Дозаправка в воздухе. Часть 1. Как все это начиналось.

Здравствуйте!

Сегодня начинаем разговор на тему столь же интересную, сколько и сложную. Дозаправка в воздухе топливом летательных аппаратов. Со стороны этот процесс выглядит довольно зрелищно. Но изнутри он достаточно сложен, особенно что касается пилотирования взаимодействующих друг с другом воздушных судов.

Дозаправка в воздухе считается одним из самых сложных элементов полета, выполняемых летчиками военной авиации. Военной потому, что выполняется она на данный момент только на армейских летательных аппаратах.

Сама идея дозаправки в воздухе возникла уже достаточно давно, с тех самых пор, когда аэропланы прочно обосновались на просторах безбрежного пятого океана. Ведь тогда, как впрочем и сейчас :-), возможность длительного нахождения в воздухе, которое ассоциировалось либо с большой дальностью, либо с выполнением какого-либо длительного ответственного задания, зависела, в основном, от двух факторов: состояния экипажа и наличия на борту достаточного количества топлива для работы двигателя.

С экипажем тут уж вряд ли что можно было сделать, разве что возить с собой сменщиков 🙂 (что, вобщем-то, в дальнейшем и применялось). А вот насчет топлива стоило подумать :-). Ведь тут существуют две возможности. Первая, как бы тривиально это не звучало :-), расходовать топливо меньше или вообще не расходовать. А вторая — каким-либо образом в нужный момент пополнить его запасы.

Первый способ достаточно глубоко прорабатывался и исследовался, в частности в Советском Союзе в 30-е годы. А источник такого интереса заключался в том, что появившиеся тогда бомбардировщики имели уже достаточно большую дальность полета. Однако были при своих положительных качествах достаточно беззащитны и нуждались в опеке со стороны истребителей. И все бы ничего, но дальность тогдашних истребителей зачастую была в 3-4 раза меньше дальности полета бомбардировщиков.

Тогда появилась идея «брать истребители с собой» :-). Достаточно большие по размеру и обладающие немалой грузоподъемностью бомбардировщики стали авиаматками, или воздушными авианосцами. Они попросту брали истребителей, что называется, «себе на горб» :-), чтобы выпустить их в полет там и тогда, где и когда это потребуется.

Пилоты при этом находились в кабинах. Двигатели истребителей, естественно, были выключены и топливо не расходовалось. А в нужный момент истребитель отцеплялся от носителя и выполнял задачу по защите своего менее маневренного «хозяина».

И хотя тема авианосцев имеет только косвенное отношение к теме нашей сегодняшней статьи (об авианосцах будет отдельная статья и не одна :-)), я все же уделю ей несколько строк, потому как она сама по себе очень интересна.

Достаточно большое развитие вопрос самолетов-авиаматок, как уже было сказано, получил именно в Советском Союзе. Инициатором и руководителем работ стал известный в довоенном Союзе авиатор, авиаконструктор и изобретатель В.С. Вахмистров. Его знаменитый проект «Звено» разрабатывался на базе самолета ТБ-1 и, в дальнейшем, ТБ-3.

Проект был предложен 1 июня 1931 года, а уже 3 декабря в воздух поднялось «Звено-1». Это был бомбардировщик ТБ-1, на крыле которого сверху были закреплены два истребителя И-4. В 1932 году стали проводится работы с использованием более крупного по размерам бомбардировщика ТБ-3. Здесь модификаций «Звена» было предостаточно, в соответствии с замыслами и богатой фантазией Вахмистрова :-). Практически все они были летающими. Идеи и воплощенные в жизнь конструкции инженера даже получили характерное прозвище «цирк Вахмистрова» :-).

«Звено-2» — ТБ-3 с двумя истребителями И-5, а «Звено-2А» — с тремя (два на крыле и один на фюзеляже). «Звено-3» — два истребителя И-Z (пушечный истребитель) под крылом. «Звено-5» — не только отцепка истребителей И-Z в полете, но и прием их обратно после выполнения задания. «Звено-6» — под крылом два И-16. «Звено-7» — суперавианосец. ТБ-3 нес в этом варианте 5 истребителей: два И-5 на крыле, два И-16 под крылом, один И-Z под фюзеляжем.

Был даже проект «авиаматки ПВО» с истребителями И-15бис, которая должна была барражировать вдоль границы и, в случае ее нарушения выпускать своих подопечных в воздух. Было еще немало других проектов, как осуществленных, так и нет.

Одним из самых доведенных стал проект «Звено-СПБ» (составной пикирующий бомбардировщик). Это был самолет ТБ-3РН с двумя И-16 под крылом, каждый из которых был вооружен бомбами (2×250 кг). Сама авиаматка даже не заходила в зону ПВО. Она доставляла истребители с бомбами, так сказать, по месту :-), выпускала их там, и уже они выполняли бомбометание.

Самолеты «Звено-СПБ» приняли достаточно активное (и результативное !) участие в Великой Отечественной войне и воевали вплоть до второй половины 1942 года. Однако производство ТБ-3 было прекращено еще в 1937 году. Устаревшие самолеты не могли полноценно противостоять передовой технике люфтваффе.

Как только была практически доказана возможность и эффективность дозаправки в воздухе, активные работы по созданию летающих авиаматок были прекращены. Стоит, правда, сказать, что в малом объеме такого рода исследования все же проводилсь и после войны, вплоть до 60-х годов. Потом с перерывами до настоящего времени, и сейчас они существуют, так сказать, в неявном виде :-). Но подробнее об этом в другой раз.

А сейчас вплотную поговорим о дозаправке в воздухе. Это и есть та самая вторая возможность увеличения дальности. И, действительно, самолет может держаться в воздухе и выполнять при этом поставленную задачу, пока работают его двигатели. А они будут работать, пока есть на борту топливо (при условии, конечно, их полной исправности). То есть формально самолет может находиться в воздухе неограниченно долго, главное, чтобы экипаж, им управляющий, был работоспособен.

У принципа пополнения топлива на борту путем дозаправки в воздухе есть еще одна очень важная положительная особенность. Дело в том, что в характеристиках любого самолета есть такой параметр, как максимальная взлетная масса. Это такая максимальная масса летательного аппарата при которой он может безопасно осуществить взлет.

Так как в суммарную массу любого воздушного судна входит как топливо на его борту, так и груз в его грузовых отсеках (а равно и боеприпасы), то здесь открывается возможность для определенного комбинирования.

Если есть возможность дозаправки в воздухе, то вполне можно взлететь с меньшим количеством топлива (к тому же используя более короткую дистанцию для взлета :-)), но с большей полезной нагрузкой, а потом уже в полете нужное топливо получить от заправщика. В этом случае, естественно, эффективность боевого применения повышается.

Первые неуклюжие попытки «дозаправки» были сделаны еще в 1912 году. Другим словом и без кавычек эти действия не назовешь, потому что первоначально это была просто передача канистр с бензином с одного аэроплана на другой.

Однако уже в 20-е годы была опробована и проведена успешная дозаправка топливом через шланг перекинутый с самолета на самолет. Топливо переливалось просто под влиянием гравитации.. Именно переливалось, потому что об ускоренной перекачке тогда речь не велась, да и сам процесс иной раз мог выглядеть достаточно комично :-). Ведь зачастую подаваемый шланг с заправочным пистолетом надо было ловить вручную и вручную же вставлять его в заправочную горловину.

Впервые такого рода операция была выполнено 27 июня 1923 года. Заправка происходила с крыла на крыло между двумя самолетами Airco DH.4 принадлежашими USAF ( американские военно-воздушные силы, тогда еще называвшиеся по-другому :-)). Экипаж – военные летчики Virgil Hine и Frank W. Seifert. И американцы не остановились на достигнутом.

Уже в августе этого же года, с 27-го по 28-е, на тех же самолетах Airco DH.4  был установлен рекорд продолжительности полета (экипаж – военные летчики Lowell Smith и John Paul Richter). Заправляемый самолет оставался в воздухе 37 часов 15 минут, при этом было проведено девять дозаправок, перекачано 687 галлонов топлива и 38 литров масла для двигателя.

25 октября того же года тот же экипаж на самолете Airco DH.4 выполнил успешный перелет из городка Sumas в штате Вашингтон до San Diego ( Калифорния) с двумя дозаправками в воздухе, тем самым доказывая практическую ценность воздушной дозаправки.

Дальше – больше :-)… В январе 1929 года американские военные летчики на самолете Question Mark (Вопросительный знак), который был специально подготовленной модификацией военно-транспортного Atlantic-Fokker С-2А, в результате использования дозаправки в воздухе продержались в полете над Лос-Анджелесом более 150 часов.

Летчики Dale Jackson и Forest O’Brine на самолете Curtiss Robin используя всю ту же ручную примитивную дозаправку продержались в воздухе без посадки с 13 по 30 июля 1929 года (то есть 420 часов и 17 минут). Полет проходил над аэродромом Lambert Field, город  St-Louis, штат Missouri.

В период с 11 июня по 4 июля 1930 года братья brothers John, Kenneth, Albert, и Walter Hunter используя два самолета Stinson SM-1 Detroiter (один как заправщик другой, как заправляемый) продержались в воздухе 553 часа 40 минут над аэродромом Sky Harbor Airport возле местечка Northbrook севернее Чикаго.

И наконец в 1935 году братья Fred и Al Key (получившие прозвище «Летающие Ключи» :-)) на самолете Curtiss Robin (носившим название Ole Miss) установили рекорд беспосадочного полета в 653 часа и 34 минуты. То есть более 27 дней в воздухе! Да еще на такой этажерке :-). Они взлетели 4 июня и приземлились 1 июля, пролетев при этом 52320 миль и израсходовав более 6000 галлонов бензина.

Интересно, что в этом случае установление рекорда с использованием дозаправки в воздухе не было самоцелью. Дело в том, что 1935 год был временем, когда в разгаре была Великая Депрессия. Небольшой аэродром (аэропорт) в городке Meridian (штат Миссисипи) должен был закрыться по экономическим соображениям.

Братьев Key это, мягко говоря не устраивало :-). И они решили привлечь внимание к аэродрому, устроив на нем свое шоу, главной целью которого было побить существующий рекорд братьев Hunter.

Подошли они к этому вопросу достаточно основательно. Ведь известно, что существовавший до сих пор способ заправки (шланг с обычным заправочным пистолетом) был довольно опасен. Самолет ( как заправщик, так и заправляемый) из-за любых воздушных возмущений вполне мог отклониться от прямолинейного полета.

В этом случае заправочный пистолет могло вырвать из горловины топливного бака заправляемого самолета. Понятно, что в этом случае струя бензина из шланга может попасть куда угодно, в том числе и на горячий корпус двигателя заправляемого самолета. А тогда пожар в полете очень вероятен.

Дабы этого избежать, Братья Key совместно с изобретателем и механиком A.D.Hunter усовершенствовали систему заправки. На конце заправочного шланга был установлен специальный клапан, который открывался только при его нахождении в заправочной горловине.

В случае, если он оттуда по какой-либо причине (штатной или нештатной) выходил, то подача топлива сразу перекрывалась. С использованием этой системы и проходил полет. Заправка производилась с такого же самолета Curtiss Robin, пищу летчикам спускали на веревке. Все остальное тоже с использованием подручных средств :-)…

Еще одной проблемой как у братьев Hunter, так и братьев Key ( а также у летчиков  Dale Jackson и Forest O’Brine, Сант-Луис) было обслуживание двигателя. Полет был очень длительный, положенного наземного технического обслуживания двигатель, естественно, не получал. Поэтому приходилось производить хоть какие-то работы прямо в полете на работающем двигателе.

Специально для этого как на Stinson SM-1 Detroiter, так и на Curtiss Robin были выполнены специальные небольшие помосты вокруг двигателя, на которые выбирался один из пилотов и ( я бы сказал, рискуя жизнью :-)) выполнял необходимые работы.

Полет, безусловно, был грандиозен и заслуживает особого внимания. После его окончания, аэропорт получил в честь братьев название Key Field. Он успешно функционирует и по сей день в качестве регионального аэропорта Соединенных Штатов. А самолет, на котором совершался этот полет сейчас хранится в Национальном Аэрокосмическом Музее в Вашингтоне (National Air and Space Museum). Наши бы так умели хранить свои национальные реликвии :-(…

Теперь слова немного разбавим коротенькими видеороликами о вышесказанном. Второй, кстати, посвящен полету в Сант-Луисе в июле 1929 года. Язык там, правда, малопонятен, но и без него многое ясно :-). Отважные были летчики в то время…

Не отставала от американцев и Европа. Там примерно в это же время проводились опытные полеты с дозаправкой в воздухе. Были они правда не столь экстремальны :-).

В 1928 году заправку между двумя самолетами продемонстрировали французы на авиационном празднике на аэродроме в Ле бурже (Le Bourget, том самом, где сейчас проходят знаменитые всемирные авиационные выставки).

Британский научно-исследовательский авиационный центр (одна из баз его была в Фарнборо (Farnborough), опять же в том самом, где сейчас проходят крупные авиационные выставки; последняя только что закончилась в прошлое воскресенье :-)) работал над увеличением дальности полета дальнемагистральных гидросамолетов Британской империи.

С этой целью исследовались возможности дозаправки в воздухе. В 1931 году впервые была продемонстрирована дозаправка между двумя самолетами Vickers Virginia, при этом использовался шланг с предохранительным клапаном, по принципу действия похожим на клапан, используемый братьями Key. Работы продолжались успешно, но были прекращены с началом Второй Мировой войны.

Однако все эти способы заправки были, как видите очень примитивны, малоэффективны и опасны для самолета и экипажа. Назревала серьезная необходимость придумать что-нибудь посерьезнее и поосновательнее. Первым человеком, взявшимся за выполнение этой задачи стал Alan John Cobham, известный английский летчик, воевавший в первую мировую и специализировавшийся в полетах на длинные дистанции.

Основываясь на работах других английских инженеров он разработал первую в мире настоящую систему (именно систему!) дозаправки в воздухе.

Кратко о ее сути. На заправляемом самолете в хвосте через специальное отверстие выпускался тонкий стальной трос на конце которого был укреплен груз со специальными зацепами (когтями). На самолете заправщике в нижней части фюзеляжа было смонтировано устройство, которое в нужный момент делало выстрел специальным гарпуном (лучше слово не подберешь :-)) на таком же тросе поперек курса в левую сторону.

Заправщик подходил справа сзади и чуть выше заправляемого самолета и делал выстрел гарпуном поперек курса в сторону выпущенного троса с грузом от заправляемого самолета. Трос заправщика ложился на трос заправляемого и далее, в результате эволюций заправщика, тросы обоих самолетов сцеплялись (гарпун с когтями груза) и лебедкой место сцепа затягивалось в корпус танкера.

Там вместо троса к узлу сцепки присоединялся топливный шланг, который в обратном порядке перетягивался на борт заправляемого самолета. Далее заправщик поднимался выше и происходила заправка. Топливо, как вы уже верно поняли :-), опять же перетекало самотеком.

При отработке этой системы в качестве заправляемого самолета использовался Airspeed AS.5 Courier а в качестве заправщика транспортный Handley Page W.10.

Главной целью разработчика этой системы (как патриота своей страны :-)) было не военное ее применение, а улучшение возможностей трансатлантических коммерческих перелетов.

В 1934 году Cobham основал фирму по разработке, совершенствованию и производству оборудования для своей системы дозаправки в воздухе. Фирма называлась Flight Refuelling Limited (FRL, существует по сей день :-)), а система дозаправки — Grappled-line looped-hose или просто looped-hose. Затрудняюсь литературно это перевести :-). Что-то типа «шланг-петля».

В 1938 году система FRL looped-hose отрабатывалась на больших гидросамолетах типа Short Empire. В 1939 году с целью отработки дальних трансатлантических перелетов использовались самолеты Handley Page H.P.54 Harrow. С 5 августа по 1 октября 1939 года было выполнено 16 трансатлантических перелетов британских гидросамолетов, в которых 15 раз использовалась дозаправка в воздухе. После этого испытания были прекращены, потому что началась Вторая Мировая война.

Однако сразу после окончания войны США закупили для своих ВВС некоторое количество систем FRL. Они с небольшими изменениями в конструкции устанавливались на самолеты В-17, В-24 и В-29 (они назывались КВ-29) и в дальнейшем на В-50.

И именно такой системой был оборудован самолет ВВС США Lucky Lady II (Boeing B-50 Superfortress) осуществивший в 1949 году первый в истории беспосадочный полет вокруг света. Его заправлял КВ-29М.

Привожу здесь два небольших ролика, на которых можно увидеть некоторые моменты работы модернизированной системы FRL looped-hose. Первый ролик посвящен заправщику КВ-29. Показана наземная тренировка и работа в воздухе. Хорошо виден момент, когда член экипажа самолета-заправщика (оператор заправки :-)) производит соединение заправочного шланга с тросом заправляемого самолета для последующей его транспортировки к нему на борт.

Второй ролик посвящен кругосветному беспосадочному перелету Lucky Lady II. Там тоже показан момент дозаправки в воздухе.

Ну, а теперь кое-что о наших :-)… Советский Союз ведь тоже не остался в стороне от исследований по дозаправке в воздухе. С начала 30-х годов она была опробована на различных типах самолетов. Нельзя сказать, что у нас дела пошли лучше, чем у американцев. Первоначально была все та же кустарщина, граничащая, на мой взгляд, с некоторым безрассудством. Уж больно все это было опасно… Хотя, наверное, иначе в то время было просто нельзя.

Под руководством авиатора-энтузиаста П.И.Гроховского был разработан самолет-заправщик (танкер :-)) на базе легкого бомбардировщика и разведчика Р-5. Далее опытными работами по дозаправке в воздухе в НИИ ВВС занимался инженер А.К. Запанованный с летчиком И.П. Белозеровым.

На Р-5 были смонтированы дополнительные бензиновые баки (главным был большой подфюзеляжный бак емкостью 550 литров), а также ручная лебедка с металлизированным шлангом. На конце шланга имелся груз, так называемая «груша», весом около 4-х кг.

В качестве заправляемого использовался уже упомянутый выше ТБ-1. Члены экипажа (чаще всего механик и летнаб (летный наблюдатель)) должны были вручную эту самую грушу поймать, рискуя при этом получить основательный удар по голове, удержать, что было совсем нелегко, и направить конец шланга с клапаном в заправочную горловину. Можете себе представить, что это такое было :-).

Топливо перетекало вниз под собственным весом, то есть заправщик летел выше заправляемого самолета. Все эти операции проводились на скоростях не выше 200 км/ч, кабины были открыты, защитных фонарей, как сейчас, тогда не было (особенно у стрелков и летнабов), что давало возможность кое-как справляться с подаваемым сверху шлангом.

В дальнейшем в качестве заправщика использовали и ТБ-1. И, несмотря на определенную примитивность, система работала и довольно успешно. Сначала пробовали вместо топлива переливать воду, а в середине лета 1932 года осуществили ряд успешных дозаправок топливом в воздухе. В одном из вылетов это позволило ТБ-1 продержаться в воздухе 25 часов.

Однако самолет ТБ-1 быстро сошел со сцены. Ему на смену появился тяжелый бомбардировщик ТБ-3. Его использовали как в качестве танкера, так и в качестве заправляемого самолета. На заправщике (самолет назывался ТБ-3Р) установили комплект специального оборудования (наименование АЗ-21).

Ничего нового :-). Все та же ручная лебедка со шлангом. На конце шланга специальный наконечник с клапаном и 4-х-килограммовая гиря для утяжеления и стабилизации в воздухе.

Шланг разматывался в специальный люк в полу, а на заправляемом самолете (ТБ-3) эту гирю ловили сразу два стрелка. Иначе ее было не удержать. Бензин забирался из стационарных центропланных баков заправщика и перетекал вниз самотеком. Первая заправка ТБ-3 была осуществлена 20 ноября 1933 года.

Кроме того летом 1936 года проводились экспериментальные работы по дозаправке в воздухе истребителей И-5 и И-16 от танкера ТБ-3Р. На истребители устанавливался комплект оборудования АЗ-22. Термин «комплект» звучит внушительно, но на самом деле это были всего лишь заливная горловина и отсечной клапан.

Дальнейшие исследовательские работы большого развития не получили не только в Советском Союзе, но и в других странах мира. Можно сказать, что перед войной завершился первый, начальный этап. Проведенные эксперименты были достаточно успешны, но сам процесс ручной дозаправки в воздухе оказался очень тяжел и рискован.

Вторая мировая война стала как бы тормозящим порогом, перевалив который техническая мысль в этой области перешла на качественно новый технологический уровень.

Приближалась эра реактивной авиации, которая принесла с собой новые цели и новые возможности. После войны дозаправка в воздухе, как предмет практических исследований, получила ощутимый толчок к развитию. Однако об этом уже в следующей статье…

До новых встреч :-).

Фотографии кликабельны.