История Saab 21

Проектирование нового самолёта

К 1941 году Шведы уже долго пытались создать новый истребитель, который не станет просто затычкой и будет иметь хороший потенциал для развития. Еще в 1939-м году было готово сразу два проекта: L-12, подозрительно напоминающий японский Зеро, и AFV GP9. Flygvapnet (ВВС Швеции) заказало по одному прототипу каждого проекта, но из-за проблем на стороне двух компаний, предоставивших проекты, в ноябре 1939 года заказ был отозваны. Мало того, сразу обе авиационные компании были объединены с Saab.

После этого началась разработка нового проекта — L-13 с довольно радикальной конструкцией: два двигателя находились за кокпитом, что давало улучшенный обзор и давало возможность установить более мощное вооружение. Но тогда Швеция не обладала подходящим двигателем для такой конструкции, ведь двигатель воздушного охлаждения лишился бы какой-либо возможности охлаждаться, а двигателя с водяным охлаждением просто не существовало.

К лету 1940 года Saab занимались сразу двумя самолётами: P 8 (позднее назван B 18) и P 9 (позднее стал B 17), а в добавку к ним еще и шло производство бомбардировщиков B 3, и шли слухи о будущем объединении с FFVS, делавших проект P22 (позднее стал J22). Поэтому проекты как L-12, так и L-13 были прекращены как неперспективные. Тогда же стало понятно, что США больше не собираются поставлять новые J 9 (Seversky P-35), как и J 10 (P-66), поэтому Швеция обратилась к Италии для того, что бы закупить Cr 42 и Re.2000.

В 1941-м году правительство Швеции смогло договориться с Германией о поставках двигателей Daimler-Benz, что открыло путь к появлению новых проектов самолётов, особенно после того, как правительство одобрило разработку реактивного самолёта. Так, Фрид Ванстрём, инженер и создатель проектов L-12 и L-13 приступил к созданию нового проекта: L-21.

Сложное решение простых проблем

Иностранный опыт и шведские конструкторы

Ранний чертёж Saab 21

Шведы много наблюдали за ходом битвы за Британию. И они вынесли некоторые уроки о конструкции самолётов из нее. Как Spitfire, так и Bf 109, очень часто капотировали при посадке, навигация на аэродроме была сущим адом, а двигатель впереди не давал возможность установить в носу мощное вооружение. Размещение же двигателя за пилотом, по мнению шведов, могло исправить эти проблемы. Была лишь одна проблема — звездообразный двигатель воздушного охлаждения было практически невозможно охлаждать при такой конструкции. Но 19 марта 1941 года от flygvapnet пришла радостная новость: для нового самолёта можно будет использовать немецкий DB 601.

На конференции ВВС Швеции по новому самолёту, Фрид Ванстрём кратко описал полученные им требования к проекту, и трудности, с которыми он столкнулся:

Требования, полученные 19 марта говорили следующее: Двигатель; предполагается DB 603 жидкостного охлаждения, который в целом схож по размерам с DB 601, но примерно на 10% тяжелее. Подвесное вооружение должно быть до 900 кг. Курсовое вооружение состоять из 4 х 13,2-мм или 1 х 20-мм и 2 х 13,2-мм. Посадочная скорость не ниже 115 км/ч. Если вы попробуете удовлетворить требования истребителя, т.е. высокая скорость, высокая скороподъемность, хорошая манёвренность, хороший обзор пилота и хорошие посадочные характеристики, традиционным способом, то вы сразу встретите несколько проблем. Так, установка двигателя впереди создаёт большие проблемы с балансом, и из-за этого иногда придётся ставить пилота ближе к хвосту самолёта, что ухудшит обзор. Но большинство проблем появляются вместе с установкой вооружения. Разместив его в центроплане, его придётся синхронизировать. Размещение в крыле делает профиль крыла толще. А если одна из пушек заклинит, то при стрельбе самолёт будет подёргивать в сторону. Так еще и нагрузка на крыло станет больше. Большой мотор впереди самолёта к тому же не даст возможность установить туда вооружение и носовую стойку шасси. Когда ты рассматриваешь решение этих трёх проблем, ты невольно задумываешься, а почему бы не поставить двигатель за пилотом? Именно это я и сделал в недавнем предложении, которое, собственно, и обсуждается. И хотя ему всего 10 дней, я бы хотел услышать мнение ВВС уже сейчас. Должны ли мы работать дальше в этом направлении, или нам стоит попытаться сделать что-то другое? Размещая двигатель сзади, можно достичь следующих преимуществ: основное вооружение можно разместить в носу. Пилот получит хороший обзор. Балки, поддерживающие хвост, так же могут вместить шасси. Скорость, сложность управления и характеристики в целом схожи с традиционной конструкцией. Но вот обзор и посадочные характеристики гораздо лучше. — Фрид Ванстрём, авиаконструктор.

5 апреля 1941 года проект был подтверждён, и Фриду и его команде выделили 68 200 шведских крон на продувку в аэродинамической трубе и создание макетов.

Проектирование было довольно сложным процессом. Это был первый самолёт Saab с двигателем жидкостного охлаждения, и он находился сзади. Охлаждение разместили в крыле, пусть и пришлось из-за этого немного увеличить его профиль. Так же это был первый самолёт Saab с носовой стойкой шасси, да еще и с мощным вооружением и всё это требовалось укомплектовать в одном самолёте.

Первый продувочный макет был готов уже к 13 июня и активно испытывался в аэродинамической трубе целый месяц. Полномасштабный макет был готов 8 июля, и был тщательно изучен военными. Ко всем проблемам конструкторов, добавилось еще то что двигатель DB 605 (после долгих переговоров шведы смогли заполучить его) был мощностью всего в 1335 л.с., а не 1500, так еще и его чертежи попали в руки конструкторов только 2 декабря.

21 августа управление авиации Швеции приостановило проект, назвав его бесперспективным. 15 сентября армия сказала, что проект им нравится, и они желают что бы он развивался дальше. 22 октября управление авиации Швеции предоставило проект L-23, очень похожий на P-51 Mustang и сказало прекратить дальнейшую разработку проекта L-21. Тем не менее, Saab удалось убедить что проект вполне интересный, и например шанс капотирования там гораздо ниже чем на том же J 9; и в декабре продолжилась дальнейшая разработка самолёта.

Проблемы и их решения

Обдувочная модель L-21 в масштабе 1:10

Для того что бы достичь большой скорости современного истребителя, конструкторы очень много внимания уделили профилю крыла. Им буквально пришлось балансировать между его толщиной, ибо большая толщина создавала увеличенное сопротивление, но давала лучшую управляемость, а при меньшей толщине была лучше динамика и максимальная скорость; двигатель был не слишком сильным, и одной мощностью характеристик этого было не добиться. В этом балансировании по толщине сильно помогла аэродинамическая труба, после испытаний в которой крыло решили сделать под небольшим градусом, а по толщине его сделали примерно на уровне английского Tempest. Подъёмная сила крыла вышла небольшой, но при этом оно давало хорошие показатели сопротивления. Туннеля для проведения тестов на полномасштабном макете в Швеции не было, да и со сроки очень сильно поджимали. Тем не менее, полёты прототипов подтвердили ожидания конструкторов.

Испытания катапульты на B 17

Другую большую проблему представлял из себя двигатель. Мало того что ни у кого во всей Швеции не было опыта работы с ним, так еще и факт того, что он толкающий и расположен сзади усложнял множество простых вещей. С охлаждением пришлось возиться долго, и радиатор-закрылки это одна из инноваций на самолёте, впрочем, не очень совершенная: на прототипах при пикировании закрылки часто сами выпускались и отрывались. Хотя, на серийных машинах это исправили.

Ещё одной проблемой было охлаждение самолёта на земле и при взлёте. При подобном расположении двигателя винт не засасывал воздух в систему, что приводило к перегреву. Для этого было сделано другое решение: конструкторы установили два вентилятора, которые на низких скоростях обеспечивали двигатель и радиаторы воздухом, и отключались после взлёта.

Мало того, толкающий двигатель создавал больше вибраций, из-за которых хвостовые балки расшатывались и винт проходил буквально в сантиметрах от них. Тогда конструкторы расположили балки немного дальше.

В остальном — воздействие выхлопа на винт сочли незначительным. С другой стороны, он даже немного нагревал винт, предотвращая его обледенение.

Вопрос того, как покидать пилоту самолёт был тоже актуален. Традиционным способом пилот бы выпрыгивал прямо на винт, что грозило бы ему смертью. Поэтому шведы рассматривали очень много идей, например, отстрел пропеллера, двигателя или всего хвоста в целом. В последнем случае планировалось ставить небольшой заряд, который бы взрывался в направлении двигателя. В конце концов конструкторы решили использовать то, что все сейчас называют катапультой — к этому времени она как раз испытывалась и вполне успешно. Позднее, уже после войны, шведы узнали, что немцы тоже пришли к подобной идее.

Лётные испытания 1943 года

Перед первым полётом конструкторы проводили множество вычислений и обсуждений о многих деталях, после чего сказали лётчику-испытателю, Клэсу Смиту, взлетать с полностью выпущенными закрылками. Он немного поворчал, сказав, что самолёт не взлетит, но позднее ему самому стало интересна идея максимально короткого взлёта, поэтому он согласился сесть за штурвал.

Конструкторы очень торопились, но тем не менее их поставили перед фактом что самолёт должен начать испытания не позднее 30 июля 1943 года. Именно в этот день его перевезли на небольшой испытательный аэродром SAAB, даже не установив систему наземного охлаждения, дождались пока ветер начнёт дуть против стороны взлёта и Клэс Смит начал взлёт:

Сперва я выпустил закрылки и дал полную тягу. Двигатель моментально нагрелся до 109 градусов, когда на 115 он бы уже перегрелся. Примерно тогда же наступил момент, когда я по вычислениям должен был взлететь… потянул на себя ручку… и ничего не произошло. Тормозить места уже не оставалось, да и взлетать тоже. Я знал, что в конце аэродрома находится дорога и низкий забор, так что при неудачном взлёте или торможении повреждения были бы минимальны. К тому времени я ускорился ещё больше и самолёт взлетел. Я немного задел дорогу и забор, но на самолёте это никак не сказалось. Двигатель начал остывать и до конца полёта шкала термометра так и не достигла жёлтой полосы. Набор высоты, бочки, устойчивость на низкой высоте, инструменты управления двигателем, всё работало как надо. Но пришло время вернуться назад на аэродром. Тогда по радио мы решили его поменять ведь аэродром Saab был слишком коротким. Я выстроил глисаду, выпустил закрылки и шасси; всё шло хорошо и казалось, что посадка станет идеальной. Моя радость испарилась в тот же момент как я начал тормозить, ведь самолёт отказывался это делать. Деревья в конце полосы становились всё ближе и ближе, и мне далеко не хотелось оказаться в одном из них. И тут я вспомнил, что на случай, если самолёт войдёт в штопор мы поставили ему парашют. Позднее подобные системы начали ставить на множество военных и даже гражданских самолётов для торможения на аэродроме. Как только я его выпустил нос 21-го сильно поднялся и винт даже задел полосу, но в конце концов остановился. Виной всему оказалось то, что я ударился стойкой шасси по дороге и повредил тормоза, с другой стороны это подтолкнуло меня в небо. Меня тогда никак не наказали, но вот генерал Норденскёлд назвал конструкторов и инженеров из Saab круглыми дураками за идею взлёта с полностью выпущенными закрылками. — Лётчик-испытатель Клэс Смит

Прототип подготавливается к полёту

Самолёт починили уже на следующий день, а конструкторы начали ломать голову над тем, как улучшить аэродинамику самолёта и доработать гидравлическую систему и её надёжность.

Другие полёты тоже не прошли без проблем. Так, во время одного из тестов на тряску в полёте, на скорости около 500-550км/ч у самолёта разбился кокпит и оторвался нос, повредилась гидравлика с крыльями. Так еще и при посадке его развернуло, и левая стойка вместе с крылом сломались, но пилот вышел из этого невредимым.

Это не остановило программу, пусть и немного замедлило её. Были и другие инциденты, но гораздо менее крупные. Самолёт активно дорабатывался и к концу 1944 пошли разговоры о начале серийного производства.

Модификации поршневых Saab 21

Первый серийный самолёт, модификации J 21 A-1, поднялся в небо только 20 декабря 1944 года, остальные серийные самолёты выходили из заводских цехов не раньше февраля 1945 года. Тогда Saab присвоили самолёту имя «Tvestjärten» («Уховёртка»/«Двухвостка»), но оно не прижилось. Всего, за не самый большой срок службы самолёта, было создано три модификации: J 21 A-1, J 21 A-2 и A 21 A-3/B 21, и все с множеством как больших, так и мелких отличий.

J 21 A-1

Система охлаждения J 21 A-1

На всех модификациях 21-го стоял немецкий двигатель DB 605, мощностью примерно в 1330 л.с., но с появлением 100-го октана у шведов он стал выдавать в районе 1500-1600 л.с., что дало довольно неплохой прирост к мощности. Что же отличает модификацию A-1 от остальных самолётов, так это её закрылки: их всего три, два в крыле и еще один закрылок в центроплане, который, в свою очередь разделяется на три части. Две для охлаждения масла и и охлаждающей жидкости, а центральная часть опускается только для осмотра двигателя. На более поздних модификациях этот закрылок для осмотра уберут.

Вооружение самолёта состояло из четырёх 13,2-мм пулеметов Akan m/39A (два из которых находились в носу, а два — в крыле с каждой стороны) и одной 20-мм пушки Akan m/41A со сдвоенным барабаном на 130 снарядов, можно было загрузить и 140 но тогда пушка клинила при стрельбе и изнашивалась быстрее. Akan m/41A это лицензионная копия Hispano 404 испанско-французской компании. Akan m/39A, в свою очередь, это лицензионная копия бельгийского пулемёта Browning с французским калибром 13,2-мм.

Всего было произведено 59 самолётов этой модификации.

J 21 A-2

J 21 A-2 — это дальнейшее развитие модификации A-1 с небольшими изменениями. Так, шведы убрали одну из частей центрального закрылка, которая использовалась для осмотра двигателя. Была доработана гидравлика. 20-мм пушку Akan m/41A заменили на Akan m/45. Прицел заменили на K-14, теперь он должен был давать что-то на подобии упреждения для пилота.

Всего было построено 124 J 21 A-2.

A 21 A-3 / B 21 A-3

Штурмовая/бомбардировочная модификация 21-го. Её ключевым отличием является довольно широкая номенклатура подвесного вооружения: бомбы массой от 50 до 600 кг и ракеты калибром от 10 см до 28 см. Для роли бомбардировщика был установлен бомбовый прицел, а для стрельбы ракетами немного доработан прицел K-14. В 1949-м году штурмовики были дополнительно модифицированы: 13,2-мм пулеметы заменили на 12,7-мм.

A 21 A-3 с креплением для 500-кг бомбы

Всего было произведено 119 А 21 А-3.

Saab 21 B

Проект глубокой модернизации «Уховёртки». Предполагалась установка нового, каплевидного кокпита на пример американских истребителей, форсированный DB 605 E с двигателем в 1700 л.с., четыре 20-мм пушки и радар. Прототип был почти построен. как его разработку приказали прекратить, потому что уже началась разработка реактивной модификации, в контексте которой поршнень выглядел устаревшим. Да и для поршневых самолётов стал доступен 100-й октан, с которым двигатель DB 605 без форсирования как раз выдавал мощность в 1700 л.с.

Первый, шведский, реактивный

J 21 RA

Сборка первого Saab 21 RA

Как только стало известно о том, что заграницей активно идут разработки самолётов с реактивными двигателями, со шведской стороны начались переговоры с британской компанией De Havilland о покупке реактивных двигателей Goblin, которые всё еще находились в разработке. Установить этот новый двигатель в Saab 21 было самым дешевым и быстрым методом, да и была возможна модернизация J 21 A в реактивную с минимумом изменений. По большей части конструкторы были озадачены тем, как увеличить максимальную скорость самолёта.

Шведы заполучили двигатель Goblin II (RM 1) мощностью 1360 кг/с. Его разместили на месте старого двигателя за пилотом. Так как он был гораздо больше старого двигателя, всю заднюю часть центроплана пришлось переделать, а так же установить воздухозаборники для обеспечения двигателя воздухом и более плавного аэродинамического перехода. Топлива реактивный двигатель потреблял очень много, поэтому внутреннюю часть крыла полностью переделали для размещения системы охлаждения и большего количества топливных баков.

Из-за расположения двигателя и его реактивной струи пришлось переделать и хвост. Руль высоты и стабилизатор закрепили на большей высоте. Все рули как и закрылки сделали из стали, что бы они были более стойкими и эффективными на больших скоростях.

Первый прототип Saab 21 RA

Тот же двигатель стал виновником и других изменений: если на поршевом 21 A винт создавал и потоки воздуха для рулей позади, то реактивный двигатель этого не делал; сложность взлёта и посадки увеличилась. Высокая стойка шасси с отрицательным углом только усложняла жизнь пилоту, поэтому переднюю стойку сделали немного длинее и поставили под углом, крыльевые же стойки наоборот, укоротили.

Кокпит тоже притерпел изменения. Помимо логичных, например, замены приборов из-за замены двигателя, расположение большинства кнопок и приборов поменяли что бы сделать их более удобными для пилота. Систему снабжения пилота кислородом заменили на американскую «Demand», а радио на британское с увеличенной силой сигнала.

Первые 4 прототипа поднялись в воздух 10 марта 1947 года, всего через год после начала разработки проекта. Самолёты получало только авиакрыло F 10, начиная с августа 1949 года. Всего было построено 34 J 21 RA.

A 21 RB

A 21 RB из авиакрыла F 7

Харатктеристики реактивного самолёта оказались довольно разочаровывающими, поэтому уже поздней весной 1950 их начали отправлять в штурмовое авиакрыло F 7, при этом самолёты модифицировались. Устанавливался новый двигатель Goblin III (RM-1A) мощностью 1500 кг/с, был установлен штурмовой прицел и крепления для ракет калибром от 8 см до 21см, бомб массой от 50 до 500 кг или ганпода с восьмью 8-мм пулеметами. С июля 1950 года начались поставки этой модификации, изначально планировалось довести количество самолётов до 120, но в предверии нового J 29, требуемое количество уменьшили до 60. В итоге, с нуля было построено 30 J J21RB, а остальные самолёты были модернизированы из J 21 RA.