Первый самолет Юнкерса
Первый самолет Юнкерса
Весна 1914 года в Ахене была поздней, но дружной. Ручьи от таявшего снега текли весело, искрясь на ярком солнце, и своим урчанием добавляли в благостную атмосферу перемен уверенное спокойствие. Но Хуго Юнкерс этих прелестей весны не замечает. Он нервно ходит взад и вперед по просторному кабинету в своей исследовательской лаборатории на Кенигсштрассе, 29, и решает очень трудную для него задачу. Здесь, на третьем этаже, тихо и почти не слышно рокота его экспериментальных двигателей. Они безостановочно работают внизу, в большом машинном зале.
Все течение его плодотворной и успешной жизни, казалось бы, подвело к тому, что он должен решиться на этот чреватый тяжелыми последствиями, но и очень заманчивый шаг. Юнкерсу очень хотелось начать проектировать свои оригинальные самолеты, вложить в их конструкцию свое видение пути развития авиации и свои конструкторские решения, повышающие эффективность воздушных судов.
Аэродинамическая труба Юнкерса во дворе его дома, 1914 г.
Хуго прекрасно помнит тот день в 1878 году, когда за четверть века до первого полета самолета братьев Райт неуемная тяга ко всему новому в технике привела его, первокурсника Технического университета в Берлине, на лекцию о самолетах профессора Ройлиокса. С тех пор он коллекционирует все попавшиеся ему публикации о самолетах, самостоятельно изучает труды по аэродинамике и теории полета. По вечерам, забыв обо всем, рассматривает схемы, рисунки и фотографии созданных конструкций и цветными карандашами рисует свои будущие самолеты. За два года до полета самолета братьев Райт, уже будучи профессором в Ахене, он узнает, что в Вене конструктор Вильгельм Кресс строит летающую лодку, и едет к нему для подробного ознакомления с ее конструкцией.
Волонтерская работа в 1908–1909 годах над модернизацией биплана Вуазена, который купил профессор Райснер, была уже первым его опытом в реальном самолетостроении. В это время он даже разрабатывает два проекта легких бензиновых двигателей М13 и М14 с прицелом установки на самолет, которые так и не были созданы в металле. А совместное с профессором Райснером конструирование его «Утки», ее постройка, летные испытания и модернизация позволили ему уже накопить некоторый опыт в создании самолета. А главное, реализовать свой замысел – «Утка» летала с разработанной им гофрированной стальной обшивкой крыла и оперения.
Когда он прекратил свою преподавательскую деятельность, то лишился доступа к построенной им в учебной лаборатории аэродинамической трубе. Тогда Юнкерс построил другую аэродинамическую трубу во дворе своего частного дома на территории старинного замка Франкенбург в пригороде Ахена.
Здесь группа сотрудников исследовательской лаборатории Юнкерса во главе с Филиппом фон Дёппом начала продувки моделей крыльев его будущих самолетов. Была рассчитана оптимальная толщина профиля крыла в пределах 14–20 %. Здесь определится аэродинамическая компоновка его первого самолета.
Профессора Юнкерса страшила мысль о том, что, начав строить самолеты, он неминуемо должен схлестнуться в конкурентной борьбе с авиаконструкторами различных стран. Сейчас самолетостроение развивается не по дням, а по часам. Французы шли впереди всех. Все их монопланы сохраняли прочность и жесткость очень тонких крыльев только за счет верхних и нижних проволочных растяжек. Такими были еще монопланы «Антуанет IV» и «Блерио XI». Француз на моноплане Моран-Сольнье за один день прилетел из Парижа в Варшаву с остановкой в Берлине. Пока машину заправляли на аэродроме в Берлине, молодой авиатор Антон Фоккер детально изучил ее конструкцию, затем купил списанный такой же самолет и начал строить немецкие «фоккеры». Так появился Fokker Е.III, который с роторным мотором воздушного охлаждения в 100 л.с. развивает скорость 130 км/ч. Конечно, следовало ожидать, что изящный французский гоночный моноплан компании SPAD окажется самым быстрым. В прошлом году он установил мировой рекорд скорости – 204 км/ч. Его конструктор, инженер Луис Бехру, сделал все, чтобы уменьшить сопротивление. Хотя его тонкие крылья и поддерживаются растяжками, фюзеляж монококовой конструкции из дерева был зализан идеально. И все-таки моноплан, даже с растяжками, имеет меньшее сопротивление, чем биплан. А что, если его сделать без растяжек?
Да, у Хуго Юнкерса имелось собственное твердое мнение, что эффективный самолет должен быть монопланом и без растяжек. А прочность и жесткость крыла обеспечивается толщиной его профиля. К этому выводу он пришел окончательно пять лет назад, когда просто рисовал варианты своих будущих самолетов. Он на бумаге смоделировал геометрию самолета с таким толстым крылом, начертил аэродинамический профиль крыла и произвел расчеты вредного сопротивления. Выходило, что на ожидавшихся скоростях полета для свободнонесущего крыла толстый профиль незначительно добавляет сопротивления, но зато резко увеличивает подъемную силу и снижает вес конструкции. Он тогда до хрипоты спорил с профессором Райснером, а когда через год в его учебной лаборатории построили аэродинамическую трубу и продули модели крыльев с толстыми профилями, он доказал свою правоту.
Его первый патент в области авиации родился на письменном столе. Конструкция самолета Юнкерса с толстым крылом, позволяющим разместить внутри него топливо, полезные грузы и даже двигатели, признана изобретением и запатентована 1 февраля 1910 года. С этого времени Хуго мечтает строить именно такие самолеты, которые будут приносить людям максимальную пользу.
Сейчас он взвешивает, хватит ли у него ресурсов, знаний и опытных помощников, чтобы развернуть опытное производство новых самолетов, которые найдут своего заказчика и будут строиться серийно.
К концу дня решение принято, и на утро он вызывает к себе Отто Мадера и Ганса Штоделя. У него уже есть собственноручно начерченный общий вид самолета в трех проекциях и компоновка.
Утром следующего дня, когда его помощники уселись в кресла напротив его письменного стола, Хуго загадочно улыбнулся и торжественно произнес:
– Мы начинаем новую программу выпуска металлических самолетов, и первым опытным будет вот такой «Юнкерс-1» из тонкой листовой стали.
С этими словами он развернул на столе рулон ватмана с общим видом проекта. Брови над глазами невозмутимого Мадера поднялись, а Штодель, наклонившись вперед, снял очки. То, что они увидели, было ни на что не похоже. Уж слишком все просто, рационально, ни одной проволочной растяжки на крыльях и минимум деталей. Это был проект классического самолета будущего: свободнонесущий моноплан с мотором в носу фюзеляжа, тянущим воздушным винтом и хвостовым оперением.
– А какова сфера применения такого самолета в будущем? – не удержался Штодель, надевая очки.
– Одноместный скоростной самолет может выпускаться в вариантах истребителя и разведчика, – уверенно, как будто он заглянул далеко вперед, ответил Хуго.
Они снова склонились над чертежом. Остроносый фюзеляж большого удлинения и прямоугольного сечения имел длину почти девять метров. Сверху его передней части, выступая над плавным обводом, торчал ряд из шести цилиндров серийного авиационного двигателя Mercedes D II мощностью 120 л.с., который Юнкерс решил использовать в этом проекте.
Но самым удивительным было крыло. Оно пронизывало фюзеляж точно посередине, сразу за двигателем, и каждая его половинка была консольной балкой переменного сечения в форме аэродинамического профиля. Отто Мадер был знаком с продувками моделей прямоугольных крыльев с различными по толщине профилями, но такой компоновки крыла он не мог себе представить. В этом проекте Юнкерса толщина и форма профиля крыла менялись по размаху. У вертикального борта фюзеляжа крыло было очень толстым, а его профиль двояковыпуклым. Затем относительная высота профиля уменьшалась, и он становился плосковыпуклым. Ближе к концу крыла, в зоне выступающих назад элеронов, профиль крыла был тонким и выпукло-вогнутым.
Мадер и Штодель весело переглянулись. Шеф сделал крыло в полном соответствии с требованиями сопромата для равнопрочной консольной балки. Но и аэродинамическая компоновка крыла отвечала расчетному диапазону скоростей. Проект самолета им очень нравился, в нем явно реализовывалась идея Юнкерса о преимуществах толстого крыла, зафиксированная в его изобретении и патенте четырехлетней давности. Все присутствующие знали, что такой самолет еще никогда не летал, и этот опытный должен расчистить путь новой конструкции их самолетов – свободнонесущим монопланам.
Главный офис Юнкерса в Дессау
– Сейчас вы начинаете детально конструировать агрегаты этого самолета, а потом господин Мадер составит обширную программу экспериментальных исследований образцов конструкции и узлов. Господину Вагензайлю мы поручим изготовление модели самолета и ее продувки в нашей аэродинамической трубе, – заключил Юнкерс.
– Но конструкция узлов будет зависеть от технологических способов их изготовления на заводе в Дессау, поэтому надо сначала изготовить технологические образцы и испытать их, – возразил Мадер.
Но у Юнкерса уже был готовый ответ и по этому вопросу:
– В Дессау пошлем господина Бранденбурга и поручим ему весь комплекс технологической отработки самолета и подготовку оснастки, а вы должны работать параллельно и в контакте с ним.
У начинающего авиаконструктора Хуго Юнкерса и его помощников началась совершенно другая жизнь, не связанная с большими двигателями, и появились другие заботы. Продувки в аэродинамической трубе, новые расчеты нагрузок и летных характеристик проектируемого самолета. Конструирование для прочностных испытаний образцов стыков тонких, как лезвие безопасной бритвы, листов трансформаторной стали, привариваемых точечной сваркой к каркасу из стальных труб. Пригодился опыт постройки гофрированных стальных крыльев и оперения «Утки» Райснера. Но теперь Юнкерс испытывает образцы с гладкими стальными листами. Всего по эскизам Мадера и Штоделя было изготовлено почти четыре сотни различных образцов конструкции и проведено более четырех тысяч их испытаний.
Через много лет Хуго будет с улыбкой вспоминать: «Мои друзья поговаривали между собой в те годы, не сошел ли Юнкерс с ума, загоревшись фантастической идеей построить самолет из металла…»
Но чем больше экспериментальных данных накапливалось и яснее вырисовывался окончательный вариант, тем яснее Юнкерс видел, что проигрывает конкурентам в очень важном параметре качества любого самолета – весе конструкции. Он еще не знал точно, сколько будет весить его самолет без топлива и летчика. Имеющиеся весовые расчеты не были точны, но уже было ясно, что деревянный каркас, обтянутый тонкой тканью, будет априори легче стального, покрытого тонкими стальными листами. А расчаленное крыло нагружается меньшим изгибающим моментом, чем свободнонесущее, и уже поэтому легче. Но за многочисленные расчалки надо платить увеличенным сопротивлением, которое будет резко возрастать с увеличением скорости. Профессор Юнкерс смотрел вперед и рассматривал самолет как элемент транспортной или военной системы, который должен обладать максимальной эффективностью. В результате его исследований в Ахене родилось тринадцать изобретений и патентов в области самолетостроения.
Сегодня он поставил перед собой скромную цель: его первый самолет должен продемонстрировать низкое сопротивление благодаря своей аэродинамической схеме и высокую долговечность благодаря металлической конструкции. Рабочие чертежи агрегатов самолета уже почти полностью готовы. Их разрабатывали вчерашние двигателисты Юнкерса, и это были их первые чертежи самолета. Но Юнкерс сам установил весовые лимиты на детали и отслеживал расчеты их фактического веса. Конструкторы проявляли большую изобретательность, стараясь уменьшить вес тонкостенных стальных узлов.
На заводе в Дессау под первый самолет Юнкерса выделили отдельный цех, куда уже начали поступать готовые детали, изготовленные в других цехах. Для сборки агрегатов самолета установили стапели и две машины для точечной сварки, которые только входили в моду на автомобильных заводах. Все работы по самолету выполнялись на собственные деньги Юнкерса. Он должен был еще утвердить свое место в самолетостроении.
И вдруг, неожиданно для всех в Ахене и Дессау, случилась война. Она спутала все планы и остановила инициативные программы. Невиданная волна патриотизма охватила жителей Германии – «Все для фронта, все для победы». Выпускать продукцию не для войны стало просто неприлично. Завод в Дессау обязали выполнять только военные заказы, и в самолетном цехе всего несколько рабочих отлаживали точечную сварку на технологических образцах.
Самолет J-1 – вид сзади
Переезд мозгового и конструкторского коллектива Юнкерса из Ахена в Дессау сопровождается очередной реорганизацией и перегруппировкой сил. Здесь Хуго решает создать единый штаб для управления всеми своими творческими, производственными и торговыми подразделениями. Торжественное открытие Главного офиса Юнкерса в городе, в красивом трехэтажном здании, состоялось 15 февраля 1915 года.
В этом здании через три месяца Хуго Юнкерс принимает важную делегацию Военного министерства, визит которой он специально организовал для демонстрации проекта самолета и возможности его изготовления на заводе в Дессау. После презентации чертежей, деталей и технологической оснастки в самолетном цехе завода военные летчики и инженеры оценили перспективность новаторской разработки Юнкерса. Он получает контракт правительства на постройку опытного цельнометаллического самолета и авиационного мотора. Теперь для постройки самолета был открыт зеленый свет, и его судьба прояснилась.
По мере заполнения деталями стапелей крыльев и фюзеляжа облик первого самолета Юнкерса вырисовывался более зримо. Общую сборку начали в сентябре, а через два месяца в самолетном цехе уже стояла, опираясь на два колеса и хвостовой костыль, готовая машина. Таких самолетов до этого времени еще никто не видел. Эту компоновку будут считать классической еще полвека. Юнкерс разрешил оставить только две проволочные растяжки на ферме стержней шасси и нижние подкосы стабилизатора. Крепление стабилизатора позволяло перед полетом устанавливать желаемый угол установки. Выхлопные патрубки двигателя торчали вверх, как тогда было принято, а его радиатор Юнкерс разместил по-новому, снизу фюзеляжа. Киль был цельноповоротный. Сваренный из продольных труб и поперечных двутавровых балочек каркас фюзеляжа обшивался тонкими стальными листами шириной 42 см с поперечными стыками. Стальные гладкие листы обшивки крыла были усилены внутренним продольным гофром, соединенным точечной сваркой. Когда готовый самолет взвесили, он потянул на 920 кг. Он весил минимум на 25 % больше, чем истребитель Фоккера с таким же мотором.
После успешного статического испытания на прочность крыльев, которые нагрузили мешками с песком, самолет был готов к полету. Аэродром Дебериц, западнее Берлина, был хорошо облетан пилотами Германии и использовался для испытаний новых военных самолетов. Лейтенант Фридрих фон Маллинкрод, которому поручили испытать в воздухе самолет Юнкерса, рекомендовал доставить его туда.
Холодный ветер пробирал до костей, когда 12 декабря 1915 года собравшиеся на краю поля создатели нового самолета наблюдали за скоростными рулежками их машины. Пилоту тоже было не сладко, его открытая кабина без козырька о комфорте позволяла только мечтать. Хуго, прикрывая лицо рукой, увидел, что его самолет начал разбегаться, и тут же услышал отдаленный рев мотора. Еще мгновение, и между самолетом и землей образовался просвет. Он достиг примерно трех метров и начал уменьшаться. Вдруг самолет наткнулся на сильный порыв ветра справа. Пилот не успевает его парировать элеронами, машина кренится влево и цепляет землю законцовкой левого крыла. Удар был сильный, но крыло не разрушилось, а как рессора упруго деформировалось и затем отбросило самолет от земли. Он приземлился, пробежал на колесах и остановился. Все кинулись к нему и только тут увидели, что левое крыло получило остаточную деформацию. От лобового удара законцовкой оно немного повернулось назад, и задняя часть бортовой нервюры вмяла обшивку борта фюзеляжа вовнутрь.
Первый самолет Юнкерса J-1 на аэродроме, 1915 г.
Ремонт самолета продолжался все рождественские праздники, затем контрольные испытания на прочность, и только 18 января 1916 года Юнкерс с Мадером, Вагензайлем и Бранденбургом снова стояли на аэродроме Деберица и с нескрываемым волнением следили за взлетом их «Жестяного осла», как его уже успели окрестить местные испытатели. В кабине сидел уже другой военный летчик испытательного центра, Пауль Арнольд. Пробежав всего двести метров, он уверенно оторвал машину, энергично набрал высоту около ста метров и тут обнаружил, что угол установки стабилизатора слишком мал – машину тянуло в пике. Он благополучно сел, и Хуго сам проследил, чтобы стабилизатор установили как надо. В тот же день на самолете опять взлетел лейтенант Маллинкрод. Теперь он сразу набрал высоту около километра и проверил управляемость самолета на всех режимах. Она была великолепной. Но на пробеге при посадке он угодил в маленькую ямку и погнул один стержень шасси. Его заменили за ночь.
На следующий день, 19 января, лейтенант Маллинкрод показал всему миру, на что способен первенец Юнкерса – его максимальная скорость 170 км/ч. Такой скорости с мотором жидкостного охлаждения в 120 л.с. не достигал ни один самолет в мире.
Хуго Юнкерс и все его помощники праздновали победу. Они выполнили обе задачи, которые возложили на их опытный J-1. Он действительно продемонстрировал, что с толстым свободнонесущим крылом можно получить низкое сопротивление, а самолет можно построить целиком из металла. Первая стальная машина Юнкерса заняла почетное место в музее его завода в Дессау.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.