Экспериментальный истребитель Касяненко № 5 (КПИ-5), содержавший много передовых решений построен летом 1917 г.
 

Экспериментальный истребитель Касяненко № 5 «Торпедо» стал одной из самых необычных конструкций за все время существования этого класса летательных аппаратов. Проектирование велось с опорой на математический расчет и весьма передовые решения, но интересная задумка оказалась неудачной из-за несовершенства научного аппарата того времени и недостаточного учета требований серийного производства и строевой эксплуатации военных самолетов.

Касяненко № 5 «Торпеда» (КПИ-5, «Торпедо») проект и опытный, истребитель. Проектирование было начато в Воздухоплавательной секции Киевского политехнического института его студентами братьями Андреем Ивановичем, Евгением Ивановичем и Иваном Ивановичем Касяненко во второй половине 1914 г., когда Россия вступила в мировую войну. Соответственно обстановке была поставлена задача создать как можно более скоростной и маневренный самолет, который можно было бы использовать как разведчик. Не известно, ставилась ли уже в то время задача атаки самолетов противника, но создаваемый самолет должен был превосходить их по летным данным.   Самолет проектировался «по науке», т.е. с расчетом аэродинамики, прочности и веса, а также возможных летных данных и даже оптимальных траекторий полета. В ходе этих исследований конструкторы пришли к идее «погони за противником в полярной системе координат, внезапной атаки с выходом на позицию стрельбы в ортогональной системе координат и ухода от контратаки противника или от преследования снова в полярных координатах. То есть самолет на большой скорости летел на нормальном положении крыла, а маневрировал, увеличивая угол его установки или наоборот уменьшал до отрицательного. При этом крутизна наклона траектории получалась большой при почти горизонтальном положении фюзеляжа, что считалось авторами удобным для атаки. Это была идея Е.И. Касяненко, но ей воспользовался и его товарищ по воздухоплавательной секции КПИ Григорьев в проекте самолета «Терещенко № 7».   В работе участвовали и другие студенты и преподаватели КПИ, но руководителем проекта по-видимому были Е.И. и А.И. Касяненко, по крайней мере, именно их компоновка и пошла в постройку.

К тому времени братья Касяненко построили четыре самолета, три из которых считались успешными, потому что смогли взлететь.   На самолетах № 3 и № 4 были применены изобретенные его авторами «оживленные» крылья – правая и левая половины бипланной коробки могли поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной ПСС в противоположные стороны, создавая управляющие моменты по крену вместо перекашивания концов крыльев или отклонения элеронов. Хотя самолет № 3 взлететь не смог, а № 4 имел очень слабые летные данные (из-за мотора), братья Касяненко считали это очень удачной находкой и решили развить это решение в проекте № 5. Он прорабатывался долгое время во многих вариантах, пока не пришли к схеме, которую можно считать развитием аппаратов № 3 и 4 с той разницей, что непосредственное управление осуществлялось не креном, а подъемной силой путем поворота крыльев.   По расположению несущих поверхностей аэродинамическая схема самолета была классической – бипланная коробка располагалась впереди у центра масс и в прямолинейном полете имела положительный угол установки, а оперение – сзади с нулевым углом установки. Но особенностью схемы было непосредственное управление подъемной силы крыла за счет изменения его установки. Также оригинальной была винтомоторная группа. Аэродинамика фюзеляжа хотя и не опиралась на расчет, методики которого пока не было, но оказалась очень совершенной.

Общий вид экспериментального истребителя Касяненко № 5 «Торпедо» (КПИ-5)
 

Силовая установка: один 9-цилиндровый ротативный мотор Гном «Моносупап-В» мощностью 100 л.с. установлен в средней части фюзеляжа на 40% его длины выходным валом назад; передний узел крепления двигателя установлен на перегородке на стрингерах между шпангоутами № 5 и 6, а задний основной – на шп. 6;

от мотора шел длинный состоящий из двух частей вал, установленный на 5 подшипниках; передний подшипниковый узел вала установлен на стержневой конструкции, закрепленной на шп. № 1 ХЧФ, остальные подшипники вложены в гнезда по оси силовых шп. № 2, 4, 6, а последний закреплен на двух шпангоутах – № 9 и 10 ХЧФ); на заднем конце вала установлен воздушный винт – деревянный трехлопастный (последнее было сделано, вероятно, впервые в практике российской авиации для того, чтобы обеспечить нужную тягу при минимальном диаметре, чтобы не увеличивать высоту шасси); на винт установлен кок, состоящий из двух конических секций и являющийся продолжением обводов фюзеляжа; топливный бак латунный паянный установлен на расчалках между шпангоутами № 4 и 5; масляный бак латунный паянный установлен на расчалках между шпангоутами № 5 и 6; охлаждение и выхлоп осуществлялись в проем между обшивками НЧФ и ХЧФ. Бипланная коробка крыльев: самолет был полуторапланом с положительным выносом верхнего крыла; на виде в плане крылья имели подобную трапециевидную форму с параллельными передними кромками и скошенными законцовками, при этом передняя кромка была короче задней, хорды были одинаковы, но крылья отличались размахом; профиль крыльев был тонкий выпукло-вогнутый S-образный, что по замыслу авторов уменьшало изменение крутящего момента при увеличении или уменьшении угла установки; верхнее крыло неразъемное, силовой набор деревянный, состоит из двух лонжеронов, стенок в зоне элеронов, нервюр, в свою очередь состоящих из носков, средних межлонжеронных частей и хвостиков (в зоне элеронов они укороченные), а также кромочных профилей, обшивка его полотняная; силовой набор элеронов также, вероятно, деревянный, состоит из лонжерона, нервюр и кромочного профиля, обшивка полотняная; конструкция нижнего крыла такая же, как и верхнего, за исключением меньшего числа нервюр, отсутствия элеронов и соответственно стенок для их крепления, а все хвостики нервюр одинаковой длины, а обшивка в средней части толстая фанерная, чтобы на нее можно было становиться при обслуживании и замене мотора; бипланнная коробка крыла навешена на вал на 6-м шпангоуте на «пауке» из двух симметричных половин, каждая из которых состоит из 6 труб овального сечения в трех V-образных парах; по консолям крылья связаны одной парной II-образной стойкой с каждой стороны от ПСС; жесткость бипланной коробки крыла обеспечена растяжками.

Продольный разрез экспериментального истребителя Касяненко № 5 «Торпедо» (КПИ-5)
Фюзеляж: фюзеляж самолета имеет очень чистую сигарообразную форму, автор его конструкции – А.И. Касяненко; сечение фюзеляжа переменное круговое с достижением расчетного миделя на 40% длины (была принята величина 0,95 м по габариту мотора, что оказалось ошибочным, фактический диаметр  миделя был не менее 1,0 м с учетом зазора между мотором и трубами, соединявшими НЧФ и ХЧФ; фюзеляж состоял из двух частей – НЧФ и ХЧФ, соединенных трубчатым стыковым узлом по контуру обшивок; НЧФ и ХЧФ представляли цельнодеревянный монокок с фанерными шпангоутами и полушпангоутами, стрингерами из реек и обшивкой из лент шпона, выкладывающейся на болване внахлест (расположение лент шпона предположительно продольное); силовой набор НЧФ состоит из 6 шпангоутов и 4 полушпангоутов, все из которых – силовые, а также стрингеров; наиболее мощный шп. № 6, он имеет двутавровое сечение из массива дерева, остальные плоские фанерные; силовой набор ХЧФ состоит из 10 шпангоутов, 7 из которых – силовые, и 3 легких полушпангоутов, а также стрингеров; торцы НЧФ и ХЧФ усилены по обшивке зубчатыми лентами из фанеры, на «зубья» которой крепятся трубы, соединяющие НЧФ и ХЧФ; обшивка ХЧФ у шп. № 7 (крепление валов-лонжеронов оперения) усилена по обводу зубчатой лентой из фанеры; кабина в НЧФ открытая, обеспечивает идеальный обзор вперед, в стороны и вниз, перед кабиной установлен ветровой козырек из целлулоида. Оперение: крестообразное, что по задумке конструкторов должно предохранять от повреждений находящийся за ним воздушный винт, установлено на ХЧФ и состоит из ВО и ГО; все поверхности ГО имеют симметричный ромбовидный аэродинамический профиль; силовой набор всех поверхностей оперения, по-видимому, был сделан из стальных труб, обшивка – полотно; форма ГО на виде в плане трапециевидная, подобна форме крыла; ГО цельноповоротное, состоит из двух консолей, установленных на общем вале; цельноповоротные консоли ГО поддерживаются подкосами (по одному с каждой стороны от ПСС), которые крепятся жестко к нижней части фюзеляжа в р-не шп. № 7 и шарнирно к концам вала-лонжерона ГО; силовой набор одной консоли ГО состоит из вала-лонжерона (общего со второй консолью), кромки и трех нервюр; ВО цельноповоротное треугольной в плане формы, состоит из двух одинаковых консолей (верхней и нижней), установленных на общем вале; силовой набор одной консоли ВО состоит из вала-лонжерона (общего со второй консолью, при этом нижняя и верхняя часть его несколько отличаются, вал-лонжерон ВО одновременно служит хвостовым костылем шасси, см.), кромки и одной полной и одной неполной нервюр.

Управление: имеет три независимых канала – тангажа, крена и курса, но канал тангажа состоит из двух сблокированных подканалов – управления углом установки бипланной коробки крыльев и цельноповоротным ГО; вся проводка управления тросовая; командные рычаги – РУС и педали. Шасси: трехопорное с хвостовым костылем, высота последнего такова, что фюзеляж самолета на стоянке занимает горизонтальное положение, что должно было способствовать сокращению разбега и пробега, а также упрощению пилотирования, особенно на посадке; ООШ состоят из двух V-образных стоек, крепящихся к шп. № 3 и 5, которые связаны траверсой и стянуты для жесткости двумя растяжками, а также оси с двумя спицованными колесами, которая крепилась к стойкам и траверсе на резиновых шнурах; ХОШ представляет собой загнутый назад нижний конец вала-лонжерона ВО, который поддерживается V-образной опорой, крепящейся между 9-м и 10-м шпангоутами фюзеляжа по ПСС и к подшипниковому узлу на нижней части костыля. Вооружение: один пулемет Льюис Mk.I (7,69 мм) установлен по оси фюзеляжа так, что его ствол выступает наружу; спуск выведен на РУС через тросик в боуденовской оболочке; питание пулемета – один диск на 47 патронов, для перезарядки пулемет необходимо было снимать; никаких прицельных приспособлений не было. Самолет был построен в мастерских КПИ и закончен в летом 1916 г., но по неизвестной причине он тогда не был облетан – возможно, не было мотора или винта – мастерские КПИ в то время получили заказ на винты для самолетов Сикорский С-16, но не известно, получил ли РБВЗ или эксплуатант хотя бы один такой винт. Вероятно, вооружение также установлено не было.

Экспериментальный истребитель Касяненко № 5 (КПИ-5) накануне испытаний – у самолета в форме офицера русской армии стоит, видимо, сам А.И. Касяненко, который собирался сделать на этой машине первый полет

Первая попытка полета была произведена 1 июля 1917 г. А.И. Касяненко на Сырецком аэродроме в Киеве.   По данным В.Б. Шаврова самолет совершил подлет и пошел на посадку, но при касании сломался костыль ХОШ, что вызвало дальнейшие поломки ВО, винта, соединяющего его с мотором вала и всех ХЧФ.   По данным В. Маслова летчик оторвал самолет от земли по слишком крутой траектории, произошел срыв потока на крыле, самолет потерял устойчивость, резко опустил хвост, и летчик не смог его выровнять. Произошло сваливание, самолет ударился о землю хвостовым костылем и далее были разрушения в том же порядке, как и по мнению Шаврова.   Летчик А.И. Касяненко не пострадал, но самолет был разрушен и не восстанавливался.

Хотя аэродинамика фюзеляжа была хороша (не считая описанного ниже момента с сопротивлением щели мотоотсека), а мощность мотора – сравнительно велика, можно предположить, что его скорость была бы не выше 150 км/ч, т.к. у проекта были очевидные недостатки: самолет имеет очень большие для такого веса и мощности мотора размеры, площадь омываемой поверхности и сопротивление трения (например, по сравнение с Ньюпор 11); ветровой козырек установлен неудачно – слишком далеко от обреза кабины (но это легко могло быть исправлено); выброс из кольцевой щели в месте миделева сечения фюзеляжа горячих выхлопных газов и воздуха, отобравшего тепло от цилиндров мотора, неизбежно снизит эффективность оперения и КПД воздушного винта; необходимость обойти мотоотсек заставила вывести в поток большие участки тросов управления РВ и РН чем обычно, что увеличило аэродинамическое сопротивление самолета; установка нижнего крыла с зазором относительно фюзеляжа увеличила сопротивление интерференции и уменьшила его подъемную силу из-за торможения потока и роста его давления в этой зоне; конструкция «паука», на котором навешена бипланная коробка крыльев, дала намного большие прибавки веса и аэродинамического сопротивления, чем стандартный «кабан» обычного биплана, например, Ньюпор 11; непосредственное управление подъемной силой крыла путем изменения угла его установки ведет к большему приросту аэродинамического сопротивления самолета, чем обычный способ путем изменения положения в воздухе всего самолета, следовательно аэродинамическое качество такого самолета при выполнении эволюций будет меньше, а маневренность – хуже. Другие недостатки конструкции: самолет намного дороже и сложнее в производстве и в обслуживании, чем типовой истребитель тех лет с мотором того же типа (например, Ньюпор 11); доступ к головкам цилиндров и штокам клапанов лучше, чем у Ньюпора 17, но хуже, чем у Ньюпора 11 и др. самолетов с капотами типа «подкова»; неизбежное коробление деревянного фюзеляжа вызывало бы изгиб вала, соединяющего мотор и винт, что в свою очередь давало бы дополнительные нагрузки на фюзеляж; наличие длинного вала, соединяющего мотор и винт, дает мощные вибрационные нагрузки на фюзеляж; способ управления по тангажу дает дополнительные и немалые нагрузки на РУС (самолет «висит на РУС»), причем с увеличением угла атаки крыла или наоборот с его уменьшением до отрицательных величин за зону нулевой подъемной силы неизбежно будут возникать еще и вибрации; отличия в способе управления по тангажу неизбежно делали его трудным в освоении для строевых летчиков в условиях войны (на серийных самолетах оно почти не применялось, за исключением сверхзвукового перехватчика Vought F8U Crusader, но на нем угол установки крыла изменялся только на взлете и посадке, заменяя отрыв передней опоры шасси, т.к. задние были слишком низкими); отсутствие амортизации костыля ХОШ при тяжелой и нагруженной вибрациями ХЧФ неизбежно привело бы к аварии, подобной случившейся, и если бы скорость самолета оказалась больше (например, при нормальном взлете, а не подлете), то шансов выжить у летчика было бы намного меньше; боекомплект пулемета недостаточен, это могло быть исправлено установкой пулемета Виккерс Mk.I, но требовало полной переделки НЧФ.   Просто удивительно, как много передовых, продуманных и даже в какой-то мере научно обоснованных каждое само по себе решений могли быть соединены столь неудачным образом.

Об этом и других подобных самолетах читайте в выпуске Авиакаталога № 135 на страницах журнала «Наука и Техника»   Смысл использованных в статье и таблицах определений, понятий и сокращений можно узнать, открыв наш краткий словарь по авиации и ракетной технике    Некоторые расчетные тактико-технические данные самолета смотрите в таблице ТТХ Касяненко-5   Список использованных источников во всех разделах Справочника о самолетах, описываемых в Авиакаталоге, будет дан по завершении публикации всего цикла

Источник : https://naukatehnika.com/istrebitel-kasyanenko-torpedo.html
naukatehnika.com