Железная муха – Ryan X-13 Vertijet

Сегодня, во времена «Харриеров», Су-35 и JSF, публику трудно удивить изменяемым вектором тяги, газовыми рулями или вертикальным взлетом. Но мало кто знает, что все эти технические решения впервые были реализованы на маленьком экспериментальном самолете Х-13 Vertijet, созданном американской компанией Ryan в начале 1950-х гг.

Имя Клода Райена, владельца компании Ryan Aeronautical, приобрело мировую известность еще в 1927 г., благодаря самолету NYP «Spirit of St. Louis», на котором Чарльз Линд- берг перелетел Атлантический океан. Другой известной машиной его компании стал палубный истребитель FR-1 Fireball, который, кроме поршневого двигателя, был оснащен вспомогательным турбореактивным. В ноябре 1945 г. серийный FR-1 из эскадрильи VF-66 вошел в историю морской авиации как первый самолет, совершивший посадку на авианосец с использованием только реактивного двигателя. Истребитель отличался еще и тем, что после выработки некоторого количества топлива суммарная тяга воздушного винта и ТРД превышала его вес. Эта уникальная для того времени особенность позволила инженерам «Райен» предположить, что «Файерболл» способен вертикально висеть в воздухе. До проведения летного эксперимента дело не дошло, но возникшая между специалистами фирмы дискуссия натолкнула ее владельца на мысль о возможности создания реактивного самолета с вертикальным взлетом и посадкой. Особенностью такого летательного аппарата должны были стать минимальные размеры и вес в сочетании с высокой тяговооруженностью.

Райен поделился своей идеей с главой Бюро аэронавтики ВМФ Р.Стивенсом. Этот дальновидный государственный чиновник высказал крайнюю заинтересованность в таком самолете. Дело в том, что в те годы значительные ресурсы Америки были брошены на производство атомных бомб и гигантских бомбардировщиков, о ведущей роли флота в завоевании победы на Тихом океане в высших эшелонах власти старались не вспоминать, его финансирование сократили, а мнение о бесполезности авианосцев становилось все более твердым. Над палубной авиацией нависла угроза ликвидации, что неизбежно привело бы к радикальному ослаблению ПВО корабельных соединений. Моряки искали способы смягчить последствия предстоявших реформ и были крайне заинтересованы в истребителе, способном действовать с грузовых судов, танкеров, эсминцев или крейсеров. Рассматривались два различных варианта такой машины: легкий самолет с турбовинтовым двигателем, который выполняет взлетает-по- садку в вертикальном положении, и маленькая реактивная летающая лодка, сгружаемая и поднимаемая краном на корабль. Теперь Райен предложил третий вариант – реактивный мини-истребитель, который, как и самолеты с ТВД, занимает на взлете-посадке вертикальное положение. Учитывая его небольшие размеры и массу, моряки поначалу хотели вооружить им подводные лодки.

В декабре 1946 г. фирма «Райен» приступила к эскизному проектированию такого летательного аппарата с рабочим обозначением «Модель 38». Ведущим конструктором назначили главного инженера компании Бена Сал- мона (Ben Salmon), который начал свою работу с поиска наиболее подходящего двигателя. Основным критерием оценки ТРД стала его удельная масса, т.е. отношение массы двигателя к максимальной тяге. Чем меньше это число, тем лучше. Этот показатель у английского двигателя Nene фирмы Rolls-Royse составлял около 0,31 кг/кгс тяги, но его в распоряжении «Райен» не было. Продолжив поиски и рассмотрев еще около восьми моделей ТРД, выпускаемых в США Салмон остановился на J33 фирмы General Electric с удельной массой 0,39 кг/кгс.

10 января 1947 г. группа проектировщиков закончила первые прикидки характеристик «Модели 38». Они показали, что снаряженный самолет будет весить целых 3405 кг, а значит, один J33, развивавший тягу 2090 кгс, не сможет вертикально поднять аппарат в воздух. Тогда Салмон решил использовать на старте четыре пороховых ускорителя JATO. После взлета летчик должен был их сбросить и перейти в горизонтальный полет. Когда, выполнив задание, самолет вернется к месту старта, его масса уменьшится за счет истраченного топлива, и он сможет выполнить вертикальную посадку. Этот вариант машины получил обозначение «38-1». Опасаясь, что он морякам не понравится, Салмон разработал еще две версии – «38-2» и «38-3» под гипотетический ТРД с тягой более 3500 кгс.

В марте 1947 г. все три проекта были представлены ВМФ. Во время доклада Салмон затронул основные проблемы, которые еще только предстояло решить в ходе работ над «Моделью 38». Наиболее сложной выглядела проблема управления аппаратом на висении. Если на СВВП с турбовинтовыми двигателями на таком режиме использовались обычные аэродинамические рули, которые обдувались мощным потоком воздуха от винтов и почти не теряли эффективности, то на реактивном самолете они становились бесполезными, и для управления следовало применить изменение направления тяги двигателя. Райен и Салмон смогли убедить военных, что все трудности вполне преодолимы. Это позволило подписать 24 апреля контракт на 50000 USD, предусматривавший проведение исследований и постройку летающего макета самолета.

Теоретические изыскания продлились более года. За это время группа разработчиков рассмотрела около 80 вариантов различных систем управления. В итоге 24 июня 1948 г. Салмон представил проект летающего дистанционно управляемого стенда. Он представлял собой трубчатую раму с двигателем J33, к удлинительной трубе которого присоединялось с помощью шарнирного соединения отклоняемое сопло. Часть горячих газов отводилась по жаропрочным трубопроводам к двум небольшим поворотным рулевым соплам, дифференциальное отклонение которых позволяло поворачивать аппарат вокруг продольной оси. Стенд построили на заводе в Сан-Диего. Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала его подвесили на тросе, а испытательную площадку огородили стальными листами. Управление осуществлялось по кабелю. Первые включения двигателя провели 20 октября 1950 г., а первый «полет» с работающей системой управления состоялся 31 мая 1951 г. Наконец мечта инженеров «Райен» стала обретать реальные формы. Но с момента подписания контракта прошло более 4-х лет, выделенные деньги закончились, да и самолет «38» морально устарел. Следовало разработать новый истребитель и заново начинать переговоры с военными.

Клод Райен с моделью самолета «Spirit of St. Louis»

Оборудование кабины Х-13

Стенд для испытания системы управления

Самолет Х-13 в сборочном цехе

21 сентября Салмон предложил флоту проект вертикально взлетающего самолета, вооруженного четырьмя 20-мм пушками, который был в несколько раз тяжелее предшественника. Его планировалось оснастить разрабатываемым фирмой General Electric двигателем J53-GE-X10 с тягой 8000 кгс. Предложение не вызвало большого интереса, ведь такой СВВП не мог быть построен в ближайшее время, и работы по проекту «38» были окончательно остановлены. Но «Райен» не сдавалась. Почти через два года ей удалось убедить военных в необходимости возобновить финансирование исследований. Новая машина с дельтавидным крылом и Т-образным хвостовым оперением получила обозначение «38R». Она рассчитывалась под реальный двигатель фирмы Pratt amp; Whitney J57-PW-11 с тягой 6600 кгс. В феврале 1953 г. ВМС заключили контракт с «Райен» на проведение предварительных исследований и постройку летающих моделей. Однако в ход событий вмешалась Корейская война. В конце лета командование ВМС отправило Райену письмо, в котором сообщало о разрыве договоренностей: «… в связи с сокращением количества исследовательских программ». К тому времени компания «Кон- вер» уже начала летные испытания реактивной корабельной летающей лодки Sea Dart и завершала постройку СВВП с турбовинтовым двигателем XFY-1 Pogo. Не отставала и фирма «Локхид» – полет ее «вертикалки» XFV-1 Salmon планировался на осень 1953 г. На фоне этих успехов разработки

«Райен» выглядели неперспективно, ведь ей требовалось еще несколько лет на проектирование и испытания.

Получалось, что лучшие конструкторы компании проработали семь лет впустую! Смириться с этим Клод Райен не захотел и продолжил борьбу за проект, предложив его вечным конкурентам флота – Военно-воз- душным силам. Представители главного штаба ВВС согласились финансировать программу, о чем официально уведомили компанию в августе 1953 г. В соответствии с контрактом Af33(600)-25895, предстояло построить два экспериментальных самолета, именуемых моделью «69» и получивших военное обозначение Х-13 Vertijet. Ключом к успеху должен был стать английский двигатель Avon фирмы Rolls-Royse, который считался тогда одним из лучших в мире и применялся на большинстве британских самолетов. Удельная масса выбранной американцами модификации RA 28 составляла всего 0,28 кг/кгс, а максимальная тяга достигала 4540 кгс.

Говорят, что все новое – хорошо забытое старое. Инженеры «Райен», начав новый проект, вернулись к своему старому летающему стенду, который местные острословы прозвали за громкий рев и привязанное состояние «цепной собакой». На аппарат водрузили пустой бак от бомбардировщика В-47, сделав из него импровизированную кабину для пилота. 24 ноября 1953 г. летчик-испытатель Питер Жирард (Peter Girard) «приподнял» привязанный тросом стенд. Затем он совершил еще несколько полетов на привязи, вырабатывая навыки управления.

В это время группа проектировщиков «Райен» под руководством нового главного инженера Кертиса Бейтса (Curtiss Bates) работала над чертежами «Вертиджета». Самолет имел аэродинамическую схему «бесхвостка», наиболее выгодную в весовом отношении, и высокорасположенное крыло. В средней части фюзеляжа находился двигатель, воздух к которому поступал через боковые воздухозаборники. Для улучшения обзора при вертикальном положении фюзеляжа сиденье пилота наклонялось на 45° вперед. В горизонтальном полете самолет управлялся элевонами и рулем направления, в вертикальном основным органом управления становилось отклоняемое сопло двигателя, а для поворота аппарата относительно продольной оси использовались установленные на законцовках крыла дифференциально отклоняемые газовые рули, воздух для которых отбирался от компрессора ТРД. Летчик управлял соплом и газовыми рулями, используя привычные ручку управления самолетом и педали.

После продувок в аэродинамической трубе выяснилось, что при полетах на больших углах атаки, особенно во время перехода от горизонтального полета к вертикальному, киль, невзирая на его солидные размеры, будет затеняться фюзеляжем. Поэтому для сохранения продольной устойчивости на законцовках крыла «Вертиджета» закрепили дополнительные вертикальные поверхности. Расчетная максимальная взлетная масса машины составила ЗбЗО кг, что позволяло получить тяговооруженность 1,25 – более чем достаточную для вертикального взлета.

Уникальной особенностью проекта Х-13 стало полное отсутствие колесного шасси. Самолет должен был садиться и взлетать с вертикально установленной платформы, разработанной в техническом отделе «Райен» под руководством Роберта Фурмана (Robert Fuhr- шап). За ее изготовление взялась фирма Freuhauf Trailer card Company. В верхней части платформы медду двумя шарнирно закрепленными балками натягивался стальной трос диаметром 25,4 мм, к которому с помощью носового крюка подвешивался «Вертиджет». Во время взлета летчик медленно увеличивал тягу двигателя, самолет начинал подниматься вверх, и крюк выходил из зацепления с тросом.

После этого пилот отводил машину от платформы на безопасное расстояние, набирал высоту и переходил в горизонтальный полет. Во время посадки летчик, установив Х-13 вертикально, подлетал к платформе и цеплялся крюком за трос. После уменьшения тяги двигателя «Вертиджет» провисал на тросе и упирался в платформу двумя бамперами пирамидального типа. Балки поворачивались вниз, прижимали трос к платформе, фиксируя носовую часть Х-13. В походном положении и при обслуживании самолета платформа занимала горизонтальное положение. «Вертиджет» швартовался к ней фалами. Подъем и опускание платформы осуществлялись двумя телескопическими гидравлическими домкратами. Платформа устанавливалась на четырехколесное шасси и могла перевозиться грузовым автомобилем.

Летчик-испытатель Питер Жирард возле первого опытного образца Х-13

Х-13 поднимается в воздух

Первый вертикальный взлет

Х-13 с колесным шасси подходит к платформе

Сборка первого экземпляра машины (заводской №54-1619) началась 20 января 1954 г. Планер и основные системы собрали в июне.

Но двигатель где-то задержался, и машину удалось подготовить к полетам только к концу 1955 г. Понимая, что испытывать такой сложный аппарат нужно последовательно и осторожно, избегая неоправданного риска, конструкторы решили оснастить «Вертиджет» обычным трехопорным шасси и облетать его традиционным способом. Самолет на трейлере перевезли в летно-испытательный центр ВВС на авиабазе Эдварде. Утром 10 декабря 1955 г. после нескольких пробных пробежек Питер Жирард поднял Х-13 в воздух. Летчик быстро обнаружил, что самолет имеет серьезные проблемы с управляемостью, в воздухе его интенсивно раскачивало по крену и курсу. Несмотря на трудности в пилотировании, Жирард продержался в воздухе около 7 минут и совершил успешную посадку.

После этого полета Х-13 в течение двух недель доработали, установив в соответствующих каналах управления демпферы. Второй полет состоялся 24 декабря. Теперь машина вела себя гораздо лучше, и Жирард остался доволен ее пилотажными качествами.

В следующей фазе испытаний предстояло проверить Х-13 во время вертикального взлета и посадки. Полной уверенности в его предсказуемом поведении на этих режимах у Бейтса и Жи- рарда не было, самолет запросто могло бросить в сторону или раскрутить реактивным моментом от вращающихся компрессора и турбины двигателя. В такой ситуации «Вертиджету» желательно находиться как можно дальше от платформы, а лучше всего ее вообще убрать. Поэтому решили временно установить самолет в вертикальное положение с помощью закрепленной на нем трубчатой четырехколесной рамы. Для компенсации веса рамы с «Вертиджета» сняли элевоны, руль направления, фонарь и часть крыльевых шайб, что позволило сохранить тяговооруженность на прежнем уровне. Для посадки летчика в кабину к раме прикрепили лестницу

28 мая 1956 г. Жирард совершил первый вертикальный взлет. Достигнув высоты 15 м, он с небольшой горизонтальной скоростью начал снижение и успешно посадил Х-13. Ожидаемой раскрутки самолета Жирард не обнаружил. Единственное замечание пилот высказал в адрес системы управления силовой установкой, не обеспечивавшей адекватность положения РУД режиму работы двигателя. Эту проблему решили довольно быстро за счет доработки, позволившей согласовывать скорость перемещения РУД со скоростью изменения тяги двигателя. В следующем полете летчик высоко оценил новшество. В целом, зависший в воздухе «Вертиджет» вел себя устойчиво и уверенно управлялся.

Второй опытный образец Х-13 подвешен к платформе

Х-13 на взлетно-посадочной платформе

Момент зацепления крюка за трос

Подготовка к полетам двух опытных образцов самолета Х-13 на авиабазе Эдвардс

В день первого вертикального взлета к программе испытаний подключили второй опытный Х-13 №54-1620. Конструктивно он почти полностью повторял своего предшественника, за исключением установленного на законцовке киля дополнительного газового руля, облегчавшего стабилизацию машины по тангажу. В первом полете «Вертиджет» №2 пилотировал летчик-испытатель Луи Эверет (Lou Everett).

В последующих полетах начали отрабатывать методику подлета к платформе и посадку на нее. По оценкам разработчиков, точность выхода самолета к тросу, за который цеплялась носовая часть, должна была составлять около 50 см. Во время испытаний Жирард показал, что система управления позволяет пилоту, пользуясь подсказками с земли, выводить Х-13 в заданное пространственное положение с точностью до 10 см. После этих полетов команда испытателей обрела полную уверенность в успехе и начала готовиться к проведению первого взлета с платформы со штатной посадкой на трос. С первого «Вертиджета» сняли раму и опять установили колесное шасси. После нескольких предварительных полетов Жирард впервые в истории реактивной авиации совершил переход от горизонтального полета к вертикальному. Повисев несколько секунд в воздухе на высоте 1800 м, он вернул Х-13 в горизонтальное положение и совершил успешную посадку на ВПП «по-самолетному». Это историческое событие произошло 28 ноября 1956 г. Далее последовали тренировочные полеты, в которых Жирард и Эверет тренировались цепляться за дюймовый трос, натянутый между двумя прожекторными вышками. Оба аппарата летали на четырехопорных рамах. Специально для этой фазы испытаний специалисты «Райен» сменили металлические носовые конусы Х-13 на деревянные, которые легко заменялись в случае их повреждения при ударе о трос. Точный выход самолета на трос обеспечивался командами с земли.

Демонстрация Х-13 перед Пентагоном

Газовые рули на законцовках крыла и киля

Основная опора шасси

Теперь для работы с платформы оставалось научиться подлетать к ней. Дело в том, что в вертикальном положении самолет приближался к платформе «брюхом», и летчик не видел, куда летел. Ему требовался какой-то ориентир для оценки своего положения относительно платформы. Таким ориентиром стал выкрашенный в красно-белую полоску шестиметровый шест, который в горизонтальном положении прикрепили к одной из балок, державших трос. Кроме того, рядом с платформой установили высокую стремянку для оператора посадки, подсказывавшего летчику по радио его местоположение. Оператору поручили и управление балками, между которыми натягивался трос. Они находились в промежуточном положении, в нужный момент оператор резко поднимал их на угол около 20° и «подцеплял» зависший Х-13.

Доработки оборудования и тренировки пилотов закончили весной 1957 г. 11 апреля первый Х-13 установили на платформу. «Вертиджет» имел колесное шасси с крюком на передней стойке, и если бы все попытки зацепиться за трос закончились неудачно, то самолет можно было посадить традиционным способом. Жирард занял свое место в кабине, и платформу установили в стартовое положение. Летчик наклонил кресло вперед на 45° и запустил двигатель. Увеличив тягу, он вышел из зацепления с тросом и начал медленно, «спиной вперед» отходить от платформы, удерживая аппарат на высоте 3-4 м.

Отлетев на пару десятков метров, Жирард развернул Х-13 на 180°, набрал высоту и перешел в горизонтальный полет. Посадка проходила в обратном порядке. Подойдя к платформе на 5-6 м, летчик обнаружил, что переплет фонаря кабины совершенно заслоняет полосатый шест. Пришлось полностью положиться на команды оператора. Очень полезным приспособлением оказался шнурок, прикрепленный к носовой штанге, по отклонению которого можно было судить о направлении движения Х-13. Зацепившись за трос, Жирард снизил тягу, и машина коснулась платформы. Исторический полет завершился. После него фонарь кабины переделали, устроив на левой стороне окно для наблюдения за шестом.

«Райен» заслуженно праздновала успех, ведь «Вертиджет» был лишен большинства недостатков, присущих СВВП фирм «Локхид» и «Конвер», в частности, вибрации винтов и силовой установки, влияния близости земли и т.д. Процесс посадки на Х-13 оказался проще и безопаснее. Более того, использование троса придавало «Вертиджету» универсальность. Ведь совсем не обязательно использовать специальную платформу, трос можно натянуть между большими деревьями или опорами моста. Таким образом, Х-13 становился более вероятным прообразом тактического СВВП, нежели XFV-1 и XFY-1. Осталось убедить в этом военных, грамотно продемонстрировав им самолет.

Первый публичный показ «Вертиджета» был задуман Райеном в лучших американских традициях. Его решили проводить на авиабазе Эндрюс близ Вашингтона, куда пригласили более 3000 военных и журналистов. Специально подготовленный второй экземпляр Х-13 не мог перелететь всю страну своим ходом, и его пришлось везти с западного побережья на корабле через Панамский канал. Утром 28 июня Жирард и Эверет совершили на невиданном самолете несколько демонстрационных полетов, вызвав восторженные отзывы зрителей. «Вертиджет» с легкостью садился на платформу, словно муха на стену, цепляясь за нее своим крюком. До сих пор ни один самолет в мире не может вытворять подобное. Специально для этих полетов платформу доработали. Ставить рядом с ней стремянку с оператором было несолидно, и в правом верхнем углу платформы закрепили квадратную люльку, выкрашенную в черный цвет. Кульминацией показа стали перелет Х-13 с базы Эндрюс к Пентагону и посадка возле этого знаменитого здания. «Вертиджет» подлетал к Пентагону в вертикальном положении со стороны реки Потомак в облаке водяных брызг, производя неизгладимое впечатление. Однако Жирард, находившийся в кабине самолета, думал не о внешнем эффекте, а о неумолимо заканчивавшемся топливе. Брызги воды оседали на фонаре, сводя «на ноль» и без того скудный обзор. Только благодаря оператору он успешно приземлился. Х-13 в очередной раз вошел в историю как единственный реактивный самолет, совершивший штатную посадку возле Пентагона. 12 сентября 1957 г. Х-13 №2 вернулся на базу Эдварде, чтобы присоединиться к первому экземпляру, на котором уже летали военные летчики-испытатели.

Однако, невзирая на удачный показ и успешные испытания, военные прекратили финансирование и закрыли программу Х-13. Вместе с «Вертиджетом» прикрыли и другие программы разработки СВВП с вертикальным положением фюзеляжа. Главная причина была у всех одна – сложность взлета-посадки для летчика средней квалификации. Х-13 грешил еще и тем, что струя газов от-ТРД разрушала бетонное покрытие ВПП, а в полевых условиях поднимала бы гигантские столбы пыли, демаскируя стартовые площадки.

30 сентября 1957 г. Х-13 поднялся в воздух последний раз. Некоторое время американцы возили «Вертиджет» на авиационные выставки, где показывали его в статической экспозиции. Однако зрители довольно быстро потеряли интерес к Х-13, и о нем постепенно забыли. В мае 1959 г. «Вертиджет» №2 сдали на хранение в музей ВВС США в Дейтоне, а в I960 г. компания «Райен» подарила Х-13 №1 вместе с платформой Национальному аэрокосмическому музею США

Х-13 № 54-1620 с доработанным фонарём вид слева

Х-13 № 54-1620 вид справа

Х-13 № 54-1620 вид сверху

Х-13 N9 54-1620 вид снизу

Компоновка самолёта Х-13 N954-1620 с доработанным фонарём и опорным шасси

х-13 № 54-1620 на посадочной платформе (платформа в промежуточном положении)

Х-13 № 54-1620 вид спереди

Х-13 № 54-1619 на колёсном шасси вид справа

Х-13 № 54-1619 с отстыкованной консолью крыла и открытым фонарём

Х-13 N° 54-1619 на трубчатой раме в стартовом положении

(фюзеляж самолёта максимально облегчен, фонарь пилотской кабины снят)

Х-13 № 54-1619 на трубчатой раме на посадочной платформе в транспортировочном положении