Основы проекта Дорнье Do X

Свой первый самостоятельный проект в качестве главного конструктора Клод Дорнье разработал по заданию графа Фердинанда Цеппелина 15 лет тому назад, и это была металлическая летающая лодка Rs.l, в конструкции которой использовались сталь и дюраль. Она должна была нести бомбу весом 1000 кг. Уже тогда Дорнье после длительных исследований при протаскивании вариантов моделей в большом бассейне Берлина определил наилучшую форму её корпуса. Результаты этих исследований пригодились и для Do X.

При доводке второй своей летающей лодки Rs.ll в 1916–1917 годах Клод Дорнье отказался от подкрыльевых поплавков, добившись высокой остойчивости широкого корпуса. Тогда же вместе с инженером Шульте-Фролинде были проведены экспериментальные замеры тяги толкающего и тянущего винтов в тандемной установке моторов, которые положили начало использованию такой силовой установки, начиная с модифицированной летающей лодки Rs.IIb и кончая Do X.

На подводной части корпуса летающей лодки Дорнье Rs.III в конце 1917 года появился многоступенчатый редан. А форму и обводы спонсонов, или «жабер», как их называли, начали отрабатывать в 1918 году при создании четырёхмоторной летающей лодки Rs.IV, а закончили при создании двухмоторной Gs.l в следующем году. Всё, что Клод Дорнье выстрадал за последние десять лет, он воплотил в уникальном проекте своей летающей яхты.

Общий вид летающей яхты Дорнье Do X

Конструктор разрабатывал свой эпохальный проект трансатлантического пассажирского самолёта с 1924 года, будучи убеждённым, что он должен быть очень большим. Тогда себестоимость пассажиро-километра будет минимальной, и безопасность его полётов обеспечить будет легче. Дорнье сразу поставил своим проектировщикам очень дерзкую задачу – взлётный вес 50 тонн. Только недавно он узнал, что великий Юнкере, чьи одномоторные и трёхмоторные пассажирские самолёты уже летают по всему миру, строит в Дессау четырёхмоторный пассажирский гигант G-38 с взлётным весом 24 тонны. Но его летающая яхта будет в два раза тяжелее, и это даст ей неоспоримые преимущества в освоении дальних маршрутов над океаном.

Клод Дорнье не рассматривал вариант сухопутного самолёта по простой причине: в Атлантическом океане очень мало островов с аэродромами, а вода везде. Хорошие мореходные параметры гидросамолёту проще обеспечить в схеме летающей лодки с большим остойчивым корпусом без боковых дополнительных поплавков. И успешный опыт проектирования таких плавающих фюзеляжей самолётов у него уже был.

Аэродинамическая схема проектируемого гиганта была классической и отвечала всем рекомендациям Германского лётно-исследовательского центра – DVL, аналога советского ЦАГИ. Моноплан с подкосным высокорасположенным крылом без сужения, плоско-выпуклый профиль которого имел толщину 16 %, уже был отработан и показал свою эффективность на небольших самолётах Дорнье: «Комете» в 1921 году и «Меркурии» в 1925-м. Элероны на концах крыла имели аэродинамическую компенсацию в виде расположенных над ними прямоугольных в плане плоскостей. Большая часть каркаса крыла обшивалась полотном.

Хвостовое оперение вынесено как можно дальше от воды и по моде того времени представляло собой коробку из большого верхнего и малого нижнего стабилизаторов, обрамлённую небольшими боковыми килями и пронизанную большим центральным килем с рулём направления.

Рули высоты на верхнем стабилизаторе, как и элероны, имели сверху аэродинамические компенсаторы. Верхний и нижний стабилизаторы укреплены стойками и расчалками боковых подкосов.

Чтобы отнести воздушные винты и моторы подальше от воды, Дорнье устанавливает тандемные мотогондолы на высоких, покрытых обшивкой, обтекаемых вертикальных пилонах над крылом.

Аэродинамический расчёт показал, что для отрыва летающей яхты от воды при её максимальном взлётном весе требуется 12 моторов мощностью по 500 л.с. Это не смутило Клода, хотя такое количество моторов требовало нового качества от системы их управления и технического обслуживания.

Дорнье предусмотрел возможность ремонта отказавшего мотора в полёте. Лаз в толстом крыле позволяет механику из отсека управления моторами в фюзеляже добраться до любого пилона на крыле. Внутри пилона он, защищённый от воздушного потока, встав во весь рост, может произвести регулировку или замену агрегата любого из двух моторов.

Все шесть вертикальных пилонов для монолитности соединены между собой горизонтальными стержнями на уровне нижней части мотогондол. Стержни закрывались обтекателем, напоминающим небольшое дополнительное крыло. Мотогондолы через одну были сдвинуты вперёд для разнесения плоскостей вращения пропеллеров.

Высокий фюзеляж или корпус летающей яхты имел длину 40 метров, чтобы обеспечить большое плечо хвостового оперения и снизить его площадь и сопротивление. При выборе формы корпуса Дорнье заботился о минимизации его аэродинамического сопротивления, высокой мореходности и отличном обзоре для двух пилотов, капитана и штурмана. Он пошел на некоторое увеличение вредного сопротивления корпуса в полёте, скомпоновав наверху, на третьей палубе, выступающий в поток закрытый капитанский мостик с большими застеклёнными окнами.

Форма, размах и расположение боковых спонсонов, а также обводы днища определялись по результатам испытаний и эксплуатации предыдущих морских летающих лодок Дорнье. Учитывалась и величина расчётной осадки, которая была чуть больше метра. Двояковыпуклый профиль спонсона, напоминающий крыльевой, определился его работой в трёх режимах. На воде спонсон полуутоплен и обеспечивает остойчивость. При разгоне, благодаря увеличенному углу атаки, работает как редан. В воздухе создаёт минимальное сопротивление и существенную подъёмную силу. Позади обреза редана находился килевидный выступ, переходящий в руль для управления маневрированием на воде. Три стойки основного подкоса крыла с каждой стороны, по числу его лонжеронов, замыкаются на нижние пояса лонжеронов спонсона, которые стыкуются с корпусом воздушного судна. Дополнительные три стойки подкоса спонсона крепят его с каждой стороны к верхней части корпуса.

Особой заботой Клода Дорнье была компоновка помещений внутри корпуса. Было решено разделить внутренность по-корабельному тремя палубами. На верхней – служебные помещения. В передней застеклённой части расположена кабина двух пилотов, а за ней, за перегородкой с открытым проёмом, рабочее место капитана воздушного корабля и стол штурмана. Отсюда через открытый центральный проход капитан может общаться с бортинженером в отсеке управления двигателями, который расположен в зоне крыла. За ним тёмная рубка радиста. В заднем конце верхней палубы расположен отсек оборудования с вспомогательной силовой установкой.

Средняя палуба полностью отдана пассажирам. Компоновка пассажирских помещений разрабатывалась в нескольких вариантах, реализуемых по желанию заказчика. Вариант с закрытыми каютами предусматривал сквозной проход по правому борту вдоль всей палубы, как в купейном вагоне поезда. Для первой лётной машины Дорнье выбрал вариант с центральным проходом и открытыми каютами, как в вагоне электрички. На пассажирской палубе располагалась кухня с электроподогревом блюд, туалеты и гардероб. Расположение кают учитывало равноменрное размещение пассажиров вокруг центра тяжести самолёта.

Центральные отсеки нижней палубы служили для установки цилиндрических цистерн с бензином. Четыре по 3000 литров и две передние по 1700. Здесь же находились помпы для подачи бензина к двум расходным бакам в носках крыльев. Носовая и нижняя часть корпуса под средней палубой разделена на правую и левую половины большой и мощной килевой балкой, проходящей по нижней палубе до редана.

Клод Дорнье долго не соглашался установить в правом носовом отсеке под средней палубой морской якорь с лебедкой. Ведь только он один весит целых сто килограммов! Он просил своих помощников из отдела проектов придумать что-нибудь полегче. Но никто ничего не придумал. И он сдался. Перед взлётом он убирался внутрь, и крышка с резиновым уплотнением по периметру должна была закрыть его люк.

В целом проект Do X был невероятным скачком в развитии молодой авиации. Он намного опередил самые смелые и многообещающие проекты ведущих авиаконструкторов мира и наметил пути дальнейшего прогресса гидросамолётов. Идеи Клода Дорнье вдохновили многих. В Америке появился фантастический проект летающей лодки-катамарана Нормана Геддеса с размахом крыла 180 метров и взлётным весом 700 тонн, который никогда не был реализован. Схема подкосного высокоплана Дорнье используется Сикорским на его летающей лодке S-42. Спонсоны Дорнье появляются на американской летающей лодке Мартин 130. Даже Туполев на «Максиме Горьком» через несколько лет применяет тандемную мотогондолу над крылом с тянущим и толкающим винтом, как у Дорнье.

Но Клод Дорнье прекрасно понимал, что одно дело проект в чертежах, а другое – постройка, мореходные и лётные испытания такого необычного плавающего и летающего аппарата. Здесь он был первым, и воспользоваться чьим-либо опытом было невозможно. Все возможные подводные камни были впереди, и он был полон решимости всё преодолеть.

Реализация проекта в металле

В декабре 1927 года в Алтенрейне началось строительство авиационного завода, и как только были готовы два цеха деталей, там началась сборка отдельных узлов и агрегатов Do X. Сразу же Клоду Дорнье сообщили о первых неувязках в чертежах. Начался нормальный процесс конструктивно-технологической доводки машины, изменения чертежей и проведения дополнительных исследований и прочностных испытаний образцов. Каркас крыла и корпуса набирался из гнутых дюралевых профилей. Качество изготовляемых профилей оставляло желать лучшего. Они расслаивались и имели много посторонних включений. Под вопросом становилась их прочность. Наиболее нагруженные узлы изготавливались из высококачественной стали.

Вскоре был готов следующий по направлению к берегу озера более высокий агрегатный сборочный цех с ферменными стальными перекрытиями. Размерам его пола 75 х 60 метров мог позавидовать любой завод. Цех ещё больше нарастил прямоугольник нового авиационного завода. Началась сборка корпуса летающего корабля.

Сборка корпуса первой Do X

Сначала в стапеле появилась готовая килевая балка. Её наибольшая высота превышала два метра, а длина была более 23. Затем рядом с килевой балкой установили дополнительные, а потом начали монтировать шпангоуты. Для днища корпуса использовались толстые листы дюраля. Всё это герметично проклёпывалось с использованием промасленной бумаги. Каждый спонсон соединялся с корпусом шестью стыковыми узлами. Три нижние узла передавали большую нагрузку от подкосов крыла и были намного больше, чем верхние.

Объём работ нарастал, и вскоре Клод Дорнье уже мог увидеть реальные размеры своего корабля. Пока ещё чёрные иллюминаторы на фоне блестящей обшивки борта и обтекаемая капитанская рубка почему-то создавали впечатление, что перед ним корпус какой-то гигантской подводной лодки. Но это минутное видение тут же исчезло под натиском мыслей о предстоящей стыковке корпуса с крылом. Сейчас наверху капитанской рубки, сразу за козырьком кабины экипажа, зияло прямоугольное углубление. Оно должно быть закрыто кессоном крыла. Операция стыковки одного большого агрегата с другим всегда сложная техническая задача, определяемая уровнем точности и увязки стапелей. Кессон толстого крыла был уже готов. Его ферменные лонжероны и нервюры образовали жесткую коробку высотой более метра и длиной без малого 48 метров. Эту стыковку предстояло провести в последнем к воде, самом высоком корпусе завода, цехе общей сборки. Его сооружение только что закончили. Под крышей на очень мощных балках смонтировали портальный кран, который должен точно положить кессон крыла, закреплённый на прямоугольной раме, на корпус летающей лодки.

В самый высокий цех общей сборки корпус лодки перевозили по улице со всеми предосторожностями и установили его строго перпендикулярно балке портального крана, на котором уже висел кессон крыла. Справа и слева от корпуса установили стеллажи, с которых рабочие могли дотянуться до опускаемого кессона крыла.

Клод Дорнье и все его ближайшие помощники пришли в цех, чтобы присутствовать при этом волнительном событии. Кессон очень медленно опускался. Вот он почти замер, когда между стыковыми узлами был зазор в несколько миллиметров. Бригадир сборщиков убедился, что стыковые отверстия в узлах совпадают, и дал команду полностью опустить кессон. Трос рамы кессона провис, и все захлопали и начали поздравлять друг друга. Клод никогда бурно не выражал своих чувств, он только улыбался.

Теперь предстоял длительный и скрупулёзный процесс окончательной сборки этого гигантского самолёта. Когда кессон зафиксировали на корпусе технологическими болтами меньшего диаметра, появилась возможность совместно разделать остальные совпавшие отверстия стыковых узлов кессона и корпуса. В них уже вставляли настоящие болты с минимальным зазором. Дюралевые секции носков крыла изготовили заранее. Часть секций поставлялась на сборку с вмонтированными расходными топливными баками. Теперь носки предстояло пристыковать к кессону. То же относилось и к секциям хвостовой части крыла. Эти работы проводились под постоянным контролем Клода Дорнье и его конструкторов. Одновременно шла установка шести вертикальных пилонов под мотогондолы.

В корпусе корабля при снятом перекрытии пола пассажирской палубы устанавливали топливные цистерны в их ложементы на нижней палубе и монтировали электрические топливные насосы с трубопроводами. После установки цистерн балки пола пассажирской палубы крепились снова. Устанавливались герметичные переборки на нижней палубе.

Одновременно сборочные работы по установке агрегатов и узлов систем управления, электрики и навигации проводились по всему корпусу. Жёсткая проводка управления рулями и элеронами уже состояла из тяг и качалок с шариковыми подшипниками. Завершилась установка двух постов управления в кабине пилотов, приборных досок и остекления кабины.

Двойное управление в кабине пилотов Do X

Все шесть пилонов над крылом соединили между собой балками. После крепления к ним согнутой по профилю обшивки получилось узкое дополнительное крыло, которое могло давать подъёмную силу. Настало время устанавливать мотогондолы с двумя двигателями воздушного охлаждения «Сименс-Юпитер» в каждой, а потом и их тяжелые четырёхлопастные воздушные винты. Здесь опять не обошлось без портального крана под крышей сборочного корпуса. Работоспособность мотогондолы уже была испытана на наземном стенде.

Окончательная сборка потребовала нескольких месяцев. Баки, агрегаты и трубопроводы топливной системы были испытаны на герметичность. После завершения простейших испытаний корпуса и крыла на деформацию и прочность Дорнье прямо в цехе подписывает Акт о готовности своего нового летающего корабля.

Главный конструктор Клод Дорнье у своего гиганта

Теперь корабль предстояло спустить на воду. Для этого от ворот цеха, вниз к воде на расстоянии семи метров друг от друга проложили два фигурных в сечении рельса для тележки, на которой был закреплён корабль. Вес пустой махины даже с необорудованными пока пассажирскими кабинами превышал 25 тонн. Такого большого летающего корабля ещё никто не строил. Всё, что делал Клод Дорнье сейчас, делалось впервые.

Чуть правее на берегу специально для Do X был сооружен причал, отгороженный от волн озера насыпным молом. Здесь гидросамолёт Дорнье был в полной безопасности.

В миниатюрном заводском порту провели первую гонку и регулировку всех двенадцати моторов. Проверялась работоспособность топливной системы и системы управления моторами.

Клод Дорнье скомпоновал эти системы, как на настоящем морском корабле. Главной персоной экипажа был капитан воздушного судна. Его рабочее место было за кабиной пилотов, с которыми он мог визуально общаться через открытый проём в стенке их кабины. Справа от капитана и рядом с ним находилось рабочее место штурмана, на столе которого были всегда нужные карты и нехитрые приборы для определения курса и времени полёта. А сзади капитана размещалось рабочее место бортинженера, отвечавшего за работу моторов. На противоположных боковых стенках его отсека установлены приборные доски, краны и рычаги управления двигателями. На левой стенке – всё, что нужно знать для управления работой шестью левыми, а на правой стенке – шестью правыми. Борт инженер выполняет команды капитана и докладывает ему обо всех отклонениях от штатного режима работы моторов. На приборной доске в кабине пилотов информация о работе моторов дублировалась, там стояли двенадцать тахометров. Но у них было только два рычага управления двигателями. Левый рычаг менял обороты сразу всех шести левых двигателей, а правый рычаг – правых. Так пилот мог управлять тягой двигателей при маневрировании на воде и при взлёте, полёте и посадке.