэродинамики и гидродинамики.
В июле 1950 г Бригада проектов ОКБ получает конкретное задание от А.Н.Туполева рассмотреть проект летающей лодки на базе самолета "85", со следующими основными ЛТХ: полетная масса - 90000 кг, мощность двигателей - 4 х 4500 л.с, бомбовая нагрузка - 6000 кг, экипаж - 12 чел, стрелково-пушечное вооружение - 10 пушек калибра 23 мм (НР-23), максимальная скорость на высоте 10000 м - 645 км/ч, дальность полета с 6000 кг бомб - 8200 км.
Предварительное проектирование подтвердило, что из сухопутных самолетов ближе всех под эти данные подходил самолет "85" с двигателями АШ-2К, который и был выбран для дальнейших работ в качестве базового. Проведенные расчеты, основанные на материалах гидродинамических испытаний моделей летающей лодки АНТ-44 и на зарубежных материалах по аэродинамике и гидродинамике летающих лодок, спроектированных в конце 30-х и в 40-х годах, показали, что летающая лодка с крылом и силовыми установками самолета "85" может иметь заданные дальности, массу и бомбовую нагрузку, но не может обеспечить заданной скорости полета, так как этой скорости только-только удовлетворял самолет "85" со значительно лучшей аэродинамикой. Максимально на что можно было рассчитывать, так это на скорость 580 км/ч над целью. С двигателями АШ-2К и с существовавшим крылом предельная взлетная масса могла быть равна 104000 кг, а длина разбега при взлетной массе 90000 кг составляла бы 2300 м, при массе 100000 кг - 4000 м, при этом дальность могла быть доведена до 100000 км. Прорабатывались два варианта, отличавшиеся схемой установки крыльевых поплавков: в первом варианте поплавки, по конфигурации, повторявшие поплавки АНТ-44, устанавливались на консолях крыла и выполнялись неубирающимися, во втором варианте поплавки в полете поворачивались по размаху крыла и занимали место на законцовках крыла.
2
Первый вариант летающей лодки под двигатели АШ-2К (АШ-4), на основании замеров сохранившейся тактической модели самолета "504", должен был иметь приблизительно следующие основные геометрические размеры: размах крыла - 56 м, длина самолета - 44 м и высота самолета - 12 м.
В ходе работ по проекту "504" был выполнен большой объем работ по различным формам реданной части фюзеляжа, по ее гидродинамическому и аэродинамическому совершенству. В последствие эти наработки ЦАГИ использовало при проектировании реактивных летающих лодок Бе-10 и Бе-12. В ходе проработки проекта "504" предлагались проекты летающей лодки с четырьмя двигателями ТВД-1, затем ТВ-12, при сохранении исходной схемы многомоторного самолета с прямым крылом (аналогичные проекты замены поршневых силовых установок на силовые установки С ТВД рассматривались также и по базовому проекту "85"). За исходный самолет, на основании ранее проведенных расчетов, в ОКБ приняли самолет с прямым крылом, взятым от самолета "85", но с четырьмя турбовинтовыми двигателями типа ТВ-12, под которые строился второй опытный экземпляр "95/2". Максимальная проектная взлетная масса при этом достигала 130 т, увеличились скорости и дальности полета. Обводы корпуса лодки строились следующим образом: поперечная килеватость у первого редана соответствовала АНТ-44 - 22 град 30 мин; распределение поперечной килеватости от носа до первого редана и радиусы закругления скул в соответствии с американскими рекомендациями (от августа 1950 г); поперечная килеватость за первым реданом постоянная, равная 22 град 30 мин; редан полностью закапотированный прямой со сглаженными за ним скулами; удлинение корпуса равнялось десяти. По этим исходным расчетным обводам в 12-й лаборатории ЦАГИ выполнили серию тяжелых парафиновых моделей лодок (шифры 257, 257а, 257б, 257в, 257г, 257д, 257ж, 257з, 257и, 249а), которые отличались друг от друга различными па раметрами обводов лодки. В течение 1952 года на этих моделях в ЦАГИ был проведен большой объем аэрогидродинамических испытаний, целью которых было определение наиболее оптимальных параметров обводов лодки. Одновременно проводились испытания динамически подобной модели (шифр 258а), построенной по обводам модели 257з. На основании этих испытаний были приняты для дальнейшего проектирования следующие общие рекомендации по путям повышения аэрогидродинамического качества корпусов летающих лодок. Отмечалось, что для уменьшения аэродинамического сопротивления необходимо капотировать редан с одновременным сглаживанием скул за первым реданом, с другой стороны, как показали гидродинамические испытания, это мероприятие на гидродинамическое сопротивление не влияет и мало влияет на устойчивость глиссирования. Делался вывод, что капотирование редана в сочетании со сглаживанием скул за реданом является одним из основных путей снижения аэродинамического сопротивления лодки. Эксперименты с моделями показали, на эксплуатационных углах атаки большую часть сопротивления создает дореданная (носовая) часть лодки, из-за большой зоны давления в начале дореданной части и из-за влияния профилировки дореданной части днища на общее обтекание корпуса. Эта зона давления и это отрицательное влияние в значительной степени могли быть уменьшены за счет распрямления боковой линии скул и уменьшения угла между ней и направлением полета. Одновременно это мероприятие способствовало уменьшению гидродинамического сопротивления, улучшению брызгообразования и расширению зоны устойчивости при беге по воде. Таким образом, распрямление скул должно было стать одним из наиболее эффективных путей увеличения аэрогидродинамического совершенства корпуса лодки.
Мощные, сильно отогнутые, скулы являлись одной из причин обособленного обтекания днища лодки, отличающего ее обтекание от обычного фюзеляжа и вызывающего сильное увеличение давлений в носовой части днища и разряжений по бортам лодки. Уменьшение скул приведет к уменьшению аэродинамической эффективности днища, а следовательно и снижению аэродинамического сопротивления. Одновременно, уменьшение скул до некоторого предела вызывало резкое улучшение брызгообразования, при весьма незначительном ухудшении гидродинамического сопротивления. Делался вывод, что размер скул надо выбирать минимальным из условия брызгообразования и гидродинамического спротивления, при этом в значительной степени могло быть снижено аэродинамическое сопротивление.
Подъем межреданной части (увеличение угла продольной килеватости) способствовало уменьшению гидродинамического сопротивления и подъему верхней границы устойчивости и при условии сглаживания за реданом скул могло не вызвать заметного увеличения аэродинамического сопротивления, т.е. также могло стать одним из возможных путей улучшения аэрогидродинамичеких качеств лодки. Мероприятия по изменению эффективности второго редана и изменение углов поперечной килеватости у первого редана, хотя и уменьшали гидродинамическое сопротивление, но их рекомендовалось применять, исходя из соображений допустимой перегрузки при посадке и допустимых углов бега при взлете и посадке. Увеличение углов поперечной килеватости в начале носовой части и непосредственно за первым реданом должно было стать действенным средством расширения зоны гидродинамической устойчивости.Таковы, вкратце, были пути по совершенствованию аэрогидродинамического совершенства летающих лодок, полученные в результате исследований по прграмме создания самолета "504".
Летом 1953 года бригада проектов ОКБ подготовила серию докладов-отчетов по теме "504", в которых обобщался опыт трехлетней работы над эти необычным проектом. В них проводились не только материалы конкретных весьма объемных теоретических и лабораторных исследований, но приводились взгляды разработчиков на проблемы и пути развития тяжелых летающих лодок. В частности в этих материалах говорилось следующие:
"Как известно сухопутная авиация за последнее время, получив реактивные и турбовинтовые двигатели, увеличила скорость полета в два раза, как за счет мощности, так и за счет увеличения нагрузок на крыло, применения стреловидных крыльев и т.п. Естественно, что гидроавиация стремится насколько возможно поднять свою скорость, чтобы уменьшить разрыв в скорости с сухопутными самолетами, который тем более "пагубен" для гидроавиации, что надежность современных двигателей дает возможность сухопутным самолетам совершать длительные полеты над водными пространствами. Однако, увеличение скоростей неизбежно связано с увеличением посадочной скорости, с необходимостью уменьшать миделя и т.п. Увеличение скорости гидросамолета только за счет мощности двигателей приведет из-за весов к резкой потере дальности в сравнении с сухопутными самолетами.
Одним из путей снижения сопротивления гидросамолета является увеличение удлинения корпуса лодки. Действительно, увеличение удлинения позволяет при неизменном объеме корпуса уменьшить площадь миделя, увеличить относительную высоту корпуса, что снижает величину Сх, уменьшить ширину лодки, что уменьшает перегрузки при посадке, а это особенно важно. Увеличение посадочной скорости вызывает резкое увеличение перегрузок при посадке ибо с ростом посадочной скорости вода становится все более и более "твердой"."
Далее давались рекомендации по наиболее оптимальному выбору параметров лодки по условиям требований гидродинамики и аэродинамики на основании исследований в гидроканале и аэродинамических трубах ЦАГИ, проведенных по прграмме работ по проекту "504" в 1951 -1953 годах. В заключение отмечались общие направавления улучшения аэрогидродинамических характеристик больших летающих лодок и оценивались их дальнейшие перспективы:
На основании изложенного можно сделать следующие выводы:
1) Наиболее эфективным путем улучшения аэрогидродинамических характеристик лодки из исследованных нами, является распрямление боковой линии скул и даже, по-видимому, некоторая кривизна выпуклостью вверх должна быть полезной. Действительно, этот путь ведет к снижению аэродинамического сопротивления, уменьшению интенсивности брызгообразования и расширению зоны устойчивости.
2) Капотирование редана совместно со сглаживанием скул, надо считать одним из основных путей снижения аэродинамического сопротивления.
3) Подъем межреданной части, как за счет увеличения высоты редана, так и за счет увеличения угла продольной килеватости, при соответсвующих капотировании редана и сглаживании скул, является одним из основных путей снижения сопротивления при глиссировании и расширения области устойчивости.
4) Серьезное внимание должно быть обращено на правильный выбор размера скул, чтобы обеспечить умеренное брызгообразование."
В ходе исследований изучалось взаимное влияние крыла и фюзеляжа-лодки (интерференция), в зависимости от взаимного расположения крыла и элементов лодки. Был сделан вывод о том, что интерференция между крылом и днищем лодки по своей величине незначительна, однако влияние днища на общее обтекание фюзеляжа-лодки таково, что вызывает увеличение интерференции.
Подитоживая проделанную работу отмечалось:
"Все изложенные выше рекомендации и объяснения касались построения корпуса лодки с винтовыми силовыми установками, где требуется значительное расстояние от воды до оси двигателей. Совершенно иная картина построения корпуса реактивной лодки, где нет необходимости столь высоко поднимать двигатель над поверхностью воды, где компоновка приближается к сухопутному высокоплану. Но установившейся компоновки здесь нет, она только начинает создаваться, опираясь на старые компоновки, постепенно переходя к более рациональным с учетом использования двигателей без винтового движетеля, вплоть до использования водных лыж и подводных крыльев, убирающихся в фюзеляж подобно шасси сухопутного самолета. По всей вероятности будущие гидросамолеты с винтовыми двигателями будут иметь корпуса большого удлинения, прямую линию скул, капотированный со сглаженными скулами редан и сильно увеличенную продольную килеватость. Реактивные самолеты будут представлять собой герметизированные сухопутные самолеты, колеса шасси которых будут заменены лыжами, либо подводными крыльями. В этом направлении сейчас надо продолжать начатую нами работу по исследованию современных форм гидросамолетов."
Многое, что отмечалось и рекомендовалось в этих работах, как показало дальнейшее развитие гидросамолетостроения, нашло права гражданства в перспективных схемах гидросамолетов. Увеличились удлинения фюзеляжей-лодок, получило развитие рациональное размещение ТРД на реактивных летающих лодках (достаточно посмотреть на современные Бе-42 и Бе-200 и наиболее раннюю Бе-10), были предприняты попытки использовать лыжи и подводные крылья (эксперименты ОКБ Бериева на Бе-8 и опытный гидросамолет-истребитель Конвэр XF2Y-1) и т.д.
Работы по проекту "504" закончились в 1953 г, когда уже стролись и испытывались опытные самолеты "95", дальности полета которых должно было с лихвой хватить для полета в США. Еще раз к проектам летающих лодок в ОКБ А.Н.Туполева возвращались во второй половине 50-х годов, когда рассматривался вопрос о выдаче задания на разработку сверхзвуковой ударной летающей лодки и второй раз через полтора-два десятилетия по теме создания гигантской летающей лодки. Что-либо внятного, кроме смутных воспоминаний людей, которые что-то слышали, по этим работам пока найти не удалось.
