Hävittäjälentokoneen kehitys 1918–1939
Hävittäjälentokoneen kehitys 1918–1939 tarkoittaa hävittäjätyyppisten sotilaslentokoneiden kehittämistä ensimmäisen ja toisen maailmansodan välisenä aikana lentorangon (runko, siivet, vakauttimet), mäntämoottorin, suorituskyvyn ja aseistuksen näkökulmasta.
Sotilasilmailun kehitys ensimmäisen maailmansodan jälkeisinä vuosina oli hidasta. Toisaalta sodan jäljiltä oli varastoissa runsaasti käytettyä ja käyttämätöntä lentokalustoa, toisaalta kansakunnat olivat väsyneet sotaan, mikä pudotti erityisesti sotakaluston kehitysbudjetit pieniksi. Esimerkiksi Suomi hankki vielä vuonna 1927 maailmansodan ylijäämää (Martinsyde F.4 Buzzard –koneita) hävittäjälaivueensa väliaikaiseksi kalustoksi. Uudenaikaisimmat koneet nähtiinkin siviilipuolella: 430 km/h nopeuteen 500 hv:n nestejäähdytetyllä moottorilla kykenevä Curtiss R2C-I voitti maalentokoneiden Pulitzer-kilpailun vuonna 1923 ja vesilentokoneiden Schneider-Trophy-kilpailussa vuosina 1920–1931 voittajien nopeus nousi reilussa kymmenessä vuodessa vajaasta 200 km/h reiluun 500 km/h.
Hävittäjien pääasiallinen tehtävä oli vihollisen pommikoneiden ampuminen alas. 1920- ja 1930-lukujen vaihteessa pommikoneita pidettiin tuhoamattomina, koska ne olivat muun muassa hävittäjiä nopeampia. Ajalle tyypillistä pommikoneiden yliarvostusta (douhetismi) kuvaa Suomen ilmavoimien 17 laivueen ohjelma vuodelta 1931, jossa pommikonelaivueita suunniteltiin perustettavan kuusi ja hävittäjälaivueita vain kolme. Espanjan sisällissota osoitti, että hävittäjät joutuvat taistelemaan paitsi pommikoneita myös vihollisen hävittäjiä vastaan, mikä muutti pommikoneiden ja hävittäjien lukumäärällisiä suhteita. Hävittäjiä tarvittiin suojaamaan liikekannallepanoa ja kuljetuksia. Hävittäjät alkoivat eriytyä 1930-luvulla lyhyen toiminta-ajan torjuntahävittäjiksi ja pitkän toiminta-ajan saattohävittäjiksi, joskin yleishävittäjien luokka säilyi edelleen. Nimensä mukaisesti torjuntahävittäjän tehtävänä on vihollisen pommikoneiden tuhoaminen ja taisteleminen vihollisen jäsaattohävittäjien kanssa oman alueen ja rintaman yläpuolella, jolloin lyhyt toiminta-aika koneen kokonaispainon alentamiseksi oli mahdollinen. Hyviä esimerkkejä torjuntahävittäjistä oli Messerschmitt Bf 109 vuodelta 1935 ja Fiat G.50 vuodelta 1937. Saattohävittäjän tehtävänä oli omien pommikoneiden saattaminen vihollisen alueelle ulottuvien pommitustehtävien yhteydessä, jolloin pitkä toiminta-aika oli tarpeen. Yksimoottoristen saattohävittäjien rinnalle syntyi 1930-luvun jälkipuoliskolla kaksimoottorinen raskas hävittäjä, esimerkiksi Messerschmitt Bf 110 vuodelta 1936 ja Fokker G.1 vuodelta 1937. Tässä tekstissä käsitellään lähinnä yksimoottorista hävittäjää.
Pääosin puurakenteinen ja kankaalla pinnoitettu kaksitasoinen lentokone, joka oli jäykistetty pingotusjäntein ja tasojen välisin pystytuin ja varustettu kiinteällä laskutelineellä ja avo-ohjaamolla oli vallitseva konstruktio aina 1930-luvulle saakka. Ilmailuministeriöiden virkamiehet suorastaan kielsivät vapaasti kantavien yksitasojen kehittämisen niille muun muassa puutteellisesta jäykkyydestä johtuneiden onnettomuuksien vuoksi. 1920-luvun jälkipuoliskon tyypillisenä konstruktiona voidaan pitää helmikuussa 1925 ensilentonsa lentänyttä Gloster Gamecockia. Siinä oli puurakenteiset ja kangaspäällysteiset siivet. Runko oli pääosin puurakenteinen jännitetty ristikko, jonka etuosa oli teräsristikkoa. Rungon etuosa oli alumiini- tai vaneripintainen; muutoin runko oli kangaspäällysteinen. Moottoriteho ensimmäisen maailmansodan aikaisiin konstruktioihin verrattuna oli kaksin-kolminkertainen mutta nopeus oli noussut vain vähän. Syynä oli erilaisten pingotusjänteiden yms. aiheuttama vastus.
1920-luvun lopulla alkoi metalli korvata puuta lentokoneiden rakennusmateriaalina. Toukokuussa 1927 ensilentonsa lentänyt Bristol Bulldog on hyvä esimerkki seuraavasta vaiheesta, jossa suurin muutos edelliseen verrattuna oli rakennusmateriaali. Siipisalot oli rakennettu profiloiduista teräsnauhoista ja kaaret U-profiilista. Siivet oli päällystetty kankaalla. Runkona oli teräskehikko, joka oli ohjaamo-osan osalta pultattu teräsputkista, takarungon osalta niitattu profiloiduista teräsnauhoista. Eturunko oli päällystetty irrotettavilla alumiinilevyillä ja takarunko kankaalla. Laskuteline oli kiinteä ilman ilmanvastusta vähentäviä profilointeja. Suomeen ostetuissa IV-versioissa moottorina oli ahdettu Bristol Mercury –tähtimoottori, joka antoi 640 hevosvoimaa 4,3 kilometrin korkeudessa. Huippunopeudeksi oli ”taattu” 335 km/h ahtimen määräkorkeudessa.
1930-luvulla siirryttiin melko kattavasti metalliin lentokoneiden rakennusmateriaalina. Poikkeuksena valtavirrasta oli muun muassa Fokker ja Valtion lentokonetehdas, joiden koneissa oli teräsputkirakenteinen runko, joka oli puisin muotolistoin pyöristetty ja pääosin kankaalla – etuosasta metallilevyllä – verhottu. Siivessä oli laatikkosalot ja vanerikaaret; päällysteenä oli kangas tai vaneri. Myös Neuvostoliitossa käytettiin puuta lentokoneiden rakennusmateriaalina.
Hävittäjälentokoneen kehitys 1930-luvulla oli nopeaa. Ensimmäinen yksitasoinen metallirakenteinen hävittäjä – Boeing P-26 – lensi ensilentonsa maaliskuussa 1932. Siinä oli edelleen kiinteä (mutta profiloitu) laskuteline ja runsaasti ulkoisia pingotusjänteitä rungon ja siiven välillä, sekä avo-ohjaamo. Kone edustaa metallirakenteisen hävittäjäkoneen seuraavaa vaihetta. Kone saavutti 600 hv tähtimoottorilla 377 km/h huippunopeuden kuuden kilometrin korkeudessa. Vuoden 1933 lopussa ensilentonsa lentänyt Polikarpov I-16 oli puolestaan ensimmäinen sisään vedettävällä laskutelineellä varustettu vapaasti kantava yksitasohävittäjä. Kone oli sekarakenteinen: runko oli vanerikuorirakennetta ja siivessä oli molybdeeniteräksiset salot, alumiinikaaret ja osin alumiini-, osin kangaspäällyste. Kolmas prototyyppi saavutti 455 km/h huippunopeuden 700 hevosvoiman Shvetsov M-25 –moottorilla. Polikarpov I-16 type 5 oli vuonna 1934 sekä maailman kevein että nopein tuotantohävittäjä.
Vuosi 1935 muodostui eräänlaiseksi vedenjakajaksi. Sinä vuonna lensi ensilentonsa kaksi metallirakenteisen hävittäjäkoneen kolmatta sukupolvea edustanutta prototyyppiä, nimittäin Hawker Hurricane ja Morane-Saulnier M.S.405 sekä kolme seuraavaa sukupolvea edustanutta prototyyppiä, nimittäin Messerschmitt Bf 109, Curtiss Hawk ja Seversky P-35. Viimeksi mainituissa metallinen pintalevy ja metalliset vahvikkeet oli niitattu tai hitsattu kantavaksi kuorirakenteeksi. Kuorirakenne oli monimutkaisempi valmistaa mutta erillisellä lentorangolla ja pintarakenteella varustettua konstruktiota (Hurricane, Morane-Saulnier) keveämpi. Kuorirakenne muodostui vallitsevaksi konstruktioksi läpi toisen maailmansodan; kuorirakenteisia olivat sitten muun muassa vuonna 1936 ensilentonsa lentänyt Supermarine Spitfire ja vuonna 1937 ensilentonsa tehnyt Brewster F2A ”Buffalo”. Vuonna 1938 ensilentonsa lentänyt Messerschmitt Bf 109 E oli varustettu 1 100 hv:n Daimler-Benz DB601A -moottorilla ja lensi 560 km/h viiden kilometrin korkeudessa.
Hävittäjälentokoneen moottorina käytettiin kahta toisistaan merkittävästi poikkeavaa ratkaisua. Ilmajäähdytteinen tähtimoottorissa oli nestejäähdytteistä V-moottoriia yksinkertaisempi, keveämpi ja luotettavampi. Nestejäähdytteisellä V-moottorilla oli puolestaan pienempi poikkileikkauspinta-ala ja hävittäjäkoneen etuosa voitiin muotoilla niin, että sekä ilmanvastus pieneni että potkurin hyötysuhde parani.
1920-luvulla hävittäjäkoneen moottori oli lähes poikkeuksetta 9-sylinterinen tähtimoottori, jota edustivat Isossa-Britanniassa Bristol Jupiter, Yhdysvalloissa Pratt & Whitney Wasp R-1340 ja Wright Cyclone R-1750 ja Saksassa BMW VI. Poikkeuksena valtavirrasta oli 12-sylinterinen V-moottori Rolls-Royce Kestrel. Moottoreiden tyypillinen teho oli 450-550 hv.
1930-luvulla yksirivisten tähtimoottorien, kuten Bristol Mercuryn, Wright Cyclone R-1820:n ja venäläisten Shvetsov M-25- ja Shvetsov M-62 -moottorien rinnalle tuli kaksirivisiä (useimmiten 14-sylinterisiä) tähtimoottoreita, kuten Yhdysvalloissa Pratt & Whitney Twin Wasp R-1830, Ranskassa Gnome-Rhône Mistral Major 14K ja Italiassa Fiat A.74. Vielä selvempää oli 12-sylinteristen V-moottorien esiinmarssi, sillä Isossa-Britanniassa kehitettiin Rolls-Royce Merlin, Ranskassa Hispano-Suiza 12Y, Neuvostoliitossa Klimov M-103 ja Mikulin AM-34, Yhdysvalloissa Allison V-1710 ja Saksassa Junkers Jumo 210 sekä Daimler-Benz DB-601. Moottorien tyypillinen teho oli 800–1 200 hv.
1920-luvun ja 1930-luvun alun hävittäjän potkurissa oli kiinteäkulmaiset lavat. Kiintolapainen potkuri – oli sen valmistusmateriaali puu tai metalli – antoi hyvän hyötysuhteen vain kapealla kierroslukualueella. Koska lentoonlähdössä tarvittiin pientä ja suurilla nopeuksilla suurta lapakulmaa, kehitettiin kaksiasentoinen säätöpotkuri. Siinä voitiin lapakulma säätää pieneksi lentoonlähdössä ja suureksi suurilla nopeuksilla. Seuraavaksi kehitettiin vakiokierrospotkuri, joka muutti lapakulmiaan jatkuvasti antaakseen mahdollisimman hyvän hyötysuhteen kulloisessakin tilanteessa. Esimerkiksi Hawker Hurricanen vuonna 1935 ensilentonsa lentänyt prototyyppi samoin kuin ensimmäiset vuosina 1937–1938 rakennetut sarjakoneet oli varustettu kaksilapaisella puupotkurilla. Elokuussa 1938 koneeseen asennettiin kolmilapainen kaksiasentoinen metallirakenteinen säätöpotkuri joka oli peräti 135 kiloa puupotkuria painavampi mutta paransi nousuaikaa viiteen kilometriin minuutilla ja huippunopeutta yli 30 km/h. Tammikuussa 1939 kone sai puulapaisen vakiokierrospotkurin, jolla nousu- ja huippunopeudet paranivat edelleen. Puulapaisena potkuri oli metallipotkuria keveämpi. Kiinteät potkurit korvattiin jo ennen toista maailmansotaa säätö- ja vakionopeuspotkureilla.
Hävittäjille asetetut tehtävät vaativat koneelta:
Lentokone on siis aselavetti, jonka ohjaajan on saatava vihollisen suhteen oikeaan asemaan, jotta aseita voidaan käyttää. Sen lisäksi lentokoneen on tähdätessä ja ammuttaessa lennettävä vakaasti, jotta ammunnalla saataisiin tulosta. Vaaditut ominaisuudet ovat ristiriidassa keskenään.
1920-luvun alussa hävittäjäkoneen (esimerkiksi Martinsyde F.4 Buzzard nopeus oli luokkaa 210–230 km/h, 1920-luvun puolessa välissä nopeus oli luokkaa 250 km/h (esimerkiksi Gloster Gamecock) ja vuosikymmenten vaihteessa vajaat 300 km/h. 1930-luvun alkupuolella päästiin hävittäjillä 350–400 km/h huippunopeuteen ja vuosikymmenen loppupuolella 400–550 km/h nopeuksiin. Nopein hävittäjä vuonna 1939 lienee ollut Supermarine Spitfire, joka lensi 5,7 km:n korkeudessa 582 km/h.
1920-luvun loppupuolen hävittäjä, Gloster Gamecock nousi 2 000 metriin neljässä minuutissa, mikä merkitsi noin 8 m/s nousunopeutta. Vuonna 1934 hankitun Bristol Bulldog IV:n nousunopeus matalalla oli 7–8 m/s luokkaa. 1930-luvun loppupuolen Gloster Gladiator nousi alakorkeuksissa lentoonlähtöteholla 13–14 m/s ja 3 000 metriin alle viidessä minuutissa, mikä sekin merkitsi yli 10 m/s nousunopeutta. Useimmat 1930-luvun lopun hävittäjät nousivat pinnassa 12–15 m/s. Paras nousija lienee ollut Curtiss CW-21 ”Demon”, joka nousi jopa 1 400 metriä minuutissa, mikä merkitsee yli 23 m/s nousunopeutta.
Gloster Gladiator lienee ollut 1930-luvun lopun hävittäjistä ketterin; sillä saattoi tehdä 360 asteen jatkuvan kaarron 10–11 sekunnissa, jolloin kaartosäde oli 90 metriä. Polikarpov I-153:n kaarto puolestaan kesti 12 sekuntia kaartosäteen ollessa 110 metriä. Yksitasoiset hävittäjät eivät näin hyviin arvoihin kyenneet pienemmän siipipinta-alansa ja sitä kautta suuremman siipikuormituksensa takia. Esimerkiksi ketteränä pidetty Morane-Saulnier M.S.406 teki 320 km/h nopeudella täyden ympyrän 16 sekunnissa, jolloin kaartosäteeksi muodostui 265 metriä. Alemmalla nopeudella kone pystyi tiukempiinkin kaartoihin. Myös ketteränä pidetty Brewster F2A kaarsi 350 km/h nopeudella 180 asteen kaarroksen seitsemässä sekunnissa. Ketteryys ja kaartotaistelukyky koostuivat toki muistakin asioista kuin kaartokyvystä. Esimerkiksi toisen maailmansodan aikana Isossa-Britanniassa tehdyissä kokeissa Curtiss Hawk kykeni poikkeuttamaan siivekkeet täysin yli 600 km/h nopeudessa kun taas Supermarine Spitfire kykeni vain 20–25 prosenttia siivekepoikkeutukseen.
Kaksi potkurin kehän läpi ampuvaa tahditettua kiväärikaliiperin (7,5–7,92 mm) konekivääriä koneen runkoon asennettuna oli vakioratkaisu vielä 1930-luvun alussa. Tulivoimaa lisättiin tästä sitten joko lisäämällä konekiväärien lukumäärää, suurentamalla konekiväärien kaliipeeria noin 0,5 tuumaan (12,7–13,2 mm) tai käyttämällä 20 mm konetykkejä. Karkeakaliipeeriset konekiväärit ilmestyivät ensi kerran vuonna 1937 Seversky P-35- ja Fiat G.50 –hävittäjiin, tykit samoihin aikoihin muun muassa Morane-Saulnier M.S.406, Polikarpov I-16, Heinkel He 112 ja Messerschmitt Me 109 –hävittäjiin.
Eteenpäin ampuva aseistus voitiin asentaa yksimoottoriseen koneeseen periaatteessa viidellä tavalla:
1930-luvun kiväärikaliiperin konekiväärejä olivat Yhdysvaltojen 7,62 mm Browning M1919, Ison-Britannian 7,7 mm Vickers-konekivääri, Ranskan 7,5 mm MAC 1934 –konekivääri, Neuvostoliiton 7,62 mm ShKAS-konekivääri, Saksan 7,92 mm MG 17 –konekivääri ja Italian 7,7 mm Breda-SAFAT –konekivääri. Kiväärikaliiperin konekivääri painoi noin 10–15 kg. Aseiden tulinopeus oli vapaasti ampuvana 450–1 800 ls/min ja luodin lähtönopeus oli 700–900 m/s.
1930-luvun karkeakaliiperisia konekiväärejä olivat Yhdysvaltojen 12,7 mm Browning-Colt M2-konekivääri, Neuvostoliiton 12,7 mm Berezina-konekivääri ja Italian Breda-SAFAT –konekivääri. Karkeakaliiperinen konekivääri painoi noin 20–40 kg. Aseen tulinopeus oli vapaasti ampuvana 700–1 000 ls/min ja luodin lähtönopeus oli 700–900 m/s.
1930-luvun konetykkejä olivat Sveitsin Oerlikon FF, siitä Saksan kehittämä Mauser MG FF/M, Ranskan Hispano-Suiza HS.404 ja Neuvostoliiton ShVAK. Kaikkien tykkien kaliiperi oli 20 mm ja paino oli noin 24–43 kg. Aseiden tulinopeus oli 500–800 ls/min ja ammuksen lähtönopeus oli 600–900 m/s.