Британский сверхзвуковой проект 1942 года: Miles M.52

Введение

1942 Британский проект сверхзвукового реактивного самолета

Miles M.52 был проектом сверхзвукового исследовательского самолета с турбореактивным двигателем, разработанным в Соединенном Королевстве в середине 1940-х годов. В октябре 1943 года компания Miles Aircraft получила контракт на производство самолета в соответствии со спецификацией Министерства авиации E.24/43. Программа была чрезвычайно амбициозной для своего времени, целью которой было создание самолета, способного достигать скорости не менее во время горизонтального полета, и включала в себя значительный объем передовых аэродинамических исследований и инновационных конструкторских разработок. До 1945 года все работы по проекту проводились в обстановке строжайшей секретности. В феврале 1946 года программа была прекращена новым лейбористским правительством Клемента Эттли, предположительно из-за бюджетных ограничений, а также из-за сомнений некоторых чиновников министерства в практичности создания сверхзвуковых самолетов. В сентябре 1946 года существование проекта M.52 стало известно общественности, что вызвало критику решения и требования предоставить официальное объяснение причин его прекращения. Министерство снабжения вызвавшей споры образом решило исследовать конструкцию с использованием шести различных конфигураций крыла и органов управления, но в виде серии беспилотных ракетных моделей в масштабе 30%, а не полноразмерного пилотируемого самолета. Контракт был заключен с Vickers, а не с Miles. Модели запускались с модифицированного самолета-носителя de Havilland Mosquito. Модель с конфигурацией крыла и органов управления M52 достигла скорости 1,38 Маха в контролируемом трансоническом и сверхзвуковом горизонтальном полете, что было уникальным достижением для того времени и обеспечило "частичное подтверждение аэродинамических характеристик M.52, на основе которых была создана модель". До полета уже было принято решение о закрытии программы. Работы по созданию форсажной камеры для турбореактивного двигателя Power Jets W. B.2/700 также были отменены, а Power Jets была включена в состав Национального газотурбинного института. По словам высокопоставленных сотрудников Miles, конструкция и результаты исследований, полученные в рамках проекта M.52, были переданы американской компании Bell Aircraft и использованы при создании их Bell X-1, экспериментального самолета, преодолевшего звуковой барьер.

The Miles M.52 was a turbojet powered supersonic research aircraft project designed in the United Kingdom in the mid 1940s. In October 1943, Miles Aircraft was issued with a contract to produce the aircraft in accordance with Air Ministry Specification E.24/43. The programme was highly ambitious for its time, aiming to produce an aircraft capable of a speed of at least during level flight, and involved a very high proportion of cutting edge aerodynamic research and innovative design work. Until 1945 all work on the project was undertaken with a high level of secrecy. In February 1946, the programme was terminated by the new Labour government of Clement Attlee, seemingly due to budgetary reasons as well as the disbelief of some ministry officials regarding the practicality of supersonic aircraft. In September 1946 the existence of the M.52 project was revealed to the general public, leading to criticism of the decision and calls for an official explanation of why the project had been terminated. The Ministry of Supply controversially decided to investigate the design with six different configurations of wing and control surfaces, but as a series of unmanned rocket powered 30 per cent scale models instead of a manned full scale aircraft. The contract was awarded to Vickers rather than Miles. The models were air launched from a modified de Havilland Mosquito mother ship. A model with the M52 configuration of wing and control surfaces achieved Mach 1.38 in controlled transonic and supersonic level flight, a unique achievement at that time and which provided "some validation of the aerodynamics of the M.52 upon which the model was based". Prior to the flight the decision had already been made to terminate the programme. Work on the afterburning version of the Power Jets W. B.2/700 turbojet was also cancelled, and Power Jets was incorporated into the National Gas Turbine Establishment. According to senior figures at Miles, the design and the research gained from the M.52 was shared with the American company Bell Aircraft, and that this was applied to their own Bell X 1, the experimental aircraft which broke the sound barrier.

Предыстория

До Второй мировой войны в авиационной отрасли преобладало мнение, что пилотируемый полет на сверхзвуковых скоростях практически невозможен, главным образом из-за, казалось бы, непреодолимой проблемы сжимаемости. В 1930-х годах лишь немногие исследователи и инженеры-аэрокосмические специалисты занимались изучением области высокоскоростной гидродинамики; выдающимися пионерами в этой области были немецкий инженер-аэрокосмический специалист Адольф Буземанн, британский физик сэр Джеффри Тейлор и британский конструктор двигателей сэр Стэнли Хукер. В то время как Германия уделяла значительное внимание исследованию и внедрению теорий Буземанна о стреловидном крыле и его роли в снижении сопротивления при высокоскоростном полете, Великобритания и Соединенные Штаты в значительной степени игнорировали эти исследования. Лишь к 1944 году информация о ракетоплане Messerschmitt Me 163 и реактивном Me 262, оба оснащенных стреловидными крыльями, заставила изменить отношение к их преимуществам. К тому времени британское Министерство авиации уже запустило собственную исследовательскую программу. Осенью 1943 года Министерство авиации выпустило спецификацию E.24/43, требующую создания реактивного исследовательского самолета, способного летать на скорости, превышающей существующий рекорд более чем в два раза, и подниматься на высоту 36000 футов (10973 м) за 1,5 минуты. Спецификация E.24/43 была описана как "самое дальновидное официальное требование, когда-либо выпущенное правительственным ведомством – полное погружение в неизвестность с двигателем, фюзеляжем и техниками управления, выходящими за рамки всего, что когда-либо рассматривалось ранее". Компания Miles Aircraft начала свою деятельность в 1920-х годах и приобрела известность в 1930-х годах, производя доступные модели инновационных легких самолетов, среди которых наиболее известными были учебные Miles Magister и Miles Master, большое количество которых широко использовалось Королевскими ВВС для подготовки пилотов. Хотя продукция компании представляла собой относительно несложную технику, Miles поддерживал хорошие отношения с Министерством авиации и Королевским авиационным заведением (RAE) и представил несколько предложений по разработке передовых самолетов в ответ на спецификации министерства. Считается, что решение о привлечении компании было частично обусловлено необходимостью разрешить спор по поводу отдельного контракта, который, предположительно, был неправильно обработан Министерством авиационной промышленности.

Prior to the Second World War, conventional wisdom throughout the majority of the aviation industry was that manned flight at supersonic speeds was next to impossible, mainly due to the apparently insurmountable issue of compressibility. During the 1930s, few researchers and aerospace engineers chose to explore the field of high speed fluid dynamics; notable pioneers in this area were the German aerospace engineer Adolf Busemann, British physicist Sir Geoffrey Taylor, and British engine designer Sir Stanley Hooker. While Germany gave considerable attention to exploring and implementing Busemann's theories on the swept wing and its role in drag reduction during high speed flight, both Britain and the United States largely ignored this research. It was only by 1944 that information about the rocket propelled Messerschmitt Me 163 and the jet propelled Me 262, both with swept wings, caused attitudes on its merits begin to change. By then the British Air Ministry had already launched a research programme of its own. In Autumn 1943, the Air Ministry issued Air Ministry Specification E.24/43 calling for a jet powered research aircraft capable of flying at over in level flight (over twice the existing speed record ) and the ability to climb to 36000 feet (10973 m) in 1.5 minutes. The E.24/43 has been described as being "the most far sighted official requirement ever to be issued by a Government department a complete venture into the unknown with engine, airframe, and control techniques beyond anything remotely considered before". The Miles Aircraft company had its beginnings in the 1920s and had made a name for itself during the 1930s by producing affordable ranges of innovative light aircraft, perhaps the best known amongst these being the Miles Magister and Miles Master trainers, large numbers of both types seeing extensive use by the RAF for pilot training. Although the company's products were relatively low technology aircraft, , Miles had a good relationship with the Air Ministry and the Royal Aircraft Establishment (RAE), and had submitted several proposals for advanced aircraft in response to ministry specifications. The decision to involve the company has been alleged to have been partially in order to resolve a dispute about a separated contract that allegedly had been mishandled by the Ministry of Aircraft Production;

Другим важным нововведением было использование стабилизатора с электроприводом, также известного как цельноповоротный хвостовой стабилизатор или "летающий хвост" – ключевого элемента управления сверхзвуковым полетом, в отличие от традиционных рулей высоты, шарнирно закрепленных на горизонтальных стабилизаторах. Традиционные рули управления становились неэффективными на высоких дозвуковых скоростях, достигаемых истребителями при пикировании, из-за аэродинамических сил, вызванных образованием ударных волн в месте крепления и смещением центра давления назад, что в совокупности могло превысить усилия, которые пилот мог приложить механически, затрудняя выход из пикирования. Серьезным препятствием для раннего трансзвукового полета было изменение направления управления, явление, при котором команды управления (штурвал, руль направления) меняли свое действие на высокой скорости; оно стало причиной многих аварий и происшествий. Для самолетов с крылом не дельтовидной формы требуется цельноповоротный хвостовой стабилизатор для безопасного прохождения через трансзвуковую область и достижения сверхзвуковых скоростей без потери управления. M.52 стал первым примером такого решения. Первоначальная версия самолета должна была быть испытана с использованием новейшего двигателя Фрэнка Уиттла, Power Jets W.2/700. Рассчитанная скорость посадки (сопоставимая с современными истребителями, но высокая для того времени) в сочетании с относительно узкой колеей шасси вызывала опасения; однако эта конфигурация была принята.

Дизайн

Для достижения скоростей, которые ранее считались недостижимыми, в конструкцию М.52 было включено множество передовых решений; многие из них стали результатом детального изучения и накопленных знаний в области сверхзвуковой аэродинамики. Вуд описывает конструктивные особенности М.52 как сочетание "всех необходимых компонентов высокопроизводительного самолета конца 1950-х и даже начала 1960-х годов". Фюзеляж имел диаметр в 5 футов и кольцевой топливный бак, окружающий двигатель. Американское влияние на проект также отразилось на форме крыльев. В то время как традиционные сверхзвуковые самолеты использовали крылья со стреловидностью, американские разработки в большей степени ориентировались на большую дальность полета и возможность перевозки тяжелых грузов. Профиль и общая форма крыла обеспечивали минимальное сопротивление на различных скоростях, что оказалось полезным при разработке DARPA XS 1. Турбореактивный двигатель Power Jets W.2/700 планировалось установить в качестве первой силовой установки на М.52. Первоначально самолет должен был оснащаться менее мощной "промежуточной" версией W.2/700, что ограничивало бы его дозвуковыми скоростями; он не имел ни форсажной камеры, ни дополнительного вентилятора в хвостовой части, которые предусматривались в более продвинутой версии, которой впоследствии оснащались построенные М.52. Помимо двигателя W.2/700 и реактивного двигателя с центробежным потоком, разрабатывались проекты установки на М.52 различных двигателей и типов двигательных установок, включая более новый осевой реактивный двигатель Rolls Royce Avon и жидкостные ракетные двигатели. Однако США отказались от соглашения и не предоставили никаких данных. Майлз не знал, что компания Bell уже начала строительство собственного сверхзвукового аппарата с ракетным двигателем, но, выбрав традиционную хвостовую конструкцию, столкнулась с проблемой управления. Хвостовое оперение с изменяемым углом установки казалось наиболее перспективным решением; тесты, проведенные Майлзом и RAE, подтвердили этот вывод. Позже, после модификации хвостовой части самолета, пилот Чак Йегер практически подтвердил эти результаты во время испытательных полетов, и все последующие сверхзвуковые самолеты стали оснащаться либо цельноповоротным хвостовым оперением, либо дельтавидным крылом.

In order to achieve what was at the time previously unachievable speeds a very high number of advanced features were incorporated into the design of the M.52; many of these were the result of detailed study and acquired knowledge of supersonic aerodynamics. Wood summarises the qualities of the M.52's design as possessing "all the ingredients of a high performance aircraft of the late fifties and even some of the early sixties". The fuselage had a 5 foot diameter with an annular fuel tank around the engine. American influence upon the design further contributed to the shape of the wings. While conventional supersonic aircraft feature swept wing designs, airframes from the US largely focused on long range and heavy payload carrying capabilities. The airfoil as well as the general shape of the wing still provided minimal drag across a variety of different speeds, lending itself useful to the design of the DARPA XS 1. The Power Jets W.2/700 turbojet engine was intended to be the first powerplant for the M.52. Initial aircraft would have been powered by a less capable 'interim' model of the W.2/700 and thus be limited to subsonic speeds only; it did not feature either the afterburner or the additional aft fan that were to be present on the projected more advanced version with which later built M.52s would have been equipped. In addition to the W.2/700 engine, a centrifugal flow jet engine, designs were prepared for the M.52 to be fitted with a variety of different engines and types of propulsion, including what would become the newer Rolls Royce Avon axial flow jet engine, and a liquid fuel rocket motors. however, the U. S. reneged on the agreement and no data was forthcoming in return. Unknown to Miles, Bell had already started construction of a rocket powered supersonic design of their own but, having adopted a conventional tail for their aircraft, were battling the problem of control. A variable incidence tail appeared to be the most promising solution; the Miles and RAE tests supported this conclusion. Later, following the conversion of the aircraft's tail, pilot Chuck Yeager practically verified these results during his test flights, and all subsequent supersonic aircraft would either have an all moving tailplane or a delta wing.

Испытания

В 1943 году один легкий самолет Miles M.3B Falcon Six, ранее использовавшийся для испытаний крыльев в RAE, был передан компании Miles для проведения низкоскоростных летных испытаний в рамках проекта. На этот самолет была установлена полноразмерная деревянная модель крыла M.52, контрольно-измерительное оборудование и другое шасси. К этому моменту послевоенное правительство лейбористов во главе с Клементом Эттли осуществило значительные сокращения бюджета в различных областях, что, возможно, послужило стимулом для отмены проекта M.52, который, как ожидалось, потребует значительных затрат. По словам Вуда, «решение не продолжать работу было чисто политическим и принято правительством Эттли». В феврале 1946 года, примерно в то же время, когда было прекращено развитие M.52, Фрэнк Уиттл ушел из Power Jets, заявив, что это связано с его разногласиями с официальной политикой. К моменту отмены первый из трех M.52 был готов на 82 процента, и планировалось начать первые летные испытания уже через несколько месяцев. Роль Локспейзера в отмене M.52 стала известной общественности, что привело к тому, что его решение было высмеяно в прессе как «промах Бена». Только в феврале 1955 года появилась другая официальная причина отмены M.52; в выпущенной в том месяце белой книге говорилось, что «в 1946 году также было принято решение, что, учитывая ограниченные на тот момент знания, риск попытки сверхзвукового полета в пилотируемых самолетах был неприемлемо высок, и наши исследования связанных с этим проблем должны были проводиться в первую очередь с помощью моделей, запускаемых с самолетов». В том же документе признавалось, что решение о прекращении работ серьезно затормозило прогресс британской авиационной промышленности. С тех пор широко признано, что отмена M.52 стала серьезным препятствием для британского прогресса в области сверхзвукового проектирования. В 1947 году Miles Aircraft Ltd объявила о банкротстве, после чего компания была реструктурирована; ее авиационные активы, включая конструкторскую документацию на M.52, были приобретены компанией Handley Page.

During 1943 a single Miles M.3B Falcon Six light aircraft, which had been previously used for wing tests by the RAE, was provided to Miles for purpose of performing low speed flight testing work on the project. A full size wooden model of the M.52 wing, test instrumentation, and a different undercarriage were fitted to this aircraft. By this point, the postwar Labour government, headed by Clement Attlee, had implemented dramatic budget cuts in various areas, which may have provided an inducement for the cancellation of the M.52, which was projected to involve considerable cost. According to Wood, "the decision not to go ahead was purely a political one made by the Attlee Government". In February 1946, around the same time as the termination of the M.52's development, Frank Whittle resigned from Power Jets, stating that this was due to his disagreement with official policy. At the point of cancellation, the first of the three M.52s had been 82 per cent completed and it had been scheduled to commence the first test flights within only a few months. Lockspeiser's role in cancelling the M.52 became public knowledge, leading to his decision being derided in the press as "Ben's blunder". It was not until February 1955 that another official reason for the M.52's cancellation emerged; a white paper issued that month stated that "the decision was also taken in 1946 that, in light of the limited knowledge then available, the risk of attempting supersonic flight in manned aircraft was unacceptably high and that our research into the problems involved should be conducted in the first place by means of air launched models." This same paper acknowledged that the termination decision had seriously delayed the advancement of aeronautical progress by Britain. It has since been widely recognised that the cancellation of the M.52 was a major setback in British progress in the field of supersonic design. In 1947, Miles Aircraft Ltd entered receivership and the company was subsequently re structured; its aircraft assets including the design data for the M.52 were acquired by Handley Page.

Последующие работы

Вместо возобновления работ над полномасштабной М-52 правительство решило инициировать новую программу, включающую беспилотные ракетные снаряды; предполагалось, что эти модели совершат в общей сложности 24 полета для изучения шести различных конфигураций крыла и органов управления, включая альтернативные схемы с прямым и стреловидным крылом. Вуд отметил, что отказ от возобновления работ над полномасштабным самолетом означал, что "Британия одним махом вышла из гонки сверхзвуковых пилотируемых самолетов". Контракт на изготовление беспилотных ракет был заключен не с компанией Miles, а с Vickers Armstrongs, конструкторской командой которой руководил известный британский инженер и изобретатель Барнс Уоллис. Хотя основные конструкторские работы проводились командой Уоллиса, разработка двигателя была поручена самой RAE. Результатом этих усилий стала 30-процентная радиоуправляемая модель оригинальной конструкции M.52, оснащенная одним ракетным двигателем Armstrong Siddeley Beta, работающим на смеси высококонцентрированной перекиси водорода. 10 октября 1948 года была запущена вторая ракета, и в устойчивом горизонтальном полете была достигнута скорость 1,38 Маха – уникальное достижение для того времени. Вместо запланированного падения в море модель не отреагировала на радиокоманды и в последний раз была зафиксирована (на радаре) направляющейся в Атлантический океан. После этого успешного сверхзвукового испытательного полета дальнейшие работы по проекту были отменены. Вуд прокомментировал модельную программу: "На эти бессмысленно потраченные деньги можно было завершить и поднять в воздух пилотируемый M.52, получив ценнейшую информацию. Оказалось, что пилот необходим для любого стоящего процесса разработки, а хорошо спроектированный летающий стенд – абсолютно необходим для получения всесторонних знаний". Многие важные конструктивные принципы, заложенные в M.52, не нашли применения до середины и конца 1950-х годов, с разработкой по-настоящему сверхзвуковых самолетов, таких как Fairey Delta 2 и English Electric P.1, который впоследствии стал English Electric Lightning. А также X-1, D-558-2, F-100, F-101, F-102, F-104, МиГ-19 и т.д. в 1940-х и начале 1950-х годов. Конструкция крыла M.52 была аналогична сверхзвуковой немецкой ракете Wasserfall. Оба этих самолета были разработаны в ответ на (первоначально) требование ER.103 1947 года, основанное на знаниях, полученных в ходе исследований самолетов и ракет M.52, а также на немецких экспериментальных данных.

Instead of a revival of the full scale M.52, the government decided to institute a new programme involving expendable, pilotless, rocket propelled missiles; it was envisioned that a total of 24 flights would be performed by these models, which would explore six different wing and control surface configurations, including alternative straight wing and swept wing arrangements. Wood referred to the failure to revive the full scale aircraft as "at one stroke Britain had opted out of the supersonic manned aircraft race". The contract for the expendable missiles was not issued to Miles but to Vickers Armstrongs, whose design team was led by noted British engineer and inventor Barnes Wallis. While the base design work was conducted by Wallis' team, engine development was performed by the RAE itself. The product of these efforts was a 30 per cent scale radio controlled model of the original M.52 design, powered by a single Armstrong Siddeley Beta rocket engine, fuelled by a mix of high test peroxide. On 10 October 1948, a second rocket was launched, and the speed of Mach 1.38 was obtained in stable level flight, a unique achievement at that time. Instead of diving into the sea as planned, the model failed to respond to radio commands and was last observed (on radar) heading out into the Atlantic. Following that successful supersonic test flight, further work on this project was cancelled, Wood commented of the model programme: "with the money thus wasted the piloted M.52 could have been completed and flown and a great store of invaluable information obtained the pilot was shown to be essential for any worthwhile development process and a well designed test bed aircraft to be a sine qua non for full scale knowledge". Many important design principles that were incorporated in the M.52 did not reappear until the mid to late 1950s, with the development of truly supersonic aircraft such as the Fairey Delta 2, and the English Electric P.1 which became the English Electric Lightning. And the X 1, D 558 2, F 100, F 101, F 102, F 104, Mig 19 etc. in the 40s and early 50s. The wing design of the M.52 was similar to the supersonic Wasserfall German rocket. Both of those aircraft were developed in response (initially) to requirement ER.103 of 1947, informed by the knowledge gained from the M.52 aircraft and missile research projects together with German experimental data.