Arado Ar 80: 1935 жылғы прототиптік истребитель ұшағы

Кіріспе

1935 жылғы Arado ұшақ зауытының әзірлеген прототиптік истребитель ұшағы

Arado Ar 80 – Екінші дүниежүзілік соғысқа дейінгі истребитель ұшақ, ол Arado Flugzeugwerke компаниясымен Luftwaffe әуе күштерінің алғашқы ірі истребитель келісімшарты үшін жасалған. Ar 80 өнімділік жағынан көңіл көтермейтін және бірнеше техникалық бұзушылықтарға ұшырады. Ақырында бәйгеде Messerschmitt Bf 109 жеңіске жетті, ал Ar 80 прототиптері сынақ ұшақтары ретінде қызметін аяқтады.

Жобалау және әзірлеу

1933 жылдың ақпанында нацистер билікке келгеннен кейін, Люфтваффе күштерін күрт кеңейту жоспары іске асырылды. Жаңа және саяси маңызы зор Рейхслюфтфартминистері (RLM) ірі өнеркәсіптік фирмалардың ынтымақтастығын талап етті, құрылыс жұмыстарын мүмкіндігінше құпия ұстады. Эрих Серно мен Феликс Вагенфюгер басшылығымен Арадо Flugzeugwerke ұшақтарды жобалаудан бас тартып, басқа компаниялар үшін өндіріс орталығына айналды. Дегенмен, компания Ar 65 екіұшақты ұшағын аяқтаған болатын. Ar 65 үшін бірнеше тапсырыс берілді, сондай-ақ Ar 68 үлгісіне де тапсырыс жасалды. Бұл Арадоны нақты ұшақ жобалау тәжірибесі бар сирек компаниялардың біріне айналдырды және олар болашақ даму үшін қарастырылды. 1933 жылы RLM-нің техникалық бөлімі Технический Amt әуе шайқасының болашағына қатысты бірқатар зерттеу жобаларын аяқтады. Олардың бірі – Rüstungsflugzeug IV – металлдан жасалған моноплан, бір орындық истребитель, ол сол кездегі Ar 64 және Heinkel He 51 екіұшақты ұшақтарын алмастыруға тиіс болды. Ұшақтың ең жоғары жылдамдығы 400 км/сағ болуы керек, ол 6000 м биіктікте 20 минут бойы сақталуы керек, ал ауада 90 минут бойы ұшуға қабілетті болуы керек еді. Оны жаңа Junkers Jumo 210 қозғалтқышымен жабдықтау жоспарланған. Сондай-ақ, ұшақта кемінде үш пулемет, әрқайсысы 1000 оқпен немесе 200 оқпен 20 мм-лік зеңбірек болуы керек еді. Ұшақтың қанат жүктемесі 100 кг/м²-ден төмен болуы керек, бұл оның бұрылу және көтерілу қабілетін анықтаудың бір жолы. Ұшақтың басты міндеттері – жылдамдық, көтерілу жылдамдығы және маневрлеу қабілеті, осы ретпен. Герман Геринг 1933 жылдың қазан айында "жоғары жылдамдықты курьерлік ұшақ" туралы сұрау жіберіп, 1934 жылдың мамырында R IV сұранысы ресми түрде жарияланды. Heinkel және Arado компанияларынан басқа Focke Wulf және Bayerische Flugzeugwerke де бәсекеге түсті. 1934 жылдың соңында олар үш прототипті салыстыру сынақтарына тапсыруға міндеттелді. Блум ресми түрде Арадоның жобалау директоры болғанымен, дизайнның алғашқы жұмыстарын көбінесе Ретель атқарды. Ретель монокок техникасының артықшылықтары мен кемшіліктерін жақсы білді, бірақ компания мұндай дизайнды ешқашан жасамаған және сондықтан 1932 жылдан бері He 70 Blitz дизайнында қолданған Heinkel-ге қарағанда кемшілікке ұшырады. Дегенмен, ол сәтті монокок ұшақты ғана емес, басқа компанияларда қолданылатын техникалардан гөрі жеңіл және құрастыруға оңай ұшақ жасай аламын деп ойлады. Оның шешімі ұшақтың екі жағында екі қатардан тігілген ұзын жолақтардан жасалды. Бірінші тақтайшалар шамамен С пішініне келтірілді, олардың ашық ұштарында кішкентай фланцтар болды, оларды айналма қалқаларға оңай бекітуге болады. Бұл жүйені қолдану арқылы ол ішкі құрылымның тағы бір бөлігін – әдеттегідей қалқалар арасында жүретін жіптерді жоя алды. Ол сондай-ақ екі қабатты жайманы алды-артқа оңай бүгіп алатын. Олар көз жасын шашып, негізгі жіптердің арасына дәл орналасады. Бұл жүйе "мүкемел" аэродинамикалық пішінге мүмкіндік берумен қатар, теориялық тұрғыдан жеңіл және құрастыруға оңай болды. Бұл жүйе соншалықты үміт беретін болды, сондықтан ұшақтың басқа бөліктерінің салмағы мен қаупі азайтылды, өйткені фюзеляждағы салмақ үнемдеуі өтемақысын төлеуі керек еді. Ұшақтың қалған бөлігі стандартты болды. Алдыңғы фюзеляж және ішкі қанаттар болат құбырлардан жасалған, олардың үстінен алынған алюминий жабын жабылған, сыртқы қанаттар алюминийден жасалған, үстінен алюминий, төменгі жағынан матамен қапталған. Heinkel дизайндары сияқты, қанатта қону шасси аяқтарын қысқарту үшін кері қанат бұрылысы болды, бірақ Heinkel-ден айырмашылығы, ол Гюнтер ағайындылары ұнатқан күрделі эллипстік жазық пішіннің орнына алдыңғы және артқы жиектерінде тура болды. Сыртқы қанатты құрастырушыларды сыртқы керілетін шассимен кесуді болдырмау үшін Ретель қону шассин тікелей артқа жиюға шешім қабылдады. Тік жатқанда дөңгелекті 90° бұру қажет болды, оның негізгі дөңгелегі қазіргі американдық Curtiss P 36 Hawk истребителінің дизайнындағыдай, тіректің төменгі жағында орналасқан. Бұл үшін Ретель негізгі олео тірегін үлкен түтікке орналастырды, ол қораптың төменгі алдыңғы жиегіндегі айналым нүктесіне орнатылған. Шасси жиылғанда кішкентай қол тіректің ішіндегі барысқа тартып, айналдырды.

With the Nazi rise to power in February 1933, a plan was put into place to dramatically expand the Luftwaffe. The new and highly political Reichsluftfahrtministerium (RLM) demanded that the large industrial firms cooperate, keeping construction as secret as possible. Arado Flugzeugwerke, under the direction of Erich Serno and Felix Wagenführ, largely stopped being a designer of aircraft and increasingly became a production facility for other companies. However, the company had just completed the Ar 65 biplane fighter. Several orders were placed for the Ar 65, and a follow on Ar 68 model. This made Arado one of the few companies with actual fighter design experience, and they were considered for future developments

In 1933, the Technisches Amt, the technical department of the RLM, concluded a series of research projects into the future of air combat. One of these was Rüstungsflugzeug IV for an all metal monoplane single seat fighter aircraft, replacing the Ar 64 and Heinkel He 51 biplanes then in service. The plane needed to have a top speed of 400 km/h (250 mph) at 6,000 m (19,590 ft) which it could maintain for 20 minutes, while staying in the air for a total of 90 minutes. It was to be powered by the new Junkers Jumo 210 engine. It also needed to be armed with at least three machine guns with 1,000 rounds each, or one 20 mm cannon with 200 rounds. The plane needed to keep wing loading below 100 kg/m2, which is a way of defining its ability to turn and climb. The priorities for the plane were level speed, rate of climb, and maneuverability, in that order. Hermann Göring sent out a letter in October 1933 asking for a "high speed courier aircraft" in order to start the work, and in May 1934, the actual R IV request was sent out and made official. In addition to Heinkel and Arado, Focke Wulf, and Bayerische Flugzeugwerke competed. They had to deliver three prototypes for head to head testing in late 1934. Although Blume was officially the director of design at Arado, it was Rethel who did most of the early work on the design. Rethel was well aware of the advantages and disadvantages of the monocoque technique, but the company had never built such a design and was thus at a distinct disadvantage in relation to Heinkel who had used it on their He 70 Blitz design from 1932. However he felt that he could not only design a successful monocoque aircraft, but in fact make one that was both lighter and easier to build than the techniques being used at other companies. His solution was to use two sets of skinning plates formed in long strips running front to back along the plane. The first set of plates was formed roughly into the shape of a C, which a small flange at the open ends of the C where they could be easily riveted to the hoop bulkheads. Using this system he was able to eliminate one more piece of internal structure, the stringers that would normally run between the bulkheads. He used a second set of sheets that were flat, so they could easily bend front to back. They were cut into teardrop shapes, which exactly fit into the gaps between the main stringers. Not only did this system allow for the "perfect" aerodynamic shape, but in theory it was also lighter and easier to build. The system looked so hopeful that other parts of the aircraft's design were allowed to be heavier and less risky as the weight savings in the fuselage should compensate. The rest of the plane was conventional. The forward fuselage and inner wings were formed up from steel tubing with removable aluminium sheeting over it, the outer wings were aluminium formers and skinned with aluminium on top and fabric on the bottom. Like the Heinkel designs, the wing included a reverse gull bend to shorten the landing gear legs, but unlike the Heinkel it was almost straight on the leading and trailing edges instead of the more complex elliptical planform favoured by the Günter brothers. In order to avoid cutting the outer wing formers with outward retracting gear, Rether decided to have the landing gear retract directly to the rear. To lie flat, the wheel would have to be rotated through 90° as it retracted, with its mainwheel resting atop the lower end of the strut as with the contemporary American Curtiss P 36 Hawk fighter design. To do this, Rethel placed the main oleo strut inside a larger tube that was mounted to the pivot point on the lower leading edge of the box spar. As the gear retracted a small arm would pull on a lever mounted to the oleo, turning the leg inside the larger tube.

Үлгілер мен сынақтар

Дизайн, қазір Ar 80 деп танылған, Ретельдің көмегінсіз аяқталды; ол 1934 жылы компанияны тастап, BFW-ға қосылды, ал Блюме жобаны басқарды. Ұшақ Jumo 210 қозғалтқышымен жабдықталуы тиіс еді, ол екі лопасты ағаш винтті тұрақты қадаммен қоздыратын еді. Дегенмен, бұл қозғалтқыш жарыс аяқталуға тиіс болғанға дейін дайын болмайтын болды, сондықтан барлық қатысушылар орынды толтыру үшін басқа қозғалтқыштар іздеді. Осы жағдайда Arado артықшылыққа ие болды, өйткені олар өздерінің Ar 67 жобасында пайдалану үшін 391 кВт (525 л.с.) Rolls Royce Kestrel VI қозғалтқышын сатып алған еді. Қозғалтқыштың суперзарядтау мүмкіндігі оптималды болмады, бұл Ar 67 үшін нашар өнімділікке әкелді. V1 прототипі алғаш рет 1935 жылдың көктемінде ұшты, бұл жарысқа қатысқан алғашқы ұшақтардың бірі болды. Алайда, компанияның сынақ ұшқыштарының бірі бірнеше аптадан кейін төмен биіктікте басқаруды жоғалтты, және V1 жарамсыз деп жарияланды. Шасси осы қысқа апталар ішінде нақты проблема болып шықты. Ол кері тартылғанда жартылай жабылып қалатын, бірақ сәтті қону үшін төменгі күйге оралатын. Мәселені табуға жасалған көптеген әрекеттер сәтсіз аяқталды, ұшақты ангардағы тіреулерге қойғанда ол әрқашан мінсіз жұмыс істеді. Соңында, ұшу кезінде тіректің алдыңғы жағындағы ауа қысымы оның түтігіндегі олеоның тұншықтығын тудыратыны және оның айналуына кедеріс келтіретіні анықталды. V1 құрылысы кезінде тағы бір мәселе анықталды, Ретельдің монококк техникасы күткеннен әлдеқайда ауыр болып шықты. Бұл жобаның өзіндегі мәселелердің салдары болды; өйткені қаптамалар ұшақтың ұзындығы бойынша созылғандықтан, олар ұшақтың ең жуан бөлігі сияқты жуан болуы керек еді. Көбінесе дәстүрлі конструкциялар әртүрлі жерлерде жеңіл немесе ауыр қалыңдықтарды қолдана алады. Алайда, басты мәселе - жоба күткеннен әлдеқайда көп түйреуіштерді қажет етті, нәтижесінде ұшақтың салмағы артық болды. V2 аяқталуы асығыс болды, бірақ Jumo әлі де қол жетімді емес еді. Конкурсқа қатысушыларға нақты қозғалтқыш беру үшін RLM Rolls Royce He 70 ұшағын 518 кВт (695 л.с.) қуаты бар төрт Kestrel V қозғалтқышына айырбастады. V, VI-мен бірдей негізгі қозғалтқыш болғанымен, ол суперзарядтау жағынан жақсырақ болды және сол кездегі ең қуатты қатарлы қозғалтқыш болды. Әртүрлі компаниялар осы қозғалтқыштарға қол жеткізу үшін прототиптері үшін күшті бәсекелестікке түсті. BFW екі, Arado және Heinkel бір-бір, ал Focke Wulf мүлдем алмады, бұл болашақ нәтиже туралы белгілі бір көзқарас береді. V2 1937 жылдың күзінде Kestrel қозғалтқышымен аяқталды және компаниялық сынақтар басталды. Тағы да, шасси мәселе туғызды. Блюме барлық проблемаларды Ретельге жүктеді, ол әрқашан дизайнға күмәнмен қарағандығын атап өтті. Ол тұрақты шассидің жұмыс істеу проблемалары оның жеңіл салмағымен өтеледі деп шешті, содан кейін Ar 80 олардың әртүрлі биплан конструкцияларында қолданылатын жақсы сыпырылған және қапталған шасси жиынтығын пайдалануға қайта оралды. Бұл өзгеріске бірнеше ай кетті. Тұрақты шасси күткендей салмақты үнемдемеді және ұшақтың бос салмағы 16 кг (3590 фунт) жобалық салмақтан 16% артық болды. Толық жүктелгенде, ұшақтың салмағы қарусыз болса да 2100 кг болды, бұл оны Kestrel V қозғалтқышымен де жеткіліксіз етті. Сондай-ақ, қарсылық күші күтілгеннен жоғары болды. Нәтижесінде, ұшақтың өнімділігі өте көңіл көншілсіз болды, ол 410 км/сағ (255 миль/сағ) жылдамдыққа ғана жетті. 1936 жылдың басында Jumo қозғалтқыштары келді. 210 қозғалтқышының ұшу қуаты Kestrel-ге қарағанда төмен болды, бірақ биіктіктегі өнімділігі салыстырмалы болды. Бұл қозғалтқышпен жоғары биіктікте жылдамдық артты, бірақ төменгі деңгейдегі жылдамдық пен көтерілу қабілеті төмендеді. Arado тұрақты жылдамдықты винт орнату екеуін де арттырады деп, жылдамдықты сағатына 425 км/сағ дейін көтереді деп мәлімдеді, бірақ бұл ұшақ жарысқа жіберілгенге дейін жасалмады. Ar 80 ұшағы алғашқы ұшқан ұшақтардың бірі болғанымен, шасси және қозғалтқышпен туындаған мәселелер оны ұшақтарды ұшып әкету үшін соңғылардың бірі етті. Ол 1936 жылдың 8 ақпанында Травемундеге жеткізілді, кейін наурыз айында Рехлин Ларц әуеайлағында қалған ұшақтармен кездесу үшін көшті. Ұшақтың Heinkel және BFW конструкцияларына қарсы ешқандай мүмкіндігі жоқ екені барлық уақытта айқын болды, бұл факт Arado-ға бір айдан кейін ресми түрде хабарланды. Осы уақытқа дейін V3 аяқталды. Салмақты үнемдеу үшін конструкциядан құс қанаты алынып тасталып, оның орнына "жатық" қанаты орнатылды, бұл сәл ұзын тіреу аяқтарын қажет етті. Сондай-ақ, ол тұрақты жылдамдықты винті бар Jumo 210C қозғалтқышын орнатты, бұл жылдамдықты 410 км/сағ (255 миль/сағ) дейін арттырды. RLM бұл жобадан бас тартқандықтан, ұшақ сынаққа жіберілмеді, орнына Arado зауытында ангарда сақталды. 1937 жылы V3 бірнеше эксперименттер үшін ұшатын сынақ платформасы ретінде қайта жандандырылды. Ол ұшқыштың артында бақылаушы үшін екінші орынмен және жабық кабинамен жабдықталды. Ұшақ алғаш рет 20 мм зеңбіректің спиннер арқылы атуын сынау үшін пайдаланылды, бұл оны зеңбірекпен жабдықталған алғашқы неміс истребителі етті. Бұл жүйе, "motorkanone" деп аталды, бірінші дүниежүзілік соғыста 37 мм зеңбірекпен жабдықталған француз SPAD S. XII ұшағымен пионер болған қару форматтарының бірі, соғыс кезінде көптеген неміс қатарлы қозғалтқышты истребительдерінің стандартты ерекшелігіне айналды. 1938 жылы V3 қайтадан қайта құрылды, бұл жолы Arado өздерінің Ar 198 және Ar 240 ұшақтарында пайдалануды жоспарлаған жаңа Fowler Flap дизайнын сынау үшін. Сынақтар көрсеткендей, қанаттағы көтерілу үлесімдік радикаль түрде өзгеретіндей қанаттың тиімділігі өте жоғары болды, сондықтан жақсартылған жағдайға түсіру үшін қосымша өзгеріс енгізілді. Бұл формада сынақтар біраз уақытқа созылды, нәтижесінде "Arado саяхаттайтын қанаттары" және "Arado қондыру қанаты" пайда болды.

The design, now known as the Ar 80, was completed without the aid of Rethel; he left the company in 1934 to join BFW leaving Blume in charge of the project. The plane was designed to mount the Jumo 210 engine, driving a wooden two blade fixed pitch propeller. However, this engine was not going to be ready until the contest was supposed to be over, so all of the contestants looked for other engines to fill the hole. In this case Arado proved to have the advantage, as they had already purchased a 391 kW (525 hp) Rolls Royce Kestrel VI engine for use on their Ar 67 design. The engine had less than optimal supercharging which led to poor performance for the Ar 67. The V1 prototype first took to the air in the spring of 1935, one of the first of the planes in the contest to do so. However, one of the company test pilots lost control at low altitude only weeks later, and V1 was written off. The landing gear had already proven to be a real problem in these few short weeks. It continued to stick half closed when retracted, although luckily it returned to the down position for landing. Repeated attempts to find the problem were fruitless, when they put the plane on blocks in the hangar it would always work flawlessly. Eventually, it was found that the air pressure on the front of the strut in flight made the oleo jam in its tube so it couldn't rotate. Another problem discovered during construction of the V1 was that Rethel's monocoque technique in fact turned out to be much heavier than expected. Some of this was a problem in the actual design; since the sheets ran the length of the plane, they had to be as thick as the thickest point on the entire plane. More traditional designs could use lighter or heavier gauges in various places. The main problem, however, was that the design required considerably more rivets than expected, and as a result the plane was overweight. V2 was rushed to completion but the Jumo was still unavailable. In order to give the contestants some sort of realistic engine, the RLM had traded Rolls Royce an He 70 for four 518 kW (695 hp) Kestrel V engines. Although the V was the same basic engine as the VI, it had much better supercharging and was in fact the most powerful inline engine of the day. The various companies competed heavily for access to these engines for their prototypes. Perhaps some idea of the future outcome can be seen in the fact that BFW received two, Arado and Heinkel one each, and Focke Wulf none at all. V2 was completed with the Kestrel by autumn of 1937, and started company testing. Once again, the gear proved to be a problem. Blume immediately blamed all of the problems on Rethel, after noting that he was always skeptical of the design. He decided that the performance problems of having fixed gear would be offset by its lighter weight, and the Ar 80 then reverted to using a well spatted and faired set of gear similar to those used on their various biplane designs. Several months were lost in the conversion. The use of the fixed gear didn't save as much weight as expected and the plane was still 16% over the design weight at 1,630 kg (3,590 lb) empty. Fully loaded the plane was 2,100 kg (4,630 lb) even without armament, which made it underpowered even with the Kestrel V. Drag was also higher than expected. Thus, the plane proved to have very disappointing performance, reaching only 410 km/h (255 mph). In early 1936, the Jumo engines finally arrived. The 210 had even less takeoff power than the Kestrel, but its altitude performance was comparable. Speed did increase with this engine at higher altitudes, but low level speed and climb performance both dropped. Arado argued that the fitting of a constant speed propeller would boost both, with the speed climbing to 425 km/h (264 mph), but this was not attempted before the plane was sent off to the contest. Although the Ar 80 had been one of the first planes to fly, the continued problems with the gear and engine supply meant it was one of the last to arrive for the head to head fly off. It was delivered to Travemünde on 8 February 1936, and later moved to meet the rest of the planes at Rechlin Lärz Airfield in March. It was clear all along that the plane had no chance against the Heinkel and BFW designs, a fact that Arado was made officially aware of after only one month. By this point, V3 was already finished. In order to try to save weight, the design had removed the gull wing and replaced it with a "flat" one, requiring slightly longer gear legs. It also mounted the Jumo 210C with the constant speed propeller, which boosted speed to 410 km/h (255 mph). By this time, the RLM had already given up on the design, so the plane was not sent for testing and instead hangared at the Arado plant. In 1937, the V3 was resurrected as a flying testbed for several experiments. It was fitted with a second seat behind the pilot for an observer, and also added an enclosed canopy. The plane was first used for testing a 20 mm cannon firing through the spinner, making it the first German cannon armed fighter. This system, called the "motorkanone" an armament format pioneered with the 37 mm cannon armed French SPAD S. XII in World War I would become a standard feature of most German inline engined fighter designs during the war. In 1938, the V3 was rebuilt once again, this time to test a new Fowler Flap design Arado was intending to use on their Ar 198 and Ar 240. Testing showed that the flap was so effective that the lift distribution along the wing changed radically, so a further modification was added to "droop" the ailerons along with the flaps. Testing continued for some time in this form, resulting in the "Arado traveling aileron" and "Arado landing flap".