Данная книга является продолжением работы «История самолетов. Начальный период», изданной в 1995 г. Подробно освещены пути развития самолетов различных стран за время с момента окончания первой мировой войны до 1945 года. В исследовании использованы материалы библиотек и архивов России, США, Германии.
1.1 — кавычки, переформатирование сносок, ген. уборка, испр.несколько ошибок распознавания (be_nt_all)
Первая мировая война послужила мощным стимулом к развитию авиастроения во всем мире. Уже в первые месяцы боевых действий самолет показал себя как высокоэффективный вид военной техники, и правительства воюющих стран стали выделять большие средства на развитие авиации. Всего за время войны было построено около 200 тыс. самолетов. К 1918 г. в авиапромышленности работало 700 тыс. человек [1, с. 40]. Самолетостроение стало крупной отраслью индустрии.
Что представлял собой «типичный» самолет образца 1918 г.? Это был биплан со стойками и проволочными растяжками между крыльями. Такая пространственная конструкция обеспечивала эффективное восприятие сил, действующих на крыло, и обладала высокой прочностью при сравнительно малом весе. Фюзеляж также имел ферменную конструктивно-силовую схему.
Основным материалом, из которого делали самолеты, было дерево. Потом его обтягивали полотном, а последнее покрывали лаком, чтобы обеспечить влагостойкость и воздухонепроницаемость обшивки.
В качестве силовой установки использовали двигатели внутреннего сгорания мощностью 200–400 л. с. На истребителях часто устанавливали более легкий двигатель воздушного охлаждения, самолеты-разведчики и бомбардировщики обычно снабжали двигателями водяного охлаждения, отличающимися большей мощностью и экономичностью.
Скорость самолетов периода первой мировой войны не превышала 200 км/ч, а совершенству аэродинамических форм летательных аппаратов не уделялось особого внимания. Самолеты имели открытые пилотские кабины, неубираемое шасси, много других выступающих в поток частей: нагрузка на крыло составляла 30–40 кг/м². коэффициент лобового сопротивления — 0, 05-0, 06.
11 ноября 1918 г. германское командование подписало акт о капитуляции. Окончание войны прервало напряженную гонку вооружений. По условиям Версальского мирного договора (1919 г.) Германии было запрещено иметь военную авиацию, а бывшие у нее военные самолеты уничтожили (рис. 1.1) [2]. Австро-Венгерская империя распалась на несколько самостоятельных государств. В России произошла революция, и последовавшие за ней гражданская война и развал экономики приостановили развитие авиации в этой стране. Что касается авиапромышленности Франции, Англии, США и Италии, то наличие у этих стран огромного количества самолетов и двигателей вызвало застой в авиастроении. Существующие самолеты (а их имелось около 85 тысяч) распродавались по цене, во много раз меньшей их себестоимости и наладить выпуск новых типов самолетов в этих условиях было почти невозможно. Авиапроизводство упало в десятки раз. Многие крупные авиационные фирмы были вынуждены искать работу в новых областях или объявили себя банкротами.
Еше одной проблемой на пути развития авиации был поиск новых областей применения самолетов. После ужасов кровопролитных сражений 1914–1918 гг. начало новой войны казалось невозможным и бюджеты на военные нужды резко сократили. Применение авиации для коммерческих целей было новой и, учитывая дорогостоимость и не очень высокую надежность самолетов, непростой задачей.
В сложившихся к концу 1910-х голов неблагоприятных условиях для развития авиации многие авиафирмы пошли по простейшему пути: занялись совершенствованием наиболее удачных образцов самолетов периода первой мировой войны. Этот «эволюционный» подход был характерен для развития авиации на протяжении более, чем десяти лет.
Развитие самолетов-бипланов в первые 15 послевоенных лет удобно проследить на основе сравнения типичных военных самолетов конца первой мировой войны и 20-х — начала 30-х годов: истребителя, разведчика и бомбардировщика.
На рис. 1.2 изображены схемы одноместных истребителей с двигателем воздушного охлаждения Сопвич «Снайп» и И-5 конструкции Н. Н. Поликарпова. Первый из этих самолетов появился в 1918 г. и был последним образцом знаменитых истребителей английской фирмы Сопвич периода первой мировой войны с ротативным двигателем Бентли BR-2. Всего было построено около полутора тысяч «Снайпов». И-5, снабженный стационарным двигателем воздушного охлаждения «Бристоль Юпитер-4»(1930 г.), стал первым советским массовым истребителем; было построено 803 самолета. В конструкции обоих самолетов широко применялась древесина, обшивка — преимущественно полотняная.
Как видно из чертежей, общая компоновка самолета-истребителя за двадцатые годы практически не изменилась. Это по-прежнему — биплан со стойками и растяжками между крыльями, с неубирающимися шасси и открытой кабиной летчика. Основными тенденциями в развитии аэродинамической схемы были замена крыльев равного размаха и площади схемой полутораплан (верхнее крыло больше нижнего) и применение только одной пары стоек между крыльями. Распространение полуторапланной схемы было вызвано желанием улучшить обзор из кабины, а увеличение толшины профиля, и, следовательно, прочности крыла позволило уменьшить чисто межкрыльевых стоек. С годами увеличивались длина и вес самолета, что объясняется возросшими габаритами двигателей и необходимостью увеличения объема топливных баков в связи с ростом мощности силовых установок.
Наиболее существенным изменением явилась замена ротативного мотора стационарным двигателем воздушного охлаждения. Применение ротативных двигателей на ранней стадии развития авиации связано с тем, что двигатель с вращающимися цилиндрами лучше охлаждается в полете. Однако особенности конструкции такого мотора не позволяли сильно увеличивать мощность: под действием центробежных сил появлялись трудности с подачей смазки, возросший гироскопический момент начал влиять на управляемость самолета. Проблема надежного охлаждения была решена применением алюминиевых головок цилиндров, что улучшало теплоотдачу.
Одним из наиболее распространенных авиационных двигателей стал английский 9-цилиндровый звездообразный Бристоль «Юпитер», первые образцы которого (1921 г.) имели мощность 425 л.с. при 1700 об/мин. Он применялся на многих английских самолетах, по лицензиям производился в СССР, Франции. Германии, Чехословакии. Японии, Польше. Причиной популярности двигателя был его малый удельный вес и, что также немаловажно, учитывая проблемы производства и сбыта авиатехники после первой мировой войны, сравнительно небольшая стоимость.
Для лучшего охлаждения цилиндров их обычно не закрывали капотом. Вызывающие завихрения потока головки цилиндров были причиной большого лобового сопротивления самолетов. Тем не менее скорость истребителей продолжала постепенно возрастать. Это достигалось повышением мощности мотора и увеличением нагрузки на крыло. Остальные характеристики — скороподъемность, маневренность, время полета, огневая мощь — практически не изменились. Это свидетельствует о том, что в 20-е и даже в начале 30-х годов самолет-истребитель остался примерно таким же, как в годы мировой войны. Увеличению скорости и полезной нагрузки авиаконструкторы были обязаны, главным образом, успехам двигателестроения.
Конечно, нс следует считать, что все истребители строились по одной и той же схеме. То, о чем говорилось выше — это лишь характерный пример. В условиях конкурентной борьбы многочисленных самолетостроительных фирм были неизбежны различные конструкторские подходы. Рассмотрим кратко наиболее известные истребители 20-х и начала 30-х годов.
В годы первой мировой войны самые удачные истребители среди стран Антанты строили во Франции и Англии. Эти две страны остались лидерами в этой области и в первые послевоенные годы.
Первым французским истребителем, поступившим на вооружение после мировой войны, был Ньюпор-Деляж-29 (рис. 1.3). Его создатель, Густав Деляж, начал конструировать этот самолет еще в 1918 г., но из-за окончания войны на время приостановил работу, поэтому истребитель стал поступать на вооружение только в 1922 г.
Тем временем Деляж построил гоночный вариант самолета, с уменьшенным вдвое по площади крылом и форсированным двигателем. На этой машине в феврале 1920 г. летчик Сади-Лекуант установил первый послевоенный рекорд скорости — 276 км/ч, а осенью того же года завоевал первый приз на международных состязаниях гоночных самолетов на приз Гордон- Беннетта [6, с. 5].
Серийный Ньюпор-Деляж имел двухстоечное бипланное крыло и 8-цилиндровый двигатель «Испано-Сюиза» с водяным охлаждением мощностью 300 л.с. Из-за несовершенной аэродинамики самолета прибавка в мощности не дала большого эффекта — максимальная скорость составляла 213 км/ч. Тем нс менее, репутация конструктора и победа на престижных состязаниях сделали свое дело, и на истребитель последовало много заказов. Он состоял на вооружении Франции в количестве 250 экземпляров. Самолет приобрели также Бельгия, Испания, Италия и Швеция, 609 самолетов купило японское правительство, активно занимающееся развитием авиации в своей стране [5, с. 698].
С середины 20-х годов во Франции конструкторы начали тяготеть к более совершенной в аэродинамическом отношении схеме «подкосный моноплан». Это доказывают результаты конкурса 1925 г. на новый истребитель, победителями которого стали два моноплана: Вибо-72 и LGL.32. Оба самолета имели одинаковые звездообразные двигатели воздушного охлаждения Гном-Рон «Юпитер»9, однако «Вибо» отличался цельнометаллической конструкцией, что для того времени было большой редкостью. Более легкий LGL оказался на 10 км/ч более скоростным, поэтому и заказов на него было больше; построили 350 самолетов, которые применялись в ВВС Франции. Румынии, Турции и Испании до середины тридцатых годов.
В конце двадцатых годов фирма Ньюпор-Деляж выпустила новую модель истребителя — NiD.62. Формально ото был полутораплан, но по существу — моноплан, т. к. площадь нижнего крыла была настолько незначительна, что его правильнее воспринимать как промежуточную опору подкоса, а нс как несущую поверхность. На самолете установили новый вариант «Испано-Сюизь» — 12-цилиндровый мотор, мощностью 500 л.с. На стойках шасси располагался весьма распространенный в 20-е годы радиатор Ламблена, имевший форму цилиндрической поверхности (рис. 1.4). При взлетном весе 1840 кг самолет развивал скорость до 250 км/ч, практический потолок составлял 7700 м. «62-й» был одним из самых \‹ассовых французских истребителей межвоенной эпохи: их было произведено более 800. К моменту нападения Германии на Францию (май 1940 г.) 143 таких самолета все еще находились на вооружении французских ВВС [5, с. 699].
Вообще же строительством истребителей во Франции в 20-е и начале 30-х годов занималось окаю 10 фирм. Компании, получившие известность своими истребителями-бипланами в годы войны (СПАД, Ньюпор), оставались сторонниками двукрылой схемы, тогда как недавно созданные фирмы, например Девуатин, предпочитали монопланы.
Основатель фирмы, Эмиль Девуатин, занялся конструированием самолетов в начале 20-х годов, но, не добившись заказов от французского правительства. уехал в Швейцарию. Там он разработал оригинальный истребитель-парасоль D-27 с подкосным крылом и двигателем водяного охлаждения «Испано-Сюиза» 12Мс мощностью 500 л.с. (рис. 1.5). В ноябре 1927 г. пилот Марсель Доре установил на D-27 мировой рекорд скорости на дистанции 1000 км. 66 таких самолетов были проданы в Швецию для ВВС этой скандинавской страны [5, с. 323].
После успеха D-27 Э. Девуатин получил приглашение вернуться во Францию и вскоре прославился серией скоростных истребителей-монопланов: D-500, D-510 и др. Некоторые из них будут описаны в 3-й главе.
В отличие от французов, склонные к приверженности традициям английские авиаконструкторы продолжали развивать истребители-бипланы с одностоечным крылом — тип самолета, с успехом опробованный ими в годы первой мировой войны. Они также остались сторонниками звездообразного двигателя воздушного охлаждения, заменив, правда, ротативный двигатель на стационарный.
К числу наиболее известных английских истребителей первого послевоенного десятилетия следует отнести Армстронг Уитворт «Сискин» и Бристоль «Бульдог». «Сискин», сконструированный для замены истребителя конца первой мировой войны Сопвич «Снайп», появился в частях ВВС в начале 20-х годов. В 1924 г. на вооружение стал поступать усовершенствованный вариант «Сискин» 3 с более мощным двигателем («Ягуар-3», 325 л.с.). При размахе крыла 10,1 м и взлетном весе 1365 кг он развивал скорость 251 км/ч. Английская промышленность произвела свыше 400 самолетов этого типа.
Истребитель Бристоль «Бульдог» (рис. 1.6) совершил первый полет в мае 1927 г. Конструктором самолета был капитан Барнуэлл. Также как «Сискин» 3, «Бульдог» имел схему полутораплан, металлическую сварную конструкцию и полотняную обшивку. С двигателем Бристоль «Юпитер» VII мощностью 440 л.с. он мог летать со скоростью 285 км/ч — быстрее всех других английских истребителей. Размах крыла составлял 10,3 м, взлетный вес — 1590 кг; кроме стандартного вооружения (двух пулеметов), самолет мог брать четыре 9-кг бомбы, которые крепились к нижнему крылу.
«Бульдог» был самым известным английским истребителем конца 20-х — начала 30-х годов. Кроме Великобритании, самолет находился на вооружении прибалтийских государств — Латвии, Эстонии, Швеции, Финляндии. Всего построено 360 истребителей «Бульдог».
Самолет Глостер «Геймкок» (рис. 1.7), сконструированный Г.Фолландом, был испытан в начале 1925 г., год спустя поступил на вооружение и применялся в ВВС Великобритании до 1931 г. Он пользовался популярностью у летчиков из-за легкости в пилотировании и отличной маневренности.
Разработкой и производством истребителей занимались и многие другие английские фирмы — Мартинсайд, Фейри, Виккерс, Авро, Блекберн, Уэстланд. Всего в двадцатые годы в Англии было создано свыше 30 истребителей различных марок. Характерно, что все они были бипланы и почти все — с двигателями воздушного охлаждения. Такой приверженности определенной компоновке не существовало ни в одной другой авиационной державе.
Наибольшей индивидуальностью отличались самолеты фирмы Хокер. Для них была характерна исключительная обтекаемость внешних форм, присущая скорее гоночной машине, чем боевому самолету. Возможно, на творческий стиль главного конструктора фирмы Хокер Сидни Камма повлияли идеи его соотечественника — аэродинамика Мелвилла Джонса, опубликованные позднее в статье «Обтекаемый самолет», в которой показывалось, насколько несовершенны существующие самолеты по сравнению с «идеальным», с точки зрения аэродинамики, самолетом [75].
Первым скоростным «Хокером» был многоцелевой «Харт» с двигателем ноля но го охлаждения Роллс-Ройс «Кестрел» в 525 л.с. (1928 г.) Этот двухместный одностоечный биплан, с заостренным впереди капотом двигателя и хорошо обтекаемым фюзеляжем овального сечения, мог с бомбовой нагрузкой 225 кг развивать скорость почти 300 км/ч — больше, чем многие одноместные истребители того времени. Его развитием стал одноместный истребитель «Фьюри» (рис. 1.8) с тем же двигателем «Кестрел», впервые поднявшийся в воздух в марте 1931 г. В начале 30-х годов он являлся самым скоростным истребителем — его максимальная скорость на высоте 4200 м составляла 333 км/ч. В том же 1931 г. фирма выпустила двухместный истребитель-перехватчик Хокер «Демон» с форсированным до 584 л.с. двигателем (рис. 1.9). Скорость полета самолетов С. Камма могла быть еще выше, если бы не бипланное крыло и неубираемое колесное шасси; несмотря ни на что, они оставались продуктом инженерной мысли 20-х годов. Всего выпущено 215 «Фьюри», 234 «Демона» и около 1000 «Хартов» (из них 500 — в варианте учебно- тренировочного самолета) [51, с. 119, 152].
Американская военная авиация в начале 20-х годов находилась еще в стадии становления. США вступили в первую мировую воину в 1917 г., и до этого времени правительство почти не уделяло внимания развитию авиации. Опыт войны показал большую роль самолетов в боевых действиях и заставил американское руководство форсировать создание собственных ВВС.
В области истребительной авиации в США в 20-е голы господствовали две фирмы — Боинги Кертисс. В 1924 г. начался выпуск истребителя Боинг PW-9 (рис. 1.10) — биплана с трапециевидными в плане крыльями. На самолете стоял новый 12-цилиндровый двигатель водяного охлаждения Кертисс D-12, развивавший мощность 435 л.с. В то время это был один из самых мощных авиационных двигателей, что позволило самолету с весьма посредственной аэродинамикой иметь неплохую по тем временам скорость — 265 км/ч. Всего было произведено 111 PW-9.
Фирма Кертисс, начавшая выпуск самолетов еще в начале столетия, прославилась после мировой войны серией гоночных бипланов. В отличие от европейских гоночных машин, эти самолеты строились на государственные средства: таким образом правительство США стремилось создать базу дли развития самолетов-истребителей.
Все гоночные самолеты Г. Кертисса были бипланами. Однако, благодаря усилиям конструктора по уменьшению вредного сопротивления, они отличались очень хорошей аэродинамикой; по оценке С. Я. Макарова, коэффициент лобового сопротивления самолета «Арми-Рейсер № 1» (1922 г.) составлял всего 0.003 [6. с. 7]. Это было достигнуто заменой стандартной N-образной межкрыльевой стойки более обтекаемой 1-образной стойкой, сокращением до минимума числа расчалок, применением вместо цилиндрических радиаторов Ламблена крыльевых поверхностных радиаторов и, наконец, обтекаемыми формами капота двигателя и кока пинта. Все это, наряду с непрерывным совершенствованием двигателя «Кертисс D-12», обеспечило победу гоночным самолетам фирмы Кертисс не только в национальных, но и в международных состязаниях: на них установлены два мировых рекорда скорости — 359 км/ч (Арми-Рейсер No I, 1922 г.) и 429 км/ч (Нэви-Рейсер R2CI, 1923 г… рис. 1.11).
На основе опыта проектирования гоночных самолетов фирма Кертисс в 1925 г. создала истребитель-биплан «Хоук» (рис. 1.12). Хотя самолет и не имел таких особенностей гоночных «Кертиссов», как поверхностные радиаторы и I-образные стойки между крыльями, в скоростном отношении самолет по-прежнему представлял собой выдающуюся машину. С новым двигателем Кертисс «Кокуэрор» мощностью 675 л.с. (1927 г.) максимальная скорость истребителя превышала 300 км/ч. На рубеже 20-х — 30-х годов «Хоук» был одним из основных американских истребителей.
Первые американские военные самолеты обязаны своими успехами инженерам, создавшим превосходные для своего времени двигатели водяного охлаждения: «Либерти», Кертисс D-12 и др. Однако флот, наметивший обширную программу развития авианосцев, был заинтересован в том, чтобы палубные самолеты-истребители снабжались бы более легкими, более компактными и более простыми в эксплуатации звездообразными двигателями воздушного охлаждения. Под нажимом руководства военно-морского ведомства США фирма Райт с 1922 г. занялась разработкой двигателей воздушного охлаждения. В 1924 г. от фирмы отделилась группа специалистов, организовавшая новую двигателестроительную компанию Пратт-Уитни. Созданные этими фирмами отлично показавшие себя 9-цилиндровые радиальные авиадвигатели Пратт-Уитни «Уосп» (1926 г.) и Райт «Циклон» (1927 г.) послужили фундаментом для дальнейшего прогресса в американском самолетостроении.
Первым американским истребителем с двигателем воздушного охлаждения, выпускавшимся большой серией, стал самолет фирмы Боинг Р-12, впервые поднявшийся в воздух 25 июня 1928 г. Благодаря новому типу двигателя он был меньше по размерам и весу, чем описанные выше американские истребители. Другое отличие заключалось в замене трапециевидного по форме крыла более технологичным крылом постоянной хорды, с эллиптическими законцовками. Самолет выпускался в двух вариантах — для армии (Р-12) и для флота (F4B, рис. 1.13). Морской вариант имел усиленные шасси и тормозной крюк на хвосте. Он применялся как палубный истребитель на первых американских авианосцах «Лексингтон» и «Ленгли». Несмотря на меньшую скорость из-за более высокого аэродинамического сопротивления двигателя воздушного охлаждения, этот недорогой и маневренный самолет полюбился и в армии, и на флоте. Было заказано 586 машин — рекордное количество для американской авиапромышленности межвоенной эпохи.
В итальянской авиации лидером в создании истребителей после первой мировой войны стала фирма Фиат. Главным конструктором фирмы был Целестино Розателли, чьи инициалы — C.R.- обозначали название созданных им самолетов. Первый истребитель Розателли Фиат CR-1 (рис. 1.14) разработан в 1923 г. и построен в количестве около 100 экземпляров. Этот самолет, с 8-цилиндровым двигателем водяного охлаждения Иззота-Фраскини мощностью 320 л.с., отличался от других бипланов тем, что его нижнее крыло имело большие размеры, чем верхнее. Кроме того, у этого и других самолетов Розателли межкрыльевые стойки были расположены диагонально, что устраняло необходимость в обычных для бипланов диагональных растяжках.
В следующей модели истребителя Фиат CR-20 (1926 г.) конструктор отказался от схемы «обратный полутораплан», т. к. эта компоновка, не давая каких-либо аэродинамических преимуществ, ухудшала обзор летчику и увеличивала опасность касания крылом земли при посадке с креном. Помимо этого, деревянный каркас самолета был заменен металлическим, установлен новый 12-цилиндровый двигатель Фиат А-20. Несмотря на увеличение мощности силовой установки (400 л.с.) максимальная скорость самолета практически не возросла, так как из-за замены деревянной конструкции металлической вес машины стал больше на 240 кг. Однако, в целом, самолет получился удачным, отличался прочностью и хорошей маневренностью. Он много лет состоял на вооружении итальянских ВВС, применялся в военных конфликтах в Ливии (1927 г.) и Эфиопии (1936 г.), экспортировался в Австрию, Венгрию, Парагвай. В общей сложности заводы фирмы Фиат выпустили почти 70 °CR-20.
Из всех стран-участниц мировой войны в наиболее трудном положении в развитии самолетостроения оказались Германия и Советский Союз. Германии было запрещено иметь собственную военную авиацию, поэтому некоторые известные немецкие конструкторы решили покинуть страну. А. Фоккер обосновался в Голландии, А. Рорбах — в Дании, К. Дорнье организовал самолетостроительное производство в Италии. Остальные были вынуждены заниматься созданием разрешенных Версальским договором спортивных и одномоторных коммерческих самолетов, причем их скорость не должна была превышать 170 км/ч, а грузоподъемность — 600 кг.
Авиастроение России после революции и нескольких лет опустошительной гражданской войны пришло в полный упадок. Многие талантливые авиационные специалисты эмигрировали за границу, некоторые были расстреляны как «контрреволюционные элементы». Производительность российских авиазаводов в 1920 г. снизилась в 10 раз по сравнению с уровнем 1917 г.
В этой ситуации советское правительство возлагало большие надежды на сотрудничество с германскими авиаконструкторами и предпринимателями, которые, в свою очередь, были заинтересованы в поиске рынка авиационной техники. В 1922 г. между СССР и фирмой Юнкерс был заключен договор об участии последней в развитии советской военной авиации. Предполагалось, что немецкие специалисты наладят в СССР производство металлических самолетов различного назначения, авиамоторов, окажут помощь в освоении производства авиационных материалов [7].
Кроме того, в 1923–1925 гг. СССР приобрел у Фоккера около 200 самолетов D.X1. Эта машина являлась развитием знаменитого немецкого истребителя конца первой мировой войны Фоккер D.VII. Как и его предшественник, D.XI представлял собой полутораплан с крылом относительно толстого профиля, что позволяло обойтись без использования межкрыльевых расчалок. Созданный Фоккером в 1923 г., этот самолет с двигателем «Испано-Сюиза» в 300 л.с. не отличался высокими скоростными характеристиками (У
Вскоре по заказу Советского Союза Фоккер разработал истребитель D.XIII с более мощным двигателем Нэпир «Лайон» (450 л.с.). По схеме он мало отличался от D.X1. Новый самолет был куплен в количестве 50 экземпляров для секретной немецкой авиационной школы военных летчиков в г. Липецке (рис. 1.15).
Что касается сотрудничества с фирмой «Юнкерс», то оно не оправдало возлагаемых на него надежд. Темпы развития производства на выделенном Юнкерсу заводе в Москве сильно отставали от намеченных, а созданные там самолеты обладали весьма невысокими летными характеристиками. Поэтому в марте 1926 г. Политбюро ЦК ВКП (б) постановило расторгнуть договор с Юнкерсом и направить усилия на развитие самолетостроения собственными силами [8].
Главной проблемой для советской авиации было отсутствие собственных двигателей. Единственным мошным двигателем являлся выпускаемый по лицензии под обозначением М-5 американский «Либерти» (400 л.с.). Однако этот мотор водяного охлаждения, сконструированный еще в голы мировой войны, по весу и габаритам мало годился для самолетов-истребителей. Поэтому советские истребители середины 20-х годов имели больший взлетный вес, чем однотипные зарубежные самолеты.
Первые в СССР истребители ИЛ-400 и И-l вышли на испытания в 1923-24 гг. Конструктором первого самолета был Н. Н. Поликарпов, второго — Д. П. Григорович. Оба самолета были снабжены двигателем «Либерти», но на этом сходство между ними заканчивалось. ИЛ-400 (рис. 1.16) являлся свободнонесущим монопланом с деревянным крылом толстого профиля (16 % у корня). И-1 представлял собой обычный деревянный одностоечный биплан с равными по величине крыльями. Благодаря более совершенной аэродинамической схеме на испытаниях ИЛ-400 показал значительно лучшие скоростные свойства: его максимальная скорость достигала 274 км/ч по сравнению с 230 км/ч у биплана Григоровича. Однако полеты самолета Поликарпова сопровождались рядом аварий из-за его недостаточной устойчивости и плохих штопорных характеристик, что было связано с неправильным выбором центровки и большой по тем временам нагрузкой на крыло (79 кг/м~›. Поэтому основным стал более тихоходный И-1 Григоровича: в 1926–1929 гг. построено 209 самолетов И-1 (под маркой И-2), а выпуск ИЛ-400 ограничился 14 машинами.
Во второй половине 20-х годов правительство, разуверившись в обещаниях фирмы Юнкерс наладить современное авиастроение в СССР, закупило лицензии на производство зарубежных авиационных двигателей: английского Бристоль Юпитер- VI (в нашей стране он обозначался как М-22) мощностью 480 л.с. с воздушным охлаждением и немецкого двигателя водяного охлаждения BMW-6 (М-17) мощностью 500 л.с. на номинальном режиме.
Выбор двух разнотипных двигателей не случаен. На протяжении всего времени существования винтомоторной авиации между специалистами шел спор, какой тип двигателя предпочтительнее для самолета — с водяным или воздушным охлаждением. Рядный или V-образный двигатель водяного охлаждения создавал меньшее лобовое сопротивление и обеспечивал при той же мощности большую скорость полета, а плохообтекаемый, но более легкий звездообразный мотор позволял уменьшить вес машины, и, следовательно, улучшить ее маневренные свойства. Так как в 20-е и в первой половине 30-х годов скорости и маневренности истребителей уделялось одинаковое внимание, в СССР, как и во многих других странах, решили строить самолеты с двигателями обоих типов.
В 1927–1928 гг. начались испытания бипланов И-4 А. Н. Туполева с М-22 и И-3 Н. Н. Поликарпова с М-17. Как и следовало ожидать, И-3 (рис. 1.17) получился более тяжелым, но более скоростным (Vмакс 278 км/ч), а И-4 — более маневренным. Последний из указанных самолетов имел цельнометаллическую конструкцию из отечественного аналога дюралюминия — кольчугалюминия. Сторонник схемы «свободнонссущий моноплан», А. Н. Туполев, понимая важность снижения нагрузки на крыло для маневренности истребителя, при создании И-4 пошел на компромисс: самолет имел схему «полутораплан», причем площадь нижнего крыла была в 5 раз меньше верхнего. За 1928–1931 гг. советскими авиазаводами было выпущено 389 И-3 и 349 И-4.
В самом конце 20-х годов судьба свела вместе двух основных авторитетов (и конкурентов) в проектировании истребителей — Н. Н. Поликарпова и Д. П. Григоровича. Они оба были арестованы по необоснованному обвинению в контрреволюционной деятельности и помещены в Бутырскую тюрьму в Москве. Там им предоставили возможность заниматься авиаконструкторской деятельностью. Результатом совместного творчества двух выдающихся специалистов стал новый истребитель И-5 (рис. 1.18). Этот самолет смешанной конструкции с двигателем воздушного охлаждения М-22 объединил в себе достоинства своих предшественников: по скорости он не уступал И-3, а по маневренности превосходил И-4. Еще до окончания государственных испытаний было решено начать серийное производство самолета. Он строился в большом количестве (803 экз.) и находился на вооружении до конца 30-х годов. Успех этого самолета способствовал освобождению обоих конструкторов.
Наряду со строительством собственных самолетов, советское правительство в конце 20-х годов купило лицензию на производство истребителя фирмы Хейнкель Не-37. После войны Э. Хейнкель создал ряд спортивных самолетов, занявших призовые места на авиагонках в Германии, а также выполнял отдельные заказы скандинавских государств на военные самолеты. Контракт с советским военным руководством был несравненно выгоднее — в СССР по лицензии был произведен 131 Не-37 под обозначением И-7. Этот самолет-биплан с мотором BMW-6 не проявил каких-либо преимуществ перед отечественным И-5.
Посте первой мировой войны ряды стран с авиастроительной промышленностью пополнили новые государства. Активно развивалось производство самолетов в Чехословакии. Наибольшего успеха в строительстве истребителей добилась фирма Авиа, возглавляемая конструкторами Павлом Бенешем и Мирославом Хайном. Первый истребитель этой фирмы — моноплан ВН-3 с подкосным крылом, несколько напоминающий металлический истребитель Юнкерса времен первой мировой войны, появился в 1921 г.(было выпущено только 10 самолетов этой марки). Значительно более известен истребитель-биплан Авиа ВН-21 с двигателем Испано-Сюиза 8Kb мощностью 300 л.с. 120 таких самолетов было заказано для ВВС Чехословакии, кроме того, 50 ВН-21 построили по лицензии в Бельгии.
Проектированием самолетов в Чехословакии занималась также фирма Летов. В 1926 г. конструкторы этой фирмы создали истребитель-биплан S-20 с тем же двигателем Испано-Сюиза 8Kb (выпуск этих популярных моторов вела известная чешская фирма Шкода). Самолет имел скорость 256 км/ч — на 10 км/ч больше, чем ВН-21. Всего было произведено 95 самолетов, из них 20 — для ВВС Литвы.
В Японии, изучив опыт мировой воины, принялись усиленно развивать военную авиацию. Не располагая собственным опытом в данной области, японское правительство активно использовало зарубежную помощь, привлекая европейских авиаконструкторов к созданию собственных ВВС. Одним из них был автор известных истребителей фирмы Сопвич англичанин Герберт Смит. Под его руководством был построен палубный истребитель Мицубиси 1MF. Как и большинство самолетов рассматриваемого периода, это был одностоечный биплан с двигателем «Испано-Сюиза», 300 л.с. В феврале 1923 г. самолет испытали с палубы первого японского авианосца «Хошо» и затем запустили в серийное производство. До конца 1928 г. было выпущено 128 таких самолетов.
Другим японским истребителем, но сухопутным, был Накадзима 91. Конструкция этого легкого монплана-парасоля с двигателем воздушного охлаждения несла явный отпечаток французских истребителей конца 20-х — начала 30-х годов. ВВС Японии получили 320 самолетов Накадзима 91 для замены устаревших французских истребителей Ньюпор-Деляж 29.
Э. Хейнкель был еще одним конструктором, принимавшим участие в формировании японской авиации. Созданные им в 1925 г. самолеты-бипланы Не-25 и Не-26 предназначались для использования с кораблей. Однако, в отличие от Мицубиси IMF, они стартовали не с палубы авианосца, а «выстреливались» катапультой с орудийной башни обычного военного корабля. Испытания, проведенные на идущим полным ходом крейсере «Нагато», прошли успешно и Япония приобрела лицензию на производства катапульт и катапультных самолетов фирмы Хейнкель [10, с. 69–75].
В конце 20-х годов к числу стран, производящих собственные самолеты, добавилась Польша. В 1929 г. авиаконструктор Зигмунт Пулавский построил истребитель PZL-1, отличающийся оригинальной конструкцией. Это был первый в авиации подкосный моноплан с крылом типа «чайка»[1]. Такая схема улучшала обзор вперед и позволяла уменьшить сопротивление, возникавшее из-за интерференции между крылом и фюзеляжем. Другим техническим новшеством было шасси, каждое колесо которого имело независимо действующий воздушно-масляный амортизатор. Самолет имел цельнометаллическую конструкцию.
PZL-1 в серии не строился, так как был спроектирован под двигатель водяного охлаждения «Испано-Сюиза», а таких двигателей в Польше не выпускали. В 1931 г. на его основе Пулавский сконструировал истребитель PZL-7 с двигателем воздушного охлаждения Бристоль «Юпитер» VII, который производился по лицензии польской промышленностью. Максимальная скорость самолета достигала 317 км/ч, что являлось неплохим показателем для истребителя начала тридцатых годов со звездообразным двигателем. В 1931–1933 гг. было выпущено 149 PZL-7. которые составили основу польской истребительной авиации. Таким образом, Польша стала первой страной имеющей на вооружении исключительно металлические истребители монопланы.
После первой мировой войны продолжилась дифференциация военных самолетов по типам. В классе истребителей появилось два новых вида — легкий истребитель («жокей») и тяжелый многоместный истребитель («воздушный крейсер»).
Самолет-«жокей» отличался от обычного истребителя значительно меньшим весом, что достигалось, в основном, меньшим запасом горючего и облегченным вооружением. По назначению это был самолет-перехватчик. Обладая высокой маневренностью и скороподъемностью, «жокей» должен был вести бой с прорвавшимся в тыл воздушным противником, короткими и быстрыми атаками вывести из сл роя вражеский самолет до его подхода к цели.
Самолеты этого типа впервые появились во Франции во второй половине 20-х годов. Это Ньюпор-48, Моран-121, Бернар-20, Спад-91. Их взлетный вес был на 100–150 кг ниже, чем у обычных истребителей.
В СССР также делалась попытка создать специализированный истребитель- перехватчик — И-8 (АНТ-13) с американским двигателем Кертисс «Конкверрор». Согласно техническим требованиям, утвержденным Управлением ВВС в начале 1930 г., самолет должен был иметь максимальную скорость 310 км/ч на высоте 5 км, потолок — 8500 м, время набора высоты 5000 м — 6–7 минут [9, с. 124]. В связи с тем, что лицензию на «Конверрор» решили не приобретать, самолет в серии не строили.
Противоположностью самолету- «жокею» был двухместный истребитель. При проектировании этих самолетов предполагалось, что, начав атаку передними пулеметами, экипаж продолжит ее задней огневой точкой. Таким образом, как полагали, повышалась эффективность атаки и одновременно обеспечивалась зашита самолета сзади.
Вместе с тем, двухместный самолет неизбежно обладал худшими летными качествами, чем одноместный истребитель: присутствие второго члена экипажа и задней стрелковой точки увеличивали вес и ухудшали аэродинамику самолета. Поэтому ясного мнения о целесообразности создания двухместных истребителей не было, и число моделей таких машин сравнительно невелико. Поданным Н. И. Шаурова, из 231 типа истребителей, построенных за рубежом в период с 1919 по 1930 гг., только 30 были двухместными [11, с. 29].
Примерами двухместного истребителя 20-х годов являются такие машины как Бреге-17 и Ньюпор-42 во Франции, Бристоль «Файтер» в Англии, Альбатрос-77 (рис. 1.19) и Юнкерс К-47 в Германии. Производство этих самолетов велось ограниченными сериями, не более нескольких десятков экземпляров.
Дальнейшим развитием концепции двухместного самолета воздушного боя стал многоместный истребитель или, как его тогда называли, «воздушный крейсер». Как правило, эти самолеты имели два двигателя, 3–5 человек экипажа, мощное пулеметное вооружение. Они предназначались для нападения на самолеты противника и для сопровождения и охраны собственных бомбардировщиков. Последнее требование заставляло иметь на борту большой запас горючего. Самолеты также могли применяться для решения самостоятельных задач — дальней разведки и бомбометания по обнаруженным целям.
Первый «воздушный крейсер» был построен во Франции в 1927 г. Этот самолет, Блерио-127, имел два двигателя «Испано-Сюиза» по 520 л.с. Максимальная скорость, составляла 230 км/ч, потолок — 8100 м, экипаж — 3 человека. В том же году на заводе Юнкерса в Швеции создали двухмоторный К-37 — трехместный истребитель, вооруженный 5 пулеметами. Советским «воздушным крейсером» можно считать двухмоторный металлический моноплан АНТ-7. Работу над самолетом А. Н. Туполев начал еще в 1926 г. Он предназначался для отражения атак вражеских бомбардировщиков и для разведки, причем скорость, скороподъемность и максимальная высота полета должны были быть не хуже, чем у обычного истребителя. Испытания начались в 1929 г. В варианте самолета для воздушного боя (Кр-6) самолет имел 3 члена экипажа и был вооружен 4 пулеметами. Два двигателя BMW-6 обеспечивали 5-тонной машине скорость до 244 км/ч, потолок — 7090 м. Из-за необходимости устранения ряда дефектов серийное производство АНТ-7 началось только в 1931 г. К этому времени характеристики самолета уже не соответствовали требованиям к истребителю, поэтому он строился в варианте разведчика под обозначением Р-6 [9.с.220].
До середины 20-х годов почти все самолеты-истребители имели деревянную конструкцию. К концу десятилетия стало появляться все больше самолетов с каркасом из металлических элементов, обшивка делалась из полотна или фанеры (рис. 1.20). Металл (на легких самолетах-бипланах обычно применяли сталь) по сравнению с древесиной был более однороден по физико-механическим свойствам, более долговечен.
Развитие самолетов-разведчиков происходило, в целом, тем же путем, что и истребителей: скорость и грузоподъемность увеличивали повышением мощности двигателей и нагрузки на крыло, в конструкции наблюдалась тенденция перехода от схемы многостоечный биплан с равными тонкими крыльями к схеме одностоечный полутораплан с крылом более толстого профиля (до 12 % относительной толщины). Основное отличие заключалось в том, что на большинстве разведчиков ставили двигатели водяного охлаждения. Такие двигатели были тяжелее и дороже моторов с воздушным охлаждением, но зато благодаря лучшей топливной экономичности они обеспечивали большую дальность полета. Имело значение и то. что двигатель водяного охлаждения менее шумный и самолет-разведчик было труднее обнаружить с земли. Применявшиеся вначале лобовые радиаторы создавали очень большое сопротивление и их вытеснили радиаторы других типов — в форме цилиндров, установленных на стойках шасси, под мотором или по бокам его (радиатор Ламблена), или выдвижные радиаторы, как на самолете Р-5. Преимуществом последнего заключалось в том, что с ростом скорости можно было постепенно вдвигать радиатор в фюзеляж и тем самым уменьшать общее лобовое сопротивление самолета. Это устройство было пригодно и для регулирования температуры воды вместо применявшихся обычно заслонок.
В результате аэродинамическое качество возросло примерно на 20 %, главным образом, за счет уменьшения коэффициента лобового сопротивления. Тем не менее, по скорости разведчики сильно отставали от истребителей, так как из-за второго члена экипажа, более тяжелого вооружения и большего запаса горючего имели значительно больший взлетный вес при той же мощности силовой установки.
Одними из самих массовых самолетов-разведчиков послевоенных лет были советские Р-1 и Р-5. Р-1 (рис. 1.21) представлял собой воспроизводство английского разведчика времен первой мировой войны DH-9 с американским двигателем «Либерти» (М-5) мощностью 400 л.с. В процессе подготовки к выпуску в конструкцию самолета был внесен ряд изменений, в частности использован новый профиль крыла, модифицирована конструкция радиатора, ряд металлических частей заменен на деревянные. Производство Р-1 началось в 1923 г. и продолжалось до 1932 г.; построили 2571 самолет, в том числе 124 — в поплавковом варианте. К моменту начала выпуска самолет в определенной мере морально устарел, однако потребность в военном самолете, который можно было бы использовать для решения широкого круга задач, была сталь велика, что советское руководство решило начать выпуск этого технологичного и неприхотливого в эксплуатации аппарата. О высокой надежности Р-1 свидетельствуют результаты сверхдальнего перелета группы советских летчиков на 6 самолетах различных типов из Москвы через Монголию в Китай (1925 г.) После посадки самолетов в Пекине именно Р-1 был выбран для продолжения полета до Японии.
В конце 20-х годов на смену Р-1 пришел Р-5 (рис. 1.22), созданный под руководством Н. Н. Поликарпова. Он стал самым массовым самолетом- разведчиком первой половины 30-х голов. В разных модификациях на заводе № 1 в Москве было построено 6676 самолетов [9, с. 434–435]. Популярности самолета способствовали простая в производстве конструкция, неплохие для конца 20-х — начала 30-х годов летные данные, хорошая устойчивость и управляемость, удобство в эксплуатации. Р-5 был оборудован переставным в полете стабилизатором, позволяющим регулировать запас устойчивости и нагрузки на ручке управления. Другой технической новинкой являлся «самопуск» — баллон со сжатым воздухом для запуска двигателя из кабины. До этого для запуска двигателя приходилось прокручивать воздушный винт с помощью наземного персонала или использовать специальный автомобиль-стартер (рис. 1.23).
В 1930 г. Р-5 принимал участие it Международном конкурсе разведывательных самолетов в Иране и продемонстрировал лучшие качества по сравнению с самолетами Англии, Голландии. Франции.
В 20-е годы в СССР выпускался также металлический самолет- разведчик Р-3 (ЛНТ-3) (рис. 1.24.) Он был создан конструкторским коллективом А. Н. Туполева, но, в отличие от других цельнометаллических самолетов марки АНТ, имел схему «биплан». По скорости и пилотажным свойствам Р-3 уступал появившемуся вскоре самолету Р-5, поэтому его производство ограничилось выпуском 101 экземпляра. Тем не менее, Р-3 заслуживает упоминания как первый советский серийный цельнометаллический самолет.
Среди зарубежных самолетов-разведчиков рассматриваемого периода самыми известными были французский Потез-25 (построено около 4000 самолетов) и голландский Фоккер C–VD (более 1000 экземпляров). Оба они (как, впрочем, и все другие разведчики 20-х годов) были бипланами. Более тяжелый «Потез» (рис. 1.25) кроме фотографического оборудования мог брать до 270 кг бомб и применяться в качестве легкого бомбардировщика, зато более легкий и более совершенный по аэродинамике «Фоккер»[2] имел лучшие скоростные характеристики. Основные данные этих и других самолетов-разведчиков первого послевоенного десятилетия представлены в табл. 1.3.
В рассматриваемый период разведчики представляли собой наиболее распространенный тип военного самолета. К началу 30-х годов в СССР разведывательные самолеты составляли 82 % от обшей численности авиапарка ВВС, в Польше — 60 %, во Франции — 44 %, в Италии — 40 %. Несколько меньше был «удельный вес» разведчиков в авиации Германии, США, Англии и Японии — от 37 % до 28 % [9, с. 183; 11, с. 22].
Многомоторные самолеты-бомбардировщики появились в годы первой мировой войны. Прототипом этого класса летательных аппаратов был, как известно, четырехмоторный самолет И. И. Сикорского «Илья Муромец», впервые поднявшийся в воздух в 1913 г. После революции 1917 г. из-за развала авиапромышленности в России и прекращения поставок авиадвигателей из-за границы большая часть этих самолетов пришла в негодность. Между тем, опыт боевых действий показал большое значение тяжелых бомбардировщиков. Поэтому в начале 1919 г. при Главном управлении Военно-воздушного флота была организована Комиссия по воссозданию тяжелой авиации, которую возглавил Н. Е. Жуковский. В 1920 г. она была переименована в Комиссию по тяжелой авиации. Отсюда и происходит название разрабатываемого ею самолета — «КОМТА» (рис. 1.26).
В отличие от «Ильи Муромца» новый самолет решили делать по схеме «триплан», с двумя двигателями «Фиат» мощностью 240 л.с. Выбор трипланного крыла небольшого удлинения (2,5) был сделан из соображений, что такое крыло более компактно и имеет меньший вес по сравнению с бипланным. Кроме того, было известно, что за границей конструкторы также работают над тяжелыми самолетами схемы «триплан». Разработкой таких машин занимались фирмы Таррант и Парналл в Англии, Капрони в Италии, Барлинг в США.
Продувки модели самолета в аэродинамической трубе дали весьма обнадеживающие результаты. Однако, когда в 1922 г. начались летные испытания самолета, то оказалось, что «КОМТА» даже с минимальной полезной нагрузкой с трудом отрывается от земли, а максимальная скорость полета составляет всего 130 км/ч [12]. Причина заключалось в том, что в первые послевоенные годы теория индуктивного сопротивления и зависимость подъемной силы от удлинения крыла еще не были широко известны. В результате ошибочного выбора формы крыла аэродинамическое качество самолета оказалось значительно хуже, чем предполагалось.[3]
Забегая вперед, отмечу, что испытания других тяжелых самолетов-трипланов также закончились неудачей.
Таким образом, основной схемой тяжелого бомбардировщика в 20-е годы оставалась опробированная в первой мировой войне схема «биплан» с установленными вдоль размаха крыла двигателями. На рисунке 1.27 показаны схемы основного бомбардировщика ВВС Англии периода войны Виккерс «Вими» и английскою бомбардировщика конца 20-х годов Хендли Пейдж «Хинайди». Как видно, «Хинайди» мало отличался по конструкции от «Вими»: то же двухстоечное крыло с расчалками, тот же угловатый фюзеляж с открытыми кабинами пилотов и стрелка. Снижению лобового сопротивления способствовала замена бипланного хвостового оперения монопланным. Однако аэродинамическое качество самолета, несмотря на некоторое увеличение удлинения крыла, возросло всего на 10 % — сказывалось большое число выступающих в поток деталей, в том числе ничем не закрытые цилиндры моторов воздушного охлаждения.
Другими известными английскими бомбардировщиками 20-х годов был и самолеты Виккерс «Вирджиния» и Боултон-Пол «Сайдстренд». Оба они представляли собой двухмоторные бипланы, в основном, деревянной конструкции. «Вирджиния» была спроектирована для обновления парка бомбардировочной авиации, укомплектованной самолетами «Вими». Она отличалась от своего предшественника большими размерами, новыми двигателями Нэпир «Лайон» и управляемым в полете горизонтальным стабилизатором. Первый полет «Вирджинии» состоялся в ноябре 1922 г., всего построено 162 самолета. Это был самый распространенный английский двухмоторный бомбардировщик двадцатых годов.
Превосходя «Вими» по размерам и грузоподъемности, «Вирджиния» оставалась очень тихоходной машиной. Большое лобовое сопротивление 4-стоечного крыла, подкрепленного многочисленными растяжками, незакапотированных двигателей и бипланного хвостового оперения не позволяло самолету развивать скорость более 170 км/ч. По этой причине основные надежды в бою возлагались на оборонительное вооружение. Была даже модификация самолета со специальными «боевыми башнями» — стрелковыми точками на верхнем крыле, вблизи задней кромки. Однако ухудшение аэродинамики (впрочем, на это не обращали большого внимания) и невыносимый холод, уже через несколько минут делающий стрелка небоеспособным, заставили отказаться от этой идеи.
Более легким и более скоростным самолетом-бомбардировщиком был Боултон Пол «Сайдстренд». С двумя моторами Бристоль «Юпитер» самолет развивал скорость 225 км/ч, правда бомбовая нагрузка при этом была вдвое меньше по сравнению с «Вирджинией» — 500 кг. Если «Вирджиния» была типичным тяжелым бомбардировщиком первых послевоенных лет, то «Сайдстренд» логичнее отнести к классу средних бомбардировщиков.
Последним многомоторным бомбардировщиком-бипланом, поступившим на вооружение английских ВВС, стал Хендли Псйдж «Хейфорд» (рис. 1.29) — развитие самолета «Хинанди», с новыми двигателями Роллс-Ройс «Кестрел»3 и увеличенной до 1300 кг бомбовой нагрузкой. Конструктивной особенностью самолета было то, что фюзеляж соединялся не с нижним, как обычно, а с верхним крылом. Эта схема встречается в истории самолетостроения крайне редко, и ее единственное преимущество было в том, что при аварийной посадке нижнее крыло должно взять на себя основной удар и защитить фюзеляж с расположенными там людьми. С 1930 по 1936 гг. английские заводы произвели 122 «Хейфорда». По конструкции и летным характеристикам это был явно устаревший для своего времени самолет, поэтому он должен был использоваться, главным образом, как ночной бомбардировщик.
Наиболее распространенным французским тяжелым бомбардировщиком, пришедшим на смену самолетам времен первой мировой войны, являлся LeO.20 фирмы Лиорс-Оливье. Этот самолет с двумя двигателями Гном-Рон 9 мощностью по 420 л.с. был произведен французской авиапромышленностью в 320 экземплярах. По конструкции он мало отличался от описанных выше бомбардировщиков — такой же трехстоечный биплан с крыльями равного размаха и открытыми кабинами пилота и стрелков, расположенными в фюзеляже прямоугольного сечения.
Основные двухмоторные бомбардировщики американских ВВС, появившиеся вскоре после первой мировой войны — это Мартин МВ-2 и «Кистоун». Разработка первого из них началась еще в годы войны, когда американское правительство обратилось к фирме Мартин с предложением создать бомбардировщик, обладающий лучшими характеристиками, чем строящийся в США по лицензии английский Хендли Пейдж 0/400. Прототип первого американского тяжелого бомбардировщика МВ-1 совершил первый полет в августе 1918 г. В следующем году на испытания вышел МВ-2, с новыми, более мощными двигателями «Либерти-12». Этот вариант и был принят на вооружение. До 1927 г. ВВС получило 110 самолетов.
МВ-2 (рис. 1.30) оказался еще более тихоходным, чем современные ему английские бомбардировщики: его максимальная скорость составляла всего 160 км/ч. В 1926 г. в ВВС начал поступать новый двухмоторный бомбардировщик LB-5 фирмы Кистоун с теми же двигателями «Либерти». Благодаря уменьшению числа стоек и расчалок крыла скорость самолета возросла, увеличилась и дальность полета. По мере освоения американской промышленностью новых типов двигателей появлялись модификации бомбардировщика, в том числе со «звездами» Пратт- Уитни «Хорнет» и Райт «Циклон». Всего было произведено около 250 «Кистоунов».
Большое значение строительству тяжелых бомбардировщиков придавалось в Италии — родине «доктрины Дуэ». Согласно этой теории, решающую роль в будущих войнах сыграет бомбардировочная авиация. Основным типом самолета-бомбардировщика двадцатых годов был двухмоторный Капрони Са-73, созданный в 1925 г. как развитие Са-33 — наиболее распространенного итальянского бомбардировщика времен первой мировой войны. Неудачная в аэродинамическом отношении схема «обратный полутораплан» с расположенной над фюзеляжем тандемной силовой установкой из двух двигателей «Лоррен» по 450 л.с., и бипланным хвостовым оперением и внешней подвеской бомб (по бокам фюзеляжа) ограничивали скорость полета 180 км/ч. Тем не менее, самолет был принят на вооружение и применялся в ВВС до 1934 г. В конце двадцатых годов он прошел «боевое крещение» при подавлении освободительного движения в итальянских колониях в Северной Африке, но соперничать с истребительной авиацией развитых стран этот тихоходный самолет, конечно, не мог, поэтому состоял на вооружении как ночной бомбардировщик.
В 1929 г. фирма Капрони выпустила новый самолет Са-90, значительно превосходящий по дальности и грузоподъемности Са-73. Такой же по аэродинамической схеме, этот бомбардировщик был снабжен 6 двигателями, расположенными в тандем в трех мотогондолах: двух на нижнем крыле и одной — между крыльями. Общая мощность силовой установки составляла 6000 л.с., бомбовая нагрузка — 8 тонн, дальность полета — 1300 км. Однако скорость полета 200 км/ч была явно недостаточна для ВВС 30-х годов, поэтому в серии самолет не строился.
Примером трехмоторного бомбардировщика является самолет Юнкерс К-30 — военный вариант пассажирского Юнкерс G-23. Так как Германии было запрещено строить военные самолеты, К-30 собирали на заводе Юнкерса в Швеции под видом пассажирского, затем его перегоняли заказчику и там дооборудовали в бомбардировщик. К-30 приобрели СССР (в нашей стране он известен под обозначением ЮГ-1, рис. 1.31), Швеция, Турция. Но большого распространения этот и другие трехмоторные бомбардировщики (LWF, США, 1924 г.: Капрони Са-72, Италия, 1926 г.) не получили, так как установленный в носу самолета двигатель не позволял расположить там пулеметную турель и ухудшал обзор из кабины.
Особое место среди многомоторных бомбардировщиков 20-х годов занимает созданный в СССР самолет АНТ-4 (ТБ-l) с двумя двигателями М-17 по 500 л.с.
Построенный под руководством А. Н. Туполева в ответ на заказ Научно- технического отдела ВСНХ на самолет для «сбрасывания предметов» [13. с. 136], АНТ-4 был первым тяжелым цельнометаллическим бомбардировщиком со свободнонесущим монопланным крылом (рис. 1.32). Эта подлинно новаторская машина воплотила в себе практически все характерные особенности будущих тяжелых бомбардировщиков. В 1930 г. на испытания вышел четырехмоторный ТБ-3 (АНТ-6), являющийся развитием ТБ-1 (рис. 1.33). Подробнее о конструкции этих самолетов будет рассказано ниже, отмечу лишь, что в 30-е годы они составляли основу тяжелой бомбардировочной авиации СССР; их было построено более тысячи экземпляров.
В конструкции японского бомбардировщика Мицубиси Ki-2, появившегося в 1933 г… прослеживается заметное конструктивное сходство с советским ТБ-1. Это также был двухмоторный моноплан с низкорасположенным крылом и металлической гофрированной обшивкой. Самолет спроектировала для японских ВВС фирма Юнкерс. Его серийный выпуск начался в 1933 г. и продал- жался до 1938 г., было изготовлено 174 Ki-2. Самолет активно применялся Японией во время войны в Китае [51, с. 156–157].
Лучшим самолетом в классе одномоторных бомбардировщиков был французский Бреге-19 (рис. 1.35). Первый полет этого двухместного биплана с двигателем водяного охлаждения Рено 12Kb состоялся в марте 1922 г., а в следующем году он получил первый приз на конкурсе военных самолетов в Испании. Бреге-19 отличался чистотой внешних форм и рациональной конструктивно-силовой схемой из дюралюминиевых труб, соединенных болтами по фланцам. Металл был применен повсюду, за исключением полотняной обшивки крыльев, хвостового оперения и задней части фюзеляжа. Невысокое аэродинамическое сопротивление достигалось одностоечной схемой крыла, минимальным количеством расчалок, хорошо обтекаемым фюзеляжем овальною сечения. В отличие от большинства других однотипных самолетов того времени, бомбы, общим весом 300 кг, размещались внутри фюзеляжа. (В перегрузочном варианте под крылом могли подвешиваться еще 4 стокилограммовые бомбы). Все это позволяло самолету при мощности двигателя 450 л.с. иметь максимальную скорость 235 км/ч, т. е. по скоростным качествам Бреге-19 не уступал современным ему истребителям. Дальность полета составляла 800 км, вооружение — 4 пулемета, взлетный вес — 2350 кг.
Популярности самолета способствовали осуществленные на нем дальние перелеты: Париж — Гонконг (1924 г.), Сенегал — Бразилия (первый беспосадочный перелет через Южную Атлантику, 1927 г.), Париж — Нью-Йорк (1930 г.) и др. Около 1100 самолетов заказали французские ВВС. Бреге-19 поставлялся также в Польшу, Югославию, Румынию, Китай, Грецию, Аргентину, Турцию, Венесуэллу, Бразилию, выпускался по лицензии в Испании, Бельгии и Югославии. Всего было построено примерно 2400 самолетов.
Среди других одномоторных бомбардировщиков 20-х годов следует упомянуть английские Фейри-ЗЭ (1923 г.) и Хокер «Хорсли» (1927 г.), первый чехословацкий самолет-бомбардировщик Летов SM-1 (1921 г.). В аэродинамическом отношении эти угловатые двухстоечные бипланы заметно уступали «Бреге», и их максимальная скорость не превышала 200 км/ч. Соответственно и объем выпуска был значительно ниже — от 100 до 200 экземпляров. Все самолеты были снабжены двигателями водяного охлаждения.
В СССР в качестве легких бомбардировщиков использовали разведчики Р-1 и Р-5. Для этого под крылом н фюзеляжем подвешивались бомбы общим весом от 300 (Р-1) до 500 кг (Р-5).
Всего в 1931 г. на вооружении состояло более 2000 бомбардировщиков, в том числе в Англии — 824, во Франции — 824, в США — 468. в Италии — 242, в СССР — около 100, в Японии — 60. в Польше — 26 [11, с. 49; 9, с. 432]. Большей частью это были одномоторные машины.
Разновидностью легкого бомбардировщика можно считать самолет-торпедоносец. Как известно, самолеты этого типа впервые появились в годы первой мировой войны [14, с. 293]. В этой области лидировала Англия, она же и осталась лидером в послевоенные годы. Ведущим производителем торпедоносцев после войны стала фирма Блекберн. Самолеты Блекберн «Дарт» и Блекберн «Рипон» (последний отличался возможностью складывания крыло назад при стоянке) были обычными бипланами с максимальной скоростью полета 170–200 км/ч (рис. 1.36). Их характерная особенность — шасси без поперечной оси между колесами, позволявшее подвешивать торпеду снизу между стойками шасси.
В США примером самолета-торпедоносца являлся Мартин ТЗМ/Т4М (1925 г.). До начала 30-х годов на вооружение военно-морской авиации США было поставлено 276 таких самолетов, причем на модификации Т4М, появившейся в 1927 г., двигатель водяного охлаждения фирмы Паккард был заменен на новый звездообразный двигатель Пратт-Уитни «Хорнет» мощностью 550 л.с. Взлетный вес этого самолета равнялся 3660 кг, максимальная скорость — 183 км/ч, дальность полета — 585 км. экипаж — 3 человека. По конструкции он представлял собой классический биплан и практически ничем не отличался от своих английских собратьев.
Дальнейшая дифференциация военных самолетов вела к увеличению разновидности стоящих на вооружении машин. Ото вызывало определенные сложности в подготовке летчиков, в обслуживании материальной части ВВС. Поэтому, наряду с проектированием специализированных боевых машин, были попытки создания «универсального» военного самолета. Одним из сторонников данной идеи был Л. Фоккер. Основываясь на конструкции военного биплана Фоккер-CV (1924 г.), он, путем установки на самолете до 10 типов моторов водяного и воздушного охлаждения мощностью от 230 до 650 л.с. и использования сменных крыльев площадью 28,8 и 39,3 м², создал целую гамму самолетов военного назначения: тренировочный для подготовки военных летчиков, истребитель, разведчик, легкий бомбардировщик [4, с. 17].
Концепция «универсального» самолета, к которой неоднократно обращались на протяжении всей истории авиации, имела ограниченное применение в практике. Неизбежной платой за «многофункциональность» являлось ухудшение летных качеств самолета по сравнению с характеристиками машины, специально спроектированной для решения определенной задачи.
Сравнение основных параметров «типичных» самолетов последних лет первой мировой войны и конца 20-х годов показывает, что развитие летных характеристик происходило весьма медленно. За рассматриваемой период скорость полета возросла в среднем на 50 км/ч, высота — на 1000–1500 м, дальность почти не изменилась. Еще медленнее происходил прогресс в области аэродинамического и весового совершенства: аэродинамическое качество повысилось всего на 10 %, весовая отдача практически не изменилась. Рост высотно-скоростных характеристик происходил, главным образом, за счет совершенствования авиадвигателей и, в меньшей степени, за счет увеличения нагрузки на крыло.
Из всего сказанного можно было бы сделать вывод, что в двадцатые годы самолет, по существу, не развивался, происходили лишь мелкие усовершенствования образцов авиационной техники периода первой мировой войны. Однако это неверно, т. к. в этот период в авиастроении произошло два важных нововведения: начали создавать специальные пассажирские самолеты и получили развитие цельнометаллические самолеты.
Пассажирские перевозки на самолетах начались вскоре после окончания мировой войны. На этот вид применения авиации возлагались большие надежды, т. к. за годы войны качество и надежность самолетов заметно возросли, увеличилась их грузоподъемность. В арсеналах западных стран имелось огромное количество ненужных теперь боевых летательных аппаратов, которые, как полагали, легко можно переделать в гражданские.
Регулярные пассажирские авиалинии в Европе начали действовать в начале 1919 г. (Берлин — Веймар; Париж-Брюссель; Париж — Лондон). В СССР развитие воздушных перевозок задержалось из-за гражданской войны. Первая пассажирская авиалиния Москва — Харьков была организована в мае 1921 г. 1 мая 1922 г. начала работу международная авиалиния Москва — Кенигсберг, которую обслуживало российско-германское общество воздушных сообщений «Дерулюфт». В том же году начались регулярные воздушные перевозки по маршруту Москва — Нижний Новгород, но продолжались они не долго из-за изношенности авиапарка нашей страны.
К началу 20-х годов в Западной Европе образовалась целая сеть воздушных линий. Обилие самолетов и моторов, наличие большого числа демобилизованных летчиков и механиков побуждали правительства и частные компании к использованию открывшихся возможностей для организации воздушных линий.
Однако оказалось, что все не так легко и просто, как думалось. На первых авиалиниях использовались переделанные в пассажирские самолеты-бомбардировщики времен первой мировой войны: Виккерс «Вими» и DH-10 — в Англии, Бреге-14 — во Франции, «Илья Муромец» — в России, Цеппелин-Штакен — в Германии, Капрони Са-73 — в Италии. Но, как показал опыт, далеко не всякие самолеты были удобны хля воздушных перевозок. Бомбардировщики, переделанные в пассажирские самолеты, имели слишком узкий фюзеляж и могли брать на борт только очень небольшое число пассажиров. Кроме этого, такие самолеты не обладали большим ресурсом, а их мощные двигатели расходовали слишком много топлива. В результате стоимость билетов была очень высока. Например, для полета из Лондона в Париж пассажир должен был уплатить 21 фунт стерлингов (а не 5, как представлялось за год до открытия авиалинии) [15,с.31]. Для тех лет этобыли большие деньги. К дороговизне воздушных путешествий примешивался страх перед полетом, поэтому желающих воспользоваться услугами воздушного транспорта было немного. Выяснилось также, что организация воздушных сообщений требует подготовительной работы. Нужно было создавать аэропорты, промежуточные посадочные площадки, службу связи, маяки и т. д.
Итак, первоначальные оптимистические предположения о быстром развитии воздушного сообщения не оправдались. Гражданская авиация могла развиваться только при условии государственных субсидий. Финансовая помощь позволила бы создать новые, более надежные, экономичные и комфортабельные машины, наладить службу управления воздушным движением.
Первой начала выделять субсидии на развитие коммерческой авиации Франция. В результате, в первой половине 20-х годов французская пассажирская авиация занимала по объему перевозок лидирующее положение в мире. В 1921 г. финансовую помощь на воздушный транспорт начало ассигновать английское правительство. Большие ежегодные дотации выдавались в Германии. Как уже говорилось, по условиям Версальского договора эта страна не могла иметь военной авиации и, субсидируя развитие гражданских самолетов, германское правительство поддерживаю таким образом существование всего немецкого авиастроения. СССР уплачивал ежегодно 100 тыс. рублей на поддержку работы общества «Дерулюфт» [7].
В США развитие коммерческой авиации началось с перевозок почты по воздуху. Первая регулярная авиапочтовая линия открылась в августе 1918 г. (Вашингтон — Филадельфия). Письма и посылки представляли собой более «плотный» груз, чем пассажиры, поэтому использовались небольшие одномоторные самолеты типа бипланов Кертисс JN-4 «Дженни» или DH-4. Хотя транспортировка почты по воздуху была экономически выгоднее, чем перевозки людей, авиапочта также не могла существовать без государственных субсидий. Правительство оказывало помощь и в развитии наземных служб обеспечения полетов. Вследствие этого к моменту организации в США первых регулярных пассажирских воздушных перевозок (1927 г.) там уже имелась хорошо налаженная сеть авиалиний.
Для того, чтобы сделать авиаперевозки доходным и привлекательным для пассажиров делом, требовалось создание специальных пассажирских самолетов — более вместительных, надежных, комфортабельных, экономичных. Можно выделить два основных подхода к созданию таких самолетов. Один, характерный для авиации Англии и Франции, заключался в использовании опыта проектирования бомбардировщиков военного времени. Это были одно- и двухмоторные бипланы, способные брать 10–20 пассажиров. К другой конструкторской школе относятся первые немецкие, голландские и советские пассажирские самолеты: одномоторные монопланы с широким применением металла в конструкции, рассчитанные на 4–6 пассажиров. Этот класс самолетов основывался на опыте строительства металлических военных самолетов в Германии в конце первой мировой войны.
Первым самолетом-бипланом, построенным специально для пассажирских перс- возок, был французский Фарман F-60 «Голиаф» (рис. 1.38). Он поступил на эксплуатацию в 1919 г. По сравнению с бомбардировщиками этот самолет имел более объемный фюзеляж, позволявший удобно разместить внутри 12 пассажиров: 4 в носовой кабине и 8 — в хвостовой. Между пассажирскими отсеками, вблизи передней кромки крыльев, находилась открытая кабина пилота и механика. Характерный вид самолету придавали широкие обтекатели стоек шасси — так называемые «штаны». Было построено около 60 Фарман F-60. Они использовались на авиалиниях Париж — Лондон, Париж — Брюссель; 6 машин изготовили по лицензии в Чехословакии [5,с. 378].
В Англии самым известным двухмоторным пассажирским самолетом начала 20-х годов был Хендли Пейдж W8B с двигателями Роллс-Ройс «Игл». Он также брал на борт 12 пассажиров, но, в отличие от французского «Голиафа», пассажиры располагались в одной общей кабине, по 6 в ряд, на таком расстоянии друг от друга, чтобы сидящий человек мог свободно вытянуть ноги. Около каждого креста имелось большое окно, в жаркую погоду пассажир мог открыть его. Спереди и сзади пассажирского салона находились багажные отсеки. Экипаж (летчик и механик) располагался в открытой кабине в носу фюзеляжа. Первый полет самолета состоялся в декабре 1922 г., ас 1924 г. авиакомпания «Империал Эрвейз» закупила W8B для обслуживания линии Лондон — Париж. Там они находились на эксплуатации до 1932 г. Несколько самолетов этой марки построили в Бельгии [16, с. 68b-69b].
По сравнению с переделанными на скорую руку из бомбардировщиков гражданскими самолетами, описанные выше пассажирские машины с более просторной кабиной отличались большим комфортом для пассажиров, а их двигатели, работавшие с пониженным числом оборотов, чем на военных самолетах, имели меньший часовой расход горючего и обладали лучшим ресурсом. Это. наряду с большей пассажировместимостью, позволило вдвое снизить эксплуатационные расходы на пассажиро-километр (рис. 1.39).
Принципиально иной подход к созданию самолетов наблюдался в деятельности немецкого авиаконструктора Г. Юнкерса. По условиям Версальского договора Германия могла производить самолеты с грузоподъемностью не более 600 кг (включая вес членов экипажа). Поэтому приходилось строить небольшие одномоторные машины, обычно на 4-х пассажиров.
Являясь в годы войны конструктором первых цельнометаллическиих самолетов. Юнкерс опирался на этот опыт и при создании своих пассажирских машин. Применение металла позволяло применить схему свободнонесущий моноплан. Крыло имело толстый профиль и гофрированную дюралюминиевую обшивку.
Металлические самолеты Юнкерса отличались удобством в эксплуатации и большим сроком службы. Поэтому уже первый пассажирский самолет F-13 принес Юнкерсу мировую известность. Разработкой этой машины занимался конструктор фирмы Отто Ройтер. F-13 совершил первый полет 25 июня 1919 г. Это был низкоплан с закрытой кабиной на двух членов экипажа и четырех пассажиров (рис. 1.40). В зимнее время воздух в кабине подогревался. Крыло большой толщины позволяло разместить внутри топливные баки, поэтому весь объем фюзеляжа мог быть использован для коммерческой нагрузки. В связи с тем, что в зависимости от количества пассажиров центровка самолета менялась, сзади имелся специальный уравновешивающий бак с жидкостью. С мотором ВМ W-3 мощностью 185 л.с. самолет мог летать на дальность 540 км со скоростью около 150 км/ч [17; 18.C.31–34].
Внешне F-13 очень отличался от других самолетов того времени, и вначале летчики относились к нему с недоверием из-за отсутствия привычного для глаза бипланного крыла со стойками и расчалками. Однако вскоре проявились его отличные эксплуатационные свойства: не было необходимости заниматься регулировкой растяжек и следить за натяжением обшивки, самолет был меньше подвержен воздействию погоды. Низкорасположенное металлическое крыло защищало кабину самолета при аварии, помогало самолету держаться на плаву в случае вынужденной посадки на воду. Не удивительно, что Юнкерс F-13 стал одним из самых популярных гражданских самолетов 20-х годов. Он применялся на авиалиниях более, чем 33 стран. После Германии больше всего этих самолетов было в СССР: на маршрутах «Добролета», «Укрвоздухпути» и «Дерулюфта» эксплуатировалось 49 F-13. 26 «Юнкерсов» закупили США, 17 — Колумбия, 12- Италия. Всего же в 1919–1929 гг. на заводах Юнкерса было построено 314 F-13 [17, с. 66].
С годами в конструкцию самолета вносились изменения. В 1920 г. Юнкерс заменил деревянный пропеллер на более прочный, металлический. Во второй половине 20-х годов на самолет установили двигатель Юнкерс L-5, развивавший 310 л.с. С ним грузоподъемность самолета возросла с 600 до 900 кг, максимальная скорость достигла 180 км/ч.
Развитием первого пассажирского «Юнкерса» стал грузо-пассажирский Юнкерс W-33 (рис. 1.41). Имея ту же схему, самолет отличался большими размерами и мог брать на борт более тонны топлива и груза. В пассажирском варианте в кабине устанавливали 6 кресел для пассажиров. Двигатель — Юнкерс L-5.
W-33 прославился первым беспосадочным перелетом через Северную Атлантику из Европы в Америку. Специально подготовленный хтя этого самолет получил название «Бремен». Экипаж из трех человек под руководством Германа Катя стартовал 12 апреля 1928 г. из Дублина (Ирландия) и после 36 часов пребывания в воздухе «Бремен» приземлился на о. Гринли, недалеко от о. Ньюфаундленд Дальность полета составила 3600 км 119 |.
W-33 и его модификацию W-34 (с двигателем «Гном-Рон», 375 л.с.) строили серийно, в количестве 44 самолетов. Кроме того, в нашей стране было изготовлено около 15 W-33 (под названием ПС-4). Помимо Германии, W-33 и W-34 применялись в СССР, Персии, Афганистане, Австралии и многих других странах [17, с. 124; 20. с. 301].
А.Фоккер, один из самых известных немецких авиаконструкторов периода первой мировой войны, после поражения Германии перенес свою самолетостроительную деятельность в Голландию. Вскоре он организовал там выпуск одномоторных пассажирских самолетов. Первый из них, F.I1, был построен ведущим конструктором фирмы Фоккер Рейнхольдом Платцем в 1919 г. При создании самолета использовалась та же схема, что и на знаменитом истребителе времен первой мировой войны Фоккер О. VIII. F.II (рис. 1.42) представлял собой моноплан, но, в отличие от Юнкерс F-13, крыло имело деревянную конструкцию, а сварной из стальных труб фюзеляж прямоугольных очертаний был покрыт полотняной обшивкой. Крыло крепилось к верхней части фюзеляжа. Такая схема, получившая вскоре широкое распространение, имела то преимущество, что крыло не закрывало пассажирам обзор вниз и позволяло любоваться красотами природы из окна кабины. Самолет был снабжен двигателем BMW-3 и рассчитан на перевозку пяти пассажиров. Летчик размещался в открытой кабине перед крылом, рядом с двигателем, и по совместительству выполнял функции механика.
Первый построенный самолет разбился при испытаниях. Однако полеты второго экземпляра были вполне успешны, после чего начался серийный выпуск.
За F.II последовал F.III — аналогичный по конструкции, но с более мощным двигателем: Роллс-Ройс «Игл», 360 л.с. или Армстронг Сиддли «Пума», 240 л.с. Большое внимание конструкторы уделили интерьеру пассажирской кабины, выполненной в «викторианском стиле». Самолет обладал хорошими летными качествами, низкой посадочной скоростью. Авиационный ежегодник «Джейн» так характеризовал эту машину: «Простота и легкость пилотирования, присущие маленькому истребителю, удивительны для такого большого самолета как F.III. Крейсерская скорость около 160 км/ч. Еще одним преимуществом является то, что даже малоопытный пилот может совершить на нем при необходимости посадку на сравнительно небольшой площадке. Характеристики машины замечательны, учитывая весьма небольшую мощность двигателя» [16, с. 192b].
С появлением более мощных двигателей в середине 20-х годов фирмой Фоккер создаются новые модели, с большей коммерческой нагрузкой — F.VII, F.VIIa (рис. 1.43). С двигателем воздушного охлаждения «Юпитер-4» мощностью 450 л.с. эти самолеты могли перевозить 8 пассажиров.
Цельнометаллический «Юнкерс» был, конечно, прочнее и долговечнее пассажирских самолетов фирмы Фоккер. «Фоккеры» же подкупали сравнительной дешевизной, простотой ремонта. Конструкция фюзеляжа была выполнена из труб одного лиаметра, соединенных сваркой. При необходимости поврежденный участок трубы выпиливали и на его место приваривали новый. Эту простую операцию можно было выполнять в полевых условиях.
Все это предопределило широкое распространение самолетов «Фоккер» в пассажирской авиации. В 1920 г. F.I1 и F.II1 купила голландская авиакомпания KLM для полетов между Амстердамом и Лондоном. Позднее «Фоккеры» приобрети «Люфтганза», «Дерулюфт» и другие авиакомпании. 20 самолетов Фоккер F.III с мотором Роллс- Ройс «Игл» мощностью 360 л.с. обслуживали авиалинию Москва — Берлин, летали на маршруте Москва — Минеральные воды [20, с. 298].
На построенном в США под обозначением Т-2 варианте пассажирского «Фоккера» с двигателем «Либерти», 450 л.с., в 1923 г. был совершен первый в этой стране беспосадочный перелет через весь континент, от одного океана к другому. Тяжело нагруженный самолет, имеющий на борту 2745 л горючего, стартовал на аэродроме Рузвельт-Филд в Нью-Йорке 2 мая и сутки спустя приземлился на аэродроме города Сан-Диего. Летчики Д. Макрели и О. Келли преодолели дистанцию н 4088 км за 26 час. 50 мин. [21,с. 45–46].
Третьим представителем семейства первых пассажирских самолетов-монопланов была «Комета» К. Дорнье. Этот самолет, появившийся в 1922 г., являлся как бы гибридом описанных монопланов Юнкерса и Фоккера. Как и Фоккер, Дорнье сделал самолет по схеме верхнеплан, но выполнен он был целиком из металла.
Основное отличие в конструкции заключалось в применении подкосов от фюзеляжа к крылу. Это техническое решение позволяло в 3–5 раз снизить изгибающий момент по сравнению со свободнонесущим крылом и уменьшить вес конструкции. Правда, подкосы увеличивали аэродинамическое сопротивление самолета, но при скоростях 150–180 км/ч это не принималось во внимание. Поэтому данная схема стала вскоре очень популярной для пассажирских самолетов. В учебнике по конструкции самолетов (1933 г.) отмечалось: «Монопланы с подкосами являются чрезвычайно удобными как в конструктивном, так и в эксплуатационном отношениях, гак как допускают, с одной стороны, применение крыльев сравнительно небольшой толщины, а, с другой, при наличии регулирующих подкосов допускают удобную регулировку крыльев. Этот тип получил очень большое распространение и является в настоящее время своего рода стандартом» [22, с. 54].
Другой характерной деталью первых пассажирских самолетов Дорнье являлось шасси: горизонтальная ось колес проходила через днище фюзеляжа, и при посадке казалось, что самолет садится «на брюхо».
Как и описанные выше первые самолеты Юнкерса и Фоккера, «Комета-1» и «Комета-2» были рассчитаны на перевозку 4 пассажиров в закрытой кабине. Летчик и механик сидели в открытой кабине у передней кромки крыла. Двигатель BMW-3a позволял развивать скорость до 165 км/ч.
В 1924 г. фирма выпустила самолет «Комета-3», больший по размерам, с более мощным двигателем, способный перевозить 6 пассажиров. Для лучшего обзора из пилотской кабины назад крыло приподняли над фюзеляжем на невысоких стойках. Претерпела изменения и конструкция шасси — оно стало обычного типа, с увеличенным зазором между землей и фюзеляжем.
Следующим в ряду пассажирских самолетов К. Дорнье был «Меркюр» (1925 г.). С двигателем BMW-6 мощностью 500 л.с. этот самолет (рис. 1.44) уже мог брать 8-10 пассажиров, имел крейсерскую скорость 175 км/ч.
Пассажирские «Дорнье» применялись в Германии на линиях компаний «Аэро Ллойд» и «Люфтганза». Эксплуатировались они и в нашей стране. Несколько «Комет» первых выпусков летало на маршрутах «Укрвоздухпути», «Комета-3» и «Меркюр» использовались на линии «Москва — Кенигсберг — Берлин». «Комета-3» строилась по лицензии в Японии. В 1923 г. «Укрвоздухпуть» также намечал в наладить выпуск «Комет» на бывшем авиационном заводе фирмы «Анатра» в Севастополе, причем в качестве главного конструктора планировалось пригласить самого К. Дорнье. Однако эта идея не получила поддержки Москвы: СССР нуждался, прежде всего, в военных самолетах [23].
Во второй половине 20-х годов конструктор К. А. Калинин, работавший на Украине, построил по схеме «Кометы» несколько одномоторных пассажирских самолетов. Наиболее удачным из них был К-5 (1929 г., рис. 1.45). Изготовленный из недефицитных материалов-дерева, фанеры, дюралевых труб и полотна, самолет был дешевым в производстве и легко ремонтировался. Благодаря сравнительно большой пассажировместимости (8 пассажиров) он оказался экономичнее многих других самолетов того времени и вытеснил немецкие машины с авиалиний на Украине. С двигателем воздушного охлаждения М-15 мощностью 450 л.с. самолет имел крейсерскую скорость 155–160 км/ч, а большой практический потолок (4270 м) позволял самолетам перелетать Главный Кавказский хребет на маршруте Тбилиси — Москва. Всего было построено 258 К-5 [9, с. 364, 434–435].
Необычной особенностью пассажирских самолетов Калинина была эллиптическая форма крыла. Это было сделано для того, чтобы уменьшить индуктивное сопротивление несущей поверхности. Из исследований Л. Прандтля и его сотрудников по теории индуктивного сопротивления в начале 20-х годов стало известно, что С
В дальнейшем эллиптическое крыло применялось довольно редко, т. к. снижение Сх инд было незначительным (менее 5 %) и не оправдывало технологические трудности изготовлении крыла криволинейных очертаний.
Более перспективной особенностью пассажирских самолетов Калинина являлась закрытая кабина летчиков с остеклением впереди и по бокам (впервые — на самолете К-1, 1925 г.). Вход в нее осуществлялся через дверь в передней перегородке пассажирского салона. Закрытая и отапливаемая кабина сделала работу экипажа приятнее, особенно в осенне-зимний сезон.
На ранней стадии развития авиации нередко случались поломки в полете. Например, в одной из лучших авиакомпаний мира — «Люфтганза» — происходило окаю 100 вынужденных посадок в год [24, с. 423]. Особенно опасен был отказ двигателя. В конце 1922 г. во время показательных полетов F-13 в Южной Америке из-за этого погиб сын Гуго Юнкерса — Вернер Юнкерс. Применение двухмоторных самолетов не решало проблемы — запас мощности был невелик, и при отказе одного двигателя самолет не мог продолжать полет. Все, на что был способен второй мотор — это замедлить скорость снижения.
Указанные трудности предопределили появление трехмоторных пассажирских самолетов. Третий двигатель ставился впереди фюзеляжа. Это, конечно, портило аэродинамику и увеличивало шум в кабине, но зато самолет мог лететь при остановке одного из моторов, т. е. был более безопасен. Одновременно увеличивалась обшая мощность, а, следовательно, и грузоподъемность самолета.
Первым трехмоторным пассажирским самолетом был английский биплан Хендли Пейдж W8E. Он создан как модификация уже упоминавшегося пассажирского самолета W8B, заключавшаяся в установке на фюзеляже третьего двигателя. W8E совершил первый полет в мае 1924 г., а с 3 ноября того же года начал применяться на авиалиниях. Всего было построено 11 таких самолетов [15, с. 32].
Примеру Хенхти Пейдж последовали известные английские фирмы Армстронг Уитворт и Де Хевилленд. AW «Аргоси» (1926 г.) был самым большим трехдвигательным пассажирским самолетом своего времени (рис. 1. 46). Он мог брать на борт до 20 пассажиров и перевозить их со скоростью 145 км/ч на расстояние 650 км. Его конкурентом стал 14-местный DH-66 «Геркулес». Большая мощность двигателей и меньшая коммерческая нагрузка позволяли эксплуатировать его в жарких регионах Земли, где условия для полетов труднее. Так, с 1927 г. DH-66 применялся авиакомпанией Империал Эрвейз на маршруте Каир — Басра, позднее летал в Южной Африке |5, с. 309].
В США в 1928 г. фирма Боинг выпустила трехмоторный «Боинг-80». Три Пратт- Уитни «Уосп» позволяли перевозить 12 пассажиров. Вариант «Боинг-80А» с более мощными двигателями «Хорнет» мог брать до 18 пассажиров. Это был первый пассажирский самолет, имеющий в салоне по три кресла в ряд. Построено 14 самолетов этого типа.
В середине 20-х годов на авиалиниях появились также трехмоторные самолеты схемы моноплан. Пионером в создании таких машин была фирма Юнкерс. На рис. 1.47 показан первый трехмоторный металлический самолет-моноплан Юнкерс G-23 (1924 г.). По конструкции он, в основном, повторял известный Юнкерс F-13, но, имея не один, а три мотора, отличался большими размерами и вдвое большей пассажировместимостью: в закрытой кабине располагалось 8 человек сбагажом. Солидный запас топлива обеспечивал дальность более тысячи километров при крейсерской скорости 140 км/ч. Чтобы избежать нарушения запрета на создание многомоторных самолетов в Германии, Юнкерс организовал их строительство за рубежом, в Швеции.
Юнкерс G-23 послужил началом целого семейства пассажирских монопланов с тремя двигателями: G-24, G-31, G-52/Зт. Главным конструктором всех этих самолетов был Эрнст Циндель (создатель первого пассажирского «Юнкерса» О. Ронтер скончался в 1922 г.) Оставаясь близкими по конструкции, они отличались большими скоростью и пассажировместимостью и, как следствие, лучшими экономическими характеристиками. Так, G-24 брал 10 пассажиров и имел крейсерскую скорость 150 км/ч, G-31 при той же скорости мог перевозить уже 16 человек, а G-52/Зт при сохранении числа пассажирских мест развивал скорость 200 км/ч. Себестоимость пассажиро-километра у этого самолета была вдвое меньше посравнению с С-23 1151. Развитие происходило, главным образом, за счет совершенствования авиадвигателей: суммарная мощность силовой установки G-23 равнялась 495 л.с., G-24 — 890 л.с., G-31 — 1350 л.с., G-53/3m — 1980 л.с.
Для рекламы новых трехмоторных самолетов был организован ряд демонстрационных полетов. В 1926 г. немецкие летчики на двух G-24 выполнили перелет Берлин — Пекин, через всю территорию СССР. Инициатором этого путешествия была «Люфтганза», занимавшаяся разведкой маршрутов из Европы на Дальний Восток. Год спустя Юнкерс G-24 установил 11 мировых рекордов скорости и продолжительности полета с грузом 1000 и 2000 кг. Всего было построено более 70 G-23 и G-24. В конце двадцатых годов они составляли почти половину летного парка «Люфтганзы» [17, с. 86, 102–104, 122–123].
Однако наиболее известным трехмоторным «Юнкерсом» был G-52/Зт (рис. 1.48). Сконструированный в 1931 г. на основе одномоторного G-52, этот самолет стал одним из основных европейских пассажирских самолетов 30-х годов. В 1937 г. G-52/Зт эксплуатировался 27 авиакомпаниями мира, причем в «Люфтганзе» он составлял 85 % самолетного парка. На нем стояли различные типы звездообразных двигателей — немецкие BMW-132, американские Пратт-Уитни «Хорнет», «Уосп» и др. Самолет отличался исключительной надежностью — регулярность полетов составляла 97 %. По данным справочника «Джейн», до 1940 г. было построено 575 G-52/Зт. В годы второй мировой войны он выпускался в больших количествах как военно-транспортный самолет, причем один из самолетов находился в эксплуатации в ВВС Швеции до 1979 г.! [5, с. 539; 17, с. 172].
Примеру Юнкерса последовали многие авиаконструкторы: Фоккер — в Голландии, Форд — в США, Туполев — в СССР, Фарман — во Франции.
Трехмоторные Фоккеры F-VII/Зm с 1926 г. применялись на авиалиниях всего мира, было выпущено свыше 200 самолетов. Имея более простую и технологичную конструкцию из соединенных сваркой металлических труб, фанеры и полотна и звездообразные двигатели «Уирлвинд», спроектированные фирмой Райт в США. где к середине 20-х годов добились больших успехов в создании авиамоторов с воздушным охлаждением, эти самолеты были дешевле самолетов Юнкерса, что предопределило их успех.
История создания F-VII/Зm такова. В 1925 г. автомобильный магнат Генри Форд организовал перелет самолетов между крупными городами Америки, с целью отобрать лучший в качестве образца для американского пассажирского самолета. К этим состязаниям А. Фоккер в срочном порядке модифицировал свои одномоторный F-VII в трехмоторный. Первый полет нового самолета состоялся 4 сентября 1925 г., а в конце месяца он уже был в США. Во время состязаний за штурвалом находился сам Фоккер или его заводской пилот. Среди участников перелета F- VII/3m был единственной трехмоторной машиной, и по скорости, скороподъемности и грузоподъемности ему не было равных [25. с. 61–63].
Рекламу новому «Фоккеру» сделали также дальние перелеты в неосвоенных областях Земли. В 1926 г. американский летчик Ричард Верд выбрал F-VII/3m для полета к Северному полюсу. Это была та самая машина, которая блестяще показала себя на состязаниях 1925 г. Воздушную экспедицию финансировал Г. Форд, поэтому самолет назвали в честь дочери мецената «Жозефина Форд». 9 мая Берд и его компаньон Ф. Беннетт впервые пролетели на самолете над самой северной точкой Земного шара[4]. Голландский летчик Коппен долетел из Амстердама до Батавии (Индонезия, в то время — голландская колония) за 14 дней, установив новый рекорд скорости, а в 1928 г. австралийский экипаж под руководством Ч. Кингсфорд-Смита на F-VII/Зm «Южный крест» (рис. 1.49) совершил первый в истории перелет через Тихий океан из Сан-Франциско в Австралию, с промежуточными посадками на Гавайских островах и острове Фиджи. Расстояние в 11260 км было преодолено за 83 часа 38 мин летного времени [26, с. 411].
Успех самолета F- VII/3m во время воздушных состязания в США в 1925 г. открыл Фоккеру дорогу в американскую авиапромышленность. С конце 1925 г. в США начала действовать фирма «Фоккер Эркрафт Корпорейшн» (затем переименованная в «Америкен Фоккер Корпорейшн»), занимающаяся, в основном, выпуском трехмоторных пассажирских самолетов — 8-местного F-VI1 и 12-местного F-10. Всего было построено более ста таких самолетов. В конце 20-х годов «Фоккеры» составляли свыше 40 % самолетного парка американских авиакомпаний [25, с. 73–75].
В 1926 г. выпуск трехмоторных пассажирских самолетов начал сам Генри Форд. Самолет Форд «Тримотор» (рис. 1.50), созданный конструктором Уильямом Стаутом, строился в большом для тех времен количестве — более 200 экземпляров, и его появление способствовало началу регулярных авиаперевозок в США. Внешне он напоминал Фоккер F-VII/Зm. но имел цельнометаллическую конструкцию, более мошные двигатели, большую скорость и мог брать на борт до 13 пассажиров. Такие новшества, как тормозные колеса и управляемый хвостовой костыль облегчали движение по аэродрому.
Первый советский многомоторный пассажирский самолет АНТ-9 (рис. 1.51) создали в ОКБ А. Н. Туполева в 1929 г. Сделан он был, как и другие самолеты Туполева, целиком из дюралюминия, причем при постройке использовались консоли крыла от военного АНТ-7 (Р-6). По схеме самолет представлял собой верхнеплан «фоккеровского» типа, рассчитанный на перевозку 9 пассажиров при двух членах экипажа. Просторный пассажирский салон был оборудован туалетом, гардеробом и багажным отделением. На опытном самолете стояли три французских звездообразных мотора Гном-Рон «Титан» по 230 л.с. каждый. Максимальная скорость полета составляла 209 км/ч, дальность с потной коммерческой нагрузкой — 1000 км.
Первый полет АНТ-9 состоялся в мае 1929 г., а уже летом 1929 г. М. М. Громов выполнил на этом самолете с 8 пассажирами перелет по маршруту Москва — Берлин — Париж — Рим — Марсель — Лондон — Париж — Берлин — Варшава — Москва протяженностью 9037 км за 53 летных часа со средней скоростью 177 км/ч. В начале 30-х годов АНТ-9 с американскими двигателями Райт «Уирлвинд» поступили в эксплуатацию на линии Москва — Кенигсберг- Берлин.
Широкому использованию АНТ-9 в авиации помешало отсутствие в то время в СССР собственных мощных двигателей воздушного охлаждения. Из-за этого большая часть самолетов выпускалась в двухдвигательном варианте, с освоенными нашей промышленностью моторами М-17 (BMW-VI). Всего было построено 66 АНТ-9. из них 60 — двухмоторных [9. с. 368, 434–435].
Следующим шагом в развитии пассажирских самолетов явилось создание четырехмоторных машин. Первым это сделал А. Фоккер. В 1929 г. его фирма в США выпустила F-32 — 32-местный моноплан с верхнерасположенным крылом и четырьмя двигателям Пратт-Уитни «Хорнет», установленными тандемно в двух мотогондолах под крылом. Пассажирский салон был разбит на четыре отсека, по восемь человек в каждом. Экипаж — 2 человека.
Первый экземпляр самолета, проданный одной из американских авиакомпаний, разбился в ноябре 1929 г. При взлете у него один за другим отказали оба двигателя на одном крыле.
Машину развернуло, она скользнула на крыло и упала. К счастью, пассажиры успели выбраться из самолета ло того, как взорвались топливные баки [25, с. 76].
Несмотря на этот случай, на самолет все же нашлись заказчики — в то время Фоккер пользовался большим авторитетом в США. Правда, их было немного, и выпуск F-32 ограничился 10 самолетами. Они летали в авиакомпании «Вестерн Эр Экспресс» по маршруту Лос-Анжелос — Сан-Франциско, а также использовались для перевозки почты и пассажиров через всю страну — от Тихоокеанского побережья до Нью-Йорка.
В Европе четырехмоторные пассажирские самолеты впервые появились в Англии. Британская империя, имея обширные колониальные земли в Азии и Африке, нуждалась в самолетах, которые могли бы перевозить людей, почту и грузы на дальние дистанции. Четыре мотора позволяли увеличить размеры самолета и взять на борт больше топлива без уменьшения числа пассажирских мест.
На рис. 1.52 показан английский четырехмоторный пассажирский самолет Хенхти Пейдж НР.42 «Ганнибал». Он совершил первый полет в 1930 г. В соответствии с английскими традициями в самолетостроении это был биплан, с каркасом из металлических труб и полотняной обшивкой. Особенностью самолета являлась конструктивная схема коробки крыльев с жесткими раскосами вместо обычных вертикальных стоек и диагональных расчалок. Как на Фоккер F-32, двигатели располагались по два в тандем на каждом крыле, с тянущим и толкающим пропеллерами. Это сделали для того, чтобы уменьшить неустойчивость аппарата при отказе одного из моторов и снизить общее лобовое сопротивление в полете.
Стремясь привлечь пассажиров, конструкторы уделили много внимания повышению комфорта. HР.42 имел две просторные пассажирские кабины: впервые были приняты меры по снижению шума — пассажирские отсеки имели двойную обшивку со звукопоглощающей прокладкой между стенками. На дальних линиях самолет брал на борт 24 пассажира, на коротких маршрутах (в Европе) — 38 [5, с. 459].
Разновидностью HP.42 был четырехмоторный самолет «Сцилла», отличающийся расположением двигателей (рис. 1.53).
Итак, за 10–15 послевоенных лет пассажирское самолетостроение прошло несколько стадий:
— первые мирные годы — попытки применения военных самолетов периода первой мировой войны для пассажирских перевозок;
— первая половина 20-х годов — создание первых специализированных пассажирских самолетов с 1–2 моторами;
— вторая половина 20-х годов — распространение трехмоторных пассажирских самолетов с одним двигателем в носу фюзеляжа и двумя — на крыльях;
— конец 20-х — начало 30-х годов — появление четырехмоторных самолетов с увеличенными пассажировместимостью и дальностью полета.
Пассажирская авиация была первой областью, в которой началось широкое применение самолетов-монопланов. Однако они не смогли полностью вытеснить бипланы. В период, когда крейсерская скорость полетов была всего 150–200 км/ч. аэродинамические преимущества свободнонесущего монопланного крыла еще не могли заметно проявить себя. Как показывает расчет, 10-местный двухмоторный пассажирский самолет-моноплан весил бы на 190 кг больше, чем такой же по характеристикам самолет с бипланным крылом [4, с. 44–45]. К тому же бипланы были хорошо освоены в производстве, считались более надежными, и, что тоже немаловажно, были привычны для глаза потенциального пассажира.
Совершенствование летных качеств пассажирских самолетов, повышение уровня комфорта, демонстрационные перелеты — все это способствовало росту доверия к новому виду транспорта. За послевоенное десятилетие объем пассажироперевозок возрос в десятки раз. Если в 1919 г. услугами авиации воспользовалось только около 5000 человек, то в 1929 г. на самолетах было перевезено 434 тыс. пассажиров [27, с. 1001. До середины 20-х годов в гражданской авиации лидировала Франция, затем ее опередила Германия. С 1927 г. на первое место по воздушным перевозкам вышли США. Самыми распространенными типами пассажирских самолетов были одно- и трехмоторные «Юнкерсы» и «Фоккеры», и одномоторные самолеты французской фирмы «Латекоэр».
Крупнейшими авиакомпаниями мира в начале 30-х годов являлись «Империал Эрвейз» в Англии, «Люфтганза» в Германии, «Латекозр» во Франции, «Пан Америкен» в США. Первыми советскими организациями, занимавшимися воздушными перевозками, были «Добролет», «Укрвоздухпуть», «Закавна» и смешанное советско- германское общество «Дерулюфт».
По мере повышения мощности и надежности авиадвигателей, увеличения пасса- жировместимости самолетов, роста интенсивности воздушных перевозок себестоимость воздушного транспорта снижалась. За период 20-х годов стоимость одного пассажиро-киломстра уменьшилась на 75–80 %.
Со второй половины XIX века в транспортном машиностроении начался процесс вытеснения дерева металлом. Сначала появились металлические суда, затем металл стали использовать в конструкции корпусов автомобилей, вагонов и других наземных транспортных средств. Преимущества металла заключались в однородности его
физико-механических свойств, удобстве применения машинных методов производства, более продолжительном сроке службы. В отличие от древесины металл не подвержен гниению, его вес не изменяется с увеличением влажности воздуха. Он не горюч, не расщепляется при ударах; металлические детали могут иметь практически любую форму и размер.
Несмотря на все указанные достоинства металла как конструкционного материала, самолеты в начале нашего века делали из дерева и полотна. Правда, в 1910–1912 гг. было несколько попыток построить цельнометаллический летательный аппарат (самолет Рейснера в Германии; моноплан «Тюбавион» французских конструкторов Понша и Примара), но ни один из этих самолетов не поднялся в воздух [14. с. 232]. Сталь, составлявшая основу конструкции этих аппаратов, оказалась слишком тяжелым материалом, и маломощные двигатели тех лет не могли преодолеть силу земного притяжения.
Первые успешные цельнометаллические самолеты появились в Германии в годы первой мировой войны. Это были истребители и штурмовики конструкции Г. Юнкерса с монопланным крылом. К появлению таких машин имелся ряд предпосылок. Во-первых, незадолго до начала войны немецкий ученый А. Вильм создал сплав дюралюмин на основе алюминия, меди, магния и марганца, который превосходил по прочности чистый алюминий в 4–5 раз и был в 3 раза легче, чем сталь. В начале 1910-х годов металлургический завод в Дюрене, Германия, приступил к промышленному выпуску нового сплава (отсюда и происходит его название). Во-вторых, в Германии уже до войны имелся опыт применения металла на летательных аппаратах — дирижаблях Ф. Цеппелина жесткой конструкции. Наконец, в-третьих, недостаток качественной древесины для массового выпуска самолетов во время войны 1914–1918 гг. заставил конструкторов искать замену дереву.
Самолеты Юнкерса поступили в производство в конце войны и не оказали заметного влияния на ход военных действий. Тем не менее их появление знаменовало собой начало скачка в развитии схемы самолетов. Применение металла позволило отказаться от традиционных стоек и расчалок и установить на самолете свободнонесушее крыло. Из-за гофрированности обшивки (это было сделано во избежание потери устойчивости тонкой металлической поверхности при изгибе крыла) и общих грубых форм самолетов они не обладали заметными аэродинамическими преимуществами перед обычными деревянными бипланами, но, в принципе, разработанная Юнкерсом конструкция была очень перспективной.
Появление пассажирской авиации послужило новым стимулом к развитию металлического самолетостроения. «Жизнь» самолетов в годы войны была короткой из-за больших потерь в воздушных боях. Однако самолеты гражданской авиации должны были эксплуатироваться многие годы. Долговечность деревянной конструкции ограничивалась склонностью этою материала к набуханию под действием влаги и к гниению. Еще быстрее выходило из строя полотно, которым обтягивали крыло и фюзеляж: в результате перепадов влажности и температуры оно деформировалось, провисало, теряло прочность, и через 2–3 года самолет требовалось обтягивать заново. Различные лаки и краски лишь отчасти помогали замедлить разрушающее воздействие атмосферы.
Металлический самолет был свободен от указанных недостатков. Правда, имелась другая проблема — коррозия металла, в частности дюралюминия. Однако в результате интенсивных исследований металлургов эту задачу удалось разрешить: в середине 20-х годов в США был разработан надежный способ защиты дюралевых деталей от коррозии путем покрытия их тонким слоем чистого алюминия — так называемое плакирование. Новый устойчивый к коррозии сплав получил название «альклэд» [22, с. 102; 28, с. 273].
Таким образом, долговечность цельнометаллических самолетов оказалась намного больше, чем самолетов деревянной конструкции. Отсутствие необходимости в частых профилактических осмотрах и ремонтах конструкции удешевляло стоимость эксплуатации, что позволяло компенсировать большую в полтора-два раза стоимость изготовления самолета из металла.
Первыми послевоенными металлическими самолетами были пассажирские машины фирмы «Юнкерс». Как уже отмечалось в предыдущим разделе, в 1919 г. появился одномоторный F-13, который и по аэродинамической схеме (свободнонесущий моноплан), и по конструкции коренным образом отличался от других самолетов. На рис. 1.54 показано устройство планера самолета Юнкерса. Крыло было образовано пространственной фермой из 10 дюралевых труб, соединенных раскосами.
Лонжероны, как таковые, отсутствовали. Поверхность была покрыта обшивкой из тонкого гофрированного дюраля. Консоли крыльев соединялись с центропланом с помощью обычных гаек. Фюзеляж также имел ферменную конструкцию из дюралевых элементов, покрытых гофрированной обшивкой. Сборка деталей крыла, оперения и фюзеляжа производилась с помощью заклепок на специальных сгапелях. В целом, конструкция F-13 была, в смысле прочности, целесообразной, но в технологическом отношении довольно сложной.
Развитием F-13 стали одномоторный W-33, трехмоторные G-24, G-31 и, наконец, знаменитый Ju-52/Зт — наиболее распространенный пассажирский самолет в Европе в 30-е годы. По конструкции они были схожи с первенцем пассажирского металлического самолетостроения F-13 и отличались, в основном, размерами и числом двигателей. Создание на основе одного прототипа целых «семейств» летательных аппаратов было очень типично для металлического самолетостроения, т. к. изменение размеров при сохранении основных технологических процессов достигалось в производстве сравнительно легко.
Идеи Юнкерса были подхвачены п СССР. Основоположником металлического самолетостроении в нашей стране стал Л. Н. Туполев. Надо сказать, что мысль о перспективности создании самолетов из металла была принята вначале далеко не всеми. Многие считали, что страна, обладающая огромными запасами высококачественной древесины, должна идти по пути деревянного самолетостроения, тем более, что в начале 20-х годов дюралюминий в СССР не производился [29. с. 52 |. Тем не менее Туполеву и его единомышленникам удалось убедить других в том. что будущее — за металлическими самолетами. В августе 1922 г. в СССР была выпущена первая партия отечественного дюралюминии, получившего название «кольчугалюминий», а меньше чем через два года — 26 мая 1924 г. — поднялся в воздух первый советский цельнометаллический самолет АНТ-2 — небольшой одномоторный моноплан со свободнонесущим крылом.
Надо отмстить, что развитию металлического самолетостроения в нашей стране помогло существование концессии Юнкерсом по производству металлических самолетов на заводе в Филях. Немецкие инженеры работали там в 1923–1925 гг., велась сборка двух типов военных самолетов-разведчиков: Ju-20 и Ju-21. Помогавшие им советские специалисты переняли опыт производства металлических самолетов[5]. После расторжения договора с Юнкерсом на филевском авиационном заводе (ныне это завод им. М. В. Хруничева) выпускались первые советские серийные цельнометаллические самолеты И-4, Р-3, ТБ-1, ТБ-3. АНТ-9 [31].
В 1925 г. в конструкторском бюро А. Н. Туполева создали бомбардировщик ТБ-1 (АНТ-4), появление которого оказало влияние на развитие всего самолетостроения. Как и самолеты Юнкерса, это был цельнодюралевый моноплан со свободнонесущим низкорасположенным крылом, ферменной силовой конструкцией и гофрированной обшивкой. Однако и по внешней компоновке, и по внутренней конструкции он существенно отличался от «Юнкерсов». Самолет представлял собой двухмоторный моноплан с двигателями на передней кромке крыла. Крыло имело 5 лонжеронов в виде ферм из соединенных между собой труб, стрингеры, 18 нервюр в центроплане и по 10 в каждой консоли. Если на самолетах Юнкерса конструкция крыла имела вид пространственной фермы с диагональными раскосами, в углах которых проходили трубчатые пояса, то крыло самолетов Туполева характеризовалось более технологичной конструктивно-силовой схемой с плоскими ферменными лонжеронами. Еще одно отличие заключалось в применении Туполевым разработанной им в Центральном аэрогидродинамическом институте обшивки с более крутым гофром (так называемая «волна ЦАГИ»). У потребление такой обшивки вело к некоторому увеличению лобового сопротивления, зато позволяло повысить прочность на 5–7 %, а жесткость — почти на четверть по сравнению с «волной Юнкерса» [32, с. 132].
В момент появления ТБ-1 был самым большим цельнометаллическим самолетом в мире: он имел длину 18 м, размах крыла — 28,7 м, площадь крыла — 120 м. Для уменьшения нагрузки на ручку управления летчик мог изменять в полете угол установки горизонтального стабилизатора. Топливные баки, обеспечивающие самолету дальность 1350 км, находились в центроплане крыла. Внутри фюзеляжа располагались бомбовый отсек, места для летчиков, бомбардира (он же — радист) и стрелков (на самолете имелось три подвижные турели для спаренных пулеметов Льюис). Общая численность экипажа — 5 человек.
ТБ-1 строился в серии в 1929–1932 гг. и находился на вооружении до 1936 г. Он применялся также в гражданской авиации, участвовал в арктических экспедициях. В 1929 г. на серийном ТБ-1 «Страна Советов» со снятым вооружением был выполнен перелет Москва — Петропавловск-на-Камчатке — Сиэтл — Сан-Франциско — Нью-Йорк, общей протяженностью 21242 км, из них 8000 км — над океаном (рис. 1.55). Возглавлял экипаж самолета летчик С.А.Шестаков [21, с. 118–124; 33].
ТБ-1 произвел большое впечатление на американцев, оценивших превосходство новой схемы над деревянными бомбардировщиками-бипланами. «Авиационные специалисты Америки были восхишены прекрасными формами и законченностью конструкции самолета», — писалось в газете «Нью-Йорк Таймс» от 2 ноября 1929 г. [33, с.77]. Созданный в 1932 г. фирмой Боинг двухмоторный бомбардировщик В-9 с толстым монопланным крылом имел заметное сходство с тяжелым самолетом А. Н. Туполева.
Развитием самолета ТБ-1 стал четырехмоторный ТБ-3 (АНТ-6). Самолет совершил первый полет 22 декабря 1930 г. Это был первый в мире четырехмоторный бомбардировшик- моноплан, прототип «летающих крепостей» периода второй мировой войны. По конструкции он был, в основном, аналогичен ТБ-1, но имел значительно большие размеры и вдвое большую площадь крыла. Максимальный вес самолета достигал 22000 кг, он мог брать до 5000 кг бомб. Оборонительное вооружение состояло из носовой, средней и хвостовой пулеметных турелей и двух выдвигаемых в полете подкрыльевых пулеметных башен. Из кабины в фюзеляже через боковые двери можно было попасть внутрь крыла к двигателям и дальше — к подкрыльевым пулеметным башням.
ТБ-3 строился большой серией и в 30-е годы составлял основу советской тяжелой бомбардировочной авиации. Всего советские заводы выпустили 819 самолетов [9, с. 432–433].
ТБ-1 и ТБ-3 — первые серийные многомоторные самолеты-монопланы с двигателями, расположенными вдоль размаха крыла. Эта компоновка была лучше, чем принятая Юнкерсом схема с двумя двигателями на крыльях и одним — в передней части фюзеляжа, т. к. носовой мотор ухудшал обтекаемость фюзеляжа, заслонял обзор вперед, препятствовал установке стрелкового вооружения в передней кабине на военных самолетах. Не удивительно, что примененная А. И. Туполевым схема позднее стала общепринятой при конструировании многомоторных самолетов таких, например, как знаменитые американские «летающие крепости» Боинг В-17 и Боинг В-29.[6]
Рис. 1.55. Самолет ТБ-1 «Страна Советов» в Нью-Йорке
Цельнометаллические самолеты-монопланы строили в 20-е годы и в других странах, в частности, во Франции, обладавшей большими запасами ископаемых, необходимых для производства дюраля. Так, французские фирмы Вибои Кодрон выпустили целое семейство металлических истребителей с толстым свободнонесущим крылом и гофрированной обшивкой. Упоминавшиеся выше американские пассажирские самолеты Стаут «Пульман» и Форд «Тримотор» также имели цельнодюралевую конструкцию с гофрированной обшивкой.[7] Однако, в целом, в этих странах в пекл с военное десятилетие преобладали обычные деревянные самолеты. Из-за распрост раненной там системы субсидий мало что понимающие в авиации государственные советники нередко диктовали свои решения, а авиафирмы были больше заинтересованы в поисках путей получения субсидий, чем в улучшении конструкции самолета. В 1922 г. только 2 из 45 появившихся в этом году в мире новых самолетов имели металлическую конструкцию (4,4 %›, в 1924 г. — 14 из 111 (12,6 %), в 1926 г. — 28 из 122 (39,9 %), в 1928 г., — 17 из 52 (32,7 %) [4, с. 210].
Решительный переход к цельнометаллическим конструкциям произошел только в 30-е годы. Существенной предпосылкой к этому явились результаты расследования катастрофы пассажирского трехмоторного самолета фирмы Фоккер, которая произошла в США 31 марта 1931 г. (Ажиотаж вокруг этого события во многом связан с тем, что среди погибших был любимец американской публики — знаменитый футболист Кнут Рокке). Как выяснилось, деревянный каркас крыла подгнил и сломался в полете [23, с. 22]. После этого доверие к деревянным самолетам было в значительной мере утрачено. В 1931 г. доля металлических самолетов в общем числе вновь созданных самолетов составляла уже 62 % [4, с. 210].
Основным недостатком металлических самолетов был большой вес конструкции. Один квадратный метр площади дюралюминиевого крыла пассажирского четырехмоторного моноплана весил 16 кг, а квадратный метр крыла такого же самолета из дерева и фанеры весил на 3 кг меньше. Металлический 32-местный фюзеляж имел вес 1560 кг, тогда как такой же фюзеляж из стальных труб с полотняной обтяжкой весил 1239 кг [4. с. 20–21]. В период, когда мощность авиадвигателей составляла 400–600 л.с., разница в весе в несколько сотен килограммов заметно сказывалась на грузоподъемности и летных характеристиках. Стремясь минимизировать весовые издержки, конструкторы металлических самолетов старались применять наиболее рациональную конструктивно-силовую схему, даже в ущерб обтекаемости машины. Для того, чтобы увеличить строительную высоту лонжеронов, крыло делалось с большой относительной толщиной — 18–20 %. Гофрированная обшивка могла воспринимать нагрузку на кручение даже при очень небольшой толщине дюралевого листа (0,3 мм). Это позволяло более редко располагать нервюры в крыле и стрингеры в фюзеляже. И все же такого весового совершенства, как у самолетов из традиционных материалов, достичь не удавалось — относительный вес металлической конструкции оставался на 5-10 % выше. Причина в том, что удельная прочность основного конструкционного материала деревянных самолетов — сосны — при работе на изгиб в 2 раза больше, чем у дюралюминия и в 3–5 раз больше, чем у стали [35, с. 80].
Гофр обшивки располагали «по потоку», чтобы не увеличивать лобовое сопротивление. Однако полностью избежать аэродинамических потерь не удавалось — сопротивление трения гофрированной металлической поверхности было заметно больше, чем у крыла аналогичной площади с гладкой полотняной или фанерной поверхностью.
В 1920 г. бывший сотрудник Ф. Цеппелина Адольф Рорбах применил при создании четырехмоторного пассажирского самолета Цеппелин-Штаакен Е.4/20 гладкую металлическую обшивку, которая благодаря большой толщине листа могла воспринимать нагрузки не только от кручения, но и от изгиба крыла. Она получила название «работающая обшивка». Данная идея была заимствована из опыта судостроения, с заменой стали на более легкий дюраль.
В начале 20-х годов Е.4/20 (рис. 1.56) был самым большим самолетом-монопланом. Крыло, снабженное небольшими подкосами, имело размах 42,2 м; взлетный вес машины составлял 8600 кг. На передней кромке крыла располагались 4 двигателя «Майбах» мощностью 245 л.с. каждый. Пассажирский отсек вмещал 18 человек.
Теоретически работающая обшивка должна была обеспечить снижение веса, т. к. она, наравне с внутренней силовой конструкцией, участвовала в восприятии действующих на самолет нагрузок, что позволяло уменьшить сечения силовых элементов последней. Кроме того, замена гофрированной поверхности гладкой снижала аэродинамическое сопротивление самолета. Однако в 20-е годы эта идея не привилась. Из-за отсутствия правильных методов прочностного расчета авиационной оболочечной конструкции типа крыла или фюзеляжа с работающей обшивкой толщину обшивки определили из условия предотвращения местной потери устойчивости. В результате самолет Рорбаха оказался перетяжеленным и не обладал нужной дальностью и грузоподъемностью. Правда, по скоростным качествам (крейсерская скорость — около 200 км/ч) он превосходил другие пассажирские самолеты начала 20-х годов, но скорость полета невоенной машины тогда мало кого интересовала.
Судьба прогрессивною по конструкции самолета Рорбаха печальна: по характеристикам он выходил за рамки ограничений, установленных для немецкой авиации Версальским договором и поэтому, по указанию властей, в 1922 г. был уничтожен [24, с. 381].
Позднее Рорбах применял крыло с работающей обшивкой в конструкции своих «летающих лодок».
Не только А. Рорбах пытался найти лучшую замену разработанной Юнкерсом конструкции. В 1920 г. О. Шорт демонстрировал на авиационной выставке в Лондоне одномоторный цельнометаллический биплан с работающей дюралевой обшивкой. Во Франции созданием монококовых (веретенообразных, с работающей поверхностью) фюзеляжей из металла занимался инженер Вибо |36, с. 60; 37, с. 58 |. Но в условиях застоя в развитии авиации, обусловленного огромными запасами продукции периода мировой войны, эти работы не привлекли внимания. Самолеты с фюзеляжем-монококом строились, однако материалом для обшивки, так же как в годы первой мировой войны, служила фанера. Потребовалось около десятилетия, прежде чем авиационные металлические конструкции с гладкой работающей обшивкой доказали свои преимущества и получили распространение.
Своеобразным был подход к применению металла в самолетостроении Англии. Принимая во внимание скудные запасы древесины в своей стране, в 1924 г. правительство издало указ не принимать на вооружение деревянные самолеты [38, с. 23]. Не имея собственного алюминия, англичане ориентировались не на дюралюминиевые самолеты, а на конструкции из стали. Идея моноплана с толстым свободнонесушим крылом была отвергнута и в Англии продал жал и делать расчалочные бипланы, только вместо дерева в силовых элементах крыла и фюзеляжа применяли легированную сталь. Так появились классические для послевоенного периода английские самолеты со стальным каркасом и тканевой обшивкой.
Указанная паллиативная мера не привела к улучшению характеристик самолетов. Более того, некоторые английские металлические бипланы середины 20-х годов из-за большего веса конструкции имели практически тс же летные характеристики, как и деревянные английские самолеты образца 1918 г. С конструктивной точки зрения металл в авиастроении оказался выгоден только тогда, когда с его помощью можно было отказаться от старых аэродинамических схем и перейти к новым, более совершенным, как это сделали Юнкерс и Туполев.
На рис. 1.57 показано соотношение числа типов самолетов в 1919–1931 гг. в зависимости от их назначения и материала конструкции. Наиболее часто металл применялся при создании тяжелых самолетов. Это объясняется несколькими причинами. Во-первых, чем самолет больше, тем он дороже и, следовательно, тем важнее обеспечить долговечность его конструкции. Во-вторых, с увеличением размеров самолетов все труднее было найти подходящие деревянные заготовки для конструкции, тогда как для металлических самолетов этой проблемы не существовало. И, наконец, по мере увеличения размеров металлических самолетов-монопланов высота характерного для них крыла толстого профиля становилась достаточной для размещения внутри крупных агрегатов, топливных баков, грузов и даже людей.
В таблице 1.6 приведены некоторые характеристики самых больших металлических самолетов-монопланов конца 20-х и первой половины 30-х годов. Первенцем семейства гигантов был четырехмоторный Юнкерс G-38 (рис. 1.58). Высота центроплана крыла этого самолета была от 2 м у корня до 1,5 м в месте стыка с отъемной частью крыла. Столь большие размеры позволяли расположить внутри крыла двигатели и две пассажирских кабины на 3-х человек каждая. Передняя кромка крыла была застеклена, и пассажиры могли наслаждаться прекрасным видом во время полета. Всего самолет брал на борт 34 пассажира и 7 членов экипажа, на самолете имелась кухня, курительная комната, туалет, умывальная, помещение для грузов.
В конструкции G-38 было немало новшеств. Крыло имело необычно большое сужение. Это было сделано для того, чтобы увеличить его ширину (а, следовательно, и высоту) вблизи фюзеляжа и получить пространство, необходимое для размещения в центроплане пассажиров. Из-за сравнительно короткого фюзеляжа плечо действия хвостовых рулей было невелико и пришлось установить бипланное оперение коробчатого типа с тремя вертикальными стабилизаторами. Впервые в самолетостроении Юнкерс применил шасси с колесами, расположенными одно за другим на качающейся в вертикальной плоскости тележке. Такая конструкция, обеспечивающая касание земли при посадке всеми колесами сразу, нашла в наши дни большое распространение.
В случае остановки какого-либо двигателя, его можно было отремонтировать в полете. Благодаря большой высоте крыла механик мог подойти к любому мотору, с помощью специального приспособления отсоединить пропеллер от двигателя и по направляющим отодвинуть мотор вглубь крыла для осмотра и ремонта [18, с. 53].
6 ноября 1929 г. шеф-пилот фирмы Юнкерс Циммерманн впервые поднял самолет в воздух. В 1930 г. состоялся ряд демонстрационных полетов, в том числе круговой перелет по городам 12 европейских стран, ас 1931 г. G-38 передали в «Люфтганзу» для работы на линии Амстердам — Лондон.
Несмотря на всеобщий интерес во время публичных показов, коммерческого успеха G-38 не имел. Его пассажировместимость и скорость были слишком малы, чтобы оправдать огромную стоимость машины — полтора миллиона марок. Кроме того, в 30-е годы существовало ограниченное число аэродромов, способных принимать гигантский самолет. Всего построили два G-38. Первый потерпел аварию в 1936 г. из-за неисправности в системе управления. Второй G-38, построенный в 1932 г., летал сначала на авиалиниях «Люфтганзы», а с 1939 г. использовался в качестве военно-транспортного самолета. Он был уничтожен на аэродроме во время бомбардировки г мае 1941 г. [17,с. 125–129].
Советский 5-моторный пассажирский АНТ-14 (рис. 1.59). построенный летом 1931 г., лишь немногим уступал по размерам и грузоподъемности G-38. Эта машина с двигателями Гном-Рон «Юпитер-VI» мощностью по 480 л.с. проектировалась А. Н. Туполевым как развитие трехмоторного АНТ-9 и была, в целом, аналогична ему по схеме. В пассажирской кабине имелись места для 36 человек — по четыре в ряду. Экипаж состоял из двух пилотов, штурмана и двух бортмехаников, причем бортмеханики сидели в специальном отсеке в центроплане крыла, откуда могли визуально следить за работой двигателей. Единственный построенный АНТ-9 про явил себя как весьма надежная машина: до начала войны с Германией на нем было совершено около 1000 полетов, причем без единой аварии [20, с. 437]
В 1933 г. в СССР появился самолет, превосходивший по размерам и весу G-38 — шестимоторный АНТ-16 (ТБ-4). Он был создан как логическое продолжение линии тяжелых цельнометаллических самолетов А. Н. Туполева — двухмоторного ТБ-1 и четырехмоторного ТБ-3. ТБ-4 имел шесть двигателей: четыре в крыле, как на ТБ-3. и два — в мотогондоле над фюзеляжем. По величине крыла и взлетному весу он почти вдвое превосходил ТБ-3. П. М. Стефановский, которому довелось испытывать этот самолет, вспоминал: «Он просто потрясал! Человек среднего роста свободно расхаживал не только в фюзеляже, но не пригибался и в центральной части крыла.
Оборудование чудовищной машины напоминало настоящий промышленный комбинат. Имелась даже самая настоящая малогабаритная электростанция для автономного энергопитания всех самолетных агрегатов. Компрессоры, нагнетающие сжатый воздух для запуска моторов, располагались на борту корабля. Комплект объемистых цистерн-баков вмешал десятки тонн горючего и смазочных материалов. Различное оборудование, вооружение, системы и аппараты управления заполнили всю внутренность самолета диковинных размеров» [38, с. 42].
Еще большими размерами отличался восьмимоторный «Максим Горький» (АНТ-20). Это был самый большой самолет с колесным шасси из всех, созданных до конца второй мировой войны. Он был построен на общественные пожертвования (собрано 6 млн. рублей) в ОКБ А. Н. Туполева как пассажирский и агитационный самолет. Его создание должно было служить доказательством технической мощи советского государства.
Ниже приводятся выдержки из статьи А. Н. Туполева «Рождение гиганта» в газете «Правда» (21. 06. 1934 г.) с описанием этого самолета: «Максим Горький» представляет собой цельнометаллический моноплан со свободнонесущим крылом, является самым большим в мире сухопутным самолетом и построен целиком из советских материалов с мощными советскими моторами.
«…На „Максиме Горьком“ мы впервые для тяжелых самолетов применили крыло с большим удлинением, улучшающим его аэродинамические качества. Крыло „Максима Горького“ имеет такие размеры по высоте и длине дужки [профиля — Д.С.], которые позволили поместить внутри крыла служебные помещения и каюты. Размах крыла „Максима Горькою“ — 63 метра. Длина фюзеляжа — 32,5 метра. Высота самолета в положении стоянки равна 10,6 метра.
…В пассажирском варианте самолет рассчитан на 76 человек пассажиров и экипажа.
Все оборудование „Максима Горького“ подчинено его основному назначению агитационного самолета.
Внутренняя связь на „Максиме Горьком“ осуществляется автоматической телефонной станцией на 16 номеров.
Кроме внутренней телефонной связи „Максим Горький“ оборудуется пневматической почтой, связывающей командира самолета с радистом и редакцией.
В крыле „Максима Горького“ предусмотрено помещение специальной фотолаборатории для изготовления заснятых в полете фотоснимков.
Центральной частью кинооборудования самолета является кинопроектор „Вомит“. При помощи его можно демонстрировать на походном экране, установленном во время стоянки близ самолета, звуковые кинокартины.
На „Максиме Горьком“ имеется особое помещение для типографии.
„Максим Горький“ имеет свою центральную электрическую станцию. Эта ЦЭС…вырабатывает постоянный и переменный ток. Впервые в истории авиации применяется на самолете переменный ток в 120 вольт. До сих пор все самолеты в мире питались постоянным током максимальным напряжением в 24 вольта.
…Бытовое оборудование на „Максиме Горьком“ обеспечивает полный комфорт пассажирам и экипажу. Удобные кресла, ковры, занавески, столики, настольные электролампы и многое другое — все говорит о предоставлении для пассажиров всяческих удобств. К бытовому оборудованию „Максима Горького“ относятся также спальные каюты, электрифицированный буфет с горячими и холодными закусками склад для провизии, багажное помещение, умывальники, уборные, аптечка.
Большое внимание уделяли мы оборудованию, необходимому для управления самолетом-гигантом. Пилотный отсек оборудован всеми необходимыми приборами как для нормального самолетовождения, так и для слепого полета. На „Максиме Горьком“ устанавливается управляющий механизм автопилота — прибора для автоматического движения самолета. Электрическое управление стабилизатором дублировано ручным посредством тросов. На рулях высоты и направления установлены специальные компенсирующие серворули, сильно облегчающие работу летчика.
К моторам вовремя полета механикам обеспечен свободный доступ» [32,с. 190–193].
К этому можно добавить, что общая площадь «жилых помещений» самолета составляла более 100 м².
Кроме агитационного и пассажирского предусматривался также военный вариант «Максима Горького». В качестве бомбардировщика самолет должен был нести 10 тонн бомб, иметь мощное оборонительное вооружение ‹2 пушки и 6 пулеметов) [9, с. 317].
«Максим Горький» просуществовал менее года. Первый полет самолета состоялся 17 июня 1934 г. (летчики М. М. Громов и Н. С. Журов), а 18 мая 1935 г. во время полета над Центральным аэродромом в Москве произошла нелепая катастрофа Летчик-испытатель ЦАГИ Н. П. Благин, эскортирующий «Максим Горький» на истребителе И-5, самовольно начал выполнять вблизи многомоторной машины фигуры высшего пилотажа и при попытке сделать вокруг нее мертвую петлю не рассчитал скорость и врезался в крыло. По свидетельству очевидцев, истребитель Благина врезался в средний мотор правого крыла, тот отвалился, а И-5 застрял в образовавшемся проеме крыла. Вслед за этим хвостовая часть истребителя оторвалась и нанесла еще один удар по «Максиму Горькому», повредив его органы управления. Воздушный гигант перевернулся и, падая, стал разваливаться в воздухе [21, с. 156]. Погибли все находившиеся на борту — 33 пассажира и 12 членов экипажа. Погиб и виновник катастрофы — Благин.
После гибели «Максима Горького» правительство приняло решение о постройке самолета-дублера и еше 15 таких машин. Однако на практике ограничились постройкой только одного самолета — ПС-124 (АНТ-20бис) с шестью моторами увеличенной мощности (рис. 1.61). Он эксплуатировался в 1940–1941 гг. на линии Москва — Минеральные Воды, перевозя за один рейс 64 пассажира. Во время войны использовался для перевозки грузов и разбился при посадке в конце 1942 г.
Еще один советский «воздушный гигант» — семимоторный К-7 — был построен в 1933 г. на Украине под руководством К. А. Калинина. Испытания 38-тонной машины также закончились катастрофой. Подробнее об этом самолете необычной аэродинамической схемы будет рассказано ниже.
Среди основных технических проблем, возникавших при создании самолетов необычно больших размеров, следует выделить две: конструирование шасси, способного выдерживать нагрузки при взлете и посадке сверхтяжелого самолета и способы снижения нагрузок на штурвал летчика.
Выше мною уже отмечены особенности, примененные Юнкерсом в конструкции шасси G-38. На ТБ-4 впервые в СССР пластинчатая резиновая амортизация шасси была заменена воздушно-масляными амортизаторами, способными более эффективно поглощать нагрузки. Необычный способ выбрал К. А. Калинин. Его К-7 вообще не имел амортизации: вместо амортизаторов применялись специальные колеса низкого давления и очень больших размеров, способные воспринимать значительную энергию при ударе (рис. 1.62). Такие колеса разработала в США в 20-е годы фирма Гудъер.
В связи с тем, что площадь поверхностей управления самолетов-гигантов была очень велика, обычных способов для снижения усилий на штурвале (переставной в полете стабилизатор или аэродинамическая компенсация рулей) было уже недостаточно. Поэтому на некоторых из них применялись так называемые серворули — небольшие поверхности, вынесенные на балочках за контуры рулей и элеронов. При повороте серворуль изменял шарнирный момент основного руля и, тем самым, вызывал его отклонение. Управление серворулем осуществлялось обычно посредством электропривода. Забегая вперед, отмечу, что этот метод не получил распространения из-за запаздывания действия и опасности возникновения вибраций рулевых поверхностей и был вытеснен бустерной системой управления.
Самолеты-гиганты, построенные в единичных образцах, вскоре ушли со сцены. Несмотря на увеличение чиста двигателей, размеров и веса, их скорость и весовая отдача оставались неизменными. Более того, относительный вес полезной нагрузки у них был даже ниже, чем у обычных самолетов того времени. Причина этого заключалась в консервативности их конструкции: почти не менялись такие важные характеристики, как нагрузка на крыло (m/S), энерговооруженность (N/m). Таким образом, технического совершенствования летательного аппарата, по существу, не происходило. Не удивительно, что интерес конструкторов к тихоходным металлическим гигантам был непродолжительным — вскоре их вытеснило новое поколение скоростных монопланов.
Внедрение металла в самолетостроение происходило в условиях острой борьбы со сторонниками развития деревянных самолетов. Надо сказать, что у последних были довольно веские доводы. Из табл. 1.7 следует, что первые металлические монопланы в отношении аэродинамики и веса уступали самолетам деревянной или смешанной конструкции: крыло толстого профиля и гофрированная обшивка являлись источниками большого сопротивления, которое не могло компенсировать применение свободнонесущей схемы, а о весовых издержках металлической конструкции уже говорилось. Не следует также забывать, что все крупнейшие производители самолетов периода первой мировой войны основывались на технологии деревянного самолетостроения и переход к металлическим машинам означал бы для них необходимость перестройки всего производства. В таких условиях только наиболее дальновидные и целеустремленные авиаконструкторы, такие как Юнкерс или Туполев, сумели отстоять свои взгляды и проложить путь к будущему в авиации. Создание цельнометаллических самолетов было необходимым условием качественного скачка в развитии самолетов, происшедшего в первой половине 30-х годов.
Гидроавиация играла важную роль в годы первой мировой войны. Гидросамолеты использовали для охраны побережья, морской разведки, борьбы с подводными лодками и военными кораблями. В ходе военных действий получили преимущественное распространение «летающие лодки», обладающие лучшей мореходностью. К концу войны в США и Англии были созданы тяжелые многомоторные «летающие лодки» с большой дальностью полета [14, с. 291–301].
После окончания войны в гидроавиации, как и во всем самолетостроении, началось стремительное свертывание производства. Например, в США в ноябре 1918 г. имелось 1172 «летающих лодок», а в середине 1925 г. — только 117 [39, с. 180]. Новая война казалась невозможной и охранять берега и морские просторы было не от кого.
Новой предпосылкой для развития «летающих лодок» стада гражданская авиация. Гидросамолет имел два существенных преимущества перед обычным пассажирским самолетом. Во-первых, он мог садиться на воду и взлетать с воды. Это делаю возможным использовать «летаюшие лодки» в отдаленных районах Земли, где отсутствовал и аэродромы, но имелись водные акватории. Таким образом, гидроавиация могла сыграть важную роль в развитии авиалиний в Азии, Африке, Южной Америке, Океании и в географических исследованиях.
Во-вторых, полеты на гидросамолете над морем были безопаснее, чем на обычном самолете. При отсутствии сильного волнения на воде пилот гидросамолета мог в любой момент и без большого риска приводнить машину, тогда как успех вынужденной посадки самолета с колесным шасси сильно зависел от рельефа местности. Кроме того, «летаюшая лодка» после вынужденной посадки могла своим ходом добраться по воде до места назначения; известны случаи, когда приводнившийся самолет проплывал до берега по воде многие десятки километров [26]. Если учесть, что вынужденные посадки из-за неполадок в двигателе в 20-е годы были довольно частым явлением, указанное достоинство гидросамолета становится особенно весомым.
Потенциальные возможности «летающих лодок» как воздушного транспорта продемонстрировал целый ряд выдающихся перелетов. В мае 1919 г. на трех американских четырехмоторных «летающих лодках» Кертисс NC-4 стартовал первый в истории авиации трансатлантический перелет с острова Ньюфаундленд (Канада) в Плимут (Англия). Правда, долететь до берегов Англии удалось экипажу только одного самолета под командованием А. Рида. Весь маршрут протяженностью 6315 км был пройден за 12 дней, с промежуточными посадками на Азорских островах, в Португалии, и Испании. Экипажи двух других самолетов, совершивших вынужденную посадку в Атлантическом океане, были подобраны проходящими судами.
В 1924 г. несколько американских одномоторных гидросамолетов (на этот раз — поплавковых) фирмы Дуглас осуществили первый в истории авиации кругосветный перелет по маршруту США — Алеутские острова — Япония — Китай — Средний Восток — Европа — Гренландия — США протяженностью 42398 км. Они были изготовлены по специальному правительственному заказу и отличались большим объемом топливных баков и особой конструкцией шасси, позволявшей быстро менять поплавки на колеса и наоборот. Из-за многочисленных летных происшествий воздушное путешествие заняло более полугода (с 6 апреля по 28 сентября), но время перелета самолеты 66 раз совершали посадку и вновь отправлялись в путь. В полет стартовало четыре самолета — «Сиэтл», «Бостон», «Новый Орлеан» и «Чикаго», родных берегов же достигло два — «Чикаго» и «Новый Орлеан».
Три года спустя английский экипаж под руководством сэра Алана Кобхэма, стартовав в Англии, облетел на «летающей лодке» Шорт «Сингапур-Г вокруг африканского континента с целью продемонстрировать возможности авиации для связи доминиона со своими колониями [21, с. 74–81; 40, с. 37–44].
Это только немногие примеры из числа дальних авиационных перелетов, которыми прославились 20-е годы.
Несомненно, наиболее заманчивым был маршрут Европа — Америка. Создание авиалинии, соединяющей Старый и Новый Свет, обеспечил бы предпринимателям надежную прибыль из-за большого числа потенциальных пассажиров. Вскоре после перелета Атлантики в 1919 г. на NC-4 итальянский авиаконструктор Джованни Капрони, получивший известность в годы первой мировой войны благодаря своим многомоторным бомбардировщикам, приступил к постройке трансатлантического пассажирского самолета — „летающей лодки“ Са-60. Это был поистине амбициозный замысел. Самолет должен был перевозить 100 пассажиров на расстояние более 6000 км. Он имел 8 моторов мощностью по 400 л.с. Для того, чтобы поднять в воздух огромный вес полезной нагрузки и топлива, Капрони установил на самолете одно за другим три трипланных крыла, подкрепленных бесчисленными стойками и расчалками (рис. 1.63).
В первой половине 1921 г. начались испытания этого воздушного гиганта. Из-за огромного аэродинамического сопротивления девятикрылой машины она с трудом поднималась с воды. Во втором полете произошла авария — на высоте 18 м самолет потерял устойчивость (что неудивительно, учитывая отсутствие на Са- 60 хвостового оперения). Не выдержав перегрузки, сломалось одно из крыльев, и самолет упал в воду. Так бесславно закончилась первая попытка создания трансокеанского авиалайнера [40, с. 71–73].
С современных позиций очевидно, что задача, которую поставил перед собой Дж. Капрони, была невыполнимой. Самолеты с дальностью и пассажировместимостью, запланированными итальянским конструктором, появились только после второй мировой войны. Авантюра с Са-60 свидетельствует, что в начале 20-х годов научный уровень проектирования самолетов был еще весьма низок.
Посте неудачи с полипланом Капрони попытки создания трансатлантической самолетной авиалинии на время были оставлены. Воздушные перевозки из Европы в С ША и обратно стали осуществляться с помощью дирижаблей. Конструкторы гидросамолетов. исходя из возможностей авиатехники того времени, выбрали для себя более реальные задачи — создание 10-20-местных „летающих лодок“, рассчитанных на полет дальностью порядка тысячи километров со скоростью 150–180 км/ч. В основном они должны были использоваться для воздушных перевозок над морем, например, для полетов из США на острова Тихого океана и Карибскою моря. Кроме лога, со второй половины 20-х годов, когда закончилась послевоенная эйфория, вновь стало уделяться внимание развитию военной гидроавиации.
Развитие послевоенной гидроавиации характеризуется особенностями, типичными для всей авиации 20-х годов. В конструировании „летающих лодок“ существовало два направления: создание металлических монопланов и создание бипланов деревянной или смешанной конструкции. Первое направление было типично для немецких авиаконструкторов, второе — для конструкторов Англии, США и других стран.
Пионером металлического гидросамолетостроения был К. Дорнье. Еще в годы червой мировой войны он построил несколько тяжелых „летающих лодок“ серии Rs», сделанных из металла, только в обшивке крыла частично использовалось полотно. Первые его «лодки» представляли собой бипланы, но с 1917 г. Дорнье начал применять монопланную схему. Конструкторский опыт военных лет получил развитие в 20-е годы. В этот период Дорнье спроектировал и построил 16 моделей «летающих лодок» различного назначения [41].
Одной из самых известных «лодок» К. Дорнье был двухмоторный самолет «Валь», созданный в 1922 г. (рис. 1.64). Он имел оригинальную конструкцию. Фюзеляж представлял собой лодку из дюралюминия с широким плоским днищем. Вместо привычных боковых поплавков в нижней части фюзеляжа были сделаны выступы «жабры» в форме короткого толстого крыла. Плоскодонность лодки в сочетании с боковыми поплавками-выступами обеспечивали хорошую устойчивость при взлете посадке и движении по воде. Основное крыло размахом 22,5 м имело металлический каркас и полотняную обшивку. Чтобы крыло не касалось волн при взлете и посадке оно было приподнято над лодкой на стойках и подкосах (схема «парасоль»). Сверху на крыле располагалась силовая установка из двух тандемно расположенных двигателей с тянущим и толкающим винтами. Такая компоновка двигателей позволяла максимально удалить пропеллеры от водной поверхности и тем самым защитить их от брызг, образующихся при быстром движении «лодки» по воде. Экипаж самолета состоял из 3 человек, в пассажирском варианте «Валь» мог брать на борт 9 пассажиров Максимальная скорость полета составляла 180 км/ч, дальность — свыше 1000 км.
Отличная устойчивость на воде, большой запас прочности, неплохие для своего времени летные данные, сопоставимые с характеристиками обычных транспортных самолетов с колесным шасси, обеспечили успех «лодке». Всего было построено около 300 Дорнье «Валь», что в условиях мелкосерийного производства послевоенных лет представляет собой большую величину. В связи с тем, что Германии запрещалось иметь самолеты большой грузоподъемности, самолет строился на заводах Дорнье в Швейцарии и Италии. Он применялся в СССР, Испании, Нидерландах, Чили, Аргентине, Японии. Югославии как пассажирский, транспортный, военный. На ней установлено 20 мировых рекордов [41, с. 25].
Благодаря плоскому днищу корпуса лодки Дорнье «Валь» мог садиться и взлетать не только с воды, но и со снега или льда. Эта особенность предопределила использование самолетов в полярных экспедициях. В мае 1925 г. группа исследователей пол руководством Р. Амундсена отправилась на Дорнье «Валь» с острова Шпицберген к Северному полюсу, но не долетала до него 250 км из-за поломки одного из моторов В СССР «лодки» Дорнье также применяли для полетов в Арктике [42].
Если возможности аэродромов в какой-то степени ограничивали габариты и вес обычных самолетов, то для гидросамолетов такого ограничения не существовало. Поэтому на основе самолета «Валь» К. Дорнье построил несколько типов «летающих лодок», все увеличивающихся размеров и веса. В 1926 г., когда руководство западных стран сняло ограничения на размер и грузоподъемность строящихся в Германии самолетов, Дорнье сконструировал «Супер Валь» — увеличенный вариант «Валя» с двумя мотогондолами над крылом, по два двигателя Бристоль «Юпитер» в каждой. В двух раздельных кабинах «лодки» могли разместиться 21 человек. «Супер Валь» строился серийно в Германии по заказу «Люфтганзы». Лицензионное производств.: самолета велось также в других странах.
Однако самым известным гидросамолетом К. Дорнье стал Дорнье Do X. Построенная в 1929 г., эта 12-моторная «летающая лодка» (рис. 1.65) была самым большим самолетом в мире. Она имела размах крыла 48 м, общую мощность двигателей — 7200 л.с., взлетный вес — 52 тонны. Двигатели была скомпонованы попарно в шести мотогондолах, установленных над крылом на «моторной палубе» Первоначально применяли Бристоль «Юпитер», выпускавшиеся по лицензии немецкой фирмой «Сименс», затем их заменили на американские Кертисс «Конкверор». Ог ромные размеры аппарата обусловили большие нагрузки на органах управления в кабине, ведь бустеры в то время еще не были известны. Чтобы уменьшить усилия на штурвале, на элеронах и рулях высоты установили компенсаторы — небольшие поверхности, кинематически связанные с рулевыми плоскостями и уравновешивающие момент аэродинамических сил, возникающий при отклонении рулей. Нормальная пассажировместимость Do X составляла 66 человек, а в одном из показательных полетов, 31 октября 1929 г., самолет поднял 169 человек! [41, с. 49]. Этот рекорд продержался 20 лет.
Рис. 1.66. Пассажирский салон Dо X
Do X создавался как трансатлантический пассажирский самолет. Чтобы пассажиры чувствовали себя удобно во время многочасового полета, конструкторы постарались обеспечить их максимальным комфортом, по уровню сравнимым с условиями на лучших океанских пассажирских судах. На самолете имелись спальные отсеки, гостиная. обставленная дорогой мебелью, курительная комната, ванная, кухня и даже небольшая столовая.
Прежде, чем начать полеты через океан с пассажирами, было решено отправить на Do X в испытательный полет в Южную Америку и в США. Это воздушное путешествие длилось почти полтора года и выявило много недостатков, делающих невозможным коммерческое применение самолета на трансатлантических линиях Главным из них было то, что аэродинамическое качество самолета оказалось ниже расчетного, а двигатели расходовали слишком много топлива: каждый час полета опорожнял топливные баки на 1818 литров. По современным оценкам, имея на борту 66 пассажиров и 6 членов экипажа, Do X, при взлетном весе 48 тонн и скорости полета 174 км/ч, обладал дальностью всего около тысячи километров [39, с. 192].
В результате заказов на самолет от коммерческих фирм не последовало. Всего было построено три Do X, два из них продали в Италию, где они использовались военными для экспериментальных целей.
Основным техническим недостатком многомоторных «летающих лодок» Дорны была неудачная компоновка двигателей. Установка моторов на стойках над крылом надежно защищала их от попадания брызг при движении по воде, однако создавала большое аэродинамическое сопротивление. Кроме того, тандемное расположение двигателей уменьшало КПД заднего пропеллера, работающего в завихренном потоке воздуха; имелись проблемы и с охлаждением второго мотора.
Примененные Дорнье «жабры» также оказались не лучшим техническим решением. Как показали исследования, из-за малого удлинения они были источником большого индуктивного сопротивления [43, с. 66–71].
Несмотря на конструктивные недостатки первых немецких «летающих лодок», работы Дорнье по гидроавиации имели большое значение. В частности, появление самолета Дорнье «Валь» повлияло на переход к металлическим конструкциям с монопланным крылом в гидросамолетостроении. Так, во Франции в начале 30-х годов появились многомоторные металлические «лодки» с подкосным монопланным крылом: четырехмоторная Латекуэр-300 и шести моторная Блерио-5190 «СантосДюмон» (рис. 1.67). Построенные в единичных экземплярах, эти самолеты использовались для перевозки пассажиров и грузов через Южную Атлантику между Французскими владения ми в Африке и Южной Америке (линия Дакар — Натал).
В целом можно сказать, что роль К. Дорнье в развитии «летающих лодок» аналогична роли Г. Юнкерса в развитии сухопутных самолетов.
Другим немецким конструктором, специализирующимся на постройке металлических «летающих лодок» с монопланным крылом, был Адольф Рорбах. Также как Дорнье, он, чтобы избежать неприятностей со стороны союзнической контрольной комиссии (напомню, что его пассажирский четырехмоторный самолет был уничтожен в 1922 г. по указанию комиссии как выходящий за рамки ограничений Версальского договора), организовал производство в другой стране — нейтральной Дании. В середине 20-х годов Рорбах создал там двухмоторную «летающую лодку» Ro-2. По сравнению с «Валем» самолет Рорбаха имел другую компоновку крыла, с большим поперечным «V», чтобы избежать касания воды при случайном крене. Корпус лодки был значительно уже, а вместо «жабр» использовались подкрыльевые поплавки (в отличие от других «лодок», где поплавки служили только для боковой остойчивости на воде, в конструкциях Рорбаха они, так же, как и корпус, обеспечивали плавучесть аппарата). Двигатели Роллс-Ройс «Игл» мощностью по 360 л.с. располагались над крылом, но не в тандем, а по одному, в ряд.
Отличия имелись и во внутренней конструкции самолетов. Вместо обычных лонжеронов крыло у Рорбаха поддерживалось коробчатой силовой конструкцией с работающей обшивкой (так называемым «кессоном»). К кессону крепились носок и законцовка, образующие вместе профиль крыла.
После успешных испытаний Ro-2 в порту Копенгагена 10 таких самолетов заказала Япония для своих ВМС [16, с. 118b].
После успеха с Ro-2, в 1926 г. Рорбах занялся проектированием трехмоторных коммерческих летающих лодок. Первой была 10-местная Рорбах «Роланд» с моторами BMW- IV, приобретенная «Люфтганзой» в количестве 9 экземпляров. За ней последовала лодка «Ромар», способная перевозить 12–16 пассажиров в двух закрытых кабинах. Три таких самолета купила «Люфтганза» для полетов над Балтикой, один приобрели французские ВМС. На ней стояли новые немецкие двигатели BMW-VI.
Во второй половине 20-х годов завод Рорбаха в Копенгагене выпустил также две двухмоторные «летающий лодки» — пассажирскую «Рокко» и грузовую «Ростра». Первая была снабжена двигателями Роллс-Ройс «Кондор-3», вторая — радиальными двигателями «Юпитер-VI» [5. с. 768].
Несмотря на все усилия, Рорбаху не удалось получить крупных заказов на свою весьма дорогостоящую продукцию[8]. В 1931 г., в обстановке мирового экономического кризиса, фирма была закрыта.
Примером большой американской «летающей лодки» рассматриваемого периода может служить самолет Консолидейтед «Коммодор» (рис. 1.68). Этот двухмоторный моноплан с приподнятым на стойках над фюзеляжем крылом проектировался как дальний военно-морской разведчик, но применялся также как пассажирский, спорный перевозить от 20 до 32 человек. Всего было построено около 50 самолетов, разных по назначению и типу двигателей [5, с. 259].
В Англии самым известным производителем «летающих лодок» была фирма Шорт, внешне они мало отличались от «лодок» периода первой мировой войны: для них было характерно бипланное крыло с расположенными в промежутке между крыльями двигателями и фюзеляж-лодка с килеватым днищем. Таким образом, в отношении общей компоновки гидросамолетов (впрочем, как и самолетов других типов) английские авиаконструкторы были достаточно консервативны. Однако имелось одно существенное отличие — если «лодки» времен мировой войны были целиком деревянные, то на самолетах фирмы Шорт корпус «летающей лодки» имел металлическую конструкцию.
Существенным недостатком древесины как конструкционного материала было то. что она впитывает воду. Несмотря на защитные лакокрасочные покрытия корпус деревянной «летающей лодки» постепенно пропитывался влагой. В результате вес самолета увеличивался, иногда на несколько сотен килограммов. Это и послужило стимулом к использованию металла.
Освальд Шорт запатентовал идею металлического корпуса для «летающих лодок в 1921 г. В патенте он писал: „Данное изобретение касается конструкции фюзеляжей или корпусов „летающих лодок“ для металлических самолетов, в которых легкий и прочный металлический сплав, такой же как дюралюмин, может быть с успехом и безопасностью применен для создания основных частей конструкции, а также конструкции, в которой внешняя металлическая оболочка является основным силовым элементом“ (цит. по [36, с. 61–62]). Как следует из сказанного, О. Шорт был не только инициатором использования металла в конструкции „летающих лодок“, но также сторонником применения металлической работающей обшивки.
Первую „летающую лодку“ с металлической работающей обшивкой фирма Шорт построила в 1924 г. на основе двухмоторной „лодки“ времен войны Шорт F.5. Однако, опасаясь коррозии дюралюминия под воздействием морской воды, правительство Англии отказалось от покупки гидросамолетов с металлическим корпусом. Только после того, как коррозийная стойкость обшивки была усилена путем нанесением цинкового покрытия, идеи О. Шорта получили применение.
Наиболее известные „летающие лодки“ фирмы Шорт в 20-е годы — S.5 „Сингапур“ (1926 г.) и S.8 „Калькутта“ (1928 г.). Первый из этих самолетов был двухмоторным дальним морским разведчиком. Он имел хорошие для своего времени летные характеристики (в частности, этобыла единственная тяжелая „летающая лодка“ 20-х годов, максимальная скорость которой превышала 200 км/ч) и в различных модификациях применялся до конца 30-х годов. S.8 „Калькутта“ (рис. 1.69) представляла собой трехмоторный пятнадцатиместный пассажирский биплан, ставший серьезным конкурентом известному английскому пассажирскому самолету HP.42 на маршруте Англия — Индия. Почти не уступая HP.42 в скорости, Калькутта» привлекала большей безопасностью при полетах над морскими просторами. Всего построили 16 самолетов S.8.
Самой крупной «летающей лодкой» — бипланом 20-х годов был морской разведчик и бомбардировщик Блекберн «Айрис». Площадь крыла этого самолета, получившего известность своими дальними перелетами в 1927–1928 гг., составляла 230 м 2, взлетный вес — более 13тонн. В конструктивном отношении он уступал «лодкам» фирмы Шорт. Деревянная конструкция и коробчатое бипланное хвостовое оперение делали его устаревшим. Поэтому ВМС заказало только 4 таких самолета.
В 1933 г. «Айрис» уступил пальму первенства многоцелевому военному гидросамолету Шорт R-6/28 (рис. 1.70). Этот 6-моторный самолет с размахом 36.6 м имел максимальный взлетный вес 31700 кг и долгое время был второй по величине «летающей лодкой» в мире (после Do-X). Конструкция его была типично «шортовской»: биплан с металлическом каркасом и двигателями, расположенными в мотогондолах между крыльями. Как и другие «воздушные гиганты» того времени, самолет не стал серийным [44, с. 61с].
Наряду с «летающими лодками» получили распространение самолеты-амфибии. Возможность взлета и посадки и с суши, и с воды делали этот тип самолета особенно привлекательным для использования в тех областях, где не имелось специальных взлетно-посадочных площадок. Образно выражаясь, амфибию можно назвать «воздушным вездеходом».
Самолеты-амфибии появились еще в начале 1910-х годов [14, с. 228]. Однако большой вес и аэродинамическое сопротивление сложного поплавково-колесного шасси заметно ухудшали и без того невысокие летные характеристики самолетов Поэтому в годы первой мировой войны, когда скорость, скороподъемность и маневренность приобрели особое значение, этот тип летательных аппаратов почти полностью вышел из употребления.
После войны стала развиваться коммерческая авиация, и требования к самолетам изменились. Широкий выбор возможных условий эксплуатации амфибий возродил интерес к этим самолетам.
Одним из первых успешных послевоенных самолетов-амфибий был двухместный Лоинг OA-1С (рис. 1.71). Он был построен в США в 1924 г. Мощный 12-цилиндровый двигатель фирмы Паккард и необычный способ соединения фюзеляжа с поплавком без зазора между ними, позволяющий уменьшить лобовое сопротивление, обеспечили самолету такие же характеристики, как у знаменитого DH-4 с колесным шасси. С убранными в ниши в центральном поплавке колесами ОА-1С мог развивать скорость до 196 км/ч — больше других гидросамолетов того времени, обладая при этом удовлетворительной весовой отдачей — 31 %[39, с. 486]. Выступающий вперед поплавок хорошо защищал мотор и пропеллер от брызг.
Самолет имел долгую жизнь: одна из модификаций производилась в годы второй мировой войны. Лоинг ОА-1 применялся в армии, военно-морских силах, береговой охране и как коммерческий самолет.
Дальнейшее развитие самолетов-амфибий в США связано с именем И. И. Сикорского, эмигрировавшего из России в 1918 г. Он первым начал выпускать специализированные пассажирские самолеты этого типа. S-38, появившийся в 1928 г., представлял собой двухмоторный полутораплан с 8-местной пассажирской кабиной. Конструкция носила отпечаток американских «летающих лодок» серии NC, созданных Г. Кертиссом в конце первой мировой войны: двигатели были установлены на стойках между крыльями, хвостовое оперение с помощью двух балок соединялось с крылом (рис. 1.72). Внешне неказистый, получивший прозвище «гадкий утенок» [40, с. 52], этот самолет, тем не менее, принес известность и коммерческий успех и конструктору, и пассажирской авиакомпании «Пан Лмерикен», первой начавшей применять самолеты Сикорского. Надежность, разнообразные условия базирования и большой запас мощности позволяли применять S-38 в самых трудных условиях. Самолет взлетал с неподготовленных площадок и водных акваторий в Центральной и Южной Америке, на Гавайях, в Африке. Благодаря сравнительно легким и мощным звездообразным двигателям воздушного охлаждения Пратт-Уитни «Уосп» (420 л.с.) S-38 имел достаточный запас мощности чтобы продолжить полет при отказе одного двигателя (впервые на двухмоторном пассажирском самолете). Он легко маневрировал на воде, мог автономно выруливать из воды на пологий берег. Управляемость на воде была достигнута весьма оригинально — пилот поочередно выдвигал стойки с колесами, создавая тем самым разворачивающий момент. На самолете установлено несколько рекордов скорости и высоты для данного класса амфибий. Всего было построено более 100 S-38.
По заказу Пан Америкен в 1930 г. И. И. Сикорский на основе самолета S-38 сконструировал 4-моторный S-40 с двигателями Пратт-Уитни «Хорнет» мощностью по 575 л.с. (рис. 1.73). В то время это был самый большой самолет-амфибия в мире. Он мог перевозить 28 пассажиров на расстояние 800 км со скоростью 185 км/ч. Три построенных самолета летали на авиалиниях, соединяющих США с островами Карибского бассейна. О надежности S-40 свидетельствует то, что регулярность полетов составляла 99 %[40, с. 81]. Однако для начала 30-х годов по конструкции он уже устарел, и вскоре его вытеснили более совершенные пассажирские самолеты.
Удачные «летающие лодки»-амфибии строила также английская фирма Супермарин. Специалисты этой фирмы начали заниматься гидросамолетами еще в годы первой мировой войны. В 1921 г. по заказу ВМС фирма разработала большой палубный самолет-амфибию «Сигалл» с фюзеляжем в форме лодки. Самолет должен был взлетать с палубы авианосца и предназначался, в основном, для дальней морской разведки. Фюзеляж в поперечном сечении имел характерные для «лодок» фирмы Супермарин округлые очертания и отличался хорошей обтекаемостью. Чтобы не мешать разбегу по воде, колесное шасси могло быть повернуто в горизонтальное положение и прижато к нижнему крылу. Для улучшения маневренности на воде сзади имелся киль, поворачивающийся одновременно с рулем направления. Аэродинамическое качество самолета портили многостоечное бипланное крыло и расположенный между крыльями двигатель Нэпир «Лайон» без обтекателя, поэтому максимальная скорость не превышала 175 км/ч. Экипаж состоял из трех человек — пилота в передней кабине, стрелка и наблюдателя — в задней, за крылом. Имея взлетный вес 2620 кг, «Сигалл» был одно время самым тяжелым палубным самолетом. Шесть построенных самолетов несли службу на авианосном корабле Королевского флота «Игл».
Другим самолетом-амфибией фирмы Супермарин была «летающая лодка» «Си Лайон». По назначению это был истребитель, поэтому самолет одноместный, намного меньших размеров и веса. Его прототипом послужил гоночный Супермарин «Си Лайон», завоевавший первое место в состязаниях гидросамолетов на приз Шнейдера в Неаполе в 1922 г. Для уменьшения лобового сопротивления двигатель закрыли кожухом-обтекателем. При той же мощности силовой установки (450 л.с.) самолет был почти вдвое легче, чем «Сигалл» и мог развивать скорость до 250 км/ч [16, с. 84b-86b].
Французские гидросамолеты первых послевоенных лет могут быть представлены одномоторными «летающими лодками» фирмы FBA. Эта фирма стояла у истоков развития гидросамолетов, первая ее «летающая лодка» создана еще до начала мировой войны. В 1923 г. инженеры FBA построили весьма удачную модель FBA-17 с двигателем «Испано-Сюиза» в 150 л.с. До 1930 г. было произведено 229 этих двухместных гидросамолетов-бипланов, в основном, для ВМС Франции.
Развитием этой машины явилась «лодка»-амфибия FBA-19 с более мощным двигателем «Испано-Сюиза» мощностью 350 л.с. (1924 г.). Этот трехместный самолет, колеса которого, также как и на отмеченных выше «амфибиях», могли подтягиваться пилотом с помощью лебедки к крылу, использовался как в качестве военного разведчика, так и для коммерческих целей [16, с. 146b-147b].
По сравнению с немецкими и английскими «летающими лодками- 20-х годов. „FBA“ имели фанерную обшивку корпуса и, в принципе, мало чем отличались от однотипных машин времен первой мировой войны.
Говоря о „летающих лодках“ 20-х — начала 30-х годов, нельзя не упомянуть об итальянском самолете Савойя-Маркстти SM-55. Этот двухмоторный морской разведчик и бомбардировщик получил известность благодаря ряду впечатляющих трансконтинентальных перелетов. В 1925 г. на нем был выполнен полет из Италии в Австралию и обратно, а в начале 30-х годов крупные соединения самолетов, возглавляемые министром авиации генералом И. Бальбо, пересекли Атлантический океан. В перелете Рим — Рио-де-Жанейро (1930–1931 гг.) участвовало 14 SM-55, а из Рима в Чикаго летом 1933 г. вылетело 24 самолета! [40, с. 91, 93]. Все самолеты достигли цели (рис. 1.74), что свидетельствовало о их высокой надежности. Однако в конструктивном отношении самолет, выполненный целиком из дерева, трудно отнести к передовым. Двухлодочная схема, очень толстое крыло с открытой кабиной экипажа а носовой части центроплана, расположенная нал крылом силовая установка-тандем, установленное на балках трехкилевое оперение создавали большое аэродинамическое сопротивление. Это, а также отмеченные выше недостатки дерева как материала для гидросамолетов, в 30-е годы сделало его бесперспективным как военную машину. Пять купленных СССР SM-55 применялись как пассажирские для воздушных перевозок вдоль Тихоокеанского побережья страны [45, с. 13].
В Советском Союзе в 20-е годы основные надежды в развитии гидроавиации были связаны с именем Д. П. Григоровича, конструктора известных „летающих лодок“ периода первой мировой войны М-5 и М-9. Однако попытки создать удачный гидросамолет путем совершенствования сильно устаревших „лодок“ военной поры не увенчались успехом. „Опытное и серийное производство морских самолетов лодочного ина у нас, к сожалению, продолжает оставаться в зачаточном состоянии из-за недостатка конструкции, базы для опытного строительства и конструкторских сил.
Группа Ришара [9], насколько мне известно, не хочет работать над конструированием лодок и охотнее работает над самолетами с поплавками. Группа Григоровича не дала и не обещает дать в ближайшее время ожидаемых от нее результатов“, — писал конце 20-х годов заместитель начальника ВВС Я. И. Алкснис [46]. Первые удачные гидросамолеты отечественной конструкции появились в СССР только в начале 30-х годов. Это были ближний морской разведчик М БР-2 конструкции Г. М. Бериева и многоцелевой самолет-амфибия Ш-2 В. Б. Шаврова. Обе машины были одномоторными цельнодеревянными „летающими лодками“, но МБР-2 имел свободнонесущее монопланное крыло, а Ш-2 был выполнен по схеме полутораплан. Трехместный МБР-2 с двигателем M-I7 мощностью 500 л.с. (с 1935 г. на самолете ставился двигатель М-34, 750 л.с.) состоял на вооружении ВМС, в 30-е годы было построено 1365 самолетов. Ш-2 с М-11 мощностью 100 л.с. широко использовался для перевозки пассажиров и грузов, для ледовой разведки и т. д. в малоосвоенных районах Сибири. Дальнего Востока и Крайнего Севера. Он мог взлетать и садиться на небольшие сухопутные аэродромы, а при их отсутствии — на реки и зера, брал на борт 3–4 человек. С 1932 по 1934 гг. авиапромышленность выпустила около 270 Ш-2[9, с. 291. 434–435].
Так как производство собственных гидросамолетов в СССР только разворачивалось, „летающие лодки“ приобретали также за рубежом, в основном у Италии. Выше ле упоминалось о поставках в СССР Дорнье „Валь“ и SM-55. В 1931 г. советское равительство закупило несколько итальянских одномоторных „лодок“ Савойя- Маркетти SM-62, а с 1932 г. они выпускались по лицензии в Таганроге под маркой МБР-4 (всего изготовлен 51 самолет) [45, с. 14].
В период, когда скорость полета самолетов составляла около 200 км/ч, „летающие лодки“ имели благодатную почву для развития. Тихоходность летательных аппаратов делала почти незаметной аэродинамические недостатки угловатых форм „лодки“ подкрыльевых поплавков, да и формы самолетов с обычным шасси были весьма далеки от совершенства. Как видно из табл. 1.9, „летающая лодка“ S-8, благодаря более мощным двигателям и большей нагрузке на крыло[10], даже превосходила по скорости пассажирский самолет „Аргоси“ с колесным шасси при практически один» коком числе пассажирских мест. Единственное, в чем «летающие лодки» уступали «нормальному» самолету, это эксплуатационные расходы. Гидросамолеты, подверженные агрессивному воздействию соленой воды, чаше требовали ремонта: дополнительные расходы были связаны с доставкой пассажиров и грузов с берега и на берег с более трудоемкой процедурой заправки горючим; сложнее было обеспечить сохранность самолета при стоянке, особенно в непогоду. Однако эти недостатки компенсировались большей безопасностью полета на «летающей лодке» над водные просторами, возможностью эксплуатации в необорудованных аэродромами района^ Конец 20-х и первую половину 30-х годов называют «золотым веком» «летающих лодок» [40].
За исключением работающей металлической обшивки в конструкции фюзеляжа «летающие лодки» мало что дали для технического прогресса в авиации: наоборот многие идеи конструкторы гидросамолетов брали из опыта строительства обычных самолетов. Основная заслуга «летающих лодок» и амфибий 20-х годов состоит в освоении новых авиационных маршрутов, налаживании воздушной связи с отдаленными частями Земного шара, изучении труднодоступных географических зон, е накоплении опыта полетов над морями и океанами. Все это сослужило важную роль в развитии дальних пассажирских перевозок, способствовало повсеместному распространению достижений цивилизации.
После окончания многолетней мировой войны начало возрождаться романтическое увлечение авиацией. Неукротимая страсть человека своими руками построить «летательную машину» и подняться на ней в небо вновь, как и в начале века, овладела умами многих энтузиастов. Снова стали подниматься в воздух самолеты-самоделки предельно простой конструкции, с маломощными моторами, часто взятыми с автомобиля или мотоцикла.
Стимулом к развитию легких одномоторных самолетов послужили также прерванные войной авиационные состязания. Многие бывшие военные летчики стали искать средства к существованию в роли спортсменов-гонщиков и «воздушных акробатов». Нередко они зарабатывали тем, что, купив подержанный самолет, предлагали свои слуги в качестве «воздушного такси» и просто катали желающих над аэродромом, т. к. немногочисленная на первых порах регулярная пассажирская и почтовая авиация не могла обеспечить работой огромное число демобилизованных после войны пилотов. В 1922 г. в США имелось 129 частных служб «воздушного такси», расположенных на 107 аэродромах 31 штата [47, с. 113].
Новой сферой применения легких самолетов стало использование их в сельскохозяйственных работах, в первую очередь для опыления посевов с целью ничтожен и я насекомых-вредителей. Первые такие опыты состоялись в августе 921 г. в штате Огайо, США, по просьбе местного сельскохозяйственного управления. Они увенчались успехом и были продолжены в следующем году. Для работ использовался двухместный биплан Кертисс JN-4 «Дженни», на котором вместо второго пилота установили бак с ядохимикатами. В 1924 г. в США появилась первая фирма, специализирующаяся на применении авиации для сельскохозяйственных целей — «Хафф-Дейланд Мануфэктуринг Компани» [47, с. 113].
В начале 20-х годов опыты по использованию самолетов в интересах сельского хозяйства начались также в СССР. В июле 1922 г. на Московском аэродроме состоялись первые эксперименты: с самолета, летящего на разных высотах, опрыскивали изложенные на поле листы бумаги, при этом определялся характер потока капель, их число на единицу площади. Для опыления (или. как тогда говорили, «аэропыла») применялся учебный биплан В. Н. Хиони, названный почему-то «Конек-Горбунок». За аэродромными экспериментами последовали опыты в полевых условиях, затем опыление с самолетов стали использовать для борьбы с саранчой в Средней Азии, на Северном Кавказе, в Поволжье. Позднее самолеты стали применять и для засевания полей («аэросев») [48].
Надежные и дешевые легкомоторные самолеты требовались и аэроклубам для обучения полетам многочисленных любителей авиации.
Первое время для указанных выше задач использовались уцелевшие после войны самолеты, но невысокий ресурс и неэкономичность военных машин привели к тому, то в начале 20-х годов появились предпосылки для развития новых легкомоторных самолетов. По данным П. М. Крейсона, за первые 10 послевоенных лет в мире было построено 413 различных типов таких машин [4, с. 146–166]. Благодаря небольшой стоимости некоторые из них строились в тысячах экземпляров. Однако большинство та шин были мелкосерийными или единичными; непрофессионализм значительного числа конструкторов-самоучек не позволял создать по-настоящему удачный самолет.
В развитии конструкции легкомоторных самолетов в 20-е — начале 30-х годов можно выделить три основных этапа: начало 20-х — создание одноместных самолетов-авиэток с простейшими двигателями мощностью 10–35 л.с.; середина 20-х — появление двухместных бипланов с двигателем в 60-100 л.с., пригодных как для портивных полетов, так и для обучения пилотов; конец 20-х — начало 30-х годов — распространение 2-3-местных самолетов многоцелевого назначения с моноплан- чым крылом и мотором мощностью 100 и более лошадиных сил.
Первый из указанных этапов явился продолжением прерванной войной линии развития самолета-авиэтки или «воздушного мотоцикла», основоположниками которой были А. Сантос-Дюмон во Франции и Г. Граде в Германии. Как до воины, так и после нее авиэтки обычно строили по схеме моноплан из наиболее доступных материалов: дерева, проволоки и полотна. Чаше всего применялся мотоциклетный двигатель воздушного охлаждения. Отличие заключалось в том. что в 20-е голы при конструировании таких легкомоторных аппаратов использовался опыт планеростроения, т. к. после мировой войны планеризм, как наиболее доступный вид авиаспорта, получил широкое развитие. Это дало возможность строить самолеты с намного лучшим аэродинамическим качеством, чем до войны. Ушли в прошлое примитивные бесфюзеляжные конструкции с подвешенным под крылом стульчиком для летчика v прикрепленным на балках хвостовым оперением. Выводы теории индуктивного сопротивления заставили конструкторов увеличить удлинение несущей поверхности был улучшен профиль крыла, появился хорошо обтекаемый фюзеляж, свободнонесушее крыло. В результате авиэтки с моторами мощностью всего в несколько десятков лошадиных сил могли не только летать, но и развивали скорость как у боевых самолетов времен первой мировой войны. Аэродинамическое качество некоторых и этих самолетов составляло величину 10 и более: маломощность силовой установки предопределила поиск возможностей аэродинамического совершенствования машины. К сожалению, этот плодотворный путь развития авиации вскоре оборвался. В легкомоторной авиации стали применять специализированные двигатели с большей мощностью и меньшим удельным весом, и вопросы обтекаемости конструкции на время отошли на второй план.
Наибольшее развитие самолеты-авиэтки получили в Германии, стране, где по Версальскому договору спортивная легкомоторная авиация была одной из немногих разрешенных сфер деятельности авиапромышленности. Среди первых удачно летавших немецких легкомоторных самолетов — монопланы Удет U-1, Клемм, L.-15, L.-20 124, с. 442). В СССР неплохо летавшие авиэтки построили военные летчики В. О. Писаренко и В. П. Невдачин. Один из этих самолетов, «Буревестник» С-3. летал с мотоциклетным мотором мощностью всего 7-12 л.с. [20, с. 395]. На рис. 1.75 показана ешеодна хорошо летавшая отечественная авиэтка — «Октябренок». Правда построена она была уже в 30-е годы.
Органическим недостатком авиэтки было отсутствие запаса мощности в полете. Это ограничивало маневренность и высоту полета, затрудняло взлет, делало опасным полеты в ветреную погоду. По указанным причинам в середине 20-х годов сверхлегкие авиэтки начали вытесняться самолетами с более мощными двигателями.
Одним из самых знаменитых легкомоторных самолетов середины 20-х годов был двухместный биплан английской фирмы Де Хевилленд DH-60 «Мосс» (рис. 1.76). Внешне (да и по скорости) этот самолет. 1925 г. постройки, почти не отличался от довоенных бипланов. Но сочетание простоты и легкости конструкции, надежного и легкого мотора (ABC «Циррус», 60 л.с.) и отличной устойчивости и управляемости дают основания считать его выдающимся образном авиационной техники. Относительный вес конструкции DH-60 составлял всего 0,61. что примерно на 15–20 % меньше, чем в среднем у самолетов. Очень небольшая посадочная скорость (60 км/ч) повышала безопасность посадки. Вместе с тем, самолет имел достаточный запас мощности для маневров и полета в неспокойной атмосфере. Благодаря двухместной кабине и простоте пилотирования DH-60 мог использоваться не только как спортивный или туристский самолет, но и в качестве учебной машины. На нем прошли обучение многие тысячи пилотов в Англии, Австралии, Швеции, Финляндии, Японии, Канаде. До 1928 г. английские заводы выпустили около 500 DH-60: самолет строили также в Австралии, Финляндии и других странах. В 1927 г. на самолетах этой марки был выполнен перелет из Лондона в Кейптаун и обратно, а о превосходных маневренных качествах машины свидетельствует первый приз за акробатические полеты, завоеванный на Международных авиационных состязаниях в Копенгагене.
За самолетом 1925 г. последовало целое семейство «мотыльков»[11]. В 1928 г. появился DH-60G «Джипси Мосс» с новым двигателем Де Хевилланд «Джипси» мощностью 100 л.с. и несколько облагороженными внешними формами. Он строился серийно до 1934 г. в Англии, США, Франции и Австралии как спортивный и учебно-тренировочный самолет. Более заметно отличался от прототипа «Пусс Мосс» — подкосный моноплан с закрытой кабиной на 2–3 человек и более мощным двигателем «Джип- си-3» в 120 л.с. Он проектировался как самолет для скоростных дальних перелетов и оправдал это предназначение: летом 1931 г. английская летчица Эми Джонсон осуществила на «Пусс Мосс» падет из Лондона в Токио за 9 дней, а в марте 1932 г. Джим Моллисон долетел на нем из Лондона до Кейптауна и обратно за 4 дня 17 часов и 19 минут. Другим выдающимся достижением этого летчика и этого самолета был первый в истории одиночный перелет через Атлантический океан с востока на запад, состоявшийся в августе 1932 г. Однако самым известным стал DH-82 «Тайгер Мосс» с двигателем «Джипси Мэджор», 130 л.с. (1931 г.). В конструкции этой машины Ж. Де Хевилланд вновь вернулся к схеме «биплан» с открытыми кабинами летчика и пассажира. Самолет прославился и сверхдальними перелетами на нем из Англии в Австралию (летчики Ф. Чичестер, Э. Эрхарт, Дж. Мол и сон), и как первоклассная машина для первоначального обучения полетам. К началу второй мировой войны в английских авиационных школах находилось более тысячи ОН-82, а всего выпущено около 7200 этих самолетов [5, с. 308–311].
Выдающимся образцом легкомоторных самолетов рассматриваемого типа был также биплан У-2 (рис. 1.77), построенный в СССР в 1927 г. под руководством Н. Н. Поликарпова для замены учебного У-1. На самолете стоял первый советский серийный авиамотор М-11 мощностью 100 л.с., спроектированный специально для этой машины. Как и DH-60, У-2 отличатся предельной простой и технологичной конструкцией. Силовой каркас был сделан из сосновых реек, расчаленных проволокой и обтянутых полотном. Удачно подобранные центровка и параметры хвостового управления обеспечивали хорошую устойчивость и управляемость на всех режимах полета. Самолет не входил в штопор, а при принудительном вводе сам выходил из него, когда летчик отпускал ручку управления. Скорость снижения с выключенным мотором составляла 1 -2м/с, что меньше, чем при спуске человека с парашютом. М. М. Громов вспоминал свои впечатления о первом полете на этом самолете 7 января 1928 г.:«…я быстро выявил, что машина устойчива, чрезвычайно проста в управлении и обладает отличными летными качествами. Поскольку это учебный самолет, то я проделал все эволюции, необходимые в этом случае, но с такими отклонениями, которые мог бы допустить неопытный ученик. Что же оказалось? Машина прощала очень грубые ошибки, и их можно было легко исправить. Двигатель М-11 оказался на редкость надежным и выносливым, простым и удобным в эксплуатации как на земле, так и в воздухе. Его мощность, вес, габариты, экономичность и прочие технические данные как нельзя лучше гармонировали с остальными характеристиками этого замечательного самолета. Завершив испытания, я дал самую высокую оценку и машине, и мотору» [49, с. 82].
У-2 создавался как самолет для первоначального обучения летчиков и был основной машиной в аэроклубах. Вместе с тем, он получил распространение и как связной, санитарный, сельскохозяйственный и т. д. В годы второй мировой войны У-2 с успехом применялся в качестве легкого ночного бомбардировщика. Самолет строили и после войны, до начала 50-х годов. Всего было выпущено около 33 тысяч экземпляров в различных модификациях [50, с. 63]. По длительности производства и универсальности применения У-2 не имел аналогов.
В США примером легкомоторного самолета общего назначения 20-х годов является Консолидейтед РТ. Этот двухместный биплан с двигателем воздушного охлаждения создан в 1923 г. для замены популярного учебно-тренировочного самолета периода первой мировой войны Кертисс «Дженни». Было построено более 600 Консолидейтед РТ, в основном по заказу армии и военно-морских сил [51, с. 159].
В 1927 г. американский пилот Чарльз Линдберг совершил авиационный перелет из Нью-Йорка в Париж. Это было во многих отношениях выдающееся событие. Прежде всего, это был первый беспосадочный трансатлантический перелет с континента на континент[12]. Во-вторых, это был одиночный полет: чтобы увеличить запас топлива и не подвергать риску ничью жизнь, Линдберг решил лететь один. В-третьих, перелет был осуществлен на одномоторном самолете-моноплане с обычным колесным шасси (рис. 1.78); до этого на дальние трансокеанские полеты решались только на многомоторных машинах (обычно это были «летающие лодки»).
Одним из стимулов к перелету послужил приз в 25 тысяч долларов, учрежденный еще в 1919 г. владельцем одного из нью-йоркских отелей Раймондом Ортейгом. Неоднократные попытки преодолеть океан не увенчались успехом и унесли жизни нескольких летчиков. Тем не менее Линдберг решил бросить вызов судьбе. Он заказал на фирме Райян специальный самолет. За основу был взят одномоторный пятиместный пассажирский Райян М-2 с двигателем воздушного охлаждения Райт «Уирлвинд» J-5 мощностью 223 л.с. Для большей дальности полета размах крыла был увеличен на 3 м, а почти весь внутренний объем фюзеляжа, включая кабину пилота, занял топливный бак. Место для летчика находилось в задней части пассажирского салона. Оттуда был обзор только вбок, для наблюдения вперед приходилось пользоваться перископом. Стремясь максимально облегчить самолет, Линдберг решил не брать в полет рацию и парашют, и даже снял часть навигационных приборов.
20 мая 1927 г. «Дух Святого Луиса» («Spirit of St.Louis»), как окрестил свой самолет Ч. Линдберг, стартовал с аэродрома Рузвельт-Фильд в Нью-Йорке и взял курс на восток. На борту находилось 1600 литров топлива, что составляло более половины всего веса самолета. Линдберг решил лететь по дуге большого круга, представляющей собой кратчайшее расстояние между двумя точками на шаре. Для этого через каждый час полета он менял курс. После 33 часов 30 минут после старта, преодолев без единой посадки 5809 км, Линдберг приземлил машину на аэродроме Ле Бурже под Парижем. Но самое опасное оказалось впереди. Огромная толпа парижан встречала летчика. «Казалось, сотни тысяч люден бежали к самолету. Я выключил мотор, чтобы пропеллер случайно не убил кого-нибудь, и потребовал что-нибудь сделать, чтобы спасти самолет от налетевшей толпы людей… Когда самолет начал трещать, я решил вылезти из кабины, чтобы отвлечь внимание человеческой массы собственной персоной… и, как только моя нога показалась в дверях, тело было извлечено без моей помощи. Почти полчаса я не мог попасть на твердую землю, так как меня восторженно носили по всему аэродрому», — писал позднее Ч. Линдберг (цит. по [21, с. 114–115].
Перелет Линдберга через Атлантику оказал огромное влияние на авиацию, сопоставимое, разве что, с реакцией на перелет Л. Блерио через Ла Манш в 1909 г. Он убедительно продемонстрировал возросшие возможности авиационной техники и способствовал быстрому развитию производства частных легкомоторных самолетов. Если в 1926 г. в США имелся только 41 самолет частного пользования, то в 1928 г. их было зарегистрировано уже 620, а в 1929–1454 [47,с. 129].
Как и 18 лет назад, самолет-рекордсмен послужил образцом для многочисленных подражаний и содействовал распространению схемы моноплан в авиастроении. Примером подражания самолету Ч. Линдберга является трехместный подкосный верхнеплан Кертисс «Робин» (1929 г.) с таким же, как у Линдберга, радиальным мотором воздушного охлаждения. От самолетов середины 20-х годов он отличался не только монолланным крылом, но и более мощным двигателем, большими размерами и весом, более совершенным пилотажно-навигационным оборудованием.
Энтузиазм, вызванный перелетом Линдберга. и повышение надежности авиационной техники породили надежды на то, что в скором времени личный самолет станет такой же привычной вещью, как автомобиль. Для этого нужно только обеспечить низкую стоимость, простоту и безопасность в пилотировании. Так возникла идея «летающего автомобиля» или «авиафорда».
Одним из апологетов данной идеи был Ю. Видал, начальник Аэронавтического отдела Департамента коммерции США. По его оценке, сделанной в 1933 г., «самолет для каждого» должен был иметь максимальную скорость 160 км/ч, посадочную скорость 40 км/ч, малую длину разбега и при этом стоить как обычный автомобиль — 500-1000 долларов [47,с. 122].
Заманчивость массового выпуска привлекла немало производителей самолетов. Одним из них был американский инженер Ф. Вейк. В 1934 г. он демонстрировал свой вариант «летающего автомобиля» — самолет W-1: верхнеплан с толкающим пропеллером и трехопорным шасси с управляемым исковым колесом для маневрирования при движении по земле. Его конкурент, самолет В. Уотсрмана «Эрроубил», представлял собой настоящий автомобиль с крыльями. В зависимости от ситуации этот аппарат мог летать или двигаться свои ходом по автомобильной дороге.
Идея массового самолета типа «летающий автомобиль» захватила не только США, но и другие страны. 25 августа 1934 г. газета «Правда» в передовой статье «Советский воздушный форд» писала: «Интерес к легкому самолету носит всеобщий характер. Да иначе и быть не может, ибо потребность в нем ощущается положительно всеми. …Насытить страну легкими самолетами — такова насущная необходимость…».
Прототипом советского «воздушного форда» стал самолет А. С. Яковлева АИР-6 с двигателем М-11 — подкосный моноплан смешанной конструкции с закрытой кабиной для летчика и двух пассажиров (рис. 1.79). Так как им обычно пользовались высокопоставленные чиновники, АИР-6 называли также «исполкомовский самолет». Он оказался удачным: в августе 1934 г. на четырех АИР-6 был выполнен успешный перелет Москва — Иркутск — Москва дальностью около 9000 км, а 23 мая 1937 г. летчик Я. В. Письменный установил на поплавковом АИР-6 мировой рекорд дальности для гидросамолетов этого класса — 1297 км. Однако построено их было немного — 53, так как идея «летающего автомобиля» вскоре отошла на второй план [9, с. 373, 435].
В Германии ['.Юнкерс также увлекся идеей массового легкого самолета. Таковым должен был стать разработанный в конце 20-х годов двухместный цельнометаллический моноплан Юнкерс «Юниор» с двигателем мощностью 80 л.с. В 1929 г. японский журналист Иосихара выполнил на этой машине в одиночку перелет из Берлина в Токио за 10 дней без поломок в пути, что явилось хорошей рекламой самолету. Юнкерс надеялся, что в следующем году ему удастся продать частным лицам не меньше 5 тысяч «Юниоров» [18, с. 55].
Однако надеждам на «самолет в каждом гараже» не суждено было сбыться. Задача создания безопасного и в то же время очень дешевого самолета оказалась утопией. За любые положительные свойства техники, в том числе за многовариантность применения и за безопасность использования, надо платить, а стоимость «летающего автомобиля» заметно превысила расчетную и оказалась не по карману «среднему покупателю». Свою лепту в крах идеи «самолета для каждого» внесли и внешние обстоятельства: мировой экономический кризис, начавшийся в конце 20-х годов, и ориентация на военную продукцию в преддверии второй мировой войны.
Другой заманчивой, но оставшейся нереализованной концепцией в авиации 20-х годов была идея планерлета. Под этим термином понимался большой планере высоким аэродинамическим качеством, снабженный маломощным мотором и предназначенный для перевозки грузов или пассажиров. Предполагалось, что планерлет без груза будет взлетать на своем двигателе, а нагруженный — с помощью самолета-буксировщика. Если концепция «авиафорда» зародилась в США — стране, первой освоившей массовый выпуск автомобилей, то идея планерлета была наиболее популярна в СССР. Приводились доводы, что перевозка людей и грузов на таком летательном аппарате будет экономичнее, чем на автомобиле в условиях бездорожья [52], и многие авиаконструкторы охотно занялись проектированием планерлетов. Вскоре, однако, выяснилась непрактичность данной затеи. Большая нагрузка на мощность, достигавшая 20 и более кг/л.с., не позволяла осуществлять автономный взлет и, в сочетании с малой нагрузкой на крыло, делала трудным полеты в неспокойном воздухе. Другими словами, планерлеты обладали теми же недостатками, что и авиэтки начала 20-х годов, но в еще большей степени.
Задача создания «самолета для каждого» стимулировала поиск путей безопасности полета. Ведь идея «летающего автомобиля» была жизнеспособна только в том случае, если малоопытный пилот-любитель мог без особого риска пользоваться личным самолетом так, как он пользуется обычным автомобилем.
Одной из наиболее распространенных причин летных происшествий было превышение допустимого угла атаки в полете. Возникающий вследствие этого срыв потока с верхней поверхности крыла, потеря управляемости и часто возникающий затем штопор явились причиной многих катастроф. По мере характерных для самолетостроения тенденций к увеличению нагрузки на крыло и увеличению высоты полета диапазон допустимых (летных) углов атаки становился все более ограниченным[13].
Спектр технических мер, направленных на расширение безопасных режимов полета, может быть подразделен на две основные группы: применение щелевого крыла и применение специфических аэродинамических схем.
Идея щелевого крыла возникла еще в годы первой мировой войны. В 1917 г. немецкий летчик и ученый-аэродинамик Густав Лахманн потерпел аварию в результате того, что пилотируемый им самолет попал в срыв и упал. Находясь в больнице после аварии, Лахманн обдумал причины происшедшего с ним летного происшествия и пришел к выводу, что в случае, если крыло будет иметь одну или несколько щелей вдаль размаха, воздух сможет перетекать с нижней поверхности на верхнюю, уменьшая там разрежение и препятствуя, тем самым, отрыву обтекающего потока. Своими соображениями он поделился с известным аэродинамиком Людвигом Прандтлем. Выполненные в аэродинамической лаборатории Прандтля опыты доказали верность суждений Лахманна: при наличии продольных щелей подъемная сила крыла на больших углах атаки возрастала более, чем в полтора раза. В 1918 г. Лахманн получил патент на свое открытие [37, с. 80–81; 24, с. 404].
Независимо от Лахманна и практически одновременно с ним к выводу о преимуществах щелевого крыла пришел известный английский авиаконструктор Фредерик Хендли Пейдж. В 1918 г. он провел серию опытов на моделях и убедился, что продольный разрез вблизи передней кромки крыла позволяет увеличить допустимый угол атаки и добиться 60 % прироста подъемной силы [37, с. 80–81]. Благодаря богатому конструкторскому опыту Хендли Пейдж сумел быстро превратить теоретическую идею в пригодное для практических целей механическое устройство. В 1919 г. он запатентовал конструкцию предкрылка, ставшего известным под названием «предкрылок Хендли Пейдж» [27, с. 104]. Для того, чтобы предкрылок не увеличивал аэродинамическое сопротивление крыла при полете на большой скорости, на малых углах атаки он плотно прилегал к поверхности крыла, образуя единый профиль, а на больших углах атаки выдвигался вперед, образуя щель вдаль передней кромки крыла (рис. 1.81). Вначале управление предкрылком осуществлялось летчиком с помощью тяг, но вскоре появились автоматически выпускаемые закрылки. Они выдвигались за счет разрежения воздуха над крылом на больших углах атаки.
Говоря о начале применения предкрылков в авиации, нельзя не упомянуть о Сергее Алексеевиче Чаплыгине. В 1921 г. он дал теоретическое обоснование работы щелевых крыльев и разработал общие формулы для их расчета, что позволило определять эффективность таких крыльев на различных режимах обтекания профиля [53, с. 258–288].
Крыло с предкрылками впервые было опробовано в Англии в начале 20-х голов на одномоторных самолетах DH-9 и DH-60 «Мосс». В 1926 г. Лахманн установил предкрылки на немецком одномоторном биплане Альбатрос С-72 [54, с. 137; 55, с. 62]. Полеты показали, что применение предкрылков позволяет увеличить максимально допустимый угол атаки с 10–15
Значительный вклад в развитие безопасности полета внесла деятельность двух американских меценатов — Даниэля и Гарри Гуггенхеймов. В 1926 г. они основали фонд содействия развитию авиации, главной целью которого являлось уменьшение числа летных происшествий. В 1929 г. на деньги этого фонда был проведен специальный конкурс на самый безопасный самолет. Главный приз составлял 100 тыс. долларов — очень большую в то время сумму. Почти все самолеты, принимавшие участие в конкурсе, имели щелевое крыло той или иной конструкции [54, с. 132–133].
Некоторые авиаконструкторы в поисках путей создания «безопасного самолета» решили отойти от общепринятой в авиастроении схемы и создали экспериментальные самолеты схем «бесхвостка», «утка», «тандем». Они считали, что применение нестандартных аэродинамических схем позволит значительно повысить безопасность полета, т. к. при указанных компоновках рули высоты расположены на крыле или перед ним и, следовательно, не теряют эффективность из-за срыва потока за крылом, как случалось на самолетах классической схемы на больших углах атаки.
Конструкция экспериментального самолета «Птеродактиль-1» с двигателем мощностью 30 л.с. (рис. 1.82) была подчинена принципиально новой концепции системы управления, разработанной английским ученым и конструктором Г. Хиллом. Понимая, что обычное хвостовое оперение подвержено влиянию завихренного потока за крылом, а элероны часто теряют эффективность на больших углах атаки, Хилл остановил свой выбор на самолете схемы «бесхвостка» с «плавающими» поверхностями управления на концах крыла. Эти органы управления представляли собой элероны большой площади, шарнирно соединенные с крылом таким образом, что сами, независимо от положения самолета, устанавливались «по потоку». Понятно, что такие рулевые поверхности работоспособны при любых углах атаки крыла. Управление направлением полета осуществлялось с помощью поворотных килей, расположенных под крылом и также не терявших эффективность на больших углах атаки.
«Птеродактиль-1» испытывался в 1925 г. В целом, он летал неплохо. Самолет не выходил из- под контроля летчика даже при углах атаки в 45°, имел широкий диапазон скоростей полета. Вместе с тем, ощущались колебания самолета при отклонении элевонов — ведь их площадь и момент инерции были в несколько раз больше, чем у обычных органов управления. При валете из-за небольшой скорости и малого плеча действия рулевых поверхностей машина недостаточно хорошо слушалась рулей [56, с. 17–18]. Другим необычным самолетом 20-х годов был F-19 немецких конструкторов — Генриха Фокке и Георга Вульфа. Он имел схему «утка» (рис. 1. 83). Расположение горизонтального оперения впереди крыла должно было устранить опасность попадания самолета в срыв и штопор, т. к. при превышении допустимого угла атаки срыв наступал не на крыле, как у обычных самолетов, а на горизонтальном оперении, остановленном, из условия продольной балансировки аппаратов схемы «утка», под большим, чем крыло, углом. Возникающий при этом пикирующий момент автоматически выводил самолет из опасного положения.
Самолет имел два двигателя мощностью по 75 л.с. трехместную кабину. Для компенсации путевой неустойчивости из-за удлиненной носовой части фюзеляжа с горизонтальным оперением относительная площадь вертикального киля была в 2–3 раза больше, чем обычно.
F-19 впервые поднялся в воздух в 1927 г. В одном из полетов самолет потерпел аварию, в которой погиб Г. Вульф. В 1930 г. появился вариант F-19а с более мощными двигателями. Его испытания прошли вполне успешно. В целом, пилотирование самолета мало отличалось от управления обычным самолетом. Отмечалась высокая эффективность руля высоты, возможность управляемого полета на очень больших углах атаки (Су доп.=1,2), простота взлета и посадки. Но были и недостатки: склонность к продольным колебаниям при полетах в неспокойной атмосфере, заметна, потеря высоты при выходе и: срыва[14] [56, с. 114–115].
В начале 30-х годов создание дешевого и безопасного «массового» самолета взялся французский изобретатель А. Минье. 3 1933 г. он построил миниатюрный самолет схемы «тандем» с мотором мощностью всего 18 л.с. (рис. 1.84 Самолет получил название «Пу дю сьель» («Небесная блоха»). Тандемное расположение крыльев должно было обеспечивать хорош\к продольную устойчивость без использования горизонтального оперения, малую чувствительность к изменению центровки и автоматический выход из срывных режимов (по тем же причинам, что и при схеме «утка»). Система управления был.: необычной. Переднее крыло могло поворачиваться вокруг своей продольной оси для управления в вертикальной плоскости. Элероны отсутствовали; для поперечной устойчивости концы крыла имели отгиб вверх. Крылья были расположены очень близко друг к другу, переднее выше заднего. При этом между ними образовывалась сравнительно узкая щель, т. е. переднее крыло как бы выполняло роль щелевого предкрылка.
Минье активно пропагандировал «Пу дю сьель», настойчиво проводя мысль, что это и есть тот самый дешевый, простой и безопасный самолет, который легко построить и на котором может летать каждый. Идея была подхвачена и самолеты по тип; «блохи» Минье вскоре появились во многих странах. Всего было изготовлено более 100 самолетов этого типа, в том числе в СССР — около 10. Однако долгожданным «самолетом для каждого» «Пу дю сьель» не стал. Самолет оказался совсем не так безопасен, как ожидали; произошло несколько катастроф, погибли люди. С помощью аэродинамических исследований выяснилось, что из-за близкого расположение крыльев аппарат статически неустойчив, а эффективность продольного управление недостаточна, чтобы вывести самолет из крутого пикирования. Более опасным, чем обычно, оказалось управление с помощью поворота крыла: из-за слишком резкой реакции на отклонения ручки управления была велика вероятность «раскачки» самолета малоопытным пилотом. На основании сделанных выводов в ряде стран были запрещены полеты на самолетах типа «Пу дю сьель» [56, с. 144–146].
Итак, применение необычных аэродинамических компоновок не решило задач, создания «безопасного» самолета. Обладая некоторыми преимуществами, рассмотренные выше машины имели и существенные недостатки. Это делало их неконкурентноспособными по сравнению с привычными самолетами классической схемы, особенно после появления механизированного крыла, позволившего заметно расширить диапазон летных углов атаки и скоростей полета.
Что касается самой идеи массового и безопасного самолета, то она была и остается утопической. И в наши дни, при намного более высоком уровне развития авиационной науки и техники, ни один вид летательного аппарата не может быть назван «безопасным». В полетах всегда был, есть и будет элемент риска.
Как уже отмечалось, обстановка после первой мировой войны не способствовала развитию технического прогресса в авиастроении. В условиях перепроизводства самолетов и отсутствия гарантированных заказов конструкторы, в основном, шли по пути мелких усовершенствований существующих образцов и приспособления военных летательных аппаратов для мирных целей. Однако в середине 20-х годов запасы авиационной техники были исчерпаны (в основном, за счет продажи ее государствам, в которых отсутствовала собственная авиапромышленность), самолеты все активнее стали применяться для коммерческих и научных целей, возникла необходимость замены устаревших образцов стоящих на вооружении самолетов. Все это способствовало активизации поиска новых путей развития авиации. В 20-е годы начались работы по созданию самолетов типа «летающее крыло», развивалась идея безаэродромной авиации, были начаты попытки замены бензинового двигателя внутреннего сгорания другими типами авиационных силовых установок.
Идея самолета со специально спрофилированным фюзеляжем, который является как бы частью крыла и участвует в образовании подъемной силы, зародилась еще на заре развития авиации. В 1910 г. Г. Юнкерс разработал проект самолета, в котором пассажиры, двигатели и груз размешались внутри крыла толстого профиля [14, с. 231–232]. Это должно было способствовать повышению аэродинамического качества самолетов и уменьшаю вес конструкции, т. к. расположенные в крыле грузы частично компенсировали нагрузки от действия подъемной силы.
С увеличением размеров самолетов и распространением в авиации толстого монопланного крыла идея «крыла-фюзеляжа» начата принимать реальные очертания. В 1924 г. американский авиаконструктор В. Бурнелли построил двухмоторный металлический биплан BR-2 с широким фюзеляжем, имеющим в сечении форму крыльевого профиля (рис. 1.85). Размеры пола грузовой кабины составляли 4.27x4,57 м. высота — 1.98 м. Самолет имел взлетный вес 7500 кг и мог развивать скорость 164 км/ч [16, с. 257b]. Впоследствии Бурнелли выпустил еше несколько однотипных самолетов, на этот раз с монопланным крылом. Его примеру последовала французская фирма Диль и Баклан, создавшая на рубеже 20-х — 30-х годов в качестве эксперимента два пассажирских бесфюзеляжных самолета: DB-70 и DB-71. Напомню, что центральная часть крыла использовалась для размещения пассажиров на самолетах-гигантах Юнкерс G-38 и АНТ-20 «Максим Горький». Однако дальше всех пошел конструктор К. А. Калинин, полностью устранивший фюзеляж на своем семимоторном самолете К-7.
Объясняя свой выбор, конструктор в 1934 г. писал: «При создании новых больших машин новые пути ведут в сторону новых схем самолетов, в сторону использования крыла для размещения грузов. Это значит, что пути ведут к „летающему крылу“, которое и есть идеальный самолет. Чтобы совершить переход к „летающему крылу“, возникла необходимость построить машину по принципу „все в крыле“ [57, с. 203].
Центроплан крыла размахом 53 м имел гипертрофированно толстый профиль (с=33 %). Благодаря этому высота центроплана составляла 2,33 м, что позволяло свободно перемещаться внутри крыла. Общая площадь „жилого отсека“ в центроплана была 6x10.6 м (рис. 1.86). В пассажирском варианте самолета там могли находиться пассажиры (до 128 человек), в военном варианте — бомбы. К-7 разбился 21 ноября 1933 г. во время испытаний на максимальную скорость из-за разрушения одной из балок, несущих хвостовое оперение [57].
Очередным логическим шагом к созданию „идеального самолета“ должно было стать появление „летающего крыла“ — самолета, не имеющего ни фюзеляжа, ни хвостового оперения, ни других частей, создающих „вредное“ (т. е. не связанное с образованием подъемной силы) аэродинамическое сопротивление.
Первым за воплощение идеи самолета типа „летающее крыло“ взялся советский авиаконструктор и планерист Б. И. Черановский. В 1926 г. он построил легкий экспериментальный самолет-„бесхвостку“ БИЧ-3 с крылом параболической формы (рис. 1.87). Благодаря большой относительной толщине профиля и значительной длине корневой хорды, двигатель и кабина летчика почти не выступали за обводы крыла. Чтобы максимально уменьшить аэродинамическое сопротивление, было применено одноколесное шасси. Устойчивость и управление должны были обеспечиваться элевонами на задней кромке крыла и расположенным за кабиной килем с рулем направления. По отзывам летчика Б. Н. Кудрина, испытывавшего этот необычный самолет, БИЧ-3 хорошо слушался рулей, обладал удовлетворительной устойчивостью [58]. Однако ненадежная работа мотора и трудности при разбеге из-за одноколесного шасси не позволили закончить испытания.
После успешных полетов экспериментального БИЧ-7А с более мощным двигателем и обычным двухколесным шасси (1932 г.) Черановский решил применить схему летающее крыло» при создании пассажирского самолета. БИЧ-14 имел полуутопленную в крыле пятиместную закрытую кабину, два двигателя по 100 л.с. были расположены на передней кромке крыла. В отличие от первых экспериментальных образцов, этот самолет оказался неустойчивым и плохо управляемым, что не позволило применить его для пассажирских перевозок [56, с. 53–54]. Указанные недостатки во многом были вызваны тем, что, в отличие от БИЧ-3 и БИЧ-7А, на БИЧ-14 вертикальное оперение стояло между моторами и не обдуваюсь струей от винта. Из-за небольшого расстояния от центра тяжести самолета его эффективность была недостаточной.
Приверженцем идеи «летающего крыла» был также немецкий авиаконструктор У. Липпиш. В 1931 г. он построил экспериментальный бесхвостый самолет «Дельта-1» с крылом большой относительной толщины, со стреловидной передней и прямой задней кромкой. Самолет имел расположенный за кабиной двигатель с толкающим репеллером, вертикальные кили были установлены на концах крыла (рис. 1.88). Продольной устойчивости должен был способствовать, так называемый, самоустойчивый профиль крыла: благодаря отогнутой вверх хвостовой части профиля центр давления смешатся таким образом, что при увеличении угла атаки возникал пикируюший момент, стремящийся возвратить самолет в исходное положение. На задней кромке размешались элероны и рули высоты.
На «Дельта-1» был осуществлен успешный демонстрационный перелет по Германии, который породил интерес к новой схеме у конструкторов многих стран.
Несмотря на то, что некоторые из первых экспериментальных аппаратов схемы «летающее крыло» продемонстрировали при испытаниях удовлетворительные летные качества, заметных преимуществ перед обычными самолетами они не проявили. При одинаковых весе и мощности максимальная скорость «бесхвосток была не больше, чем у самолетов классической схемы. Не оказалось преимуществ и в отношении дальности и грузоподъемности. Это свидетельствует о том. что аэродинамическое совершенство „летающих крыльев“ 20-х — начала 30-х годов было не выше, чем у обычных самолетов. Небольшие размеры самолетов заставляли конструкторов увеличивать толщину крыла, чтобы разместить внутри пилота и агрегаты, а это вело к росту профильного сопротивления. Кроме того, для „бесхвосток“ было характерно крыло со стреловидностью по передней кромке и большой корневой хордой, имеющее сравнительно небольшое удлинение.
В отличие от других типов летательных аппаратов — дирижабля, вертолета, для взлета самолета требуется разбег по земле. Приземление также происходит с пробегом. В зависимости от веса и нагрузки на крыло взлетно-посадочная дистанция самолетов составляла от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Если в случае вынужденной посадки летчику не удавалось найти подходящей площадки на земле, приземление заканчивалось аварией. Немалые трудности представлял и взлет после вынужденной посадки, даже если последняя прошла успешно.
Указанные особенности обусловили работы по созданию самолетов, которые могли бы взлетать и садиться без разбега. Первые проекты самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП) относятся к XIX веку [14. с. 58]. В 20-е — начале 30-х годов появились новые проекты: с поворотными винтами (В. Маргулис. Франция), с поворотным крылом, с останавливаемым и превращаемым в крыло несущим винтом (Г. Геррик, США). В СССР в 30-е годы изучением возможности создания самолета вертикального взлета и посадки занимался Б. Н. Юрьев. В отличие от зарубежных изобретателей. Юрьев выступал за постройку СВВП с вертикальным положением фюзеляжа при взлете [59, с. 8–9].
Воплощению всех этих замыслов препятствовала недостаточная энерговооруженность самолетов: для вертикального взлета требовалась удельная нагрузка на мощность 1.4–1.7 кг/л.с. [59, с. 10]. что примерно вдвое больше реально достижимых в рассматриваемый период величин.
После первой мировой войны возобновились работы по вертолетам. История этих летательных аппаратов выходит за рамки книги, поэтому скажу лишь, что к началу 30-х годов вертолет по-прежнему оставался экспериментальным аппаратом. Из-за неудовлетворительной устойчивости и управляемости, небольшой грузоподъемности и малого ресурса агрегатов силовой установки он был неприемлем для решения практических задач.
Некоторый успех был достигнут лишь на пути создания автожиров — летательных аппаратов, представляющих собой комбинацию самолета и вертолета. Автожир имеет крыло и фюзеляж, как у самолета и горизонтальный винт, как у вертолета, однако в полете винт не связан с двигателем и вращается под действием набегающего потока воздуха, создавая значительную дополнительную подъемную силу. Хотя автожир и требовал разбега и пробега при взлете и посадке. благодаря искусственной раскрутке горизонтального винта перед стартом дистанция разбега была намного короче, чем у самолета. Кроме того, при остановке мотора в полете авторотирующий несущий винт уменьшал скорость снижения, т. е. играл роль своеобразного парашюта. Это повышало безопасность при приземлении. Недостатками автожира по сравнению с самолетом был больший вес конструкции и большее аэродинамическое сопротивление в полете.
Первые успешные автожиры были построены в 1923–1924 гг. испанским авиаконструктором X. де ля Сьерва [60]. В связи с популярностью идеи безопасного „самолета для каждого“ автожир сразу же привлек к себе интерес. К 1933 г. в мире было построено уже более 130 аппаратов этого типа. Некоторые из автожиров производились серийно. В 1934 г. в Москве, в ЦАГИ был создан автожир А-7, на котором впервые в мире установили стрелковое вооружение. В 1941 г. пять автожиров этого типа даже принимали участие в боевых действиях, правда без большого успеха.
Автожир имел короткую жизнь. Конструкторы вертолетов, используя опыт строительства автожиров, в частности конструкцию втулки несущего винта, создали во второй половине 30-х годов экспериментальные образцы вертолетов, которые по своим летным возможностям превосходили автожиры. По сравнению с последним. вертолет мог неподвижно висеть в воздухе, был способен к взлету и посадке без разбега и пробе га. В годы второй мировой войны вертолет полностью вытеснил автожир.
Как уже отмечалось, в 20-е годы удалось достигнуть заметного прогресса и развитии авиационных двигателей внутреннего сгорания. За 10 послевоенных лег удельный вес авиамоторов снизился в среднем на одну треть, вдвое возросла мощность, повысилась надежность. Тем не менее, ученые и изобретатели вели поиск новых, более совершенных типов силовых установок для самолетов.
Одним из недостатков, присущих двигателю внутреннего сгорания, было падение мощности с увеличением высоты полета (рис. 1.90». Разряженная атмосфера не обеспечивала карбюратор тем количеством воздуха, которое необходимо для нормального горения смеси, двигатель как бы задыхался. Это делало невозможным полеты на больших высотах, заманчивых тем, что плотность воздуха, а следовательно и аэродинамическое сопротивление, там намного меньше, чем у земли.
Для повышения мощности двигателя на высоте были созданы специальные «переразмеренные» моторы. Конструкторы шли на преднамеренное завышение объема или степени сжатия двигателя. Так как при работе у земли на полной мощности двигатель быстро бы вышел из строя (обычно фирмы гарантировали возможность не более пятиминутной работы у земли при полном открытии дросселя [22, с. 163]), «полный газ» давался на высоте, при этом конструктивно предусмотренный запас мощности компенсировал потери из-за уменьшения плотности воздуха. Примером «переразмеренного» авиадвигателя 20-х годов является немецкий BMW-6 или его советским лицензионный аналог М-17, имеющий на номинальном (рассчитанном на продолжительную работу) режиме мощность 500 л.с., а на форсированном (взлетном) режиме — 680 л.с. Недостатком этого способа было увеличение веса двигателя по сравнению с обычным двигателем той же номинальной мощности. Так, удельный вес М-17 был 1,08 кг/л.с. — больше, чем у созданного почти на десять лет раньше обычного двигателя «Либерти» [9, с. 71].
Указанная проблема возродила интерес к весьма популярной в XIX веке идее самолета с ракетным двигателем. Как известно, в отличие от обычного мотора, тяга реактивного двигателя не зависит от высоты полета. Кроме того, отношение тяги к весу у ракетного двигателя намного больше, чем у винтомоторной силовой установки.
Первые практические шаги в этой области были сделаны в Германии в конце 20-х годов. Группа энтузиастов реактивного полета — М. Вальс. Ф. фон Опель. Ф. Зандер и А. Липпиш решили установить пороховой ракетный двигатель на планере. Такой вид летательного аппарата получил впоследствии название «ракетоплан».
Так как ракетный двигатель нужно было разместить так. чтобы не нарушилась центровка аппарата, была выбрана схема «утка». В задней части фюзеляжа установили две пороховые ракеты конструкции Зандера, которые должны были, рабатывать последовательно, одна за другой. 11 июня 1928 г. летчик Ф. Штамер совершил 4 полета на ракетоплане, дальность третьего, самого удачного полета составила около полутора километров. Четвертое испытание едва не закончилось катастрофой. Через две секунды посте запуска двигателя произошел взрыв, и планер загорелся. За счет быстрого снижения Штамеру удалось сбить пламя и благополучно приземлиться. Однако в момент посадки провода электрического запала, изоляция которых сгорела, замкнулись, и воспламенился заряд второй пороховой ракеты. К счастью, пожар удалось быстро потушить и пилот не пострадал [61].
В 1929 г. испытания были продолжены. 30 сентября фон Опель на новом летательном аппарате, на этот раз с хвостовым оперением, установленном на балках за крылом, и снабженном целой батареей из 16 пороховых ракет, совершил 10-минутный полет, во время которого скорость достигала 160 км/ч (рис. 1.91). В конце 20-х — начале 30-х годов опыты по применению ракетных двигателей на планерах проводили также Рааб-Катценштейн, Хети и Эспенлауб в Германии. Катаньо в Италии, Сван в США. Постройкой ракетоплана занималась группа студентов-энтузиастов из Ленинградского политехнического института, но эта работа не была завершена [62, с. 32–33].
Опыты с пороховыми двигателями показали принципиальную возможность полета реактивного летательного аппарата. Однако они не могли дать практического результата. Из-за кратковременности работы порохового РДТТ время полетов, как правило, измерялось секундами. Эксперименты часто сопровождались взрывами и пожарами.
Большее практическое значение имели работы по применению пороховых ракетных двигателей в качестве стартовых ускорителей. Если для горизонтального полета самолета было достаточно иметь тяговооруженность порядка 1/10-1/12, то для излета отношение тяги винта к весу долж- но было составлять не менее 1 /4-1/5, Это затрудняло взлет тяжело нагруженных самолетов, особенно ест и старт происходил с мягкого грунта.
Опыты по использованию пороховых ракетных двигателей в качестве вспомогательной силовой установки для облегчения взлета самолета начались в Германии и в СССР в 1929–1930 гг. В Германии по инициативе И. Винклера летом 1929 г. ракетные ускорители были установлены на крыле металлического одномоторного самолета Юнкерс W-34. Самолет был снабжен поплавковым шасси и взлет с ускорителями происходил с воды [63]. В СССР работы по созданию авиационных пороховых стартовых ускорителей возглавил В. И. Дудаков. В 1931 г. было выполнено около 100 взлетов на учебном У-1 с ускорителями (рис. 1.92), затем в 1931–1934 гг. проводились опыты по использованию ракетных ускорителей для взлета тяжелых самолетов ТБ-1. Эксперименты показали, что благодаря дополнительной силовой установке длина разбега уменьшается более, чем в 4 раза [64, с. 64–66].
Подводя итоги опытов по применению твердотопливных ракетных двигателей в авиации, С. П. Королев в докладе на Всесоюзной конференции по изучению стратосферы в 1934 г. заявил: «…если можно говорить о применении пороховых ракетных двигателей к самолетам, то только в качестве вспомогательного средства и, в первую очередь, как мощного кратковременно действующего источника силы для взлета» [65 с. 417]. Будущее подтвердило правоту этих слов.
Задача повышения мощности двигателя и ее сохранение на больших высотах возродила интерес к казалось бы давно забытому паровому авиационному двигателю. Правда, теперь говорилось уже не о поршневом двигателе, а об использовании в авиации паровой турбины. Опыт применения этого типа энергетической установки в различных областях техники показывал, что мощность установки может достигать десятков тысяч лошадиных сил, в то время как мощность двигателя внутреннего сгорания из-за ряда физико-технических ограничений (детонация топлива, жаропрочность материалов, влияние инерционных сил движущихся масс, проблема «лба» при увеличении чиста и размера цилиндров и т. д.) была ограничена величиной примерно 1000 л.с. В связи с характерной для конца 20-х — начала 30-х годов тенденцией к созданию самолетов-гигантов, мысль о применении в авиации сверхмощной паросиловой установки казалась многим очень заманчивой. В начале 30-х годов в авиационных журналах появились проекты самолетных паровых турбин, разработанные изобретателями в Германии, США, Франции, Италии [66, с. 247–305]. В Московском авиационном институте также велись работы по созданию паровой авиационной силовой установки. Однако ни один из этих замыслов не нашел применения. Реализация шеи оказалась невозможной из-за большого веса парового двигателя (напомню о необходимости запаса воды, тяжелом паровом котле) и проблемы размещения конденсатора пара, площадь которого должна была быть значительно больше, чем площадь радиатора двигателя внутреннего сгорания. Созданный в МАИ паровой двигатель при мощности 150 л.с. весил более 300 кг. Еще тяжелее оказался испытанный в США на самолете паровой двигатель братьев Беслер [9, с. 110].
Несмотря на это, работы по проектированию авиационных паровых турбин не пропали даром. Опыт был использован при создании турбореактивных двигателей (ТРД). Этот тип двигателя оказался несравненно более перспективным, т. к. из-за отсутствия необходимости в системах парообразования и конденсации был намного легче, компактнее, удобнее. Преимущества ТРД перед паровой турбиной хорошо понимали и в 20-е годы, однако проблема прочности деталей в условиях высоких температур задержала его появление до конца 30-х годов.
Итак, в поисках новых форм развития самолетов конструкторы и изобретатели далеко не всегда оказывались на правильном пути. Но сам процесс поиска является необходимым условием прогресса. Хотя многие конструкторы необычных самолетов и двигателей и не создали в 20-е — 30-е годы пригодных для широкого использования образцов, в процессе экспериментов решались важные технические вопросы. Например, на первых «летающих крыльях» были отработаны вопросы управления самолетом без горизонтального оперения, опыт конструкции втулки несущего винта автожиров был с успехом использован при создании первых вертолетов, проекты паротурбинной силовой установки благоприятно повлияли на развитие ТРД. Да и сами неудачи помогали избежать в дальнейшем ошибочных направлений в развитии авиации.
Темпы развития летных характеристик самолетов в 20-е годы были ниже, чем в другие периоды истории авиации. Так, за 10 послевоенных лет скорость самолета- истребителя увеличилась примерно на 80 км/ч, разведчика — на 60 км/ч, бомбардировщика — на 50 км/ч, тогда как за период с 1909 по 1918 гг. скорости в авиации возросли, в среднем, более чем на 100 км/ч. Максимальная скорость пассажирских самолетов и самолетов общего назначения к началу 30-х годов, как правило, не — ре вы шала 200 км/ч, т. е. почти не отличалась от скорости лучших самолетов заверяющей стадии первой мировой войны. Мало изменился и коэффициент аэродинамического лобового сопротивления летательных аппаратов. Это объясняется тем, что в самолетостроении 20-х годов доминировала та же схема, что и в период первой мировой войны — биплан со стойками и расчалками между крыльями. Развитие летных свойств происходило, главным образом, за счет увеличения мощности и снижения удельного веса авиационных двигателей.
В начале главы говорилось о неблагоприятной для развития авиации обстановке, сложившейся в первые послевоенные годы. Основные усилия были направлены на сбыт накопленных за время войны запасов авиационной техники, а не на создание новых конструкций. Эта ситуация не способствовала также развитию самолетов в странах, не имевших ранее собственной авиапромышленности, руководство этих стран предпочитало приобретать по «бросовым» ценам английские, французские и итальянские самолеты и двигатели образца 1917–1918 гг., нежели создавать самостоятельную самолетостроительную индустрию. К немногим новым государствам, вошедшим в начале 20-х годов в число активных производителей новой авиационной техники, относятся Голландия и Чехословакия. В Голландии основным создателем самолетов был переехавший туда из Германии известный авиаконструктор А. Фоккер. Чехословакия развивала свою авиапромышленность на основе самолетостроительных заводов бывшей Австро-Венгрии.
К середине 20-х годов послевоенный кризис в развитии авиации, в основном, завершился. Возросло количество новых типов самолетов, несколько повысился темп роста летных характеристик. Выдающиеся авиационные перелеты, в особенности беспосадочный перелет Ч. Линдберга из США в Европу в 1927 г., возродили былой интерес к авиации. Быстрыми темпами развивалась пассажирская авиация, большое внимание привлекла идея легкомоторного «массового» самолета. Однако этот благополучный этап в развитии самолетов был недолгим. В 1929 г. разразился мировой экономический кризис. Экономическая депрессия пагубно отразилась на темпах развития авиации, в первую очередь невоенной. Многие конструкторские бюро в США и в Европе обанкротились, другие были вынуждены резко сократить выпуск продукции.
Основным техническим новшеством в авиации 20-х годов стало создание металлических самолетов. Зародившись в Германии в годы первой мировой войны, металлическое самолетостроение получило к концу 20-х годов широкое распространение во всем мире. Поданным П. М. Крейсона, из 195 выпущенных в 1929 г. в мире новых типов самолетов 40 имели цельнометаллическую конструкцию, а на 98 типах металл составлял заметную часть конструкции [4, с. 51]. Наиболее интенсивно металлическое самолетостроение развивалось в Германии (Юнкерс. Рорбах, Дорнье) и в СССР (Туполев). В этих странах металл впервые был использован при создании самолетов со свободнонесущим крылом — схемы, ставшей позднее основной в самолетостроении. После окончания мировой войны развитие авиации в этих странах начиналось почти с нуля и внедрять принципиально новые подходы в самолетостроении было легче, чем в государствах с мошной авиапромышленностью, ориентированной на выпуск образцов эпохи первой мировой войны.
Металл стал применяться также при изготовлении пропеллеров. Характерные для периода первой мировой войны деревянные винты выдерживали нагрузку в несколько сотен лошадиных сил. однако, когда мощность начала приближаться к тысяче лошадиных сил и возросли обороты авиадвигателей, прочность древесины стала недостаточна, участились случаи поломки пропеллеров. В первой половине 20-х годов американские фирмы Кертисс-Рид и Гамильтон освоили производство металлических воздушных винтов, немного позднее пропеллеры с металлическими лопастями начали делать фирма Фейри в Англии, Левассер и Ратье во Франции [55, с. 78]. В СССР металлические винты на самолетах появились в 30-е годы.
Еще одним достижением рассматриваемого периода было создание пассажирской авиации. В 1929 г. общий налет пассажирских самолетов составил около 100 миллионов километров [27, с. 100]. Самолеты с колесным и поплавковым шасси перевозили людей и грузы на всех континентах Земли. Правда, беспосадочные трансокеанские перелеты из-за ограниченной дальности самолетов были еще «не по плечу» гражданской авиации. Воздушные перевозки на сверхдальние расстояния осуществлялись с помощью дирижаблей. Наибольшую известность приобрели немецкие дирижабли, построенные на верфях в Фридрихсгафене, которые немцам удалось сохранить, несмотря на суровые ограничения Версальского договора. LZ-127 объемом 10500 м³ начал регулярные трансатлантические полеты в 1932 г. За 5 лет на нем было выполнено 136 полетов в Южную Америку и 7 полетов в США. перевезено 13110 пассажиров.
Авиационная наука, как и авиационная техника, в 20-е годы развивалась, в основном, по пути уточнения и постепенного внедрения в практику научных достижений периода первой мировой войны, таких, как теория индуктивного сопротивления, теория пограничного слоя, разработка норм прочности и др.
Теория индуктивного сопротивления (или теория крыла конечного размаха) была разработана немецким ученым-аэродинамиком Л. Прандтлем в 1915–1917 гг. В условиях войны она не смогла получить широкого распространения. После того, как достижения немецких ученых стали достоянием мировой науки, она оказала глубокое влияние на проектирование самолетов. Известный советский аэродинамик Б. Н. Юрьев, первым в СССР начавший изучение и популяризацию теории индуктивного сопротивления, так отзывался о ее значении: «В настоящее время она обратилась в важнейший раздел прикладной аэродинамики. Ее успех объясняется многими причинами. Во-первых, эта теория дала четкие ответы на целый ряд фундаментальных вопросов, интересующих авиаконструктора: какова наивыгоднейшая форма крыла, как влияют друг на друга крылья биплана, каково влияние крыльев на хвост самолета, насколько точны опыты в аэродинамических трубах, как влияют стенки трубы на результаты опытов и т. д. Во-вторых, эта теория привлекает инженеров своей простотой и наглядностью» [67. с. 3].
Распространение теории индуктивного сопротивления оказало большое влияние на развитие конструкции самолетов. В частности, осознание конструкторами взаимосвязи удлинения крыла и подъемной силы привело к середине 20-х годов к полному отказу от самолетов с тремя и более крыльями, способствовало распространению схемы моноплан в тяжелой авиации.
В 20-е годы прошла экспериментальную проверку и получила дальнейшее развитие теория пограничного слоя, основы которой Л. Прандтль создал еще до первой мировой войны. Многочисленные опыты показали, что возможны два вида обтекания тела потоком — турбулентное и ламинарное. В первом случае поток представляет собой систему вихрей, во втором случае линии тока параллельны омываемой потоком поверхности, причем скорость потока уменьшается по мере приближения к поверхности; коэффициенты трения в случае ламинарного или турбулентного обтекания существенно отличаются. Теория, подтвержденная тонким экспериментом, сумела объяснить природу срыва потока: было установлено, что это явление происходит при превышении критической толщины пограничного слоя, когда из-за большого градиента давлений воздушный слой отрывается от поверхности крыла. Связь теории с практикой прежде всего проявилась в совершенствовании форм предкрылков, капотов. Позднее, в 30-е годы, развернулись работы по созданию средств управления пограничным слоем, появились так называемые ламинарные профили. Подробнее об этом будет рассказано в четвертой главе.
Мировой опыт проектирования авиационных профилей, накопленный в годы первой мировой войны и в первые послевоенные годы нашел воплощение в виде атласов профилей, на основе которых разработчики самолетов могли заранее выбрать оптимальный для их целей тип крыльевого профиля. В СССР первый такой справочник появился в 1932 г. [68].
К началу 20-х годов типичными профилями были выгнутые, отмечалось увлечение профилями Жуковского типа инверсии параболы. Однако к середине этого десятилетия недостатки профилей большой кривизны — значительное перемещение центра давления в зависимости от угла атаки, большое С% проф — были признаны достаточно серьезными, и началось применение более «спокойных» плоско-выпуклых профилей типа Геттинген-436 и Кларк-Y. Появились lаже профили, в которых положение центра давления практически не менялось с изменением угла атаки. Они получили название безмоментных профилей.
Исследование характеристик крыльевых профилей велось в аэродинамических трубах. В годы первой мировой войны лучшей была аэродинамическая труба Геттингенского института (Германия). Она имела круглое сечение с диаметром рабочей части 2,26 м, максимальная скорость потока составляла 58 м/с. Посте войны появились более совершенные трубы. Построенная в ЦАГИ в 1926 г. труба имела максимальное поперечное сечение рабочей части 6 м и скорость потока 30 м/с; при уменьшении сечения до 3 м скорость достигала 75 м/с. В то время это была самая большая аэродинамическая труба в мире. В 1927 г. в лаборатории им. Ленгли НАКА (NACA — Совещательный комитет по аэронавтике США, аналог нашего ЦАГИ) воздвигли трубу диметром 6,1 м со скоростью потока 47 м/с [73, с. 41–45]. Она предназначалась, главным образом, для испытаний натурных воздушных винтов и изучения их влияния на сопротивление мотогондолы, крыла и фюзеляжа.
Принципиальным новшеством в развитии авиационного экспериментального оборудования стало создание аэродинамической трубы переменной плотности. Благодаря применению сжатого воздуха удавалось изменять число Рейнольдса[15] и таким образом достичь большей достоверности результатов. Идея создания такой трубы принадлежит немецкому ученому М. Мунку, после первой мировой войны переехавшему в США. Первая труба переменной плотности была построена в 1923 г. в НАКА [74, с. 21].
Изучение характеристик крыльев и разработка профилей с более стабильными моментными характеристиками способствовали улучшению устойчивости самолетов. Теория индуктивного сопротивления позволила численно оценить влияние крыла на работу хвостового оперения, в результате выбор параметров последнего дел алея уже не эмпирически, а на научной основе. К концу 20-х годов одно из непременных условий устойчивости — передняя центровка — стало общеизвестным в самолетостроении, появилось понятие запаса устойчивости [69]. Раньше это часто не соблюдалось. Например, первый советский истребитель-моноплан ИЛ-400, потерпевший аварию при испытаниях в 1923 г., имел центровку 52 % средней аэродинамической хорды [20, с. 328].
Изучение явления штопора самолета, начатое в годы войны, приобрело большую актуальность в 20-е годы. По мере характерных для развития авиации увеличения нагрузки на крыло самопроизвольный штопор случался все чаше. Экспериментальные и теоретические исследования позволили выявить целый ряд факторов, влиявших на склонность самолета к штопору — положение центра тяжести, профиль крыла, расположение и площадь рулей и оперения и др. [70; 71 |. В результате были разработаны некоторые общие конструктивные рекомендации, однако никаких определенных указаний по проектированию отдельных типов самолетов выработать не удалось, т. к. выбор схемы и даже незначительные изменения в конструкции иногда очень сильно влияли на характер протекания штопора.
В основу прочностных расчетов самолетов были положены нормы прочности, разработанные в Германии в 1916–1918 гг. Созданные на основе замера сил, действующих на самолет в полете, они регламентировали запас прочности в зависимости от типа самолета и вида нагрузки. После войны в разных странах (Англия, СССР, США, Франция) проводилось уточнение норм путем летных экспериментов и более детальной разбивки самолетов по группам, было введено общепринятое сейчас понятие «коэффициент безопасности» [72]. Расчет на прочность основывался на общеинженерных методах расчета ферменных конструкций, участие обшивки в восприятии нагрузок не принималось во внимание, даже если это была металлическая обшивка.
По мере развития скоростных качеств самолетов и уточнения действующих на самолет нагрузок расчетная величина разрушающей перегрузки постоянно возрастала: 1912 г. — 3; 1914 г. — 4; 1918 г. — 8; 1923 г. — 12 [72]. Однако постепенно совершенствующаяся методика статического расчета позволила сохранить относительный вес конструкции в пределах 0,30-0,35.
Обобщение и развитие научных данных, полученных в годы первой мировой войны, оказало существенное воздействие на прогресс самолетостроения. Если в начале века проводился лишь проверочный расчет — полетит ли самолет, то позднее в практику конструкторской работы вошел предварительный аэродинамический расчет. Это оказало влияние на выбор схемы и параметров самолета, типа и мощности двигателя и т. д. Эмпирический подход в конструировании начал уступать место научно-обоснованному проектированию.
Как известно, основной дилеммой для авиаконструктора является выбор соотношения между весом и аэродинамикой летательного аппарата. Оба фактора имеют большое влияние на летные характеристики самолета. Однако, если улучшение полетных свойств благодаря уменьшению веса конструкции не зависит от скорости, то влияние аэродинамического «облагораживания» пропорционально квадрату скорости воздушного потока: с
В 20-е годы авиация стала играть заметную роль не только в военной сфере, но и в мирной жизни. Кроме пассажирских и почтовых перевозок самолеты начали использовать в медицине как транспортное средство для срочной врачебной помощи, сельском хозяйстве (опыление посевов), для тушения лесных пожаров, для спасения людей на море, для географических и метеорологических исследовании. Во многих странах авиапромышленность стала одной из основных технических отраслей. Особенно интенсивно развитие авиационного производства происходило во второй половине 20-х годов. Только за 1925–1929 гг. в мире было построено более 50 тысяч самолетов, 3/4 из них составляли военные машины [76, с. 579]. Затраты на авиацию в 1930 г. составляли: в Англии — 8202 тыс. фунтов стерлингов (около 200 млн. рублей по курсу того времени), во Франции — 750 млн. франков (100 млн. руб.), в США — 38549 тыс. долларов (190 млн. руб.) [1, с. 61].
Если вначале развитие авиации основывалось на достижениях других видов техники (двигателестроение, судостроение и т. д.), то в 20-е годы авиационная техника сама начала оказывать влияние на общий научно-технический прогресс. Успешное продвижение авиации требовало развития новых специальных производств, создания новых материалов. Впоследствии эти новшества находили применение во многих областях техники. Так, например, в 20-е — 30-е годы авиационные материалы — дюраль, высокопрочные легированные стали — были использованы в транспортном машиностроении (корпуса кораблей, автомобилей, вагонов) и в станкостроении. Результаты авиационных аэродинамических исследований начали применять при создании скоростного наземного транспорта, при проектировании крупных зданий и инженерных сооружений. Методы прочностного расчета, позволявшие создавать прочные и легкие конструкции, стали использовать во многих областях общего машиностроения. Это лишь некоторые примеры.
Если сравнивать послевоенное пятнадцатилетие с другими этапами в истории авиации, его можно охарактеризовать, в целом, как этап экстенсивного развития. И все же, как следует из данной главы, это был заметный шаг в эволюции авиационной техники.
Условием прогресса техники является опережающее развитие научно-исследова- тсльской деятельности. В 20-е годы авиация развивалась, главным образом, на основе научных достижений периода первой мировой войны. В свою очередь, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, проводившиеся в 20-е годы, создали предпосылки для качественного скачка в эволюции самолетов в 30-е годы. Данная глава посвящена истории научных открытий и технических изобретений, оказавших революционное влияние на прогресс в авиационной технике в первой половине 30-х годов.
Как известно, в 20-е годы в конструкции самолетов использовались три основных типа обшивки: а) полотняная, не предназначенная для восприятия нагрузок; б) тонкая металлическая гофрированная поверхность, способная выдерживать только нагрузки на кручение; в) фанерная обшивка, которая, наряду с нервюрами и лонжеронами, участвовала в восприятии всех видов нагрузок в полете («работающая обшивка»).
Гладкая работающая обшивка, в отличие от гофра, не увеличивала общую («смачиваемую») поверхность и, по сравнению с полотном, не провисала и не образовывала неровностей, а участие в восприятии нагрузок должно было обеспечивать меньший вес внутренней силовой конструкции. Однако на практике происходило по другому: из-за отсутствия надежных методов расчета тонкостенной подкрепленной оболочки (чем, с точки зрения прочнистов, является крыло с работающей обшивкой) ее вес оказывался намного больше, чем в случае использования полотняной или тонкой гофрированной металлической поверхности. Именно поэтому основоположник применения фанерной обшивки в авиастроении А. Фоккер на своих самолетах употреблял работающую обшивку только в конструкции крыла, фюзеляж же имел легкую полотняную обтяжку.
Первый шаг в развитии расчетов авиационной оболочечной конструкции был сделан во второй половине 20-х годов, когда научный сотрудник фирмы Рорбах Г. Вагнер создал «теорию диагональных напряжений». Согласно выводам Вагнера, подкрепленная по контуру металлическая пластина способна воспринимать возникающие в ней диагональные нагрузки даже после потери устойчивости и, следовательно, нет необходимости в применении очень частого подкрепляющего силового набора в виде нервюр и стрингеров [1]. В начале 30-х годов теория Вагнера получила дальнейшее развитие в работах немецкого ученого Т. фон Кармана, после войны работавшего в США. Карман вывел ряд формул для оценки предельных напряжений в полумонококовой конструкции, пригодных для инженерных расчетов. Правда, из-за ряда допущений в формулах расчеты приходилось проверять экспериментальным методом [2, с. 28–29].
Уточнению теоретических методов расчета свободнонесущего крыла с обшивкой, участвующей в восприятии нагрузок, способствовали исследования сотрудника НАКА П. Куна и нашего соотечественника В. Н. Беляева. Кун установил зависимость распределения напряжений в обшивке от внутренней силовой конструкции, а Беляев дал новый метод расчета свободнонесущего крыла и ввел понятие редукционного коэффициента, позволяющего привести все сечения крыла к материалу с единым модулем упругости [3, с. 75; 4, с. 300].
Новый взгляд на механизм восприятия нагрузок тонкостенной оболочкой способствовал распространению работающей обшивки в самолетостроении, т. к. выводы ученых свидетельствовали о том, что местная потеря устойчивости в обшивке не представляет опасности разрушения, и конструкция может быть легче, чем полагали прежде.
Пионером новых форм в самолетостроении стал американский конструктор Д. Нортроп. В 1927 г. он, работая на фирме Локхид, создал почтово-пассажирский самолет «Вега». Самолет имел свободнонесушее крыло и монококовый фюзеляж с фанерной обшивкой. Применение круглого фюзеляжа-монокока позволяло при тех же габаритных размерах примерно в полтора раза уменьшить площадь миделевого сечения по сравнению с распространенным тогда фюзеляжем с плоскими стенками, минимизировать величину «смачиваемой» поверхности и. в результате, уменьшить коэффициент лобового сопротивления самолета. «Вега» с успехом принимала участие во многих состязаниях, строилась в серии [5, с. 482].
В начале 30-х годов появились первые металлические самолеты с гладкой работающей обшивкой — Нортроп «Альфа», Локхид «Сириус» и др. В отличие от «Веги», они имели пол у монококовую конструкцию: тонкий металлический лист требовал больше стрингеров, нервюр и шпангоутов, чем более жесткая фанерная обшивка. Из-за отсутствия гофра аэродинамическое качество этих самолетов было намного выше, чем у пассажирских «Юнкерсов» и «Фордов» 20-х годов.
Применение работающей обшивки позволило уменьшить относительную толщину свободнонесущего крыла. Воспринимающая изгибные напряжения обшивка дала возможность разгрузить лонжероны, а это означало, что при той же толщине полок строительная высота лонжерона, определявшая толщину крыла, могла быть уменьшена. В 30-е годы относительная толщина профиля монопланного крыла уменьшилась с 18–22 % до 14–15 %. Таким образом, внедрение работающей обшивки в авиастроении способствовало уменьшению как сопротивления трения, так и профильного сопротивления крыла.
Переход к более совершенным аэродинамическим формам самолетов обеспечил повышение их характеристик в полете, однако одновременно возникли трудности при заходе на посадку. С увеличением аэродинамического качества посадочная глиссада становилась все более пологой, а это создавало сложности при расчете точки касания аэродрома, затрудняло посадку в случае, если аэродром окружали горы, высокие деревья или здания. Таким образом выяснилось, что даже такая безусловно желательная величина как аэродинамическое качество имеет свои неблагоприятные стороны.
Поэтому на самолетах начали применять специальные поверхности на крыле для увеличения подъемной силы и лобового сопротивления при посадке. Аэродинамическое качество при отклоненных посадочных поверхностях снижалось, траектория посадки становилась более крутой, и приземлить самолет было проще.
Самым ранним типом посадочной механизации является обычный (нещелевой) закрылок. Он появился как видоизменение элерона. При отклонении вниз закрылок повышает подъемную силу и сопротивление крыла за счет увеличения кривизны профиля. Первые опыты с такими устройствами проводились в Англии еще до первой мировой войны. В 1914–1916 гг. в России Ф. Ф. Терещенко вел работы по созданию самолета с изменяемой кривизной задней части профиля крыла [6. с. 121–122]. Эксперименты показали прирост подъемной силы при отклонении закрылка, однако в те годы необходимости в посадочной механизации еще не было, и эксперимент так и остался экспериментом.
Как уже известно читателю, вскоре после первой мировой воины были изобретены щелевые предкрылки, позволившие улучшить срывные характеристики самолета. Это изобретение привело к появлению нового вида закрылка — щелевого. Опыты со щелевым закрылком начались практически одновременно в двух странах — Англии (Г. Хилл, фирма Хендли-Пейдж, 1920 г.) и Германии (О. Мадер, фирма Юнкерс. 1919–1921 гг.) [7, с. 81]. Благодаря дополнительной циркуляции эффективность щелевого закрылка была выше, чем обычного, особенно в случае крыла толстого профиля. Но нагрузки на крыло в начале 20-х годов были небольшие, аэродинамическое качество — невысокое и нужды в посадочной механизации не было. Хотя компания Юнкерс начала эксперименты со щелевыми закрылками сразу после войны. впервые такой закрылок появился на самолетах этой фирмы только в 1930 г. (Ju-52).
Одновременно с появлением щелевых закрылков в начале 20-х годов в США был изобретен расщепляющийся закрылок или щиток. Авторы этой конструкции — О. Райт и Д. Якобе [7, с. 82]. По степени увеличения коэффициента подъемной силы щиток занимал промежуточное место между обычным и щелевым закрылками. Однако он был проще но конструкции и легче по весу, а благодаря образованию разрежения за щитком после его раскрытия создавался значительный прирост воздушного сопротивления, что и требовалось для облегчения посадки на пассажирских самолетах с совершенными аэродинамическими формами.
В начале 30-х годов посадочные щитки были установлены на американских монопланах Нортроп «Гамма» и Локхид «Вега». Вскоре они стали применяться на самолетах других стран. В СССР впервые это сделали в 1933 г. в качестве эксперимента, расположив щитки вдоль задней кромки крыла легкого самолета А. С. Яковлева АИР-4. В годы второй мировой войны посадочные шитки имелись на большинстве наших боевых самолетов [4, с. 361].
С переходом на металлическую работающую обшивку вес конструкции возрос, т. к. для восприятия всего разнообразия нагрузок толщина металлического листа должна была быть больше, чем в случае гофрированной обшивки. Для компенсации этого недостатка конструкторы шли на уменьшение площади крыла. Однако увеличение нагрузки на площадь неизбежно вело к росту посадочной скорости. Поэтому с начала 30-х годов от посадочной механизации требовалось не столько уменьшение аэродинамического качества, сколько создание дополнительной подъемной силы.
Новое требование предопределило применение в авиации в 30-е годы так называемых закрылков Фаулера. Специфика этого приспособления заключалась в том, что закрылок выдвигался из крыла, создавая таким образом прирост подъемной силы не только за счет увеличения кривизны профиля, но и за счет увеличения площади крыла. В результате улучшения несущих свойств Су крыла оказывалось заметно больше, чем при применении других видов посадочной механизации.
X. Фаулер, американский инженер и изобретатель, пришел к окончательному варианту выдвижного закрылка в 1924 г. В 1927–1929 гг. он на собственные средства испытал свое изобретение на самолетах. Было установлено, что выдвижной закрылок с относительной хордой и размахом соответственно 40 % и 60 % увеличивает площадь крыла на 22 % и обеспечивает Су макс = 2,82 [8]. Однако из-за отсутствия большой потребности в увеличении Су нос в те годы и сложности закрылков Фаулера по сравнению с другими типами посадочной механизации эти эксперименты не вызвали особого интереса. Только несколько лет спустя, когда аэродинамические продувки и летные испытания подтвердили, что закрылки Фаулера являются наиболее эффективным средством увеличения подъемной силы и, когда было установлено, что при небольших углах отклонения они обладают малым сопротивлением и, следовательно, могут использоваться не только при посадке, но и при взлете, этот вид механизации крыла нашел применение в самолетостроении. Первыми серийными самолетами с закрылками Фаулера были немецкие Физилер Fi-97 (1934 г.) и Мессершмитт Ме-108 (1934 г.), а также двухмоторный американский самолет Локхид-14 (1937 г.).
По образцу закрылков Фаулера в СССР в ЦАГИ в 1936 г. был разработан выдвижной закрылок. Он отличался отсутствием направляющих в механизме выдвижения и уборки, что, по мнению разработчиков, должно было обеспечить большую надежность этого посадочного устройства |9 J. Выдвижной закрылок ЦАГИ применялся на известном советском бомбардировщике периода второй мировой войны Пс-2 и ряде экспериментальных военных самолетов 1939–1942 гг.
Особенно большой эффект посадочные закрылки давали в сочетании с отклонением предкрылков. Это было установлено во время конкурса на самый безопасный самолет, проводившегося в США в 1929 г. по инициативе Д. Гуггенхейма. Победитель этих состязаний, самолет Г. Кертисса «Танеджер», имел посадочную скорость при отклоненных закрылках и предкрылках всего 48 км/ч, при максимальной скорости полета 180 км/ч [10, с. 148].
Посадочная механизация крыла является одним из примеров преждевременных изобретений в авиации. Появившись еще до первой мировой войны, она получила распространение только через два десятилетия, когда возникла необходимость изменять аэродинамические свойства крыла в зависимости от режима полета. С середины 30-х годов щитки и закрылки стали обычными компонентами тяжелых многомоторных самолетов, часто применялись и на одномоторных машинах.
В 20-е годы в авиации широко использовались звездообразные двигатели воздушного охлаждения. Благодаря применению новых материалов и улучшению формы оребрения цилиндров удалось создать стационарные моторы большой мощности — свыше 500 л.с. По сравнению с двигателями водяного охлаждения они имели меньший удельный вес, были проще по конструкции, дешевле. Недостатком двигателей воздушного охлаждения являлось большое аэродинамическое сопротивление из-за выступающих в поток плохообтекаемых цилиндров с оребрением и большего миделя такого мотора. Так, коэффициент лобового сопротивления звездообразного двигателя «Юпитер-6» равнялся 0,760 [11, с. 247], тогда как для мотора с водяным охлаждением эта величина составляла только 0,045 (Испано-Сюиза 12 Ybrs) 112, с. 419].
В начале 20-х годов, когда скорость большинства самолетов не превышала 200 км/ч, с этим недостатком двигателя воздушного охлаждения еще можно было мириться. Однако по мере роста скорости летательных аппаратов и облагораживания их внешних форм доля аэродинамического сопротивления звездообразных двигателей стала весьма заметной. Попытки улучшить обтекаемость путем установки обтекателя на корпус коленвала и основания цилиндров (истребители Бристоль «Бульдог», И-5 и др.) не дали большого результата, т. к. основным источником сопротивления являлись оребренные головки цилиндров.
Во второй половине 20-х годов проводились опыты по применению индивидуальных обтекателей цилиндров (самолеты Блекберн «Линкок», Авиа ВН-33, Боинг Р-12). Однако этот способ оказался малоэффективным — Схо снизился только на 7 % 111, с. 247 |. К тому же, установка обтекателей за цилиндрами нередко приводила к перегреву двигателя.
Успех был достигнут на пути создания кольцевых капотов, полностью закрывающих двигатель. Напомню, что в эпоху применения ротативных двигателей такие капоты с вырезом в нижней части для обдува воздухом вращающихся цилиндров применяли на многих самолетах. В 20-е годы ротативные двигатели заменили стационарными и для надежного охлаждения цилиндров от капотов пришлось отказаться. Правда, в 1922 г. американский авиаконструктор В. Кларк применил цилиндрический капот-обтекатель на гоночном самолете Дайтон-Райт XPS-1 с двигателем воздушного охлаждения [7, с. 62], но из-за недоведенности двигателя испытания самолета были неуспешными.
В 1927 г. сотрудник Национальной физической лаборатории (NPL) в Англии Г. Тауненд занимался изучением обтекания тел, наподобие фюзеляжа-монокока или корпуса дирижабля. Он обнаружил, что при расположении кольцевой поверхности у передней части исследуемого тела суммарное аэродинамическое сопротивление уменьшается. Проходя через кольцо, поток ускорялся, а увеличение скорости обтекания препятствовало преждевременному отрыву потока и образованию вихрей. На основе этого открытия он разработал конструкцию обтекателя цилиндров звездообразного двигателя в форме узкого кольца. Этот тип капота получил название «кольцо Тауненда».
Применение кольца Тауненда позволяло уменьшить сопротивление двигателя примерно на 15 % [11, с. 248], при этом не возникало проблем с перегревом силовой установки. В 1930–1931 гг. обтекатели Тауненда были приняты в самолетостроении многих стран.
Одновременно с Таунендом изучением наилучшей формы обтекателя для авиационного двигателя воздушного охлаждения занимался американский экспериментатор Ф. Вейк. В результате опытов в натурной аэродинамической трубе в одном из научных центров НАКА в 1927 г. он нашел форму капота, позволявшую почти вдвое уменьшить лобовое сопротивление двигателя [11, с. 248]. Этот тип капота получил известность как капот НАКА. В отличие от кольца Тауненда, он полностью закрывал двигатель (рис. 2.1).
Капотирование двигателей воздушного охлаждения позволило уменьшить коэффициент лобового сопротивления силовой установки до величины того же порядка, что и на двигателях с водяным охлаждением. Вместе с тем. двигатели воздушного охлаждения были проще, легче, надежнее и дешевле, чем двигатели водяного охлаждения, т. к. отсутствовала водяная рубашка, радиатор и другие агрегаты системы охлаждения, не надо было заботиться о дол иве или замене охлаждающей жидкости, не было опасности остановки в полете двигателя из-за неисправности в системе охлаждения. Все это предопределило преобладающее использование звездообразных двигателей воздушнот охлаждения в авиации в 30-е годы.
Надо сказать, что вначале нашлось немало специалистов, которые были против применения капота НАКА на самолетах. Говорили, что установка капота ограничит обзор из кабины пилота, возникнут трудности с осмотром и ремонтом двигателя [13. с. 15]. Нередко предпочтение отдавалось применению кольца Тауненда, хотя аэродинамическая эффективность капота НАКА была намного выше. Но. как всегда случается, практический опыт победил эмоции и предположения. В 1929 г. капот НАКА с успехом прошел испытания на одномоторном почтово-пассажирском самолете Локхид «Вега» 5С, которые показали беспочвенность приведенных выше опасений. Благодаря закрытому капотом двигателю этот самолет обладал очень малым аэродинамическим сопротивлением (Схо=0.0278), что позволило пилоту Ф. Хоуку выполнить на «Веге» беспосадочный перелет через Соединенные Штаты от одного берега до другого за рекордно короткое время — 18 часов 13 минут [13, с. 16].
При попытке закапотировать двигатели на многомоторных самолетах конструкторы и ученые столкнулись с неожиданной проблемой. Когда капоты НАКА установили на трехмоторном пассажирском «Форде», выяснилось, что это мероприятие практически никак не повлияло на аэродинамическое сопротивление машины. Аэродинамические опыты в трубах показали, что капотирование дает положительный эффект только в том случае, если двигатель расположен в носу фюзеляжа или на передней кромке крыла[16]. Этот вывод оказал влияние на принципы проектирования будущих многомоторных самолетов.
К середине 30-х годов капоты НАКА стали непременной частью конструкции военных и пассажирских самолетов. Благодаря капотированию двигателей воздушного охлаждения максимальная скорость полета возросла на 6-10 %.
В период первой мировой войны 1914–1918 гг. и в первые послевоенные годы из-за плохих аэродинамических форм самолетов доля сопротивления шасси в общем сопротивлении летательных аппаратов была невелика — 10–15 %. Потеря скорости из-за выступающих под фюзеляж колес составляла 3–5 %, т. е. 3–7 км/ч при V
Первым шагом в усовершенствовании внешних форм шасси был переход от схемы с неразрезной осью к шасси пирамидального типа, в которых общая поперечная ось отсутствовала. Но расположенные в потоке стойки с амортизаторами и колеса по- прежнему служили источником большого сопротивления. Поэтому на шасси начали устанавливать обтекатели: вначале на стойки, а затем и на колеса. Одними из первых самолетов с обтекателями колес были американские Локхид «Сириус» и «Вега» (1930 г.). В начале 30-х годов обтекатели колес стали применяться на спортивных самолетах: АИР-7 А. С. Яковлева и американском гоночном Веделл-Вильямс-44, а также на военных машинах (истребитель И-5 Н. Н. Поликарпова и др.). Установка обтекателей на шасси безосного типа позволила уменьшить сопротивление последнего на 25–30 % [15, с. 53].
Однако окончательное решение проблемы могло быть получено только в случае применения убирающегося в полете шасси. Ведь шасси используется только на коротком этапе взлета и посадки, все остальное время оно является источником ненужного сопротивления.
Идея убирающегося шасси возникла много веков назад — естествоиспытатели древности могли видеть, что птица, поднявшись в воздух, подтягивает вверх лапки и прижимает их к телу. Еще в XVI веке Леонардо да Винчи в проектах орнитоптеров предлагал убирать опоры после валета. В XIX столетии убираемое шасси предусматривалось в проектах самолетов Ф. дю Тампля, А. Пено, С. С. Неждановского и др. [16].
Однако на практике все было намного сложнее. Во-первых, надо было найти место куда убирать колеса и стойки. Во-вторых, требовалось обеспечить высокую надежность работы механизма уборки и выпуска шасси, ведь от этого зависела безопасность полета: посадка с невыпущенными колесами или, еще хуже, приземление с только одним выпущенным колесом была чревата самыми тяжелыми последствиями. Наконец, в-третьих, наличие механизма уборки и выпуска вело к увеличению общего веса конструкции, росту стоимости самолета, и надо было быть уверенным, что эти издержки оправдают выгоды от применения убирающегося шасси.
Впервые убирающееся шасси нашло применение на гоночных самолетах, для которых уменьшение лобового сопротивления было особенно важно. 11а рис. 2.2 показан американский спортивный скоростной моноплан Дайтон- Райт R В-1, построенный в 1920 г. для участия в воздушных гонках на приз Гордон-Беннета. В связи с расположением крыла в верхней части фюзеляжа было решено задвигать колеса в боковые стенки фюзеляжа. Уборка колес происходила вручную из кабины с помощью троса и ворота. К гоночным самолетам 20-х годов с убирающимся шасси относятся также американский «Вервилл-Сперри», английский самолет фирмы Бристоль [15, с. 72].
Несмотря на то, что убирающееся шасси прошло проверку на гоночных самолетах в начале 20-х годов, оно долгое время не имело практического применения. Причинами этого было отсутствие удачных схем уборки, неуверенность в безотказности действия механизма подъема и опускания колес, сложность уборки и выпуска шасси вручную, особенно на одноместном самолете. Да и небольшие скорости полета, характерные для первого послевоенного десятилетия, мало способствовали воплощению этого новшества в жизнь.
Иногда для специальных целей делали сбрасываемое шасси. Например, в 1927 г. французские летчики Нунжессери Копи при попытке перелета из Европы в Америку применили такое шасси на своем самолете. Шасси должно было быть сброшено после окончания полета над сушей, а посадку у берегов Америки предлагалось осуществить на воду, для чего фюзеляж был сделан водонепроницаемым. Благодаря сбросу шасси организаторы перелета надеялись «убить сразу двух зайцев» — уменьшить аэродинамическое сопротивление и снизить вес самолета. Но полет закончился трагически — самолет и оба летчика пропали без вести над Атлантическим океаном [17. с. 58].
Толчком для развития убирающегося шасси послужило появление в 1930 г. в США скоростных гражданских самолетов с гладкой работающей обшивкой, усовершенствованными капотами двигателей. В связи с тем, что фюзеляж был занят полезной нагрузкой и убирать туда колеса было нельзя, для облегчения задачи уборки шасси вместо верхнерасположенного крыла конструкторы самолетов стали применять схему низкоплан. Первым таким самолетом стал Боинг «Мономейл» (1930 г.). Колеса вместе со стойками убирались в нижнюю поверхность крыла путем поворота вбок на 90°. Впоследствии эта схема уборки стала основной в авиастроении. В 1932 г. убирающееся шасси начали применять на почтово-пассажирских самолетах фирмы Локхид, в конструкции бомбардировщиков фирм Боинги Глеин-Мартин, а еще через два года такое шасси становится привычным на тяжелых самолетах. В случае расположения двигателей на крыле колеса обычно убирались в заднюю часть мотогондолы.
Труднее происходило введение убирающегося шасси на самолетах-истребителях, т. к., в отличие от пассажирских и транспортных машин, на многих из них еще применялось бипланное крыло, толщина которого была недостаточна для размещения там колес. Поэтому на первых истребителях шасси обычно приходилось убирать в фюзеляж, примерно как на описанном выше гоночном самолете Дайтон-Райт R В-1, В частности, такая схема уборки колес применялась на американских истребителях фирм Кертисс и Грумман, впервые поднявшихся в воздух в 1932 г. В СССР первыми истребителями с убирающимся шасси были И-М (АНТ-31), сконструированный П. О. Сухим под общим руководством А. Н. Туполева, и И-16 Н. Н. Поликарпова (оба — 1933 г. постройки). По сравнению с американскими, эти самолеты имели более совершенную схему с низкорасположенным свободнонесущим крылом, в которое и убиралось шасси.
Первое время летчики настороженно относились к описываемому новшеству, опасаясь, что в нужный момент механизм выпуска колес не сработает. По этой причине иногда делали так называемое полу убирающееся шасси или шасси «с подтягом». Например, на известном пассажирском самолете Дуглас DC-3, появившемся в 1935 г., колеса не до конца убирались в мотогондолы, выступая примерно на полметра. В результате в случае отказа механизма выпуска шасси пилот сажал бы самолет не на «брюхо», а на колеса.
Полуубирающееся шасси просуществовало недолго, т. к. выступающие колеса вызывали дополнительное сопротивление в полете. В 30-е годы в результате усовершенствования механизмов выпуска и уборки (они стали приводиться в действие электричеством, гидравликой или сжатым воздухом) и появления специальных «аварийных» систем выпуска вероятность отказа привода шасси стала очень мала, и к моменту начала второй мировой войны практически все военные и коммерческие самолеты имели полностью убираемое шасси.
История внедрения винтов изменяемого шага в практику самолетостроения имеет много общего с историей начала применения убирающегося шасси и закрылков. И то, и другое, и третье было изобретено еше на заре авиации, но вошло в практику только в 1930-е годы, когда скорость самолетов возросла настолько, что возникла насущная необходимость «перенастраивать» конструкцию в зависимости от режима полета. При этом внедрение нового происходило в условиях критики со стороны консервативно настроенных инженеров и ученых, считавших эти нововведения не только бесполезными, но и опасными.
Винтом изменяемого шага (ВИШ) называется пропеллер, лопасти которого могут поворачиваться вокруг продольной оси для изменения угла атаки, т. е. «шага» винта. В отличие от крыла, угол атаки лопасти зависит от числа оборотов двигателя и скорости полета. От того, насколько отличается этот угол от оптимального, зависят полезная мощность двигателя и тяга пропеллера. Стремление свести к минимуму это расхождение и улучшить тем самым тяговые характеристики силовой установки и привело к началу работ по замене винта с фиксированными лопастями винтом изменяемого шага.
Первые предложения о применении винта изменяемого шага на самолете появились еще в 70-е годы прошлого века [16, с. 35–36]. В 1910 г. русский техник-самоучка Л. В. Школин применил ВИШ на самолете собственной конструкции, но отсутствие средств не позволило ему довести эти работы до стадии летных испытаний [18, с. 44]. Были и другие проекты, но интереса они не вызвали: диапазон скоростей первых самолетов был очень небольшим, и использование винта изменяемого шага не привело бы к заметному улучшению летных качеств.
Во время первой мировой войны скорость и высота полета самолетов значительно возросли. Это послужило импульсом к применению ВИШ в авиации. В Германии в 1918 г. профессор Г. Рейснер установил пропеллеры с поворотными лопастями на многомоторном высотном бомбардировщике R-30. В Англии на Королевском авиационном заводе (RAF) в 1917–1918 гг. проводились опыты по применению ВИШ на однодвигательных самолетах ВЕ-2с и RE-8. Лопасти могли поворачиваться на угол 10°. Эксперименты с ВИШ велись также в Канаде и США[7, с. 72; 19, с. 258–259].
Летные исследования продемонстрировали аэродинамические преимущества винтов изменяемого шага. Вместе с тем выяснилось, что при увеличении мощности двигателей применяемый в те годы механический привод изменения угла установки лопастей из-за интенсивного износа быстро выходит из строя. Кроме этого, с ростом мощности силовой установки нагрузки на рукоятке управления шагом винта становились недопустимо велики.
Выход был найден в замене механического привода гидравлическим. Практические работы в этой области начались в Англии вскоре после войны. Их возглавили профессор Хеле-Шоу и Т. Бичем. В 1924 г. они получили патент № 250292 на гидравлический привод управления лопастями воздушного винта, причем изменение шага должно было происходить автоматически, в зависимости от режима полета при неизменных оборотах двигателя. Такой винт получил название ВИШ-автомат или винт постоянных оборотов.
Идея Хеле-Шоу и Бичема не встретила понимания и поддержки. Являясь приверженцами нескоростного самолета-биплана, английские авиаконструкторы не видели необходимости в отказе от обычного пропеллера. Так считали и многие ученые. Например, два крупнейших английских специалиста по проектированию воздушных винтов — Э. Лайнам из Авиационного научно-исследовательского института (R АЕ) и Г. Уотте (фирма Metal Propellers) были единодушны во мнении, что больший вес конструкции винта изменяемого шага сведет на нет все его аэродинамические достоинства [20].
Создание ВИШ типа Хеле-Шоу-Бичема задержалось также из-за ряда технических проблем. Для снижения весовых издержек предполагалось использовать пустотелые стальные лопасти, но они оказались недостаточно прочными, при испытаниях часто происходили поломки. Только после того, как их заменили на сплошные алюминиевые лопасти, неприятности прекратились. Неблагоприятно влияли на темп работ и финансовые трудности на фирме Глостер, взявшейся за внедрение конструкции Хеле-Шоу-Бичема в практику.
В результате всех этих неурядиц промышленный выпуск ВИШ-автоматов английской конструкции начался только в 1937 г. Начав первой, Англия в середине 30-х годов была вынуждена производить винты изменяемого шага по купленной в США лицензии.
Стимулом к разработке ВИШ в США послужило появление в конце 20-х годов скоростных монопланов. По сравнению с бипланами периода первой мировой войны и первых послевоенных лет диапазон скоростей этих самолетов был примерно в полтора раза больше. После применения в авиации закрылков разница между минимальной и максимальной скоростями еще больше возросла. В результате винт фиксированного шага, оптимизированный для взлетного режима, терял до 35–40 % своей мощности при полете на максимальной скорости, и наоборот, винт, спроектированный для режима V макс, работал с неполной тягой на взлете (рис. 2.3). Все это заметно сказывалось на скорости, скороподъемности, длине разбега и других характеристиках.
Пионером производства ВИШ в США стала фирма Гамильтон-Стандарт, одна из первых освоившая в 20-е годы выпуск металлических пропеллеров. Конструктор Ф. Колдуэлл, так же как и английские ученые, остановил свой выбор на ВИШ с гидроприводом, но для облегчения задачи решил изготовить пропеллер с ручной регулировкой шага. С помощью особой рукоятки летчик мог установить лопасти в два положения — взлет и горизонтальный полет. Благодаря упрощенной конструкции привода и поддержке со стороны американских авиафирм Колдуэлл, начавший работы на несколько лет позже, чем Хеле-Шоу и Бичем, уже в 1930 г. испытал свой пропеллер на самолете, а еще через два года был налажен серийный выпуск ВИШ фирмы Гамильтон-Стандарт. В 1933 г. такие пропеллеры стали устанавливать на двухмоторном пассажирском самолете Боинг-247. Это даю большой эффект: длина разбега сократилась на 20 %, скороподъемность увеличилась на 22 %, крейсерская скорость — на 5,5 %, высота полета при работе только одного двигателя возросла с 600 до 1200 м [7, с. 74]
Пример с Боингом был настолько впечатляющим, что с тех пор все американские авиаконструкторы скоростных самолетов стали применять винты изменяемого шага. Только за первый год производства Гамильтон-Стандарт выпустила около 1000 винтов изменяемого шага [7, с. 75]. В 1934–1935 гг. лицензии на производство ВИШ купили у нее фирмы Де Хевилленд в Англии. Испано-Сюиза во Франции, Юнкерс в Германии.
В 1934 г. фирма Гамильтон-Стандарт произвела опытный образец ВИШ с автоматическим изменением положения лопастей и после двух лет испытаний и доводок начала их серийный выпуск. Автоматизация освободила пилота от утомительной необходимости регулировки режима работы мотора и винта, повысила точность выбора угла установки лопастей.
Конкурентом ВИШ с гидроприводом были винты с электроприводом изменения шага. По сравнению с гидроприводом электропривод имел свои плюсы и минусы: ВИШ с электроприводом не требовал установки дополнительных агрегатов на двигателе (насос и др.), но возникали трудности размещения электромотора внутри втулки винта. В связи с этим внедрение ВИШ с электроприводом происходило параллельно внедрению винтов с гидравлическим управлением, один тип не вытеснял другой.
Первый удачный ВИШ с электроприводом построил канадский инженер У. Терн- булл в 1927 г. В 1928 г. американская фирма Кертисс-Райт купила права на производство таких пропеллеров и стала основным конкурентом Гамильтон-Стандарт. После замены деревянных лопастей алюминиевыми и ряда мелких усовершенствований Кертисс-Райт начала промышленный выпуск ВИШ. Винты с ручным управлением скоро были заменены ВИШ-автоматами. В 1935 г. фирма произвела первые 50 регулируемых пропеллеров для «летающих лодок» ВМС США Консолидейтед PBY «Каталина», с 1937 г. ВИШ фирмы Кертисс-Райт применялись на американских пассажирских самолетах Локхид-14 [7, с. 76].
В 30-е годы ВИШ с электроприводом стали выпускать также европейские компании. Немецкая фирма VDM занялась разработкой такого типа пропеллера в 1933 г., а в 1937 г. начала его промышленное производство. Большинство немецких военных самолетов периода второй мировой войны имело ВИШ фирмы VDM. В отличие от винтов фирмы Кертисс-Райт на немецких самолетах электромотор системы регулировки лопастей был расположен в моторном отсеке, а не во втулке винта. Во Франции выпуск авиационных винтов-автоматов с электроприводом в 1935–1938 гг. наладила фирма Ратье.
Появление винтов изменяемого шага было последним крупным нововведением в конструкции самолетов первой половины 30-х годов — эпохи перехода к скоростной авиации.
Значительный временной интервал между изобретением и его практическим использованием (табл. 2.3) можно объяснить тем, что указанные изобретения были сделаны раньше, чем возникла потребность в них. Применение гладкой металлической обшивки, убираемого шасси, посадочной механизации и т. д. могли дать заметный эффект только на скоростных самолетах, развивающих 300 и более км/ч, а в начале 20-х годов таких самолетов еще не было.
Тот факт, что коренные изменения в конструкции самолетов начались, прежде всего, в гражданской авиации США, объясняется тем, что американская пассажирская авиация, в отличие от военной авиации и авиастроения в других странах, не получала государственных субсидий, и в борьбе за выживание авиационные фирмы незамедлительно применяли любые новшества, способные улучшить качество продукции и повысить се конкурентноспособность на мировом рынке.
В предыдущей главе была изложена история некоторых изобретений в области самолетостроения. В данном разделе будет описано как они воплощались в практику мировой авиации и какое влияние оказали на конструкцию и характеристики самолетов.
Как уже отмечалось, технические новшества впервые нашли практическое применение в гражданской авиации. В таблице 3.1 показана динамика нововведений. На основе этих данных можно выделить 3 этапа в развитии модернизированных пассажирских самолетов (до середины 30-х годов):
— конец 20-х годов-1932 г, — создание одномоторных скоростных самолетов- монопланов с частичным использованием изобретений, направленных на улучшение обтекаемости летательных аппаратов;
— 1933–1934 гг. — появление двухмоторных пассажирских скоростных самолетов. В конструкции большинства из них применены все описанные выше технические изобретения;
— 1934–1935 гг. — создание двухмоторных пассажирских самолетов с повышенной пассажировместимостью.
Рассмотрим подробнее каждый из этих этапов.
Инициатором постройки первых хорошо обтекаемых коммерческих самолетов был молодой американский конструктор Д. Нортроп. В 20-е годы Нортроп работал в мало кому известной тогда авиастроительной фирме Локхид. По собственной инициативе он начал проектировать почтово-пассажирский самолет «Вега» с только что появившимся двигателем воздушного охлаждения Пратт-Уитни «Уосп» мощностью 420 л.с. В 1927 г., состоялся первый полет этого самолета.
Локхид «Вега» представлял собой деревянный свободнонесущий моноплан с верхнерасположенным крылом. От других гражданских самолетов тою времени он отличался гладкой работающей обшивкой и хорошо обтекаемым фюзеляжем цилиндрической формы. Фюзеляж имел полумонококовую конструкцию и был выполнен из нескольких слоев фанеры, склеенных друг с другом под большим давлением.
Не закрытый капотом двигатель, неубираемое шасси, отсутствие посадочной механизации не позволяют отнести Локхид «Вега» к классу пассажирских машин нового поколения. Тем не менее, благодаря хорошему двигателю и обтекаемым формам фюзеляжа, скорость этого самолета была примерно на 50 км/ч больше, чем у других коммерческих самолетов второй половины 20-х годов. Не случайно он получил название «Воздушный экспресс». Самолет мог перевозить 5 человек на расстояние окаю 1000 км с крейсерской скоростью 243 км/ч.
В 1929 г. фирма Локхид выпустила вариант «Вега» 5С (рис. 3.1.), который ознаменовал собой новый шаг в развитии аэродинамически совершенного самолета. На этой машине впервые применили капот NACA, позволивший значительно уменьшить аэродинамическое сопротивление звездообразного двигателя воздушного охлаждения. Уменьшению лобового сопротивления содействовали также обтекатели колес шасси, форма которых, как и форма капота, была выбрана на основе аэродинамических исследований в NACA. В результате указанных мер «Вега» 5С развивала на 30 км/ч большую скорость, чем «Вега» образца 1927 г. Это был первый пассажирский самолет, способный летать со скоростью более 300 км/ч. Коэффициент лобового сопротивления «Веги» 5С равнялся 0.0278, а максимальное аэродинамическое качество составляло 11,4 — величина, мало отличающаяся от аэродинамических параметров современных самолетов с неубираемым шасси [1, с. 83].
Высокие летные характеристики самолета Локхид «Вега» 5С продемонстрировали авиационные перелеты. В 1931 г. летчик В. Пост и штурман Г. Гэтти облетели на «Веге» вокруг земного шара за 8 дней 15 часов и 51 минуту, установив новый рекорд скорости. Через два года В. Пост на том же самолете в одиночку выполнил кругосветный перелет, на этот раз за 7 дней 18 часов 49 минут. В 1932 г. американская летчица Э. Эрхарт пересекла на «Веге» Атлантический океан во время полета из США в Европу и стала первой женщиной, повторившей достижение знаменитого Ч. Линдберга [2, с. 609].
Дальние перелеты принесли самолету известность. Локхид «Вега» стал применяться для перевозок пассажиров на внутренних американских авиалиниях. Он брал на борт 6 человек и мог перевозить их на расстояние 890 км с невиданной по тем временам скоростью.
Между тем Д. Нортроп основал самостоятельную самолетостроительную фирму и занялся проектированием скоростных самолетов-монопланов. В 1930 г. появился самолет Нортроп «Альфа», предназначенный для перевозки пассажиров и почты (рис. 3.2). Он имел два важных усовершенствования по сравнению с описанными выше самолетами марки «Вега». Это, во-первых, цельнометаллическая конструкция с работающей обшивкой. Как известно, в 30-е годы металлическое самолетостроение почти полностью вытеснило деревянное. На смену тихоходным металлическим самолетам с гофрированной обшивкой пришли скоростные монопланы с гладкой работающей обшивкой, имеющие намного меньшее лобовое сопротивление. Нортроп «Альфа» стал первым в ряду этих машин.
Во-вторых, в отличие от «Веги» и большинства других самолетов-монопланов того времени, «Альфа» имела низкорасположенное крыло. С появлением на самолетах убираемого шасси такая схема стала общепринятой, т. к. убирать стойки и колеса в крыло было проще, чем в фюзеляж. Правда. Нортроп «Альфа» имел неубирающееся шасси, поэтому не вполне ясно, чем обосновывался выбор низкопланной схемы в данном случае. Можно предположить, что эта компоновка была принята Нортропом в предвидении перехода в ближайшем будущем к убирающимся в полете колесам.
Применение низкорасположенного крыла в сочетании с монококовым фюзеляжем вызвало новую проблему: изменение характера обтекания в месте сочленения горизонтальной и цилиндрической поверхностей приводило к росту так называемого сопротивления интерференции — аэродинамического сопротивления, вызванного взаимовлиянием обтекаемых частей. Для устранения этого недостатка Нортроп использовал специальные поверхности — «наплывы», закрывающие ту часть у корня крыла, которая являлась источником дополнительного сопротивления. Форма наплывов была разработана на основе экспериментов в Калифорнийском технологическом институте [3, с. 64]. С этого времени наплывы в месте соединения крыла и фюзеляжа стали применяться на всех самолетах-низкопланах с фюзеляжем овальной формы.
Наряду с прогрессивными конструктивными особенностями самолет Д. Нортропа имел неубирающееся шасси, открытую кабину пилота, слишком малую нагрузку на крыло. В результате при одинаковых двигателях он заметно уступал по скорости самолету «Вега» 5С. Поэтому Норгроп «Альфа» имел меньшее распространение, чем первые скоростные монопланы фирмы Локхид. Было выпущено только несколько самолетов, которые использовали для перевозки почты, реже — для пассажирских перевозок.
В 1933 г. Нортроп создал усовершенствованный вариант («Дельта») с более мощным двигателем, обтекателями колес шасси, закрытой кабиной пилота и закрылками на крыле. Благодаря этим мерам скорость самолета возросла на 70 км/ч. Самолет мог брать на борт 6 пассажиров. Построенный в 32 экземплярах, он некоторое время применялся на линиях авиакомпаний Пан-Америкен и TWA [2, с. 713].
Третьей американской фирмой, включившейся в создание скоростных самолетов- монопланов, была фирма Боинг. В 1930 г. она произвела почтово-пассажирский одномоторный самолет «Мономейл». Как уже отмечалось, это был первый коммерческий самолет с убирающимся шасси. Таким образом, этот самолет воплощал в себе все технические новшества кроме посадочной механизации крыла и винта изменяемого шага. Однако именно из-за отсутствия закрылков и ВИШ самолет оказался не очень удачным и не пошел в серию. Сравнительно небольшая нагрузка на крыло не позволила использовать все достоинства аэродинамической схемы[17]. Следует также сказать, что в отличие от других описанных здесь машин, двигатель самолета был закрыт кольцом Тауненда, являвшимся, как известно, менее совершенным типом обтекателя, чем капот NACA. При испытаниях максимальная скорость «Мономейла» составила всего 254 км/ч.
Самым удачным из скоростных пассажирских самолетов первого поколения (одномоторные 5-6-местные машины) был Локхид «Орион» (рис. 3.3). Это — первый пассажирский самолет, снабженный посадочной механизацией. Применение закрылков позволило увеличить нагрузку на крыло до 100 кг/м²- величины, которая в те годы применялась только на специальных гоночных самолетах. Это, а также сравнительно небольшой вес самолета позволили конструкторам фирмы Локхид избежать недостатков пассажирского Боинга. Благодаря убирающемуся шасси и другим мерам по улучшению обтекаемости в полете коэффициент лобового сопротивления «Ориона» составлял всего 0,021. Самолет мог брать на борт 6 пассажиров и лететь с ними на расстояние 1200 км с крейсерской скоростью 320 км/ч; максимальная скорость достигала 360 км/ч [1, с. 89]. Это был самый скоростной американский пассажирский самолет первой половины 30-х годов.
В Европе вначале с недоверием отнестись к сообщениям об успехах американских авиаконструкторов. Только после того, как Локхид «Орион» с 1932 г. стал применяться на авиалинии Цюрих-Мюнхен-Вена, европейские авиационные специалисты смогли убедиться в эффективности мер, направленных на снижение аэродинамического сопротивления. По скорости «Орион» превосходил самолеты-истребители того времени, не говоря уже о бомбардировщиках. С этого момента началась повсеместная модернизация самолетного парка.
Считается, что первым в Европе скоростным пассажирским самолетом был германский Хейнкель Не-70, совершивший первый полет 1 декабря 1932 г. [3, с. 69; 5, с. 401]. Однако на самом деле первый серийный скоростной пассажирский самолет — ХАИ-1 (рис. 3.4) — создали в СССР. Первый полет ХАИ-1 состоялся 8 октябре 1932 г. |8, с. 443]. Его построили в Харьковском авиационном институте под руководством профессора И. Г. Немана. По схеме и конструкции он напоминал Локхид «Орион», но из- за отсутствия посадочной механизации имел большую площадь крыла. Мощность мотора М-22 составляла 480 л.с., пассажировместимость — 6 человек. Фюзеляж представлял собой монокок, выклеенный из нескольких слоев шпона. Кабина летчика закрывалась обтекаемым фонарем с длинным гаргротом, в котором находились топливные баки. Для уменьшения сопротивления трения все деревянные поверхности были оклеены полотном и покрыты лаком. Шасси убиралось в крыло с помощью тросового привода. Согласно проведенному автором расчету, коэффициент лобового сопротивления ХАИ-1 был равен 0,022.
Во время летных испытаний осенью 1932 г. ХАИ-1 показал скорость 300 км/ч, летчики отмечали его хорошую управляемость, отсутствие вибраций в полете. В момент своего появления это был самый скоростной в Европе пассажирский самолет. Основным недостатком ХАИ-1 явилась неудовлетворительная работа механизма ручной уборки и выпуска шасси. Летчик должен был тратить много времени на вращение штурвальчика, внимательно следить за правильностью укладки тросов в канавках шкива. Из-за отказа замков фиксации стоек колес опытный экземпляр самолета потерпел аварию: при разбеге у него сложились шасси. Отмечалась также недостаточная прочность некоторых элементов конструкции.
Необходимость доработок задержала ввод самолета в эксплуатацию до 1936 г., а всего было построено 43 ХАИ-1, которые использовались на авиалиниях до конца 1940 г. [7, с. 379–380].
В конце 20-х годов были сняты ограничения на развитие авиации в Германии. Это дало стимул авиаконструкторам к созданию скоростных самолетов. Первый немецкий самолет, летающий со скоростью более 300 км/ч, построил Э. Хейнкель. Работы по проектированию этой скоростной пассажирской машины начались по заказу крупнейшей немецкой авиакомпании Люфтганза и Министерства транспорта, увидевших в новом поколении американских коммерческих самолетов опасного конкурента национальной авиапромышленности.
Не располагая столь же совершенными двигателями воздушного охлаждения, как американские, Хейнкель решал установить на самолете двигатель водяного охлаждения фирмы BMW мощностью 500 л.с. Это предопределило заметные отличия в облике самолета, т. к. известно, что форма фюзеляжа во многом зависит от типа силовой установки. Хейнкель Не-70 имел вытянутый вверх овальный металлический монококовый корпус со сравнительно небольшим миделем, деревянное крыло эллиптической формы с работающей фанерной обшивкой и такой же формы оперение (рис. 3.5). Шасси убиралось в крыло с помощью гидропривода; имелся и резервный механический привод уборки и выпуска шасси. Для уменьшения сопротивления в полете радиатор также мог убираться в фюзеляж. Пассажирская кабина была рассчитана на 4 человек, кроме того предусматривалась возможность размещения одного пассажира в кабине пилотов. Крыло не имело посадочной механизации, конструктор пошет на увеличение нагрузки на м² за счет большей посадочной скорости (110 км/ч). Крейсерская скорость полета He-70 составляла 323 км/ч — больше, чем у любого другого пассажирского самолета того времени. Весной 1933 г. летчик Люфтганзы Унтхун установил на самолете 8 мировых рекордов скорости; в частности, на нем была достигнута скорость 357,4 км/ч с полезной нагрузкой в 1 тонну [5, с. 401].
Не-70 был первым в Германии самолетом с убирающимся шасси. С этим связан один забавный случай. Служащие аэродрома, на который должен был совершить посадку Не-70, не зная об особенностях этой машины, увидев самолет, подняли тревогу, решив, что он потерял в полете шасси, и сейчас произойдет авария [8, с. 105–106].
Всего построили 28 Не-70, из них 14 — для Люфтганзы. Самолет заинтересовал соседние государства. СССР хотел купить для изучения два экземпляра Не-70, а Англия даже собиралась строить эти машины у себе по лицензии. Однако немецкое правительство отвергло все эти предложения, не желая знакомить с передовой техникой своих потенциальных противников.
В конструкции пассажирских скоростных самолетов конца 20-х — начала 30-х годов только отчасти были воплощены технические усовершенствования, описанные в предыдущей главе. В частности, ни один из них не имел винта изменяемого в полете шага, обычно не устанавливалась посадочная механизация крыла. Это сдерживало потенциальные возможности летательных аппаратов. Тем не менее, был достигнут значительный прогресс в увеличении скорости воздушных перевозок.
Как известно, себестоимость воздушных перевозок напрямую зависит от скорости (а=А/Кком * mп.н. * Vрейс, где А — расходы на эксплуатацию самолета в течение 1 летного часа, Кком — коэффициент коммерческой загрузки, mп.н. — вес полезной нагрузки, Vрейс — рейсовая скорость самолета). Казалось бы, с ростом скорости можно было ожидать, по меньшей мере, полуторократного снижения стоимости воздушного транспорта. Этого, однако, не случилось. Существенным недостатком
одномоторных скоростных коммерческих самолетов была их небольшая пассажировместимость. Из сравнения характеристик самолетов Форд «Тримотор» и Локхид «Вега» 5С (табл. 3.2) видно, что, несмотря на большое преимущество в скорости, 6-местная «Вега» имела меньшую часовую производительность, чем 13-местный «Форд».
Неудивительно, что одномоторные самолеты часто использовались для перевозки почты, а не пассажиров. Ведь плотность полезной нагрузки в этом случае значительно выше, следовательно больше и транспортная эффективность полета.
Таким образом, для успешного развития скоростного воздушного транспорта нужно было увеличить число пассажирских мест. Для этого следовало строить многомоторные пассажирские самолеты. Их появление диктовалось также требованиями повышения безопасности полета: в случае наличия одного двигателя его поломка в воздухе могла привести к катастрофе. Поэтому на смену одномоторным скоростным пассажирским самолетам в скором времени пришли многомоторные машины.
В 20-е годы большинство многомоторных самолетов гражданского назначения имели три двигателя — один в носовой части фюзеляжа и два на крыле. В случае остановки одного из двигателей эта компоновка обеспечивала полет на двух остальных, работающих на полной мощности. К началу 30-х годов, в результате усовершенствования конструкции мотора и повышения качества топлива, удельная мощность двигателей значительно возросла, улучшились и другие параметры. В результате мощность двигателя при том же весе возросла примерно в полтора раза (табл. 3.3). К тому же увеличилось аэродинамическое качество самолетов. Все это позволило выполнять полет двухмоторного самолета при отказе одного двигателя. Так на смену трехмоторным гражданским самолетам пришли двухмоторные. Помимо меньшей стоимости это давало возможность значительно улучшить обтекаемость фюзеляжа, т. к. носовой двигатель был источником дополнительного аэродинамического сопротивления. В 1930 г. двухдвигательные машины составляли 14 % от общего числа новых типов пассажирских самолетов, в 1933 г. — 29 %,ав 1934 г. — уже 67 % [9; 10].
Первым скоростным двухмоторным пассажирским самолетом стал Боинг 247 (рис. 3.6). Этот самолет, поднявшийся в воздух в 1933 г., ознаменовал собой новый этап в развитии пассажирской авиации. Металлическая конструкция, обтекаемый монококовый и фюзеляж, низкорасположенное крыло с гладкой дюралюминиевой обшивкой, два установленных на крыле двигателя с кольцевидными капотами, убирающееся шасси, наплывы в месте соединения крыла с фюзеляжем — все эти особенности стали типичными для самолетов транспортной авиации на несколько десятилетий. Боинг 247 брал на борт 10 пассажиров, двух пилотов и стюарда. Мощность силовой установки (Пратт-Уитни «Уосп», 2x525 л.с.) была достаточна для продолжения полета на высоте до 3 км при отказе одного из моторов.
В 1934 г. самолет усовершенствовали (модификация B-247D). Кольца Тауненда на двигателях заменили на капоты ЧАСА, улучшились обводы фонаря кабины пилотов. Но главное, на самолете установили винты изменяемого в полете шага. Это новшество дало заметное улучшение летных характеристик.
Большое внимание при создании самолета фирма Боинг уделила обеспечению комфорта для пассажиров в полете. Для уменьшения шума от двигателей стенки пассажирской кабины были сделаны двойными, расстояние между ними составляло 15 мм, внутренняя фанерная стенка была обита войлоком с обеих сторон. Система отопления позволяла поддерживать в салоне самолета постоянную температуру 20°. имелась также вентиляция [10].
Единственным недостатком самолета являлось отсутствие посадочной механизации. Конструкторы не извлекли урока из опыта испытаний одномоторного «Мономейла» — прототипа В-247. Из-за ограничений по Vnoc нагрузка на крыло у В-247 была меньше, чем у других скоростных пассажирских машин, и по скорости Боинг 247D уступал другим двухмоторным авиалайнерам-экспрессам. В этом отношении фирма Боинг проявила консерватизм, который ей дорого обошелся: в скором времени модель 247 была вытеснена более совершенными пассажирскими самолетами. Всего в эксплуатацию поступило 75 экземпляров Боинг 247.
Первым самолетом, в конструкции которого нашли воплощение все описанные в предшествующей главе усовершенствования, стал двухдвигательный Локхид «Электра» (1934 г.). Благодаря посадочным закрылкам на крыле, удельная нагрузка на площадь у этого самолета достигала 110 кг/м² — на 30 кг больше, чем у Боинг 247. В результате, при равной с «Боингом» энерговооруженности, он имел на 32 км/ч большую максимальную скорость. Правда, меньшая по размерам «Электра» (рис. 3.7) брала на борт только 8 пассажиров, поэтому часовая производительность обоих самолетов была приблизительно одинаковой.
Пример с «Электрой» убедительно продемонстрировал важность применения посадочной механизации для улучшения скоростных качеств. С середины 30-х годов посадочные щитки или закрылки становятся обязательной частью конструкции многомоторных самолетов.
Конструктивной особенностью «Электры», повторенной потом на многих самолетах, было двухкилевое вертикальное оперение. Расположение килей по краям горизонтального стабилизатора объясняется стремлением конструкторов вынести их в зону обдувки от пропеллера и повысить этим эффективность вертикального оперения.
Создание скоростных двухмоторных транспортных самолетов в Европе началось с Германии. К середине 30-х годов в руководстве страны уже сформировались агрессивные политические планы, и пришедшему к власти Гитлеру требовалась современная военная техника. Понимая, что многомоторные скоростные пассажирские самолеты при необходимости могут быть переделаны в бомбардировщики, правительство всячески поддерживало создание таких машин.
В конце 1934 г. фирма Юнкерс выпустила десятиместный Ju-86, способный развивать скорость до 340 км/ч. Так же как Локхид «Электра», он воплощал в себе все новейшие технические достижения — монококовый фюзеляж, убираемое шасси, закрылки, винты изменяемого шага, двухкилевое оперение [10, с. 121–124]. Гражданское применение самолета имело ограниченные масштабы. В 1935 г. Ju-86 переделали в бомбардировщик, и в атом варианте он строился в большом количестве.
Та же судьба постигла и самолет Хейнкель Нe-111. Появившийся в 1935 г. как двухмоторный пассажирский экспресс, он в скором времени стал одним из самых известных бомбардировщиков немецких ВВС. Э. Хейнкель вспоминал: «Добившись значительных успехов благодаря моему „Хе-70“, „Люфтганза“ решила оснастить свой самолетный парк скоростными пассажирскими машинами. Практика показала, что многомоторные самолеты надежнее одномоторных и не уступают им в скорости. Мне предложили создать экспериментальный образец пассажирского самолета, способного перевозить, помимо экипажа, десять человек. Количество моторов не оговаривалось, но ставилось условие, что при выходе из строя одного двигателя самолет должен долететь до места назначения.
…Приступая к проектированию нового пассажирского самолета „Хе-111“, я заявил своим сотрудникам: „Создавая двухмоторный самолет, мы идем на значительный риск. Но мы должны доказать всему миру, что средний мотор для безопасности не нужен, а его присутствие есть ни что иное, как недостаток. Он забирает полезный объем в фюзеляже и утяжеляет самолет“.
Мы придали крылу и оперению эллиптическую форму. Уделили большое внимание местам, где крыло стыковалось с фюзеляжем. Добились везде гладкой обшивки и сделали убирающимся шасси. В принципе „Хе-111“ был продолжением совершенствования конструкции „Хе-70“, но уже выполненным целиком из металла.
…Мог ли я тогда знать, что даю путевку в жизнь не гражданскому самолету, а одному из самых массовых немецких бомбардировщиков второй мировой войны?» [8.с. 119–120].
В отличие от других конструкторов пассажирских самолетов Хейнкель применял на своих машинах двигатели водяного охлаждения. С двумя BMW-6 мощностью по 660 л.с. Не-111 имел крейсерскую скорость полета около 350 км/ч, а максимальная скорость превышала 400 км/ч.
Итак, первые пассажирские двухмоторные самолеты 30-х годов представляли собой 10-местные машины с крейсерской скоростью полета 300–350 км/ч. По этому параметру они в полтора раза превосходили многомоторные гражданские самолеты предшествующего десятилетия, однако по-прежнему уступали им в отношении числа пассажиров: узкий цилиндрический фюзеляж обеспечивал малое аэродинамическое сопротивление, но внутренний объем его был невелик. По этой причине часовая производительность Боинга выпуска 1933 г. не сильно отличалась от производительности пассажирского трехмоторного самолета 20-х годов (см. табл. 3.2). Для достижения решительного экономического превосходства необходимо было значительно увеличить количество пассажирских мест.
В 1933 г. фирма Дуглас по заданию американской авиакомпании TWA занялась проектированием самолета, который, имея высокую скорость полета, по пассажировместимости не уступал бы трехмоторным транспортным самолетам. Так появился двухмоторный Дуглас DC-1, способный перевозить 12 пассажиров с крейсерской скоростью 315 км/ч на расстояние до 1000 км. На самолете были установлены новейшие авиамоторы воздушного охлаждения Райт «Циклон» мощностью по 710 л.с. каждый. Основным его соперником был Боинг 247. В сборочном цехе завода Дугласа в Санта Монике висел огромный чертеж «247-го» и, рядом, плакат: «Не копируй его! Сделай лучше!» [11, с. 161]. И инженеры фирмы Дуглас действительно сделали лучше. По сравнению с В-247, DC-1 имел больше пассажирских мест, на крыле были установлены щелевые закрылки, обеспечивающие ту же посадочную скорость при большей нагрузке на крыло.
За опытным DC-1, первый полет которого состоялся 1 июля 1933 г., последовал Дуглас DC-2 с новым фюзеляжем, вмещавшим 14 пассажиров. При изготовлении крыла Дуглас использовала метод проектирования подкрепленных оболочечных конструкций, разработанный Д. Нортропом при создании самолета «Альфа» [3, с. 64]. Многолонжеронное дюралевое крыло DC-2 и последующих конструкций фирмы Дуглас обладало высокой усталостной прочностью. Это способствовало долговечности самолетов с маркой DC. Новые мощные двигатели с винтами изменяемого шага помимо высокой рейсовой скорости обеспечивали хорошие взлетные характеристики. В случае отказа одного мотора самолет мог продолжать полет на высоте более трех с половиной километров, что делало более безопасной эксплуатацию в горных районах.
Свои отличные летные и эксплуатационные характеристики DC-2 продемонстрировал во время воздушных гонок Лондон — Мельбурн в октябре 1934 г. Пассажирский «Дуглас» занял на этих состязаниях второе место, уступив только специально сконструированному английскому гоночному самолету DH «Комет». Имея на борту 6 пассажиров и 200 кг почты, DC-2 пролетел расстояние от Англии до Австралии за 90 часов и 17 минут. В том же 1934 г. самолет начал выполнять регулярные пассажирские перевозки на внутренних авиалиниях США.
В середине 30-х годов закончился мировой экономический кризис, ускорился рост промышленного производства. Быстро увеличивался объем воздушных перевозок. В связи с этим конструкторы фирмы Дуглас решили сделать новый шаг в увеличении числа мест на пассажирских самолетах. В результате появился знаменитый DC-3.
Дуглас DC-3, совершивший первый полет 17 декабря 1935 г., внешне мало отличался от предыдущей модели (рис. 3.8). Однако он мог брать в полтора раза больше пассажиров, чем DC-2. Это было достигнуто увеличением диаметра фюзеляжа. Вследствие этого появилась возможность установить в пассажирской кабине третий ряд кресел, и общее число мест достигло 21. Большие размеры фюзеляжа вызвали некоторое увеличение коэффициента лобового сопротивления, однако благодаря увеличению размаха крыла аэродинамическое качество самолета было больше, чем у В-247. Больший Схо компенсировался также увеличением нагрузки на крыло (118 кг/м²) и применением новой модификации двигателей «Циклон», с большей мощностью (2x850 л.с.). В результате крейсерская скорость самолета осталась той же, а дальность полета даже возросла.
Характерной особенностью DC-3 были отклоненные назад консоли крыла. Стреловидность несущей поверхности, конечно, не следует связывать с желанием конструкторов уменьшить волновое сопротивление в полете; эта проблема еще не возникла. Придание крылу небольшой стреловидности было вынужденной мерой, принятой для повышения запаса продольной устойчивости машины.
Дуглас DC-3 поступил в эксплуатацию летом 1936 г. Благодаря большому числу пассажиров и высокой рейсовой скорости он имел в 2 раза большую транспортную производительность, чем Форд «Тримотор» и в 2 раза меньшую себестоимость перевозок. Неоспоримы были его эксплуатационные преимущества и перед самолетом Боинг В-247 (см. табл. 3.2). Поэтому не приходится удивляться, что уже через несколько лет после ввода в эксплуатацию DC-3 стал основным транспортным средством на авиалиниях средней протяженности. С 1936 по 1941 гг. авиакомпании закупили 450 пассажирских самолетов этого типа, в 1938 г. на его дано приходилось 95 % объема воздушных перевозок в США [3, с. 19; 11, с. 161]. В годы второй мировой войны транспортный вариант самолета под маркой С-47 был произведен в США в количестве около 10 тысяч экземпляров. DC-3 выпускался по лицензии во многих странах мира. В СССР он изготавливался под названием ПС-84 (с 1942 г. — Ли-2).
Популярности DC-3, помимо отличных эксплуатационных характеристик, способствовала его высокая надежность и долговечность. Характерен такой пример: один из самолетов, купленный американской авиакомпанией «Истерн Эрлайнз» в декабре 1936 г., эксплуатировался 15 лет; за это время он налетал 56782 часа и перевез 213000 пассажиров, преодолев расстояние почти в 14 миллионов километров [3,с. 413]. Как показывает простой расчет, в течение полутора десятков лет самолет ежедневно находился в воздухе в среднем 10.5 часов.
Создание DC-3 сыграло важную роль в развитии пассажирской авиации. Это был первый самолет, дававший доход авиакомпаниям. Таким образом, после начала применения на авиалиниях машин этого типа гражданская авиация стала самоокупаемой отраслью, не зависящей больше от государственных дотаций. Появление DC-3 явилось завершающим этапом революции в пассажирском авиастроении в первой половине 30-х годов.
Не следует, конечно, думать, что с началом полетов скоростных двухмоторных самолетов все конструкторы сразу же перешли на эту схему. Европейские фирмы, занимавшиеся производством трехмоторных коммерческих самолетов, пытались выдержать конкуренцию и спешно применяли технические новинки на своих машинах. На рис. 3.9 показан 12-местный самолет Фоккер-ХХ, созданный в Голландии в 1933 г. Он имел убирающееся в мотогондолы шасси, посадочные закрылки, новейшие двигатели Райт «Циклон» с винтами изменяемого шага, застекленную пилотскую кабину. Но все эти усовершенствования не сделали самолет конкурентноспособным. При в полтора раза большей суммарной мощности по сравнению с DC-2, «Фоккер» почти на 40 км/ч уступал ему по крейсерской скорости, имел меньше посадочных мест. Эта ситуация была характерна и для последних трехмоторных пассажирских самолетов других стран — французского Девуатин D-332 (1933 г.). итальянского Савойя-Маркетти SN1-73 (1933 г.) и др. Третий мотор оказался несовместим с принципами проектирования новых скоростных самолетов, и вскоре эта схема вышла из употребления. Если в первой половине 30-х годов из 127 новых типов пассажирских самолетов трехмоторную схему имели 24 машины (18,9 %) ПО то в 1935–1936 гг. только 2 из 53 самолетов (3,8 %) были снабжены тремя двигателями [12].
Итак, мы рассмотрели историю появления скоростных пассажирских самолетов. За короткий срок в авиатехнике произошли коренные перемены. Тихоходные расчалочные бипланы и монопланы с угловатым фюзеляжем, гофрированной обшивкой, неубирающимся шасси и незакапотированными двигателями сменились обтекаемыми скоростными самолетами с минимальным количеством выступающих в поток частей. Появление мощных моторов в 600 и более лошадиных сил предопределило потребность в аэродинамическом усовершенствовании планера, а эти усовершенствования, в свою очередь, дали прибавку в скорости без увеличения мощности силовой установки. С этого времени аэродинамика стала играть главенствующую роль в самолетостроении.
Рис. 3.9. Голландский трехмоторный Фоккер — XX
Переход на более совершенные аэродинамические формы и тонкостенные металлические конструкции нового типа потребовали коренных изменений в технологии самолетостроения. Необходимость изготовления сложных криволинейных поверхностей привел к распространению плазово-шаблонного метода в производстве. Основным конструкционным материалом стал дюралюминий. Широкое применение получили штамповка, литье, вместо сварных трубчатых ферм стали употреблять металлические прессованные конструкции. Процесс выколотки, распространенный в начальный период развития авиации, вышел из употребления, т. к. не обеспечивал возросших требований к качеству внешней поверхности. Таким образом, революционные изменения в конструкции самолетов привели к революции в методах авиационного производства.
Основной вклад в развитие скоростных пассажирских самолетов был сделан американскими авиаконструкторами. О причинах лидерства США в этой области уже говорилось. Что касается европейских стран, то здесь первенствовала Германия, стремительно развивающая авиацию после снятия ограничений Версальского договора. Однако милитаристские устремления германского руководства не позволили создать стать же успешные машины, как американский DC-3. DC-3 проектировался специально для пассажирских воздушных перевозок, немецкие же конструкторы в большинстве своем строили скоростные авиатранспорты с прицелом на скорое переоборудование их в бомбардировщики. Отсюда и невысокая пассажировместимость этих машин, и худшие экономические характеристики.
Угроза новой мировой воины, нависшей над Европой посте прихода Гитлера к власти, отрицательно сказалась на развитии пассажирской авиации в других странах. Авиапромышленность СССР, создавшая первый в Европе пассажирский самолет со скоростью полета более 300 км/ч, занималась, в основном, совершенствованием военной техники и не могла уделять должного внимания развитию гражданской авиации. Появившиеся в середине 30-х годов двухмоторные пассажирские ПС-89 (ЗиГ-1) и ПС-35 (АНТ-35), рис. 3.10, несмотря на неплохие характеристики выпускались в очень небольших количествах. Так, ПС-35, рассчитанный на перевозку 10 пассажиров с крейсерской скоростью 346 км/ч, был построен только в 9 экземплярах.
Франция все больше отставала в области самолетостроения; характерно, что даже на самом скоростном пассажирском самолете рассматриваемого периода Потез-62 (1935 г.) было установлено подкосное крыло, отсутствовала посадочная механизация. В Англии дела обстояли еще хуже: там продолжали проявлять необъяснимую приверженность к схеме биплан. В середине 30-х годов в этой стране на авиалиниях появлялись пассажирские машины безнадежно устаревшей конструкции, например 10-местный цельнодеревянный биплан DH-86. Собственные пассажирские самолеты такого класса как DC-3 были созданы в европейских странах только в конце 30-х годов.
Появление нового поколения пассажирских самолетов явилось началом технической революции в самолетостроении, первым шагом в создании скоростной авиации.
В результате интенсивного развития пассажирских самолетов сложилась парадоксальная ситуация — военные самолеты стали уступать по скорости гражданским. Известен такой случай: в 1934 г. во время полета в Москву французской делегации эскорт советских истребителей, вылетевший на встречу пассажирского самолета, на котором летели делегаты, не смог угнаться за этой машиной [13, с. 36].
Этот и другие примеры указывали на необходимость усовершенствования внешних форм военных самолетов на основе принципов, использованных при создании пассажирских машин. Военные приступили к модернизации парка ВВС.
Техническое перевооружение началось с бомбардировщиков, т. к. по конструкции они были ближе к пассажирским, чем какой-либо другой тип самолета. В 1932 г. фирма Боинг выпустила двухмоторный бомбардировщик В-9А. Это был цельнометаллический моноплан с крылом толстого профиля. По конструкции самолет во многом напоминал советский ТБ-1, демонстрировавшийся в 1929 г. в США. Вместе с тем, В-9А имел ряд особенностей, заимствованных из опыта проектирования первых скоростных пассажирских самолетов. К ним относятся убирающееся в полете шасси, кольцевой обтекатель головок цилиндров двигателей воздушного охлаждения, гладкая металлическая обшивка. По скорости бомбардировщик превосходил ТБ-1, но по-прежнему уступал пассажирским самолетам нового поколения: как следует из сопоставления данных таблиц 3.2 и 3.4, В-9 имел максимальную скорость на 26 км/ч меньше, чем близкий по размерам и мощности силовой установки В-247. Как показывает расчет, коэффициент лобового сопротивления бомбардировщика — 0.034 — был в полтора раза выше, чем у пассажирского «Боинга» (0,021). Источниками большого дополнительного сопротивления у военной машины были толстое крыло, пулеметные турели, подвешенные под фюзеляжем бомбы. Но наибольший вред создавали характерные для военной авиации открытые кабины летчиков и стрелков. Вырезы для кабин и стоящие перед ними козырьки для защиты от воздушного потока являлись источниками сильных завихрений, нарушающих плавность обтекания самолета. В результате предельная скорость полета В-9 оказалась ниже, чем ожидали — менее 300 км/ч, и заказов на самолет не последовало.
Опыт создания бомбардировщиков Боинг В-9 показал, что военные самолеты смогут восстановить утерянное превосходство в скорости над пассажирскими только в том случае, если будут приняты серьезные меры по их улучшению. По примеру пассажирских самолетов с 1933 г. на бомбардировщиках кабину летчиков стали закрывать прозрачным фонарем. Сложнее обстояло дело с подвижными пулеметными установками. Иногда пытались разместить пулемет и стрелка полностью внутри фюзеляжа. Для того, чтобы ствол можно было поворачивать, в корпусе делались прорези. Однако этот метод не прижился, т. к. сильно уменьшились углы обстрела, затруднились поиск цели и прицеливание. Не получила распространение и идея выдвигающихся из фюзеляжа во время боя пулеметных башен, предложенная Г. Юнкерсом еше в начале 20-х годов. Обеспечивая обтекаемость в убранном положении, они портили аэродинамику самолета в бою, т. е. в момент, когда летные качества бомбардировщика особенно важны.
Наиболее простым и эффективным способом уменьшения аэродинамического сопротивления стрелкового вооружения тяжелых военных самолетов стало использование обтекателей. Вначале они имели вид экранов, затем стали применять поворотные башни, в которых стрелок и пулемет были закрыты прозрачным колпаком, я поток выступал только конец ствола. Поворачивая башню и перемещая ствол оружия в вертикальной щели-прорези, стрелок мог вести оборонительный огонь почти в любом направлении (рис. 3.11).
Возросшие требования к скорости заставили отказаться от наружной подвески бомб. Всю бомбовую нагрузку старались размещать внутри фюзеляжа. Для того, чтобы самолет мог взять много бомб, размеры бомбоотсека делали большими. Когда створки бомболюка открывались, фюзеляж оказывался как бы разрезанным снизу на большой длине. Чтобы сохранить прочность конструкции на изгиб и кручение, вырез под бомболюк приходилось усиливать мощными силовыми элементами.
Отмеченные меры по уменьшению аэродинамического сопротивления позволили улучшить скоростные качества бомбардировщиков. Первым самолетом с закрытыми отсеками летчиков и стрелка и внутренним размещением бомб стал двухмоторный Мартин В-10 (США) [18].
Этот бомбардировщик (рис. 3.12) появился в 1933 г. и при испытаниях показал скорость 317 км/ч на высоте 4 км [15, с. 154]. При этом по величине целевой нагрузки В-10 не уступал упомянутому в начале раздела бомбардировщику фирмы Боинг. В 1935 г. появился вариант В-10В с новыми двигателями Райт «Циклон» (2x775 л.с.), который развивал скорость до 343 км/ч [14, с. 143]. Таким образом, к середине 30-х годов скорость бомбардировщиков сравнялась со скоростью лучших пассажирских самолетов.
С 1934 г. Мартин В-10 начал поступать на вооружение. Всего было произведено более 300 самолетов этой марки.
С середины 30-х годов бомбардировщики нового поколения стали строить во всех странах — крупных производителях авиационной техники. Как правило, это были двухмоторные машины с размахом крыла 20–25 м и максимальной скоростью полета 400–450 км/ч, некоторые из них создавались как модификации скоростных пассажирских самолетов, другие были изначально задуманы как военные.
Создание бомбардировочных самолетов на основе пассажирских машин было наиболее оперативным способом перевооружения ВВС, особенно, если в стране уже был налажен выпуск скоростных транспортных самолетов. Наибольшее распространение этот подход получил в Германии, которая, готовясь к очередной войне за мировое господство, принимала срочные меры по созданию мощного военно-воздушного флота. Первым в бомбардировщик переделали трехмоторный G-52/Зт, но из-за аэродинамического несовершенства прототипа, усилившегося после установки на самолете вооружения, его скорость составляла всего 270 км/ч. Вскоре на вооружении появились более перспективные образцы. В 1936 г. 10-местный Юнкере Ju-86 был переделан в бомбардировщик Ju-86K, появившийся тогда же в ВВС Хейнкель Не-111К являлся военным вариантом пассажирского Не-111. Та же участь постигла Do-17, созданный в 1934 г. по заказу «Люфтганзы», но оказавшийся непригодным для коммерческих целей из-за очень узкого фюзеляжа (в Англии этот самолет даже получил прозвище «летающий карандаш»). Модификация не представляла особых сложностей, ведь, как уже отмечалось, скоростные пассажирские самолеты в Германии создавались «с прицелом» на их скорое военное применение. Указанные бомбардировщики использовали в войне в Испании, а более скоростной и поднимавший больше бомб Не-111 (рис. 3.13) широко применялся во второй мировой войне. К 1939 г. для Люфтваффе было построено окаю 800 таких самолетов [8, с. 122]. Do-17 (рис. 3.14) также участвовал в боевых действиях на начальном этапе мировой войны. Из-за меньшей, чем у Не-111 грузоподъемности он часто использовался не как бомбардировщик, а в качестве фоторазведчика.
В США примером бомбардировщика, созданного на основе пассажирской машины, является Дуглас В-18 (1935 г.). От прототипа — 14-местного DC-2 — заимствовали крыло, двигатели, хвостовое оперение. Фюзеляж был изготовлен заново, с учетом специфики бомбардировочной машины. Американские заводы выпустили 180 В-18 [14, с. 154; 15, с. 308].
Подобный опыт имел место и в нашей стране. В 1935 г. на основе первого советского скоростного пассажирского моноплана ХАИ-1 построили легкий бомбардировщик и фоторазведчик ХАИ-ВВ, заменив пассажирский салон на бомбоотсек на 200 кг бомб и установив пулемет. Самолет строился небольшой серией [7, с. 190–191]. Однако в целом эта практика в СССР не привилась из-за отсутствия собственных скоростных пассажирских самолетов большой грузоподъемности.
Боевые варианты пассажирских самолетов имели более высокую скорость и могли брать больше топлива и груза (табл. 3.5). Это достигалось применением новых, более мощных двигателей или форсированием прежних силовых установок — ведь ресурс мотора для военного самолета менее важен, чем для пассажирского, рассчитанного на длительную и интенсивную эксплуатацию. Кроме того, самолеты в бомбардировочном варианте могли иметь большую нагрузку на крыло, т. к. после сброса бомб их полетный вес заметно снижался, и при заходе на посадку она была уже сравнительно невелика.
Переделка пассажирских самолетов в военные была наиболее простым, но не лучшим способом развития бомбардировочной авиации. Дело в том, что конструктивные требования к бомбардировщику и гражданскому самолету во многом различны. Для простоты уборки шасси и из соображений безопасности при посадке пассажирские машины имели низкорасположенное крыло. Для бомбардировщика такая компоновка была неудобной, т. к. в нижней части фюзеляжа должен был располагаться бомболюк. Задачи бомбометания требовали хорошего обзора вниз, а необходимость в защите пулеметным огнем задней полусферы делала желательным использование разнесенного вертикальногооперения. Крометого. если на пассажирских самолетах не устанавливали предкрылки из-за дискомфорта для пассажиров при полете на больших углах атаки, то на военных самолетах этого ограничения не существовало, и имелась возможность применения более мощной посадочной механизации в виде комбинации закрылков и предкрылков. К этому надо добавить, что на военных самолетах плотность груза намного выше, чем на пассажирских, следовательно при том же весе целевой нагрузки размеры фюзеляжа могут быть меньше.
Поэтому бомбардировщики, созданные на основе пассажирских самолетов, применялись недолго и только в тех странах, где было хорошо развито пассажирское самолетостроение. Их вытеснили специально построенные самолеты-бомбардировщики.
Среди всего многообразия двухмоторных (средних) бомбардировщиков 30-х годов можно выделить два основных типа:
а) более грузоподъемный, с взлетным весом 8-10 тонн, боевой нагрузкой порядка 2 тонн и экипажем 4–7 человек;
б) более легкий, но более скоростной, с взлетным весом 5–6 тонн, поднимающий от 0,5 до 1 т бомб и имеющий обычно экипаж из 3 человек. Первый тип бомбардировщика получил название «дальний», второй — «скоростной».
Типичным представителем семейства двухмоторных дальних бомбардировщиков был советский ДБ-3, построенный в 1936 г. под руководством С. В. Ильюшина (рис. 3.15). Несколько слов об истории создания этого самолета. В 1933 г. под руководством А. Н. Туполева построили специальный самолет для установления рекорда дальности АНТ-25. Подробнее об этой машине и об осуществленных на ней перелетах будет рассказано ниже, здесь же следует упомянуть о том, что одновременно разрабатывался военный вариант самолета. Дальний бомбардировщик ДБ-2 имел такое же как у АНТ-25 крыло с очень большим удлинением (11,3), но был снабжен не одним, а двумя двигателями — французскими Мистраль-Мажор К-14. строящимися у нас по лицензии под маркой М-85. Созданный в 1935 г… ДБ-2 продемонстрировал большую дальность полета (до 5 тыс. км. с бомбовой нагрузкой 1000 кг), но из-за невысокой нагрузки на крыло его крейсерская скорость составляла всего 210–220 км/ч [7, с. 340–343]. Поэтому по инициативе С. В. Ильюшина построили новый самолет ДБ-3, с укороченным на 12 метров крылом. Благодаря возросшей до 140 кг/м² нагрузке на крыло (у ДБ-2 этот параметр составлял 111 кг/м²) скорость самолета заметно возросла. Это. в свою очередь, позволило компенсировать возросший коэффициент индуктивного сопротивления из-за меньшего удлинения крыла.
ДБ-3 имел сварной каркас из стальных труб и гладкую дюралевую обшивку. Обтекаемые формы фюзеляжа, «зализы» в месте соединения крыла с фюзеляжем, убираемое в полете шасси, обтекатели NACA на двигателях, закрытые кабины пилота. штурмана и стрелка — все это свидетельствует о том, что самолет был сделан «в ногу со временем». По скорости (400 км/ч) и бомбовой нагрузке (нормальная — 1000 кг, максимальная — 2500 кг) ДБ-3 не уступал немецким Ju-86 и Не-111К и превосходил их по дальности полета (4000 км).
С 1937 г. самолет стал поступать на вооружение. Летчики, летавшие на ДБ-3. отмечали простой взлет, хорошую путевую устойчивость, облегчавшую прицельное бомбометание, устойчивое выполнение виражей с креном 40–60°. При отказе одного двигателя самолет мог не только продолжать полет, но и осуществлять набор высоты и развороты в горизонтальной плоскости [16, с. 31].
К недостаткам ДБ-3 надо отнести его плохую продольную устойчивость из-за слишком задней центровки (принятой, очевидно, для того, чтобы уменьшить потери подъемной силы на балансировку). Кроме того, следует отметить сложность самолета в производстве. Необходимость тщательного контроля за качеством многочисленных сварочных швов и подгонки деталей при сборке, закрытая клепка — все это делало изготовление самолета очень трудоемким.
Последний недостаток был преодолен в конце 30-х годов, когда, в результате лицензионного выпуска американского DC-3 в СССР, был освоен плазово-шаблонный метод производства самолетов. Отказ от применения ферменных конструкций и замена их специально профилированными силовыми элементами облегчили сборку и повысили качество внешней поверхности; исчезла необходимость в доводке деталей «на месте», перестали применять трудоемкую внутреннюю клепку. Созданный с применением новой технологии ДБ-ЗФ (1939 г.) имел улучшенные внешние обводы, более мощные двигатели М-88 (2x1100 л.с.), развивал скорость до 445 км/ч. Новый метод изготовления позволил повысить темпы производства самолета.
В годы второй мировой войны ДБ-3 и ДБ-ЗФ входили в число основных типов самолетов советской бомбардировочной авиации. Их построили почти 7 тысяч [16,с.46].
Во второй половине 30-х годов новые модели средних бомбардировщиков с «облагороженными» внешними формами и повышенной скоростью полета стали посту пать на вооружение Англии, Германии, Италии и некоторых других стран (см. табл. 3.4). Не останавливаясь на описании этих машин, отмстим лишь те специфические особенности, которые были характерны для самолетостроения в разных странах.
Английские средние бомбардировщики (Армстрон Уитворт «Уитли», Виккерс «Веллингтон») отличали большие размеры, многочисленный экипаж — 5–7 человек, мощное оборонительное вооружение. За это пришлось «заплатить» скоростью: у Веллингтона (рис. 3.16) она была 378 км/ч, у Уитни м максимальная скорость составляла всего 307 км/ч. Технические новшества (убираемое шасси. ВИШ и др.) сочетались с устаревшими конструктивными особенностями, например с использованием полотняной обшивки. Большие размеры фюзеляжа позволяли без труда разместить в носовой и хвостовой частях закрытые обтекателями пулеметные установки. Таким образом, даже в конце 30-х годов в Англии остались верны традиции нескоростного тяжелого самолета с хорошей пулеметной защитой и большой грузоподъемностью. берущей начало от эпохи первой мировой войны.
Наряду с двухмоторными машинами на вооружение королевских ВВС поступали и легкие одномоторные бомбардировщики. Самым массовым из них был «Фейри Бэттл» — двухместный самолет с двигателем водяного охлаждения Роллс-Ройс «Мерлин». Он был вооружен двумя пулеметами и мог нести 500 кг бомб на дальность более полутора тысяч километров. Самолет отличала чистота форм, но большая нагрузка на мощность (взлетный вес машины составлял около 5 тонн при мощности двигателя 1030 л.с.) не позволяла ему развивать скорость более 390 км/ч. В 1938 г. самолетами «Бэттл» было укомплектовано 15 эскадрилий бомбардировочной авиации, а всего до 1940 г. их построили более 2 тысяч [14, с. 281].
Большинство итальянских бомбардировщиков, появившихся в рассматриваемый период (Савойя-Маркетти SM-79, SM-8I, Кант Z-1007). имели трехмоторную схему. Это объясняется тем, что данная компоновка широко применялась в итальянских пассажирских самолетах начала 30-х годов, а бомбардировщики, как известно, часто представляли собой их модификацию. Так, SM-8I (1935 г.) был создан на основе пассажирского самолета SM-73, поднявшегося в воздух на год раньше. Первый прототип самолета SM-79 также построили как пассажирский и уже затем его переделали в бомбардировщик. Характерный вид самолету придавал выступ за кабиной пилотов, за что самолет получил прозвище «Горбун».
SM-79 (рис. 3.17) успешно применялся в боевых действиях в Абиссинии и в Испании. К началу второй мировой войны в Италии имелось около 600 таких самолетов. Но к этому времени самолет уже устарел. Расположенный в носовой части фюзеляжа двигатель увеличивал аэродинамическое сопротивление, ухудшал обзор и не позволял установить впереди кабину штурмана или воздушного стрелка, как на других бомбардировщиках. SM-79 стал последним военным трехмоторным самолетом в истории авиации.
Одним из первых немецких самолетов 30-х годов, изначально спроектированных как бомбардировщик, был двухмоторный Юнкере Ju-88 (рис. 3.18). Первый полет машины состоялся 15 декабря 1936 г. Превосходя Do-17 по грузоподъемности, а Не-111 — по скорости, Ju-88 стал вскоре самым массовым бомбардировщиком Люфтваффе. Первый серийный вариант Ju-88А-I с двигателями ЮМО-211 взлетной мощностью по 1200 л.с. развивал скорость 445 км/ч (на высоте 5600 м) и мог поднимать 1900 кг бомб. При дальнейшей модернизации самолета немецкие конструкторы использовали опыт действия военно-воздушных сил в Испании в 1936–1939 гг… Впрочем, так поступали и другие участвующие в боевых действиях стороны. Для советской, германской и итальянской военной авиации эта война стала как бы генеральной репетицией перед началом второй мировой войны.
Основу французской бомбардировочной авиации составляли устаревшие двухмоторные бомбардировщики типа Блох-210 и Амио-143. Эти угловатые машины, спроектированные еще в начале ЗО-х годов, имели максимальную скорость полета чуть более 300 км/ч. Правда, в 1937–1938 гг. французские авиаконструкторы выпустили ряд новых бомбардировщиков со значительно лучшими характеристиками. Так, двухмоторный LeO-45 с 2-тонной бомбовой нагрузкой мог развивать скорость более 450 км/ч (рис. 3.19). Однако серийный выпуск самолета задержался, и к осени 1939 г. на вооружении Франции состояло всего5 таких машин [14, с.281].
Такая же ситуация сложилась в польских ВВС. В роли бомбардировщиков там применялись Фоккер F-VIIB/3m — самолеты образца 20-х годов. В середине 30-х конструктор Е. Домбровский разработал весьма перспективный двухмоторный бомбардировщик PZL-37 «Лось». Первый полет самолета произошел летом 1936 г.
Как видно из рис. 3.20. бомбардировщик имел совершенные внешние формы. Оригинальными конструкторскими решениями являлись двухколесные стойки шасси с независимой подвеской каждого колеса и размещение бомб не только в фюзеляже, но и в специальных отсеках внутри корневой части крыла. С двигателями воздушного охлаждения Бристоль «Пегас» XX, выпускающимися в Польше по лицензии, самолет имел скорость 410 км/ч, мог брать до 2580 кг бомб, максимальная дальность полета составляла 1400 км. К моменту нападения Германии на Польшу на вооружение успело поступить только 36 PZL-37.
Япония, развязавшая войну с Китаем, не жалела средств на развитие бомбардировщиков — главного оружия агрессии. Лучшими среди них были самолеты фирмы Мицубиси: G3M для ВМС (1935 г.) и Кi-32 для ВВС (1936 г.). Оба бомбардировщика были, в общем, однотипны по конструкции. Они представляли собой свободнонесущие двухмоторные монопланы со среднерасположенным крылом и однокилевым вертикальным оперением, имели убирающееся шасси, посадочную механизацию, закрытые кабины экипажа. С бомбовой нагрузкой 800-1000 кг они развивали скорость около 400 км/ч. Появление самолетов этого класса, снабженных к тому же двигателями отечественного производства, означало, что японская авиапромышленность прочно встала на ноги и уже не нуждалась в зарубежной помощи. К концу 30-х годов было построено примерно по 300 самолетов указанных типов.
Как известно, при одних и тех же двигателях скорость самолета можно увеличить либо за счет повышения его аэродинамического совершенства, либо за счет уменьшения полетного веса. В связи с тем, что на новых военных машинах середины 30-х годов были использованы все новшества, направленные на уменьшение Схо, некоторые конструкторы пошли на сознательное уменьшение дальности и веса боевом нагрузки бомбардировщика для достижения им большей скорости. Напомню, что такие самолеты получили название скоростных бомбардировщиков.
Этот новый тип бомбардировочного самолета был создан в СССР в 1934 г. Его разработку в 1933 г. начал конструктор А. А. Архангельский под общим руководством А. Н. Туполева. Скорость самолета должна была стать гарантом его неуязвимости.
Первый полет СБ (рис. 3.21), как назвали новую машину, состоялся 7 октября 1934 г. С двигателями водяного охлаждения М-100 (2x830 л.с.) он развивал скорость до 420 км/ч [17]. Как следует из таблицы 3.4, в то время это был самый скоростной бомбардировщик в мире. Более того, СБ превосходил по скорости истребители того времени [18. с. 180].
Высокие скоростные качества бомбардировщика были достигнуты за счет тщательной аэродинамической отделки (в частности, впервые была применена потайная клепка), большей энерговооруженности и меньшего относительного веса боевой нагрузки (500 кг). Так, по сравнению с американским бомбардировщиком Мартин В-10, СБ имел на 23 % больше мощности, приходящейся на 1 кг полетного веса, но зато брал на борт почти в 2 раза меньше бомб.
Серийное производство самолета началось в 1936 г. Первую боевую проверку СБ прошел в Испании, воюя на стороне республиканских войск. До появления у противника «Мессершмиттов» самолет успешно применялся без истребительного прикрытия, причем иногда сам использовался в качестве истребителя, нападая на вражеские бомбардировщики.
«Платой» за скорость были некоторые эксплуатационные неудобства, т. к. по размерам СБ был намного меньше других двухмоторных бомбардировщиков. Вот что писал в начале 1937 г. из Испании советский инженер С. Стоклицкий: «По СБ пилоты ставят в общем следующие вопросы (кроме баков)[19]. Слепая и тесная штурманская кабина, из которой почти невозможно стрелять и в которой невозможно работать ‹з-за тесноты. В связи с плохой видимостью точное бомбометание (расчет) затруднительно. Невозможно варьировать количеством и калибром бомб, что снижает тактические возможности машины. Отсутствие второго управления выводит из строя машину и экипаж при ранении пилота. Сильная утомляемость в связи с недостаточной устойчивостью машины…» [19]. Но с этими недостатками мирились, понижая, что скорость является главным для боевой машины.
СБ использовался также во время военных конфликтов на Дальнем Востоке, в Монголии, в Китае, на границе с Финляндией, применялся в начальный период Великой Отечественной войны. С 1936 по 1940 гг. было построено 6831 самолет СБ в разных вариантах [7, с. 243].
В качестве примера зарубежного самолета, относящегося к классу скорости к фронтовых бомбардировщиков, можно назвать английский Бристоль «Бленим» (рис 3.22). Интересна история появления этого самолета. Работы над ним начались.- 1934 г. по заказу английского газетного магната лорда Родермера, который хотел иметь собственный самолет, летающий быстрее других самолетов. Понятно, чте аппарат строился как коммерческая, а не военная машина. Но когда в 1935 г. при испытаниях он показал скорость больше, чем у самых современных истребителей, им заинтересовались военные. По указанию Военного министерства Великобритании его начали производить как бомбардировщик. Всего выпустили около пяти с половиной тысяч «Бленимов» [14, с. 281].
При одинаковых весовых характеристиках «Бленим» развивал примерно на 30 км/ч большую скорость по сравнению с СБ. Это неудивительно, т. к. на нем стоял; более мощные двигатели (2x825 л.е.), а нагрузка на крыло достигала 130 кг/м² (у СБ — 99 кг/м²).
Таким образом, всего за несколько лет — с начала до середины 30-х годов — скорость бомбардировщиков возросла почти вдвое: с 225–250 до 400–450 км/ч Стать быстрый прогресс оказался возможен благодаря использованию конструкторами военных самолетов достижений пассажирского самолетостроения.
Высокие летные характеристики были достигнуты не только улучшением аэродинамики, но и значительным увеличением мощности двигателей. Последнее, несмотря на все усилия по снижению удельного веса авиационных моторов, вело к росту относительного веса силовой установки. Например, вес винтомоторной группы двухмоторного бомбардировщика начала 30-х годов составлял 41 % от всса пустого самолета 19, с. 26 |, а у скоростного бомбардировщика типа Бристоль «Бленим» эта величина равнялась 48 % [15, с. 27]. Ценой за мощность был вес боевой нагрузки. Как правило, он составлял не более 1–1,5 тонн.
Между тем, опыт военных действий в Испании и других «горячих точках» Земли вновь продемонстрировал огромную роль бомбардировочной авиации. Военные стратеги снова вспомнили о доктрине Дуэ, согласно которой массированные бомбардировки стратегически важных объектов противника должны сыграть решающую роль в победе над врагом. Для большей эффективности воздушных налетов на тылы противника необходимо было повысить дальность и бомбовую нагрузку существующих самолетов.
Таким образом, на повестку дня встал вопрос о создании таких бомбардировщиков, которые по скорости мало уступали бы лучшим самолетам 30-х годов, но могли бы брать бомб не меньше, чем тяжелые бомбардировщики типа ТБ-3, поднимать крупнокалиберные бомбы в 1 и более тонн.
Изменение требований к многомоторному бомбардировщику можно простелить на примере эволюции технических заданий конструкторскому бюро А. Н. Туполева, специализировавшемуся на создании тяжелых самолетов [7, с. 328–329]. В задании 1931 г. еще заметно чувствовалось влияние старых тенденций. КБ было поручено построить бомбардировщик, способный лететь на высоте 7000 м со сравнительно небольшой скоростью — 250 км/ч, но поднимающий огромное количество бомб — до 10 тонн. Во главу угла ставилась грузоподъемность самолета. Созданный на основе этого задания шестимоторный ТБ-4 не пошел в серию.
В 1934 г. требования стали совершенно иными: самолет должен был брать 2–4 тонны бомб, иметь скорость 400 км/ч и потолок 12000 м. Главными стали скорость и высота полета. В результате появился самолет ТБ-7 (АНТ-42) — первый в СССР скоростной тяжелый бомбардировщик. Конструкторскую группу, занимавшуюся в ОКБ Туполева созданием этой машины, возглавлял В.М.Петляков. Летные испытания ТБ-7 начались 27 декабря 1936 г.
В таблице 3.6 дано сравнение весовых, геометрических, аэродинамических и летных характеристик тяжелых бомбардировщиков двух поколений. К первому относятся ТБ-3 и ТБ-4, ко второму — Боинг В-17 и ТБ-7. Как видно из приведенных цифр, двукратный прирост максимальной скорости и высоты полета был достигнут в результате: а) уменьшения нагрузки на мощность (появились более мощные и более легкие двигатели с наддувом, винты изменяемого шага); б) увеличения нагрузки на крыло (это стало возможным благодаря использованию посадочной механизации крыла); в) уменьшения коэффициента лобового сопротивления и улучшения аэродинамического качества самолета.
Первенцем семейства скоростных тяжелых бомбардировщиков стал американский четырехмоторный Боинг В-17 (рис. 3.23). Опытный образец машины, созданной пол руководством Э. Уэллса, поднялся в воздух 28 июля 1935 г. По конструкции В-17, за исключением большего числа двигателей, не имел принципиальных отличий от описанных выше скоростных двухмоторных машин, но был больше по размерам и имел намного большие бомбовую нагрузку и запас горючего по сравнению с Боинг В-9 и Мартин В-10. Силовая установка состояла из 4 двигателей Пратт-Уитни К-1690 мощностью по 750 л. с, замененных в 1936 г. на более мощные R-1820. В 1938 г. двигатели снабдили нагнетателями, что заметно повысило высотно-скоростные характеристики В-17. Самолет оказался удачным, и с 1939 г. началось его серийное производство. Хорошие летные характеристики сочетались с аффективным оборонительным вооружением, позволявшим с любого ракурса встречать пулеметным огнем атакующие самолеты. Это было очень важно, т. к. большая дальность В-17 делала невозможным сопровождение его истребителями. Не случайно В-17 получил название «летающая крепость» («Flying Fortress»). Совершенствуясь от модификации к модификации, Боинг В-17 долгое время (примерно до 1944 г.) являлся основным стратегическим бомбардировщиком американской авиации. Он выпущен в количестве окаю 13000 экземпляров [20].
Советский тяжелый бомбардировщик ТБ-7, как и В-17, представлял собой цельнометаллический среднеплан с четырьмя двигателями на крыле, гладкой обшивкой, убирающимися шасси (рис. 3.24). Правда, вместо моторов воздушного охлаждения на ТБ-7 стояли отечественные двигатели АМ-34ФРН с системой водяного охлаждения (4x1200 л.с.). Однако основное различие заключалось в том, что внутри фюзеляжа был установлен еще один двигатель М-100 мощностью 850 л.с. Он служил исключительно для вращения мощного центробежного нагнетателя, обеспечивающего наддув и высотность четырех основных двигателей. В результате по скорости и высоте полета самолет оказался лучше, чем опытный вариант В-17. В отчете об испытаниях отмечалось, что на большой высоте ТБ-7 превосходит по скорости все известные тяжелые бомбардировщики и сравнялся с лучшими истребителями [21, с. 159]. Весовые издержки из-за наличия на борту пятого двигателя удалось отчасти компенсировать высоким аэродинамическим совершенством самолета, отчасти — меньшим, по сравнению с «Боингом», запасом горючего. Конечно, громоздкое и тяжелое устройство для централизованного наддува было бы лучше заменить индивидуальной установкой турбокомпрессоров на каждом двигателе, как сделали в 1938 г. на В-17, но таких высотных моторов советская авиапромышленность в то время не выпускала.
Несмотря на отличные высотно-скоростные характеристики, ТБ-7 не получил такого широкого распространения, как Боинг В-17. Его производство было весьма ограниченным (93 экземпляра) [22, с. 237]. Среди советского руководства не имелось единого мнения о целесообразности строительства бомбардировщиков стратегического назначения, многие полагали, что основное значение будет иметь тактическая (фронтовая) авиация. Свою роль сыграл и необоснованный арест А. Н. Туполева в 1937 г. Так, по вине субъективных обстоятельств, наша страна не получила современного тяжелого бомбардировщика. Правда, немногочисленные построенные ТБ-7 принимали участие в боевых действиях во второй мировой войне, даже совершили несколько налетов на Берлин в 1941 г., но существенного влияния на ход военных действий они, конечно, не могли оказать.
Незадолго до начала второй мировой войны четырехмоторные бомбардировщики нового типа появились и в других странах — Дорнье Do-19 в Германии, Фарман-222 во Франции. Они были немногочисленны и не сыграли заметной роли в военных действиях, а по конструкции и летным характеристикам значительно уступали отмеченным выше В-17 и ТБ-7 (см. табл. 3. 4). В связи с этим нет оснований останавливаться на описании этих самолетов.
В 30-е годы, наряду с развитием «классического» бомбардировщика, появился новый тип военного самолета — пикирующий бомбардировщик. Бомбометание с пикирования повышало точность поражения цели, что было особенно важно при задаче уничтожения малоразмерных объектов (мосты, отдельные здания, танки и т. п.). Другим преимуществом бомбометания с пикирования было сокращение времени пребывания самолета на боевом курсе, что значительно уменьшало шансы поражения самолета зенитной артиллерией.
Бомбометание с пикирования применялось еще в годы первой мировой войны Тогда в качестве пикирующих бомбардировщиков использовали истребители Сопвич «Кэмел», «Спад». Истребители имели большой запас прочности и хорошую маневренность — качества, необходимые для выхода из пике после атаки, однако их ограниченная грузоподъемность позволяла брать только небольшие бомбы. Межд› гем, большинство целей для пикирующего бомбардировщика требовало применения бомб большого калибра. В связи с тем, что запас прочности обычных бомбардировщиков был недостаточным для бомбометания с пикирования (в момент выхода из пике перегрузка может достигать 5 и более g), возникла задача создания специального пикирующего бомбардировщика. По прочности и маневренности такой самолет не должен был уступать истребителю, а по грузоподъемности — легкому бомбардировщику. Так как пикирующий бомбардировщик атаковал цели с малых высот, следовало предусмотреть защиту экипажа от огня с земли, а для того, чтобы перегрузка не превысила допустимую, необходимо было предусмотреть средства для ограничения скорости при пикировании и выхода из пике. Итак, создание пикирующего бомбардировщика представляло собой сложную задачу.
Первым удачным образцом пикирующего самолета стал немецкий Юнкере J u-87. Он появился в 1935 г. и прошел боевую проверку в войне в Испании. Это был одномоторный двухместный моноплан с прочной металлической конструкцией. Закрытые большими обтекателями неубирающиеся шасси и крыло типа «обратная чайка» придавали самолету характерный вид (рис. 3.25). Бомбы, общим весом до 500 кг, подвешивались под фюзеляжем в бомбодержателях особой конструкции, отклоняющих бомбы за диск пропеллера при сбрасывании в момент пикирующее спуска. Под крылом имелись специальные аэродинамические тормоза, ограничивающие скорость пикирования.
До середины второй мировой войны Ju-87 был самым распространенным типом пикирующего бомбардировщика. Из-за небольшой скорости его применяли там, где немецкая авиация имела господство в воздухе, в противном случае самолет оказывался легкой добычей истребителей. Выпуск самолета продолжался до 1944 г., всего было построено свыше 5700 Ju-87 [14, с. 297].
Для атаки с пикирования применялся и двухмоторный Юнкере Ju-88A. В этом варианте на самолет ставились специальные решетки, автоматически отклоняемые для ввода и вывода из пике. После изучения этого приспособления в СССР в 1940 г… когда был закуплен ряд новейших немецких самолетов, его применили на отечественном пикирующем бомбардировщике Пе-2 [23].
Эволюция конструкции бомбардировщика в середине 30-х годов напоминает ситуацию в самолетостроении после первой мировой войны: первые пассажирские самолеты были созданы из бомбардировщиков, и только потом появились специально сконструированные машины для коммерческих воздушных перевозок. В свою очередь, многие скоростные бомбардировщики 30-х годов представляли собой переделанные пассажирские машины, а уже на их основе создавались специализированные боевые самолеты.
Как известно, в военной технике имеются средства нападения и средства зашиты, и развитие одного ведет к немедленному развитию другого. В авиации повышение летных качеств бомбардировщиков в первой половине 30-х годов явилось стимулом к технической модернизации истребителя. О необходимости модернизации самолетов для воздушного боя свидетельствуют такие цифры: в 1928 г. дистанция догона двухмоторного бомбардировщика одноместным истребителем, начавшим преследование на расстоянии 10 км от цели, составляла 31 км, а в 1934 г., когда появились первые скоростные бомбардировщики, она равнялась уже 133 км [15, с. 23]. Эти цифры были характерны для самых современных истребителей, что касается самолетов, состоящих на вооружении уже несколько лет, то многие из них вообще не могли догнать бомбардировщики нового типа. Напомню, что истребители в то время обычно имели бипланное крыло, открытую кабину пилота, неубираемое шасси и значительно уступали в аэродинамическом совершенстве бомбардировщикам типа Мартин В-10 или СБ[20]. Понятно, что такая ситуация требовала срочных мер для развития истребительной авиации.
Как и в случае с бомбардировщиками, прототипом нового поколения истребителей послужили невоенные самолеты. Однако, если для тяжелых военных машин это был и скоростные пассажирские самолеты, то прообразом ряда новых истребителей в 30-е годы явились спортивные гоночные самолеты.
Авиационные состязания на скорость начались еще до первой мировой войны. В 1920 г., после 6-летнего перерыва, связанного с войной, они были продолжены. Соревнования гидросамолетов и самолетов с обычным колесным шасси происходили по отдельным программам. До 1927 г. абсолютный рекорд скорости принадлежал сухопутным гоночным самолетам, затем рекорды устанавливались на самолетах с поплавковым шасси [25]. Это объясняется тем, что гидросамолеты могли иметь большую нагрузку на крыло, т. к. длина разбега и пробега на воде не ограничивалась размерами аэродромов.
Первые послевоенные гоночные самолеты были, как правило, бипланами и, б принципе, мало отличались от истребителей периода первой мировой войны. В 1924 г. новый рекорд скорости — 448 км/ч — был установлен на французском моноплане со свободнонесущим крылом Фсрбуа V-2. Этот рекорд продержался 8 лет и наглядно продемонстрировал преимущества выбранной схемы. Характерно, что с этого времени все гоночные самолеты имели монопланное крыло.
Задача достижения максимально возможной скорости побуждала конструкторов скоростных спортивных самолетов использовать на своих машинах новейшие достижения авиационной науки и техники. Так, еще в 1920 г. на самолете американской фирмы Дайтон-Райт было применено убирающееся шасси. Постоянно возрастала нагрузка на крыло, использовались специальные тонкие «скоростные» профили. За время с 1923 по 1934 гт. Схо гоночных самолетов уменьшился с 0,031 до 0,019 [25. с. 87–88].
Большое внимание уделялось повышению удельной мощности двигателей. До конца 20-х годов преобладали скоростные спортивные самолеты с двигателями водяного охлаждения, в начале 30-х годов появились легкие и мощные звездообразные моторы и капоты NACA и, в результате, многие гоночные машины ‹в первую очередь это касается самолетов с колесным шасси) стали делать с двигателями воздушного охлаждения. За 1923–1934 гг. мощность гоночных авиамоторов, являвшихся сильно форсированными вариантами серийных авиадвигателей, возросла с нескольких сот до трех с лишним тысяч лошадиных сил. Правда, их ресурс измерялся всего несколькими часами.
В начале 30-х годов абсолютные авиационные рекорды скорости составляли: для самолетов с колесным шасси — 474 км/ч (Веделл-Вильямс «Джи Би», США, 1932 г.), для гидросамолетов — 655 км/ч (Супермарин S.6B, Англия. 1931 г.).
«Джи Би» представлял собой свободнонесущий моноплан с коротким крылом и фюзеляжем большого диаметра, определявшегося размерами звездообразного мотора Пратт- Уитни «Уосп», развивающего мощность 800 л.с. (рис. 3.26). Нагрузка на крыло у этого самолета достигала 174 кг/м², а нагрузка на мощность была очень мала — 1,4 кг/л.с.
Поплавковый Супермарин S.6B имел более обтекаемые формы из-за меньшего «лба» V-образного мотора фирмы Роллс-Ройс с водяным охлаждением (рис. 3.27). Этот мотор на режиме максимальной мощности мог развивать до 3200 л.с. при весе всего 745 кг [26, с. 21]. Для уменьшения сопротивления конструктор самолета Реджинальд Митчелл использовал поверхностные радиаторы, расположенные между двойной обшивкой крыла и верхних частей поплавков. Аэродинамику самолета несколько портили поплавки и расчалочное крыло, но высокая нагрузка на крыло (178 кг/м²) и рекордная нагрузка на мощность (0,95 кг/л.с.) обеспечили аппарату выдающиеся скоростные качества.
Весьма оригинальным по конструкции был экспериментальный самолет P. Л. Бартини «Сталь-6», построенный в СССР в 1933 г. (рис. 3.28). На самолете установили американский двигатель «Керисс-Конкверрор» максимальной мощностью 680 л.с. Чтобы минимизировать лобовое сопротивление и добиться максимально возможной скорости Бартини применил поверхностные крыльевые радиаторы, а шасси сделал одноколесным, полностью убирающимся в фюзеляж. При испытаниях самолет имел у земли скорость 420 км/ч — на 150 км/ч больше, чем у советских серийных истребителей [6, с. 442].
Скорость, достигнутая с помощью специально сконструированных гоночных самолетов, значительно превышала скорость истребителей начала 30-х годов.
Однако долгое время считалось, что из-за специфических особенностей гоночных самолетов (большая нагрузка на крыло, ограниченный запас прочности и др.) опыт их конструирования не может быть использован при создании военных самолетов. Только необходимость резко увеличить скорость истребителей заставила многих авиаконструкторов пересмотреть свои взгляды.
Первым шагом в практическом использовании конструктивных особенностей гоночных самолетов стало заимствование схемы уборки шасси у спортивного самолета Дайтон-Райт на американском истребителе Грумман FF-1 (1932 г.). И на том, и на другом самолете колеса убирались в ниши по бокам фюзеляжа, т. к. толщина крыла была недостаточной для размещения там шасси (рис. 3.29). Большое сопротивление бипланного расчалочного крыла истребителя FF-1 не позволило заметно увеличить скорость самолета: несмотря на сравнительно мощный двигатель, она не превышала 330 км/ч.
Другим примером влияния гоночного самолета на конструкцию истребителя в США можно считать моноплан Боинг Р-26 (рис. 3.30), выпуск которого был начат в 1933 г. По схеме он напоминал рекордный самолет «Джи Би», имел тот же мотор «Уосп» фирмы Пратт-Уитни. От других истребителей того времени Р-26 отличало небольшое по размерам низкорасположенное крыло площадью всего 14 м². В связи с тем, что действующие на истребитель перегрузки намного больше, чем у неманевренного гоночного самолета, крыло Р- 26 сверху и снизу было подкреплено расчалками. Самолет мог развивать скорость 377 км/ч, что примерно на 50 км/ч больше, чем у других военных самолетов начала 30-х годов. Большая скорость достигалась за счет значительной нагрузки на крыло — почти 100 кг/м 2. и высокой энерговооруженности: нагрузка на мощность составляла всего 2,2 кг/л.с. По этим параметрам Р-26 занимал промежуточное положение между специальными гоночными самолетами и обычными истребителями-бипланами.
Вместе с тем, неубираюшееся шасси, открытая пилотская кабина и расчалочное крыло не позволяют в полной мере отнести эту машину к новому классу скоростных истребителей[21].
В начале 30-х годов в условия популярных в Европе авиагонок на приз Дейтш-де-ля- Мерт было введено важное изменение: рабочий объем цилиндров мотора ограничили 8 л. Кроме того, дистанцию, на которой замерялась скорость полета, увеличили с 1 до 2000 км (промежуточные посадки разрешались, но засчитывались как летное время) [27, с. 10]. Новые правила заставили конструкторов отказаться от создания все больших по размеру и мощности двигателей и уделить основное внимание улучшению аэродинамики самолета. Результат оказался неожиданным: за счет аэродинамических усовершенствовании удалось создать гоночный самолет Кодрон С-460 с мотором мощностью всего 400 л. с на котором в 1934 г. был установлен новый мировой рекорд скорости — 506 км/ч. Коэффициент лобового аэродинамического сопротивления имел также рекордное значение — он составлял всего лишь 0,019 [25, с. 88]. Необычной особенностью этого самолета был рядный двигатель воздушного охлаждения. Мидель силовой установки при такой схеме был значительно меньше, чем у звездообразного двигателя, но проблема охлаждения цилиндров представляла собой непростую задачу, особенно при попытках увеличить его мощность.
Военным вариантом самолета Кордон С-460 стал легкий истребитель С-714 той же фирмы. Благодаря отличной аэродинамике, он развивал ту же скорость, что и лучшие истребители середины 30-х годов при двигателе в полтора раза менее мощном (см. табл. 3.7.). Как и прототип, С-714 имел рядный мотор воздушного охлаждения фирмы Рено, что предопределило характерную форму носовой части фюзеляжа (рис. 3.31). Несмотря на аэродинамические достоинства конструкции, самолеты с таким типом силовой установки не получили распространения из-за трудностей с охлаждением головок задних цилиндров двигателя.
Известный английский истребитель Супермарин «Спитфайр» также был создан на основе гоночного спортивного самолета. В конце 20-v годов Англия и Италия упорно состязались за кубок Шнейдера — награду за создание самого скоростного гидросамолета. Победа досталась англичанам — моноплан Супермарин S.6B с двигателем водяного охлаждения Роллс-Ройс оказался более скоростным. Несколько лет спустя, когда отставание истребителей в скорости стало очевидным, конструктор гоночного S-6 Р Митчелл решил применить свой опыт для создания военного самолета. Он сохранил общую компоновку и решил применить тот же тип двигателя — V-образный, 12-цилиндровый, с жидкостным охлаждением. Вместо поплавков на самолете установили убирающееся шасси, поверхностные радиаторы заменили обычными. Испытания, начавшиеся весной 1936 г., дали отличные результаты. При мощности двигателя 1030 л.с. самолет развивал скорость более 570 км/ч, был устойчив и прост в управлении. В 1937 г. началось его серийное производство. «Спитфайр» стал одним из основных английских боевых самолетов в годы второй мировой войны; было выпущено более 20 тысяч машин [14, с. 246].
Приведенные выше примеры не означают, конечно, что все истребители предвоенных лет были созданы на основе гоночных самолетов. Большинство новых боевых самолетов строилось не как попытка повторить какой-либо аппарат, а как новая конструкция, разработанная на основе последних достижений науки и техники. Это, в частности, полностью относится к новым советским истребителям, появившимся в середине 30-х годов, т. к. в СССР не существовало практики строительства скоростных спортивных самолетов с мощными двигателями.
В начале 30-х годов основным советским истребителем являлся биплан И-5 с двигателем воздушного охлаждения М-22 мощностью 480 л. с. Максимальная скорость этого самолета равнялась 278 км/ч у земли и 250 км/ч на высоте 5000 м. Понятно, что к моменту появления первых скоростных бомбардировщиков скоростные характеристики этого самолета перестали удовлетворять военных. В 1932 г. крупнейшим в СССР авиационным конструкторским коллективам — КБ А. Н. Туполева и Н. Н. Поликарпова — было дано задание на проектирование истребителей нового класса, со значительно большей скоростью.
В 1933 г. начались испытания первых в СССР скоростных истребителей-монопланов И-14 и И-16 со свободнонесущим крылом и убираемым шасси. И-14 был построен бригадой П. О. Сухого под общим руководством А. Н. Туполева; конструктором И-16 был «король истребителей» Н. Н. Поликарпов. Оба самолета имели звездообразные моторы воздушного охлаждения Райт «Циклон» (М-25). снабженные капотами NACA, и низкорасположенное крыло с закрылками. Схема низкоплан для истребителя была выгоднее других, т. к. при этой компоновке создавались наиболее благоприятные условия для уборки шасси в крыло, низкорасположенное крыло позволяло получить хороший обзор из кабины, который так важен в воздушном бою, повышало безопасность при аварийной посадке с убранным шасси.
И-14, в соответствии с традицией КБ А. Н. Туполева, имел цельнометаллическую конструкцию. Фюзеляж и киль имели гладкую обшивку, а крыло и горизонтальное оперение были покрыты гофрированным металлическим листом. В этом отношении И-14 являлся промежуточным типом между истребителями старого и нового поколений. Однако во всем остальном это была передовая машина. И-14 — первый в СССР истребитель с убираемым шасси, закрылками, тормозными колесами и закрытым фонарем кабины.
И-16 (рис. 3. 32) имел смешанную конструкцию: фюзеляж — из дерева, крыло — с металлической силовой конструкцией и полотняной обшивкой. При том же двигателе Райт «Циклон» (М-25) мощностью 710 л. с. И-14 на испытаниях весной 1934 г. показал более высокую скорость (372 км/ч), чем И-16 (351 км/ч) [7, с. 128]. Однако при полетах было замечено запаздывание самолета с выходом из штопора, неустойчивость на земле из-за узкой колеи шасси и некоторые другие конструктивно-эксплуатационные недостатки. Это и определило выбор — основным типом скоростного истребителя-моноплана стал самолет И-16.
Посте ряда аэродинамических усовершенствований и установки нового типа винта скорость самолета заметно возросла. «Доношу, что истребитель завода № 39 И-16 с мотором Райт-Циклон дал скорость 430 километров на высоте 3000 метров, поставив нас на первое место в мире по истребителям», — сообщал Сталину в октябре 1934 года начальник Главного управления авиационной промышленности Г. Н. Королев [28].
Серийный выпуск И-16 начался в 1934 г. Благодаря очень короткому фюзеляж) он имел малый продольный момент инерции и, как следствие, быструю реакцию на отклонение рулей. Для большей «верткости» центр тяжести самолета был совмешен с центром давления. Такой метод повышения маневренности применяется на современных боевых самолетах в сочетании с автоматом обеспечения устойчивости, но в 30-е годы это решение вряд ли можно назвать оправданным, т. к. в те годы не существовало никаких приспособлений для автоматического сохранения равновесия, и отсутствие запаса статической устойчивости делало пилотирование И-16 трудной и требующей постоянного внимания работой.
Несмотря на указанный недостаток, И-16 был, несомненно, передовой машиной. «Не было, пожалуй, самолета, — писал В. Б. Шавров. — который производил бы такое большое впечатление на современников своими скоростными качествами. Маленький, „как мушка“, И-16 воплощал в себе идею быстроходного самолета, выполнявшего к тому же очень эффективно фигуры высшего пилотажа и выгодно отличался от любых бипланов. По тому времени — декабрь 1933 г. — это был действительно выдающийся самолет, первый в мире серийный и массовый истребитель-моноплан, положивший начало распространению такой схемы. Самолет применялся в войнах в Испании, на Халкин-Голе, с белофинами и на фронтах Великой Отечественной войны» [6, с. 466]. К этому можно добавить, что всего было построено 9450 И-16 разных модификаций [7, с. 432–433].
В середине 30-х годов ВВС США объявили конкурс на создание нового истребителя для замены самолета Боинг Р-26. Победителем стал Северский Р-35. сконструированный в 1935 г. нашим соотечественником-эмигрантом А. Н. Прокофьевым-Северским. Благодаря самому мощному в то время двигателю воздушного охлаждения Пратт-Уитни R-1830, применению винта изменяемого шага и убирающемуся шасси этот цельнометаллический самолет имел на 75 км/ч большую, чем у Р-26. максимальную скорость полета. Шасси убиралось не вбок, как обычно, а назад, в специальные обтекатели под крылом (рис. 3.33). Это позволило сделать крыло герметичным и занять его внутренний объем под топливный бак, обеспечивающий самолету дальность более 1500 км. Коэффициент лобового сопротивления Р-35 равнялся 0,0251, аэродинамическое качество составляло 11,8 — весьма хорошие показатели для того времени (Р-26 имел Cxo=0,0448, К=8,3; у советского И-16 эти величины составляли соответственно 0,035 и 11,0) [1. с. 482–483; 24, с. 100–101]. Герметичное крыло придавало самолету плавучесть при вынужденной посадке на воду, а многолонжеронная конструктивно-силовая схема обеспечивала высокую боевую живучесть.
За Р-35 последовал истребитель Кертисс Р-36,с тем же двигателем, но с улучшенной аэродинамикой; в частности, шасси убиралось не в обтекатели, а внутрь крыла. В результате максимальная скорость истребителя достигала 480 км/ч — на 30 км/ч больше, чем у «Северского».
Р-35 и Р-36 строили в США небольшими сериями, т. к. американское руководство в силу особенностей географического положения своей страны не видело особой необходимости иметь мощную военную авиацию. Большая часть самолетов шла на экспорт. Так. более 200 Р-36 было изготовлено по заказу французских ВВС.
В отличие от США, японское правительство, захваченное идеей завоевания господства на Востоке, быстро наращивало выпуск боевых самолетов. Представителями поколения скоростных истребителей в Японии были самолеты Мицубиси А5М (1935 г.) и Накадзима Ki-27 (1936 г.). Они были очень схожи по конструкции, оба имели звездообразные 9-цилиндровые двигатели мощностью около 600 л.с. Основное различие заключалось в том, что самолет фирмы Мицубиси имел неубираемое шасси и открытую кабину летчика, поэтому его скорость не превышала 400 км/ч. Более совершенный Ki-27 (рис. 3.34) оказался примерно на 50 км/ч более скоростным при приблизительно равных остальных летных параметрах. Он был принят в качестве основного японского истребителя конца 30-х — начала 40-х годов, построили 3399 самолетов [14. с. 216]. Советские летчики, испытывавшие трофейный Ki-27, отмечали отличные маневренные свойства этого японского истребителя, характерные, скорее, для биплана, чем для моноплана [7, с. 161].
Мощность лучщих авиационных звездообразных двигателей в середине 30-х годов составляла 700–800 л.с. Дальнейшее увеличение рабочего объема двигателей вызывало рост размеров цилиндров, а это, в свою очередь, вело к увеличению диаметра фюзеляжа истребителя, итак имевшего бочкообразную форму, и к росту аэродинамического сопротивления самолета.
Выход был найден в появлении спаренных двигателей типа «двойная звезда», таких, как Пратт-Уитни «Твин- Уосп» (США) или Гном- Рон «Мистраль Мажор» (Франция). Они представляли собой как бы два обычных звездообразных двигателя, прижатых друг к другу. Вопрос охлаждения цилиндров второго ряда был решен на основе рекомендаций ученых по более рациональной организации охлаждающего потока посредством специальной профилировки капота двигателя и применения пластин-дефлекторов (отклонителей потока). В результате появления «сдвоенных звезд» удалось вдвое повысить мощность без увеличения площади поперечного сечения силового агрегата.
Наряду с истребителями с двигателями воздушного охлаждения строились и самолеты с двигателям водяного охлаждения. Преимуществом этих машин были более обтекаемые формы и меньший мидель капота двигателя, недостатками — большие вес и стоимость силовой установки, ее более высокая уязвимость в бою по сравнению с двигателем воздушного охлаждения.
Первыми представителями «нового поколения» скоростных истребителей с двигателями водяного охлаждения явились французский Девуатин D-500 и И-17 конструкции Н. Н. Поликарпова. От предыдущих машин их отличал узкий, вытянутый в длину фюзеляж, придававший самолету совершенно другой, более «элегантный» облик.
Французский истребитель, созданный в 1935 г., имел неубирающееся шасси и подкосное горизонтальное оперение, поэтому, несмотря на узкий обтекаемый фюзеляж и двигатель Испано-Сюиза, мощностью 700 л.с., его максимальная скорость равнялась всего 360 км/ч. Для 1935 г. это было явно мало, поэтому выпуск ограничился 300 самолетами [14, с. 128].
Гораздо более перспективным был истребитель И-17, созданный в КБ Поликарпова в 1934–1935 гг. (рис. 3.35). Согласно заданию, этот самолет должен был иметь максимальную скорость 500 км/ч [7,с. 168]. Для этого требовался мотор мощностью примерно 1000 л.с., но в СССР в те годы двигателей водяного охлаждения подходящей мощности и габаритов не было, поэтому И-17 испытывался с французским мотором Испано-Сюиза-12 (М-100) мощностью 750 л.с. При испытаниях была достигнута скорость 465 км/ч, т. е. меньше расчетной. Кроме того, летчики жаловались на чрезвычайно тесную кабину. В результате самолет не пошел в серию.
Как показало время, общая схема и основные параметры И-17 были выбраны, в целом, правильно, передовой была и идея установить на самолете наряду с пулеметами 20-мм авиационную пушку, стреляющую через ось винта. Основной причиной того, что из И-17 не получился столь нужный и перспективный скоростной истребитель, явилось отсутствие двигателя подходящей мощности. Это был тот случай, когда схема самолета опережала общий технический уровень развития авиации. Серийные самолеты типа И-17 появились в нашей стране только через 5 лет.
Как следует из таблицы 3.8, аэродинамическое сопротивление сам an ста И-17 с мотором водяного охлаждения было примерно в полтора раза меньше, чем у И-16 с его коротким бочкообразным фюзеляжем. Правда, вес мотора с водяной рубашкой цилиндров был выше, что привело к увеличению взлетного веса всего самолета Однако в период, когда скорости полета приближались к 500 км/ч, доминирующим требованием к самолетам стала обтекаемость форм. В результате, если в 1933 г только 30 % новых типов истребителей имели двигатель с жидкостным охлаждением то в 1937 г. эта величина составляла уже более 60 % [14].
Широкомасштабный серийный выпуск скоростных истребителей-монопланов с двигателями водяного охлаждения начался во второй половине 30-х годов в странах Западной Европы, где уровень развития авиадвигателестроения обгонял развитие двигателей в СССР. Примерами таких самолетов являются немецкий Мессершмитт Bf-109 и английские Хаукер «Харрикейн» и Супермарин «Спитфайр», которые широко использовались в годы второй мировой войны. Благодаря установленным на них моторам мощностью более тысячи лошадиных сил они могли развивать скорость свыше 500 км/ч.
Проектирование самолета Bf-109 началось в 1934 г., когда командование BBC Германии объявило конкурс на создание одноместного истребителя для замены устаревших бипланов Хейнкель Не-51 и Арадо Ar-68. Конструкторы Вилли Мессершмитт и Вальтер Ретель поставили перед собой задачу соединить воедино минимальную по размерам и весу конструкцию и мощный двигатель. Результатом этой работы был одноместный самолет-низкоплан с закрытой пассажирской кабиной и убирающимся шасси. Из-за небольших размеров Bf. 109 разработан на основе спортивного моноплана Ме-108) самолет отличался высокой нагрузкой на плошадь. Поэтому крыло было снабжено щелевыми закрылками и автоматическими предкрылками. Хорошие летные качества, удобство в эксплуатации и технологичная конструкция предопределили успех машины. В сентябре 1935 г. самолет совершил первый полет, а уже с 1936 г. стал поступать на вооружение. Вначале на нем ставили двигатель Юнкере «ЮМО» 210А, мощность которого составляла только 610 л.с., и поэтому скорость самолета была невелика — 420 км/ч. Однако потенциальные возможности Bf. 109 были велики. Об этом свидетельствует абсолютный мировой рекорд скорости — 610 км/ч, установленный 11 ноября 1937 г. Гансом Вюрстером на самолете со специальным гоночным двигателем мощностью 1500 л.с.[22]
Опыт Испании показал необходимость повышения мощности двигателя и усиления вооружения. В начале 1939 г. появился вариант Мессершмитт Bf 109F. с двигателем DB-601 в 1050 л.с. (рис. 3.36). Самолет развивал скорость 550 км/ч, помимо пулеметов имел пушечное вооружение.
Успеху английских истребителей «Харрикейн» (конструктор С. Камм) и «Спитфайр» (конструктор Р. Митчелл) способствовало появление нового английского V- образного двигателя водяного охлаждения Роллс-Ройс «Мерлин» мощностью 1030 л.с. Он обладал небольшим «лбом» и сравнительно малым весом, что обеспечивало хорошие скоростные характеристики самолетов.
Разработка самолетов началась в 1934 г. «Харрикейн», впервые поднявшийся в воздух в ноябре 1935 г., имел смешанную конструкцию; «Спитфайр» (рис. 3.37), совершивший первый полет в марте 1936 г., отличался конструктивно-силовой схемой с цельнометаллической работающей обшивкой. Кроме того, размах крыла «Спитфайра» был на 1 метр меньше, чем у «Харрикейна», а профиль отличался малой относительной толщиной (12,5 % у корня и 7,9 % на концах крыла [30, с. 47]). Эллиптическая форма крыла и оперения «Спитфайра» способствовала уменьшению индуктивного сопротивления, особенно при маневрировании на больших углах атаки. Его вес был меньше, а максимальная скорость — более, чем на 50 км/ч выше. Лучше оказались и маневренные характеристики. Поэтому в голы второй мировой войны «Харрикейн» применялся, главным образом, для борьбы с бомбардировщиками, а более совершенный «Спитфайр» — для борьбы с истребителями противника. Серийное производство самолетов началось в 1937 г. К началу войны на вооружении ВВС Англии состояло 18 эскадрилий «Харриксйнов» и 9 — «Спитфайров». В 1939–1945 гг. эти машины составляли основу английской истребительной авиации.
Лучшим французским истребителем с двигателем водяного охлаждения был Девуатин D-520 (рис. 3.38). По сравнению со своим предшественником — малоудачным D-500, он имел убирающееся шасси, свободнонесущее оперение, закрытую кабину, увеличенную мощность двигателя. Высокая скорость (555 км/ч) и мощное вооружение (20-мм пушка и 4 пулемета) делали эту машину достойным соперником «Мессершмиттов», но выпуск самолета начался слишком поздно, чтобы заметно усилить французскую авиацию. К моменту нападения Германии на Францию в строю находилось только 437 D-520 [14. с. 222].
Было бы неправильно считать, что в 30-е годы все новые истребители имели схему моноплан. Среди этого класса машин было немало и бипланов. Так, например, в СССР из 14 типов истребителей, сконструированных в 1935–1939 гг., 5 имели бипланное крыло, 3 из них (ДИ-6, И-15 и И-153) строились серийно, причем И-153 (рис. 3.39) поступил в серийное производство в самом конце 30-х годов. И-15 и И-153 были выпушены большой серией: соответственно 2792 и 3437 экземпляров [7, с. 433].
За рубежом также строили истребители-бипланы. Примером этого может служить английский Глостер «Гладиатор», начавший поступать на вооружение в 1937 г. и построенный в количестве более полутысячи экземпляров (рис. 3.40). Самолет экспортировался и в другие страны — Бельгию. Швецию, Норвегию. Латвию, Литву, Ирак. Китай. Другим известным истребителем-бипланом предвоенных лет был итальянский Фиат C.R.42. Эта машина поступила в серийное производство в 1939 г. и выпускалась до 1943 г… на вооружение было поставлено 1781 C.R.42. [14, с. 216]. По сравнению с советскими И-15 и И-153, зарубежные бипланы имели неубирающееся шасси и были более тихоходными.
По скорости бипланы заметно уступали самолетам-монопланам, однако имели преимущество в отношении маневренности. Как видно из таблицы 3.8, биплан И- 15 тратил на выполнение виража вдвое меньше времени, чем современный ему моноплан И-16. На самолетах стояли одинаковые двигатели и взлетный вес машин был практически идентичным. Лучшая маневренность биплана достигалась за счет меньшей нагрузки на крыло; т. к. при том же размахе площадь бипланного крыла всегда больше.
Лучшие маневренные свойства и послужили причиной долголетия истребителей- бипланов. Возникла даже специальная «теория двух истребителей», согласно которой истребители-монопланы должны были действовать в бою совместно с истребителями-бипланами: первые догоняют и сковывают атаками противника, вторые уничтожают его в воздушном бою.
Во время гражданской войны в Испании многие советские летчики, участвовавшие в боях, отдавали предпочтение бипланам. «По истребителям пилоты в основном считают, что маневренность И-16 недостаточна и поэтому (а также из-за более легкой посадки) хвалят И-15, полагая, что его можно модернизировать, улучшив вооружение … и скорость», — гласит отчет из Испании [19].
Однако по мере повышения скорости полета большее сопротивление бипланного крыла становилось все более заметным недостатком. Опыт боевого применения авиации в Испании продемонстрировал трудности совместного применения разнотипных истребителей, разрыв в скорости между которыми все более возрастал. К концу 30-х годов истребители-бипланы уступали по скорости iil только одноместным монопланам, но, нередко, и бомбардировщикам.
Приверженцы схемы «биплан» предпринимали разнообразные решения для того чтобы повысить скорость самолетов. Кроме уже известных — убираемое шасси фонарь кабины пилота, выдвигались и весьма оригинальные идеи. Одной из них было применение схемы «свободнонесущий биплан». Такую необычную компоновку предложили советские конструкторы Л, А. Боровиков и И. В. Флоров. Построенный ими в 1937 г. экспериментальный истребитель М-207 не имел ни привычных для биплана расчалок, ни межкрыльевых стоек (рис. 3.41). С двигателем мощностью 801 л.с. этот самолет при испытаниях показал скорость 416 км/ч на высоте 4000 м [21,c. 69], что для истребителя конца 30-х годов было явно мало.
Другой, еще более радикальной попыткой объединить достоинства биплана и моноплана в одном самолете было создание самолетов с убираемым в полете крылом Первый проект такого преобразуемого самолета был разработан в США русским эмигрантом Н. Медведевым в 1931 г. Перед самым началам Великой Отечественной войны советский авиаконструктор В. В. Шевченко построил первые самолеты схемы «биплан-моноплан» ИС-1 и ИС-2. Одноместный истребитель-биплан преобразовывался в моноплан благодаря уборке нижнего крыла частично в фюзеляж, частично в ниши в верхнем крыле. Во время испытаний ИС-1 уборка и выпуск нижнего крыла производились около 600 раз на земле и 30 раз в полете, механизм работал надежно [4, с. 86]. Начало войны с Германией остановило эти работы. Но они и не имели перспективы: опыт применения военных самолетов в 30-е годы убедительно продемонстрировал, что высокая маневренность истребителя не может компенсировать его недостаточную скорость, а из-за большего веса конструкции преобразуемый самолет по скоростным качествам неизбежно уступал бы новейшим истребителям-монопланам.
Таким образом, к концу 30-х годов эра самолетов-бипланов подошла к концу. Многолетний спор приверженцев бипланной и монопланной схем в самолетостроении вследствие сильно возросшей в 30-е годы скорости полета закончился полной победой моноплана.
Погоня за скоростными качествами самолетов привела также к сокращению выпуска двухместных истребителей. Напомню, что в конце 20-х годов указанный тип самолета строили в нескольких странах. Он предназначался для сопровождения тяжелых бомбардировщиков и для воздушного боя с самолетами противника. В то время господствовала бипланная схема и разница в скорости одноместного и двухместного истребителей была невелика. Зато, благодаря задней подвижной стрелковой установке, двухместный самолет обладал преимуществами в мощности огня и зоне обстрела.
С появлением скоростных обтекаемых истребителей-монопланов больший вес целевой нагрузки двухместного истребителя (800-1100 кг по сравнению с 440–600 кг у одноместной машины того же назначения) и обусловленная этим большая площадь крыла привели к заметному отставанию в скорости. Во второй половине 30-х годов разница в максимальной скорости у одноместного и двухместного истребителей была примерно 100 км/ч [15, с. 17]. Так, максимальная скорость советского серийного двухместного истребителя ДИ-6 составляла 382 км/ч на высоте 3000 м. Вследствие большей нагрузки на мощность двухместный истребитель уступал одноместному и по высотным характеристикам — потолку и скороподъемности, и в маневренности. Поэтому после выпуска 222 самолетов, в 1938 г. серийное производство ДИ-6 было прекращено.
К концу описываемого десятилетия двухместный истребитель, как тип, почти полностью вышел из употребления. Единственным исключением являлся Мессершмитт Bf.110 (рис. 3.42). Самолет был разработан в середине 30-х годов по заданию Люфтваффе как «стратегический истребитель» с большой дальностью полета и мощным вооружением. Первый полет Bf. 110 состоялся 12 мая 1936 г. Чтобы компенсировать возросший вес машины, на нем установили два двигателя. Благодаря этому по скорости (525 км/ч) самолет почти не уступал одноместным истребителям. Но этого оказалось недостаточно: из-за плохих маневренных характеристик самолет не смог на равных соперничать с самолетами типа «Спитфайр» и во время войны обычно применялся немцами в качестве легкого бомбардировщика. разведчика или ночного истребителя.
Из технических новшеств. обеспечивших высокую скорость истребителей, труднее всего внедрялись в практику закрытые кабины пилота. Многие летчики возражали против закрытых фонарем кабин, полагая, что в этом случае они утратят чувство «слияния» с машиной и не смогут управлять сю так же хорошо, как прежде, а в воздушном бою не будут иметь хорошего обзора (последнее было отчасти верно из-за неважного качества плексигласа применявшегося тогда на самолетах). Свою роль играл и страх, что при повреждении самолета фонарь заклинит, и летчик не сможет его открыть, чтобы выброситься с парашютом. Когда в середине 30-х годов появились первые истребители с закрытой кабиной, летчики были так единодушны в неприятии этого новшества, что некоторые конструкторы даже пошли «на попятную» и согласились убрать фонарь-обтекатель. Так случилось, например, при испытаниях и доводке истребителей И-14 и И-16. Конечно, это был шаг назад, т. к. по мере роста скорости и высоты недостатки открытой кабины проявлялись все сильнее, и постепенно необходимость сделать ее закрытой поняли и конструкторы, и летчики. К моменту начала второй мировои войны все новые истребители имели прозрачный обтекатель над головой летчика.
Увеличение скорости полета заставило конструкторов работать над усилением вооружения истребителей. За 10 предвоенных лет скорость маневрирования в бою возросла в полтора-два раза, соответственно сократилось время, в течение которого можно было вести огонь по противнику. Не следует также забывать, что с началом применения в самолетостроении металла и монококовых конструкций, установки протестированных топливных баков, живучесть авиационных конструкций заметно возросла. Поэтому истребители стали вооружать не 2 пулеметами, как в годы первом мировой войны, а 4–8; большое внимание уделялось и повышению скорострельности. Стали применяться крупнокалиберные пулеметы. С 1933 г. на военных самолетах начали ставить скорострельные авиационные 20-мм пушки. Общий вес минутного залпа истребителя конца 30-х годов достигал 100–200 кг (для сравнения: истребитель периода первой мировой войны расстреливал за минуту около 25 кг боезапаса) [31,с. 45].
Здесь уместно сказать об опытах по применению крупнокалиберных орудий на самолетах-истребителях, проводившихся в нашей стране в 30-е годы. Стимулом к ним послужило создание конструктором Л. В. Курчевским так называемых динамо- реактивных пушек, не обладающих, в силу своих конструктивных особенностей, отдачей. Работы по пушечным истребителям возглавил Д. П. Григорович. В 1931 г. начались испытания его истребителя-моноплана И-Zc двумя динамо-реактивными пушками АПК-4 калибром 76 мм под крыльями. За ним последовал более скоростной самолет ИП-l, с тем же пушечным вооружением (1935 г.). Оба самолета были запущены в серию, но строились недолго, т. к. из-за большого веса и низкой скорострельности крупнокалиберных пушек боевые свойства самолетов оказались невысокими. В 1936 г. появилась скорострельная 20-мм авиационная пушка ШВАК, которая и стала основным типом артиллерийского вооружения советских самолетов.
Применение металла, усложнение конструкции, повышение мощности двигателя и усиление вооружения не могли не сказаться на весе истребителей. За период с 1933 по 1937 гг. вес самолетов возрос с 1,5 до 2,5 тонн, величина полной нагрузки увеличилась за это время с 600 до 800 кг (главным образом, за счет большего веса горючего и вооружения).
Специализированные самолеты-разведчики, бывшие в 20-е годы самым многочисленным типом в военной авиации, разделили участь многоместных истребителей. Их с успехом заменили скоростные бомбардировщики и многоцелевые самолеты, такие как немецкий Bf. 110 или английский «Москито».
В заключение несколько слов о самолетах военно-морской авиации. Их поля в общем балансе военно-воздушных сил была, в целом, невелика — в среднем около 10 %. Исключение составляли такие страны, как США и Японии, где морская авиация составляла до 1 /3 всего авиапарка. Весьма многочисленную авиацию, предназначенную для действий над морем, имела также Англия.
Кроме самолетов береговой охраны, представленных, в основном, поплавковыми самолетами и «летающими лодками», в состав морской авиации входили также палубные самолеты. По конструкции это были, в большинстве, бипланы, т. к. одним из основных требований к самолету палубного базирования являлась низкая посадочная скорость. На рис. 3.43 показаны английские палубные самолеты «Суордфиш» над своим авианосцем «Арк Ролл». Этот корабль нес на борту 24 таких самолета. Кроме него, к концу 30-х годов Англия имела еще 5 авианосцев, на которых могли базироваться по 36 самолетов различного назначения — истребителей, разведчиков и торпедоносцев.
Такое же количество авианосцев имела Япония, однако их «самолетовместимость» была больше. Так, авианосцы «Kara» и «Акаги» имели на борту по 50 самолетов. 360 машин палубной авиации находилось на американских авианосцах «Лексингтон», «Сара то га», «Рейнджер», «Йорктаун» и «Энтерпрайз». В воруженных силах Франции и Германии было к началу войны только по одному авианосцу, каждый из них мог нести по 40 самолетов [15]. По своим летно-техническим характеристикам морские самолеты значительно уступали новым скоростным истребителям и бомбардировщикам обычного типа.
В данном разделе была рассмотрена техническая эволюция основных типов военных самолетов в середине 30-х годов. Глубокие изменения в конструкции и быстрый рост мощности авиадвигателей обусловили заметный прирост летных характеристик: всего за 5 лет основные полетные данные военных самолетов улучшились на 30-100 %. Быстрее всего увеличивалась скорость полета. До середины 30-х годов это достигалось, в основном, за счет аэродинамического совершенствования планера самолетов, позднее главенствующую роль стало играть увеличение мощности авиационных моторов.
Революционные изменения в конструкции гражданских самолетов, происшедшие в начале 30-х годов, оказали глубокое влияние на прогресс не только аппаратов с обычным колесным шасси, но и на развитие гидроавиации. Гидросамолеты существовали в условиях конкуренции с обычными «сухопутными» самолетами, и невнимание конструкторов морских летательных аппаратов к новейшим техническим достижениям неизбежно привело бы к кризису в развитии гидроавиации. Особенно острая конкуренция происходила в гражданской авиации. Авиакомпании, эксплуатирующие обычные самолеты и «летающие лодки», яростно боролись за господство на воздушных линиях.
Техническую эволюцию пассажирских «летающих лодок» в 30-е годы можно проследить на примере трех американских самолетов: Сикорскии S-42, Мартин 130 и Боинг 314. Характеристики этих и некоторых других многомоторных «лодок» приведены в табл. 3.9.
S-42, построенный под руководством И. И. Сикорского в начале 1934 г., можно считать первым представителем нового поколения пассажирских «летающих лодок» (рис. 3.44). Если прежде на гидросамолетах двигатели устанавливали на стойках (моторамах) над или иод крылом, что, конечно, увеличивало лобовое аэродинамическое сопротивление, то на S-42 мотогондолы были «врезаны» в переднюю кромку крыла, как на советских «ТБ» и новейших пассажирских «Боингах» и «Дугласах». Да и само крыло крепилось теперь к фюзеляжу не на сложной ферменной конструкции, а с помощью одного хорошо обтекаемого пилона и двух стоек. Двигатели воздушного охлаждения были закрыты капотами, винты имели механизм изменения шага в полете. Чтобы увеличить нагрузку на крыло и тем самым повысить скорость в крейсерском полете, но при этом сохранить приемлемую посадочную скорость, Сикорский установил на крыле закрылки. Конструкция самолета, в основном, была из металла.
Таким образом, S-42 в момент его появления воплощал в себе все новейшие достижения в авиатехнике. Коэффициент лобового сопротивления самолета был в полтора раза меньше, чем у предыдущей «лодки» Сикорского S-40, а нагрузка на площадь — в полтора раза выше. Кроме того, на S-42 стояли новые, более мощные двигатели Пратт-Уитнн «Хорнет». В результате крейсерская скорость самолета возросла почти на 100 км/ч, существенно увеличилась и дальность полета. При этом самолет сохранил высокий коэффициент весовой отдачи — 37 %. В течение 1934 г. на S-42 было установлено 10 мировых рекордов скорости и высоты полета с грузом. Осенью 1934 г. первый самолет начал регулярные полеты на маршруте из США в Южную Америку. Позднее было выпущено еще 9 S-42.
В самом конце 1934 г. начались испытания еще одной американской пассажирской «летающей лодки» — Мартин 130 (рис. 3.45). По размерам, пассажнровместимости и дальности полета этот самолет превосходил S-42. но имел несколько меньшую скорость. Как и S-42, это был подкосный моноплан с 4 моторами на передней кромке крыла. Основное отличие заключалось в замене подкрыльевых поплавков «жабрами», как на «летающих лодках» Дорнье. Кроме своей главной функции — обеспечение боковой устойчивости на воде, эти выступы в нижней части фюзеляжа использовались для размещения там горючего, служили удобной платформой для груза и пассажиров при посадке на самолет.
Самолет отличался превосходным весовым совершенством конструкции — его весовая отдача составляла более 50 % 115, с. 85 |. Это было достигнуто применением при создании фюзеляжа-лодки более легкой конструкции монококового типа вместе распространенных прежде конструкций с преобладающим продольным набором, заимствованных из практики судостроения.
Мартин 130 был спроектирован специально для полетов через Тихий океан. Всего построили 3 самолета. В 1936 г. на них начались коммерческие полеты из Сан-Франциско в Манилу. Маршрут, дальностью более 13000 км, был разбит на 5 участков с остановкой у островов Гаваи, Мидуэй, Уэйк и Гуам. Весь полет из Америки в Азию занимал 5 дней [49, с. 197].
В 1937 г. по заказу советского правительства фирма Мартин построила самолет еще больших размеров и грузоподъемности — «летающую лодку» Мартин 156. В СССР его предполагалось использовать как дальний морской разведчик и бомбардировщик, однако к концу 30-х годов скорость американской «лодки» — 274 км/ч — уже не удовлетворяла военных, и самолет не был принят на вооружение. Его передали в «Аэрофлот», где он до 1942 г. эксплуатировался на авиалинии вдоль Тихоокеанского побережья СССР [21, с. 150].
«Венцом» технического развития винтомоторных «летающих лодок» в предвоенный период стал Боинг 314 (рис. 3.46). Этот четырехмоторный цельнометаллический самолет был самым большим и наиболее скоростным среди «летающих лодок» нового поколения. Для уменьшения лобового сопротивления корпус лодки сделали более узким и высоким. Изменилась и форма днища — оно стало однореданным. Самолет имел свободнонесущее крыло с гладкой металлической обшивкой. Благодаря большей высоте корпуса «лодки» исчезла необходимость располагать крыло на стойках над фюзеляжем во избежание забрызгивания винтов и двигателей при движении по воде. Все это вместе взятое позволило на треть уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления по сравнению с S-42 [1, с. 195]. 4 звездообразных двигателя Райт «Циклон», развивавшие по 1200 л.с. каждый, обеспечивали крейсерскую скорость полета 296 км/ч; в зависимости от протяженности маршрута самолет мог брать от 34 до 70 пассажиров.
Появление новых американских «летающих лодок» стимулировало развитие этого класса летательных аппаратов в других странах. Основным конкурентом США на дальних океанских маршрутах была Англия и неудивительно, что вскоре после ввода в эксплуатацию самолетов S-42 и Мартин 130 английская авиакомпания «Империал Эруэйз» выдала фирме Шорт заказ на создание пассажирских «летающих лодок» с улучшенными характеристиками.
Новый пассажирский гидросамолет Шорт S-23 впервые поднялся в воздух в июле 1936 г. Он представлял собой качественный шаг вперед по сравнению с прежними «лодками» фирмы Шорт. Бипланное крыло было заменено свободнонесущим монопланным крылом, двигатели установили на крыле и закрыли капотами. Заметные изменения претерпела и форма лодки — уменьшилась ширина скул на первом редане, носовая часть получила более обтекаемые очертания. С четырьмя двигателями Бристоль «Пегас» мощностью по 785 л.с. S-23 могла развивать скорость до 320 км/ч с 24 пассажирами и 5 членами экипажа на борту. Дальность полета самолета с полной нагрузкой была сравнительно невелика — 1200 км, но в случае замены части полезной нагрузки топливом она могла увеличиться до 4200–5000 км.
По комфортабельности «летающие лодки» фирмы Шорт не уступали лучшие современным пассажирским самолетам. Пассажирские отсеки были оборудован мягкими сидениями, регулируемыми по высоте и наклону, и складными столикам перед каждым из них. Освещение обеспечивалось верхним рассеянным светом отдельными настенными плафонами у каждого сидения. В буфете имелась aiCKTpi
Всего построили 31 «лодку» типа S-23: 28 штук для «Империал Эруэйз» и 3 — д. австралийской авиакомпании «Куантас», Они применялись для пассажирских и постовых перевозок, а в годы второй мировой войны — для патрулирования и участия в десантных операциях. Существовала также специальная военная модель, предназначенная для дальней разведки и борьбы с кораблями и подводными лодками Шорт S-25 «Сандерленд». Самолет выпускался в серии с 1938 г. и отличался от S-21 главным образом, «внутренней начинкой».
В 1939 г. Шорт выпустила новую модель — «G» (рис. 3.47). Схожая с S-23 по конструкции, она была больше по размерам и грузоподъемности, имела более мощные двигатели (4x1380 л.с.). Это был самолет того же класса, что и Боинг-314 и, так же, как и американская машина, он предназначался для беспосадочных трансатлантических полетов. К моменту появления новой английской «летаюшей лодки» интерес к этому классу машин упал, поэтому построили только 3 самолета.
Примером отечественною тяжелого гидросамолета второй половины 30-х годов является советский военный МТБ-2 (морской тяжелый бомбардировшик-2) конструкции А. Н. Туполева (другое обозначение самолета — АНТ-44). Это была «летающая лодка» с 4 двигателями воздушного охлаждения М-87 мощностью по 950 л. с (рис. 3.48). Чтобы избежать попадания воды на двигатели при разбеге, крыло соединялось с фюзеляжем под углом (тип «чайка»). Испытания самолета происходили ь 1937–1938 гг. и дали хорошие результаты [21,с. 138–139]. Как следует из таблицы 3.9, поскорости МТБ-2 превосходил другие четырехмоторные «летающие лодки». Но в серию он не пошел по причинам, которые будут рассмотрены ниже.
Среди гидросамолетов более легкого класса можно отметить двухмоторную «лодку»-амфибию Груманн G-21 «Гуз» (США, 1937 г.). Этот 4-тонный аппарат также имел свободнонесушее крыло с закрылками, хорошо закапотированные моторы, винты изменяемого шага, гладкую металлическую обшивку. Колеса могли убираться в ниши по бокам фюзеляжа. Самолет был рассчитан на 4–7 пассажиров, мог развивать скорость до 320 км/ч.
Итак, технические изменения в авиации, характерные для начала 30-х годов, позволили существенно улучшить летные характеристики гидросамолетов. Вместе с тем, они способствовали отмиранию этого класса летательных аппаратов. Парадокс объясняется тем, что технические усовершенствования на обычных самолетах давали значительно больший эффект, чем в гидроавиации. «Ахиллесовой пятой» морских самолетов явились угловатость форм фюзеляжа-лодки и необходимость поплавков для базирования на воде. Когда, благодаря применению убираемого шасси, увеличению нагрузки на крыло и появлению мощных авиамоторов, скорости в авиации возросли до 400 и более километров в час. аэродинамические недостатки гидросамолетов стали особенно заметными. Как показали аэродинамические исследования, только из-за наличия острых кромок на днище лодки возникает дополнительное сопротивление воздуха, составляющее 15–17 % от общего сопротивления самолета [15, с. 84]. К этому надо добавить сопротивление поплавков, неоптимальные с точки зрения аэродинамики обводы носовой части фюзеляжа.
На рис. 3.49 показано развитие аэродинамического совершенства гидросамолетов и самолетов с обычным шасси [1, с. 213–214]. Из графиков видно, что «летающие лодки» имели на 40–50 % худшие С
Повышенное сопротивление было основным, но не единственным недостатком «летающих лодок». Из-за возросшей скорости взлета и посадки увеличилась опасность столкновения с плавающими предметами при движении на воде. Поданным журнала Английского аэронавтического общества, авиакомпания «Империал Эруэйз» только за три года потеряла по этой причине 28 % парка своих самолетов [32]. К этому следует добавить большую стоимость производства и эксплуатации «летающих лодок» по сравнению с обычными самолетами.
Отказ от применения гид роса молетов начался во второй половине 30-х годов. В 1938 г. американская авиакомпания «Юнайтед Эркрафт» приняла решение не закупать новую пассажирскую летающую лодку Сикорского S-44. Та же судьба постигла в СССР морской бомбардировщик МТБ-2 и другие гидросамолеты. Конструкторские бюро, занимавшиеся раньше строительством «летающих лодок» и поплавковых самолетов, начали перепрофилироваться на выпуск других типов летательных аппаратов. Если в начале 30-х годов гидросамолеты составляли около 40 % от чиста типов многомоторных самолетов [9], то в 1937–1938 гг. из 97 типов выпущенных за рубежом тяжелых машин только 25 имело лодку или поплавки [15]. В СССР в конце 30-х годов гидросамолеты составляли всего 10 % от количества новых образцов авиационной техники [21].
В первой половине и середине 30-х годов в конструкции самолетов произошли революционные изменения. Скоростной моноплан середины 30-х отличался от биплана конца 20-х годов не меньше, чем последний — от самолета братьев Райт. Однако во второй половине 30-х годов техническая революция в авиации сменилась эволюционным развитием. Запас фундаментальных технических нововведений был исчерпан, и ученые и конструкторы занялись «шлифовкой» самолетов нового поколения, основываясь при этом как на результатах научных изысканий, так и на собственном техническом опыте.
Поиск новых путей улучшения летных качеств самолетов потребовал повышения точности аэродинамических экспериментов. Поэтому во второй половине 30-х годов были созданы новые аэродинамические трубы с увеличенными размерами рабочей части и большей скоростью потока. Это позволило приблизить условия эксперимента к реальным условиям полета.
В качестве примера новых аэродинамических труб, появившихся незадолго до начала второй мировой войны, можно назвать трубу экспериментального центра Монтечелио (Италия) с диаметром рабочей части 2,4 м и скоростью потока ло 800 км/ч и большую самолетную трубу ЦАГИ Т-101. Размеры поперечного сечения последней из указанных труб составляли 24x12 м, что позволяло испытывать в ней натурные самолеты (рис. 3.50) с числами Re, близкими к реальным.
Как уже отмечалось, к середине 30-х годов величину коэффициента аэродинамического сопротивления самолетов удалось уменьшить до значений 0,030-0.025. Дальнейшее снижение сопротивления давалось с трудом и требовало тщательного изучения всех его составляющих.
После того, как внешние формы планера самолета были заметно улучшены, основные усилия сконцентрировались на уменьшении сопротивления силовой установки.
Источником большого лобового сопротивления у двигателей водяного охлаждения являлся радиатор. Так как потери мощности на преодоление аэродинамического сопротивления лобового радиатора пропорциональны мощности двигателя и квадрату скорости полета, то с развитием авиации они быстро возрастали и во второй половине 30-х годов потерн на охлаждение двигателя достигали 30 % от его мощности [22, с. 290]. Необходимо было искать новые технические решения.
Существенное снижение размеров радиаторов (на 20–40 %) удалось осуществить путем замены воды другим охлаждающим агентом, с более высокой температурой кипения — этиленгликолем. Данная идея обсуждалась еще в годы первой мировой войны (Гибсон. Англия), а первый практический эксперимент был выполнен в 1923 г. (Герои, США). Однако и то время скорости были невелики, и идея не получила распространения. Впервые на серийном двигателе этиленгликолевое охлаждение применили в 1935 г. (Роллс-Ройс «Мерлин») [33, с. 151]. Кроме возможности уменьшения габаритов и веса радиатора, этиленгликолевое охлаждение было ценно тем, что данная охлаждающая жидкость не замерзала при отрицательной температуре, а это упрощало эксплуатацию самолетов в зимних условиях.
Следующим шагом в уменьшении лобового сопротивления двигателей жидкостного охлаждения явилось появление капотов для радиаторов. Они представляли собой особым образом профилированный туннель под фюзеляжем или крылом, внутри которого располагался радиатор. Помимо улучшения внешних обводов самолета, применение туннельных радиаторов с регулируемым выходным сечением позволяло оптимизировать скорость охлаждающего потока в соответствии с полетным режимом и, таким образом, в 2–3 раза уменьшить потери мощности на охлаждение при полете с максимальной скоростью [13, с. 52].
Впервые радиаторы туннельного типа появились на самолетах-истребителях фирмы Кертисс во второй половине 30-х годов. В СССР истребители с туннельными радиаторами стали поступать на вооружение в начале 40-х годов (Як-1, МиГ-3, ЛаГГ-3).
Известны попытки вообще отказаться от нормального радиатора, заменив его охлаждающими устройствами, расположенными под обшивкой крыльев. Вода в двигателе нагревалась до состояния пара и вновь конденсировалась в жидкость, проходя вдоль поверхности крыла. Такой тип охлаждения получил название «испарительное охлаждение», а радиаторы — поверхностного или крыльевого типа. Впервые такие радиаторы применили в 20-е годы на рекордных скоростных самолетах в США, Англии и Италии.
Примером самолета-истребителя с крыльевыми поверхностными радиаторами был немецкий Хейнкель Не-100с мотором DB-601, созданный незадолго до начала второй мировой войны. Отличаясь очень малым аэродинамическим сопротивлением, он имел большую скорость полета. 30 марта 1939 г. летчик Ганс Дитерлен установил на нем абсолютный мировой рекорд скорости — 746 км/ч[8, с. 147]. Однако то. что хорошо для специальных рекордных самолетов, оказалось непригодным в реальных условиях. Радиаторы на крыльях было невозможно регулировать, они часто давали течь, а военные самолеты с испарительным охлаждением оказались чрезвычайно уязвимыми в бою — достаточно было одного попадания в крыло, чтобы вывести систему охлаждения из строя. Поэтому поверхностные радиаторы не нашли практического применения в авиации, а Не-100 не стал серийным самолетом.
Разработка этиленгликолевого охлаждения и туннельных радиаторов способствовала возврату к двигателям водяного охлаждения в предвоенном авиастроении. Наибольшее распространение эти двигатели получили на самолетах-истребителях. Как известно, в конце 30-х годов на военных самолетах стало применяться пушечное вооружение, а V-образная схема расположения цилиндров, характерная для авиационных моторов водяного охлаждения, давала возможность размещения в развале блока пушки, стреляющей через вал пропеллера. В случае же звездообразных двигателей нужно было применять оружие с синхронизаторами для стрельбы через винт или выносить егоза пределы ометаемой винтом площади, что понижало скорострельность (в первом варианте) и точность стрельбы (во втором).
Как уже отмечалось, применение убираемого шасси обусловило широкое распространение схемы «низкоплан». Недостатком данной схемы было увеличение сопротивления из-за интерференции крыла и фюзеляжа. Однако на основе аэродинамических исследований вскоре удалось найти конструктивные меры, позволившие минимизировать сопротивление интерференции. Имелось несколько путей решения проблемы. В США пошли по пути установки в местах соединения крыльев и фюзеляжа специальных зализов, закрывающих острый угол между поверхностями крыла и фюзеляжа и устраняющих тем самым неблагоприятный диффузионный эффект. Такая схема оказалась наиболее удобной в случае расположения в носовой части самолета звездообразного мотора, требующего применения круглого фюзеляжа. Во Франции фирма Кордон использовала схему «низкоплан» без зализов, но фюзеляж делался с плоскими боковыми стенками. Применение такой конструкции было возможно для самолетов с моторами жидкостного охлаждения или с рядными моторами воздушного охлаждения. Наконец, немецкий конструктор Хейнкель на самолете Не-70 реализовал схему «обратной» чайки, при которой также уменьшался эффект интерференции, т. к. крыло соединялось с овальным фюзеляжем под прямым углом. Отмеченные компоновки показаны на рис. 3.51. Наибольшее распространение приобрела схема с зализами, т. к. фюзеляж с прямыми боковыми стенками имел недостатки в отношении обтекаемости, а схема «обратная чайка» не получила широкого признания из-за конструктивной сложности и трудности размещения закрылков.
Третьей составляющей силы сопротивление является сила трения. По мере совершенствован и формы самолетов и увеличения их скорости доля этого вида сопротивления в общем лобовом сопротивлении становилась все более ощутимой Если для самолетов периода 1928–1929 гг. доля сопротивления трения составляла 25–30 %, то для самолетов середины 30-х годов данная величина повысилась до 50–60 % [15, с. 55]. Переход от бипланного к монопланному крылу позволил уменьшить площадь «смачиваемой» поверхности, а следовательно. и силу трения, но проблема по-прежнему оставалась.
Исследования показывали, что сила трения сильно зависит от степени шероховатости поверхности, и при создании скоростных самолетов требуется очень тщательная отделка поверхностей. в особенности передней кромки крыла.
Для повышения гладкости поверхности самолетов в 30-е годы стали применять потайную клепку, соединение листов обшивки встык, а не внахлест, как иногда делали раньше: повысились требования к качеству окраски, производилась полировка поверхности. Конечно, все эти мероприятия увеличивали стоимость производства, но иначе невозможно было добиться хороших скоростных качеств и большой дальности полета.
Наиболее сложным был переход на заклепки с потайными головками, т. к. это требовало дополнительной технологической операции (зенковка) для каждой заклепки, а число их на большом самолете измеряется сотнями тысяч. Поэтому вначале потайную клепку использовали только вблизи передней кромки крыла. Но когда скорости полета превысили 500 км/ч, ее стали применять повсюду. Первые серийные самолеты, построенные с использованием потайной клепки, появились в США в середине 30-х годов. Это — Боинг 247D и Боинг В-17, некоторые летающие лодки И. Сикорского [34, с. 544].
Выше быди рассмотрены меры по снижению профильного сопротивление, сопротивлении интерференции и сопротивления трения. Четвертой составляющей полного аэродинамического сопротивления самолета является волновое сопротивление, обусловленное сжимаемостью воздуха. Оно начинает проявляться тогда, когда скорость полета приближается к скорости звука. Для сравнительно небольших высот и для внешних форм, характерных для самолетов 30-х годов, волновое сопротивление могло возникнуть на скоростях окаю 700 км/ч. Самолеты так быстро не летали, и озадачивать себя этой проблемой казалось бы было рано. Однако наиболее дальновидные ученые-аэродинамики понимали, что со временем эта задача перейдет из теоретической сферы в практическую. Осенью 1935 г. в Италии состоялся научный конгресс, посвященный проблемам сверхзвукового полета. Там немецкий ученый А. Буземан на основе теоретических выкладок впервые указал на достоинства стреловидного крыла при сверхзвуковых скоростях по сравнению с прямым. Правда, вопреки распространенной точке зрения, Буземан предлагал применять стреловидное крыло не для уменьшения волнового сопротивления, а для снижения потерь подъемной силы на крыле на сверхзвуке [67] [24]. Выводы Буземана были восприняты участниками конгресса с интересом, и на заключительном банкете Карман, Крокко, Тейлор и другие видные ученые-аэродинамики даже сделали на обложке меню набросок скоростного самолета со стреловидным крылом [35, с. 4].
Однако практических последствий доклад Буземана не возымел. Для проверки теоретических предположений требовался аэродинамический эксперимент, а сверхзвуковых аэродинамических труб еще не было. Первые такие трубы появились только перед самой войной в Аэродинамическом институте в Цюрихе (Я. Аккерет) и в Геттингенском институте (А. Бетц).
Если говорить о конструкторах самолетов, то проблема волнового сопротивления не только не занимала их, но, видимо, даже не была известна большинству создателей авиационной техники. Так, например, в изданном в 1937 г. в СССР «Справочнике авиаконструктора» [37] термин «волновое сопротивление» вообще отсутствовал.
В целом же, в результате совместных усилий ученых и конструкторов во второй половине 30-х годов коэффициент аэродинамического лобового сопротивления Схо удалось уменьшить с 0,030-0,025 до 0,022-0,021. По сравнению с первой половиной десятилетия темп снижения этого параметра заметно уменьшился, что свидетельствовало о близости внешних обводов самолетов с поршневыми двигателями к оптимальным.
Из формулы аэродинамического сопротивления X=C
По мере увеличения мощности силовых установок росла и оптимальная нагрузка на крыло. По оценке М. А. Левина, для лучших самолетов второй половины 1930-х годов она должна была бы составлять около 300 кг/м² [4]. Переход на такие нагрузки позволил бы увеличить максимальную скорость примерно на 100 км/ч. Однако при этом скорость отрыва от земли и. главное, посадочная скорость оказались бы недопустимо большими. Поэтому специалисты активно работали над созданием новых высокоэффективных средств увеличения Су нос.
Как уже сообщалось, в тридцатые годы на самолетах начали применять посадочную механизацию — закрылки, щитки и предкрылки. Вначале эти приспособления появились на пассажирских скоростных самолетах, потом их стали устанавливать и на военных машинах. Наибольший прирост коэффициента подъемной силы давали выдвижные закрылки Фаулера: они позволяли увеличить не только кривизну, но и площадь несущей поверхности. Во второй половине 30-х годов неоднократно делались попытки создать новый, еще более эффективный тип закрылка. К таким устройствам относятся выдвижной закрылок ЦАГИ, разработанный Ф. Г. Глассом в 1936 г.; закрылок Р. Янгмана (Англия. 1935 г.), для которою был характерен большой сдвиг назад вдоль хорды при отклонении, и целый ряд других посадочных механизмов. Все они не показали сколь-либо заметного превосходства над закрылком типа «Фаулер» и поэтому не получили широкого применения. Основное изменение в системе посадочной механизации заключалось в том, что в начале тридцатых годов щитки или закрылки обычно занимали лишь небольшую часть у корня крыла, а к концу десятилетия их длина увеличилась до 50–80 % размаха крыла На рис. 3.52 показан взлет легкого немецкого самолета Физилер «Шторьх» со «свермеханизированным» крылом. Благодаря применению предкрылков, закрылков и так называемых «зависающих» элеронов, также выполняющих роль закрылков, взлетно-посадочные скорости самолета были настолько малы, что он мог взлетать не только с небольших аэродромов, но и с лесных полян или городских площадей.
В рассматриваемый период предпринимались так- же попытки создания самолетов с крылом, которое могло менять свои размеры посредством выдвижения из фюзеляжа вдоль размаха крыла дополнительных поверхностей. Так как при этом хорда крыла увеличивалась в обоих направлениях, прирост площади оказывался намного больше, чем при использовании обычных выдвижных закрылков. Такие самолеты получили название самолетов с крылом изменяемой площади.
Наибольшую известность приобрели работы И. Махонина и Ж. Жерена во Франции, Г. И. Вакшаева в СССР. Самолет Махонина представлял собой моноплан с раздвижным крылом телескопического типа (рис. 3.53). При выдвижении крыла его площадь увеличивалась более, чем в полтора раза. Самолет испытывался с различными двигателями на всем протяжении 30-х годов, но конструктору так и не удалось достичь убедительных положительных результатов. Жерен в 1935 г. сконструировал экспериментальный биплан «Вариволь», оба крыла которого могли менять ширину, площадь при этом изменялась на 268 %. Увеличение хорды происходило в результате выдвижения из фюзеляжа вдоль размаха крыла стальных ленте прикрепленными к ним нервюрами, обтянутых прорезиненной тканью. Из-за упругих деформации крыла самолет при испытаниях потерял устойчивость и разбился. Колес успешно прошли испытания самолета «Раздвижное крыло» (РК) конструкции Бакшаева (1937 г). Как видно из рисунка 3.54. перед посадкой на крыло самолета из фюзеляжа выдвигалось 6 телескопических секции, увеличивая площадь крыла в полтора раза. В отличие от самолета Жерена. выдвижные части крыла самолета РК имели жесткую конструкцию. При испытаниях механизм изменения площади крыла работал исправно, однако диапазон скоростей увеличился незначительно из-за большого лобового сопротивления раздвижного крыла. Кроме того, такое крыло было намного тяжелее обычного.
Еще одной потенциальной возможностью увеличить Су крыла при посадке было управление пограничным слоем (УПС). Отсос или сдув пограничного слоя позволил бы предотвратить срыв потока до значительно больших углов атаки и. таким образом, увеличить коэффициент подъемной силы.
Изучение способов управления пограничным слоем началось в Германии в 20-е годы. С 30-х годов данной проблемой занялись и советские ученые — П. П. Красильщиков, Н. А. Закс и другие; работы велись в ЦАГИ и ВВА им. Н. Е. Жуковского. Вначале это были чисто лабораторные эксперименты. Первый опытный самолете УПС AF- 1 появился в 1936 г. Он был построен и испытывался в Геттингенской аэродинамической лаборатории при участии О. Шренка. Б. Регеншайна и И. Штюпера. Крыло самолета было снабжено закрылками с отсасыванием пограничного слоя с их поверхности с помощью дополнительного двигателя мощностью 20 л.с. Критический угол атаки AF-1 был весьма большим — 22°, а посадочная скорость составляла 55 км/ч. Но в целом, из-за больших потерь мощности, сложной и тяжелой системы воздуховодов и вентиляторов метод себя не оправдал, и дальше опытов работы по УПС не пошли [33].
Таким образом, после появления выдвижных закрылков прогресс в деле дальнейшего увеличения Су макс самолета был связан с большими техническими сложностями. Поэтому конструкторы в стремлении улучшить скоростные показатели самолетов решились пойти на увеличение посадочной скорости самолетов. Надо сказать, что в 30-е годы для этого сформировались определенные предпосылки: более совершенными стали аэродромы и навигационное оборудование, получили распространение масляно-воздушные амортизаторы шасси, обладающие высокой энерго- поглощаюшей способностью; благодаря развитию механизации крыла увеличилась кривизна траектории при посадке, что облегчило расчет точки приземления. Если н 1928 г. предельно допустимой посадочной скоростью считалось 85–95 км/ч, то к концу 30-х годов этот параметр составлял 110–130 км/ч.
Чтобы уменьшить длину пробега при посадке колеса самолета стали снабжать тормозами. Однако на винтомоторных самолетах с шасси с хвостовой опорой это было связано с опасностью капотирования при резком торможении. Поэтому в конце 30-х годов появились самолеты с носовой стойкой шасси. При данной компоновке возможность капотирования исключалась.
Вначале шасси с носовым колесом устанавливали на легких спортивных и туристских самолетах (фирмы Хэммонд, Вако и др., США, середина 30-х годов [15, с. 75]). В СССР такую схему шасси первый раз применили на экспериментальном самолете-«бесхвостке» ХАИ-4 в 1934 г. Первой коммерческой машиной, снабженной убирающимся шасси с носовым колесом, стал четырехмоторный пассажирский Дуглас DC-4 — развитие знаменитого DC-3. Он появился в 1938 г. Носовое колесо было сделано управляемым, это обеспечивало отличную маневренность самолета на земле.
Несмотря на очевидные преимущества шасси с носовым колесом, повсеместное распространение эта схема патучила только после второй мировой войны, на реактивных самолетах. Одной из главных причин этого являлась сложность уборки носовой стойки на одномоторных винтомоторных самолетах, у которых двигатель занимает всю носовую часть фюзеляжа. Не следует также забывать, что схема с хвостовой опорой легче и конструктивно проще.
Еще одной возможностью увеличения скорости было повышение высоты полета. С высотой уменьшается плотность воздуха, следовательно, уменьшается и лобовое сопротивление. Как показывает расчет, при той же мощности двигателя самолет на высоте 10000 м будет лететь на 38 % быстрее, чем у земли [3, с. 138]. Повышение высотности имело и другие важные преимущества.
Неудивительно, что идее высотного самолета («стратоплана», как их тогда называли) уделялось большое внимание. В секретном докладе, подготовленном специалистами в конце 1932 г. для советского руководства, отмечалось: «Полеты в стратосферу являются ближайшим этапом развития аэронавтики, т. к. только при помощи таких полетов можно достигнуть:
а) Сверхбольших скоростей,
б) Осуществить полет в постоянных и благоприятных условиях,
в) С точки зрения военного значения получить недосягаемость для зенитной артиллерии и незаметность самого полета,
г) Сверх того, стратосферные полеты имеют и громадное научное значение…»[38].
Трудность достижения больших высот заключалась в том, что по мере уменьшения плотности воздуха уменьшается и мощность двигателя внутреннего сгорания. Чтобы предотвратить это, были разработаны специальные устройства — нагнетатели, служащие для искусственного повышения давления перед цилиндрами. Первые двигатели с нагнетателями применялись в немецкой авиации еще в годы первой мировой войны [39, с. 263]. В последующие годы конструкция нагнетателей была усовершенствована, главным образом, благодаря усилиям фирм Роллс-Ройс в Англии, производившей сверхмощные авиамоторы для гоночных «Супермаринов», Фарман во Франции и Дженерал Электрик в США. Появились двухскоростные центробежные нагнетатели, позволявшие регулировать степень сжатия в зависимости от высоты полета, и турбокомпрессоры — устройства, приводившие в действие нагнетатель от газовой турбины, вращаемой под действием выхлопных газов двигателя. Турбокомпрессор не забирал мощность от вала двигателя, как у обычных нагнетателей с механическим приводом, можно было легко регулировать степень наддува путем изменения газового потока, направляемого в турбокомпрессор. Благодаря турбонагнетателям в 30-е годы стали возможны рекордные полеты самолетов в стратосферу (рис. 3.55).
В 1935 г. советский инженер В. И. Дмитриевский предложил систему комбинированного наддува, состоящую из турбокомпрессора с приводом от газовой турбины и центробежного компрессора с механическим приводом от двигателя. Такая система двухступенчатого сжатия позволяла сохранять давление на входе в двигатель до высоты более 10 тысяч метров. Система комбинированного наддува могла применяться на двигателях как жидкостного, так и воздушного охлаждения и позволяла значительно повысить их плотность без ухудшения экономичности. Она испытывалась на самолетах-разведчиках P-Z с двигателем АМ-34, самолетах-истребителях И-15, И-15бис, И-16 с двигателями М-25, М-63, АШ-82 [40, с. 175].
Для полетов на больших высотах использовали индивидуальные кислородные приборов. Но когда практический потолток самолетов стал приближаться к 10-тысячам метров, возникла опасность гибели экипажа из-за низкого атмосферного давления. Поэтому для сверхвысотных полетов стали применять, специальные скафандры. несколько напоминающие водолазные.
Первый авиационный скафандр создал известный американский летчик В. Пост (рис. 3.56). В пространство между воздухонепроницаемым и слоями ткани подавало подогретый воздух от нагнетателя: стравливающий клапан позволял поддерживать постоянное давление внутри скафандра. Используя этот скафандр. Пост в декабре 1934 г. на самолете Локхид «Вега» достиг рекордной высоты 14450 м. В СССР разработкой высотных скафандров занимался Е. Чертовский, в Англии — фирма Зибе-Горман, во Франции — Розенсьель. в Италии — Кавалотти.
Пилотировать самолет в скафандре было очень неудобно. К тому же, из-за низких температур на высоте возникала опасность обледенения стекла шлема. Вот например, как проходил рекордный полет на высоту английского летчика Свейна на самолете Бристоль-138 28 сентября 1936 г.:
«Свейн поднялся с аэродрома Фарнборо в 7 ч. 30 м. утра и быстро достиг высоты в 12000 м. …На высоте 14000 м свет солнца был ослепительным, но так как самолет внутри был предусмотрительно выкрашен в черный цвет, то действие солнца на глаза несколько ослаблялось. На этой высоте скафандр, в который был одет Свейн, начал стеснять движения. Достигнув высоты 15223 м, летчик обнаружил недостаток горючего и вынужден был начать спуск, не использовав целиком подъемных возможностей самолета. После того, как он спустился приблизительно до 13700 м, лицевая часть сто шлема и стекла кабины покрылись плотным инеем. Летчик не различал показаний приборов и летел вслепую, ориентируясь по сиянию солнца, проникавшему сквозь иней. Во время спуска летчик стал ощущать недостаток кислорода. Состояние изнеможения и чувство удушья все усиливалось. Он попытался открыть рычагом верхнюю часть кабины, но рычаг бездействовал; попробовал откинуть шлем, но парашютные ремни препятствовали этому. Тогда летчик с трудом достал нож и прорезал шлем, после чего состояние удушья уменьшилось, и он почувствовал себя значительно лучше. В это время самолет находился на высоте 4250 м» [41, с. 59].
Устранить многие неприятности могло применение на самолете гермокабины, в которой поддерживались бы близкие к обычным температура, давление и состав воздуха.
Идея гермокабины не нова. Еще в XIX веке Д. И. Менделеев предложил конструкцию гермоотсека для высотных подъемов на аэростатах [42]. В начале нашего века во Франции Р. Эсно-Пельтри разработал проект самолета с гермокабиной [43]. Но практические работы начались значительно позднее, когда в результате повышения высотности авиамоторов в этом возникла реальная необходимость.
Первым шагом явилось создание специальных экспериментальных самолетов. В 1931 г. Г.Юнкерс построю первый в истории авиации самолет с гермокабиной Ju-49. Двухместная гермокабина из алюминия имела двойные стенки, давление в ней поддерживалось специальным компрессором. Из-за отсутствия подходящего двигателя больших высот достигнуть не удавалось. Тем не менее, советское руководство проявляло большой интерес к этому самолету, и даже обсуждался вопрос о финансовой поддержке для продолжения этих работ [44], но фирма Юнкерс вскоре окончательно обанкротилась, и Ju-49 так и не стал «стратопланом». В январе 1936 г., самолет, снабженный новым двигателем фирмы «Юнкерс», потерпел катастрофу, погиб немецкий летчик Нейнхофен. бывший рекордсмен в полетах на высоту.
Неудача постигла и французов: моноплан с гермокабиной Фарман F-1000 не смог подняться на большую высоту, а последовавший за ним F-1001 разбился в августе 1935 г. в одном из первых испытательных полетов.
Самым удачным среди первых «стратопланов» оказался советский БОК-1, сконструированный в Бюро особых конструкций в 1935 г. под руководством В. А. Чижевского (рис. 3.57). Самолет строился как экспериментальный, но мог быть в будущем и бомбардировщиком. Двигатель — М-34РН, с нагнетателем и редуктором. Двухместная герметическая кабина регенерационного типа была выполнена в виде цилиндра с выпуклыми днищем и фонарем. Она обогревалась от радиатора в пату, при 3tov обеспечивалась температура плюс 15–18 градусов.
Испытания БОК-1 начались осенью 1936 г. В одном из полетов была достигнут.: высота 14100 м. Гермокабина работала надежно, однако летать на самолете было трудно: мешал ограниченный обзор и запотевание иллюминаторов в кабине. Эти недостатки были, в основном, устранены на новом образце — БОК-7 (1938 г. Разрабатывался также военный вариант самолета — бомбардировщик БОК-8. дистанционно управляемыми пулеметными турелями, установленными вне контуров гермокабины [12. с. 80–81].
Для более легких самолетов в СССР испытывались гермокабины «мягкого типа — из воздухонепроницаемых тканей. Иногда их размешали внутри легкого дюралюминиевого корпуса. В 1937–1939 гг. такие кабины были опробованы на разведчик. P-Z, истребителях И-15, И-15бис [22. с. 365].
Обосновывая необходимость создания стратосферных боевых самолетов, Чижевский писал:
„…Если предположить, что авиация противника будет обладать стратопланами могущими совершать полеты на высоте 12000 м с технической дальностью 2000 км хотя бы в количестве 100 штук, то это значит, что эти 100 самолетов в любое время дня и ночи, и при любых атмосферных условиях, господствующих в стратосфере пользуясь благоприятной обстановкой, ориентируясь посолнцу и звездам, незаметно и беспрепятственно проникнут на нашу территорию и с точностью, достаточной для нападения, в наши крупные промышленные центры сбросят тонны фугасных, зажигательных и отравляющих бомб.
Противопоставить что-либо этому нападению в настоящий момент мы не можем, да и, пожалуй, единственным средством к защите в подобном случае будет активный и немедленный переход от зашиты к нападению на территорию противника, на его воздушные базы, а для этого необходима, в свою очередь, сильная и еще более высотная авиация, могушая не только производить бомбометание, но и выдерживать сложный бой в стратосфере, бой на дальних дистанциях, бой сосредоточенного огня, бой, ведущийся из герметических кабин…“ [45. с. 22].
Опыт боевого применения авиации в 30-е годы показал ошибочность предположений, что будушая воздушная война будет происходить в стратосфере. Задачи прицельного бомбометания и поддержки наземных войск требовали использования самолетов на сравнительно небольших высотах, порядка 3–5 км. В этом случае летчик при необходимости мог обходиться обычным кислородным прибором. В то же время заманчивость высотных полетов пассажирских самолетов, способных летать выше зоны турбулентной атмосферы и с большей рейсовой скоростью, активизировала усилия по созданию авиалайнеров с герметизированной пассажирской кабиной.
Появлению таких самолетов предшествовал эксперимент уже известного читателю В. Поста. Вскоре после опробования скафандра и установления рекорда высоты Пост решил добиться нового рекордного достижения, на этот раз в трансконтинентальном перелете над США на большой высоте. Для перелета летчик выбрал ту же „Бегу“. Он максимально облегчил машину, в частности применил сбрасываемое после взлета шасси (посадка производилась на специальную лыжу». 15 марта 1935 г. Пост вылетел из Лос-Анжелоса в Нью-Йорк. Полет проходил на высоте 9000 м. Из-за недостаточного запаса топлива и кислорода летчик был вынужден приземлиться в 700 км от Нью-Йорка. Но рекорд дальности полета в стратосфере был установлен. Он убедительно доказал, что на больших высотах самолет может развивать намного большую скорость. Так, скорость «Веги» у земли — чуть более 300 км/ч, а при той же мощности на высоте 9000 м самолет летел со средней скоростью 432 км/ч [41, с. 77].
Первым многоместным пассажирским самолетом с гермокабиной был Локхид ХС- 35, представляющий собой высотный вариант известного авиалайнера Локхид «Электра». При проектировании самолета, испытания которого начались в мае 1937 г., пришлось провести огромную работу по герметизации всех отверстий и заклепочных соединений фюзеляжа, т. к. внезапная разгерметизация пассажирского салона на высоте 8–9 тыс. м, на которой должен был эксплуатироваться самолет, привела бы к гибели людей. Хотя самолет не пошел в производство из-за не вполне удачной конструкции механизма поддержания давления внутри фюзеляжа и некоторых других технических недостатков (в частности, так и не удалось решить проблему запотевания стекол; были случаи когда экипаж был вынужден выламывать стекла при подходе на посадку [3, с. 140]), опыт его создания не пропал даром. Было установлено, что герметизация всего фюзеляжа технически возможна, а увеличение веса конструкции при этом не так уж велико. Это стимулировало развитие пассажирских высотных самолетов с гермокабинами.
В 1938 г. в США появился первый серийный пассажирский самолет с герметическим фюзеляжем — Боинг-307. Он был построен по заказу авиакомпаний Пан Америкен и TWA. В отличие от ХС-35 на Боинге-307 имелась более совершенная и, в то же время, более простая система регуляции давления. Если на самолете фирмы Локхид атмосферное давление в фюзеляже почти не зависело от высоты полета, то фирма Боинг предпочла устройство, которое обеспечиваю заданный перепад меж давлением в салоне и за бортом. На крейсерской высоте окаю 5000 м давление f кабине должно было соответствовать атмосферному давлению на высоте 2400 м, чтг практически не влияло на самочувствие пассажиров. Принцип регулирования деления, предложенный специалистами фирмы Боинг, позволял снизить нагрузки н. фюзеляж и уменьшить перепад давлений в случае разгерметизации. Поэтому ot получил широкое распространение в послевоенной авиации.
Боинг-307 представлял собой четырехдвигательный самолет для перевозки 3.: пассажиров на высоте 5–7 км со скоростью около 350 км/ч (рис. 3.58). Было построено только 10 таких машин, т. к. нормальному развитию пассажирской авиации помешана вторая мировая война. Но историческое значение этого самолета фирмы Боинг состоит в том, что он послужил родоначальником целого семейства высотных тяжелых самолетов. В частности, опыт создания Боинга-307 был использован при постройке четырехмоторного бомбардировщика с герметизированными отсеками экипажа В-29 — одного из самых известных самолетов периода второй мировой войны.
Конечно, нельзя представить себе развитие самолетов без прогресса в области двигательных установок. В 30-е годы увеличение мощности двигателей внутреннего сгорания происходило в основном за счет повышения числа оборотов и степени сжатия. Развитию этого процесса препятствовала недостаточная детонационная стойкость авиационного топлива. Проблема детонации особенно обострилась после того, как двигатели стали снабжать нагнетателями для повышения их высотности, т. к. предварительное уплотнение воздуха на входе в двигатель приводило к возрастанию степени сжатия при воспламенении смеси в цилиндрах.
В 20-е годы авиационный бензин по качеству не отличатся от автомобильного, его октановое чисто равнялось 50. Но к началу следующего десятилетия ученым удалое разработать специальные присадки на основе тетраэтилового свинца, позволяющие заметно повысить детонационную стойкость бензина. В первой половине 30-х годов в авиации стало применяться горючее с октановыми числами 73 и 87, а в 1936 г. для военной авиации в США был введен новый стандарт: бензин с октановым числом 100. Конечно, высокооктановое топливо было дороже обычного, но зато его использование давало возможность на треть повысить мощность двигателей, поднять их высотность [46].
Увеличение числа оборотов двигателя и мощности на валу обусловили применение редукторов и использование трехлопастных пропеллеров вместо двухлопастных. Это дало возможность сохранить условия работы винта без увеличения его размеров и скорости вращения. В противном случае окружная скорость концов лопастей могла достичь скорости звука, возникли бы скачки уплотнения и произошло падение КПД пропеллера.
Дальнейшее развитие претерпела конструкция механизма изменения шага винта. Благодаря увеличению диапазона углов установки лопастей появилась возможность реверса тяги (винты создают отрицательную тягу) и флюгерного режима работы пропеллера (угол установки лопасти таков, что сила тяги равна нулю). Реверс тяги винтов применялся для сокращения длины пробега при посадке, а установка лопастей во флюгерное положение позволяла избежать раскрутки винта потоком и связанной с этим опасности повреждения силовой установки при остановке двигателя в полете.
Перед войной в разных странах велись опыты по применению дизелей на самолете. Потенциальные преимущества дизеля заключались в более высокой экономичности этого типа двигателя внутреннего сгорания (на 25–25 %) и возможности использования альтернативных бензину видов топлива: например, мог применяться обычный керосин. Последнее обстоятельство было особенно существенно для Германии, которая не обладала собственными запасами нефти и, как показал опыт первой мировой войны, в случае блокады имела бы серьезные проблемы с обеспечением авиации высококачественным бензином.
Большая экономичность дизеля делала этот тип двигателя особенно привлекательным для тяжелых самолетов с большой дальностью полета. Так, испытания советского авиадизеля AH-1A на бомбардировщике ТБ-3, проходившие в начале 1937 г показали увеличение дальности на 18 % по сравнению со стандартным ТБ-3 с моторами М-34РН [7, с. 100]. Немцы в период «испанской войны» применяли дизель-моторы ЮМО-204 и ЮМО-205 на бомбардировщиках Юнкере Ju-86 и Дорнье Do-18K. В СССР в конце 30-х годов под руководством А. Д. Чаромскогобыл спроектирован авиадизель АЧ-30 взлетной мощностью 1500 л.с.; в годы второй мировом войны его устанавливали на дальних бомбардировщиках Пе-8 и Ер-2.
Но в целом, несмотря на сообщения о многочисленных достоинствах дизелей, они не получили широкою применения в авиации. Основным недостатком этого типа двигателя был его большой вес по сравнению с обычным бензиновым ДВС. Из-за большой степени сжатия и резкого (ударного) нарастания давления газов в цилиндре при вспышке, характерного для дизеля, его детали должны были иметь большую толщину. В результате удельный вес немецкого авиадизеля ЮМО-205 образца 1937 г. составлял 1,04 — в полтора раза больше, чем у бензинового ЮМО-211С, того же года выпуска [7, с. 90, 102].
В самом конце 30-х годов появились первые опытные образцы принципиально нового типа авиационной силовой установки — воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Преимущества такого двигателя заключались в простоте конструкции (нет пропеллера, отсутствует поршневая группа и т. д.) и в том, что развиваемая им сила тяги не уменьшается с ростом скорости и значительно меньше зависит от высоты полета.
Теория ВРД была разработана в 20-е гады. Тогда же появились первые проекты реактивного двигателя с газовой турбиной (В. Базаровидр.)[47]. Однако практическому воплощению идеи препятствовала недостаточная термостойкость конструкци- онных материалов: металлические лопатки турбины не могли выдержать температуру около тысячи градусов за камерой сгорания. К тому же, скорости самолетов были невелики, и применение ВРД не представляло особого смысла — его КПД был бы слишком мал[25].
Технические возможности создания авиационного турбореактивного двигателя (ТРД) возникли в 30-е годы. Практика применения паровых и газовых турбин и турбокомпрессоров для высотных двигателей позволила отработать методы проектирования конструкции лопаток и создать для них термостойкие материалы. Тогда же начал формироваться и социальный заказ на такие двигатели. В обстановке стремительной гонки вооружений перед началом второй мировой войны требовалось быстрое развитие летных характеристик самолетов, но потенциальные возможности винтомоторного самолета во многом были уже исчерпаны и прирост скорости и высоты давался с большим трудом. Что касается опытов по применению твердотопливных ракетных установок на летательных аппаратах, то они не оправдали возлагаемых надежд из-за кратковременности реактивного действия. Только воздушно-реактивный двигатель мог обеспечить высокую тягу в течение продолжительного времени.
Сказанное отнюдь не означает, что повсюду была сделана ставка на развитие реактивной авиации. Напротив, многие специалисты скептически относились к новой идее, считая ее технически неосуществимой или не понимая потенциальных возможностей реактивных двигателей. Так, например, когда английский изобретатель Ф. Уиттл в первый раз обратился к министру авиации Великобритании с предложением о создании турбореактивного двигателя, то получил отказ на том основании, что «…газовая турбина представляет стишком большие практические трудности» [47, с. 72].
Перед войной практические работы по реактивным двигателям пелись Германии, Англии и СССР, причем сравнительно широкий размах они получили только в Германии. Над созданием ТРД там с 1936 г. работали 4 моторостроительные фирмы: Хейнкель, Юнкере, БМВ и Даймлер-Бенц; проводились также работы по авиационным реактивным двигателям на жидком топливе (ЖРД). В Англии программу создания авиационного турбореактивного двигателя возглавил Ф. Уиттл, действовавший сначала как изобретатель-одиночка, поддерживаемый небольшой частной фирмой и только в 1939 г. получивший помощь со стороны государства. В Советском Союзе над проектами ТРД начали работать в 1937 г., а через три года в специальном конструкторском бюро, имевшем большой опыт в строительстве авиационных паровых турбин, приступили к созданию экспериментального двигателя РД-1 по схеме конструктора А. М. Люлька. Однако война прервала эти работы.
Заслуга в создании первых реактивных самолетов принадлежит Германии. Этим страна во многом обязана поддержке приверженцев нового типа двигателя известным авиаконструктором Э. Хейнкелем. По словам Хейнкеля [8, с. 169–170], все началось с его встречи в 1935 г. с Вернером фон Брауном, работавшим тогда под руководством профессора Г. Оберта над созданием ракет с ЖРД. Хейнкель решил предоставить в распоряжение фон Брауна одноместный самолет Не-112 для проверки потенциальных возможностей применения Ж РД в авиации. Двигатель установили в хвостовой части фюзеляжа, дополнив этим обычный поршневой бензиновый двигатель. Испытывал машину военный летчик Э. Варзиц. В 1937 г. самолет был опробован в полетах. Взлет происходил как обычно, с помощью поршневого двигателя, а ЖРД включали уже на высоте, на короткое время; прирост скорости при этом составлял около 100 км/ч. Но однажды Варзиц решился взлететь только на ракетном двигателе. Самолет круто набрал высоту, совершил полкруга над аэродромом и приземлился. Принципиальная возможность полета с ЖРД была доказана.
Тем временем инженер Вальтер из Кельна создал новый, более совершенный тип ЖРД — HWK R-1. Он мог развивать тягу 500 кг в течение 60 секунд (ЖРД конструкции Брауна мог работать только 30 секунд и был значительно более сложен в эксплуатации). Для испытания этого двигателя был построен экспериментальный самолет Не-176. Размеры машины, спроектированной конструктором фирмы Хейнкель Г. Регнером, были предельно малыми: размах крыла и длина аппарата составляли всего по 5 м. На этот раз на самолете не предусматривалось ни пропеллера, ни поршневого двигателя. Пилот (Э. Варзиц) располагался в передней застекленной части фюзеляжа в полулежачем положении (рис. 3.59).
Первый полет Не-176 состоялся 20 июня 1939 г. и продолжался 50 секунд. В июле было выполнено еще несколько полетов. Необычную машину приезжал посмотреть сам Гитлер. Но интерес к самолету быстро прошел. Из-за неэкономичности ЖРД горючего хватало только на очень короткое время, и как боевая машина Не-176 не представлял большого значения.
Более важным событием в истории авиации явилось появление самолета Не-17› — первого в мире самолета с турбореактивным двигателем. Расходные характеристики ТРД значительно лучше по сравнению с ЖРД, и неудивительно, что именно этот тип двигателя стал основой для развития реактивной авиации.
Конструктором ТРД был молодой ученый из Геттингенского института Пабст фон Огайн. Он увлек Хейнкеля своими идеями, и тот финансировал создание ТРД. Окончательный вариант двигателя — Хейнкель-Хирт S-3B — был закончен в 1939 г. По аналогии с авиационными нагнетателями в двигателе был применен компрессор центробежного типа.
Самолет, на который установили ТРД, получил обозначение Не-178. Он не предназначался для использования в практических целях и был спроектирован как «летающая лаборатория» для испытания нового типа силовой установки. Воздухозаборник располагался в носовой части фюзеляжа, воздух огибал кабину и попадал в двигатель. Горячие газы истекали через сопло в хвостовой части фюзеляжа (рис. 3. 60). Тяга двигателя равнялась 500 кг, взлетный вес самолета — 2000 кг. размах крыла — 8,1 м.
Не-178, пилотируемый все тем же Варзицем, совершил первый полет 27 августа 1939 г., за несколько дней до начала второй мировой войны. Э. Хейнкель вспоминал: «Утро этого дня выдалось прекрасным. Стояла безветренная погода. Я и еще несколько моих конструкторов, участвовавших в создании машины и турбореактивного двигателя, прибыли на аэродром. Варзиц и техники поджидали нас. Все были в напряжении. Испытывался не только самолет, но и турбореактивный двигатель, которого еще не знало человечество. Мы стояли на пороге новой эпохи развития авиации.
…Машина оторвалась от взлетной полосы и быстро набрала высоту 300–400 метров. Что-то произошло с шасси, оно не убиралось. Мы видели, как на высоте 500 метров Варзиц сделал глубокий вираж, пытаясь его убрать. Так и хотелось ему закричать:
— Да черт с ним, с этим шасси. Можешь его не убирать. Главное — машина летит!
Непривычный вой турбореактивного двигателя был теперь для нас музыкой. Варзиц сделал круг над аэродромом с какой-то элегантностью. Вот уже целых три минуты он находился в воздухе! Техники кричали от радости и плясали, как дикие папуасы. На шестой минуте полета Варзиц, выключив двигатель, пошел на посадку. С неработающим мотором он оказался достаточно далеко от летного поля. До аэродрома Варзиц должен был дотянуть на бреющем полете. Планировать на первый раз поднятой в воздух машине было очень рискованно. Мы затаили дыхание. Но „Хе- 178“ плавно приземлился и красиво закончил пробег на взлетно-посадочной полосе» [8, с. 182].
После двух месяцев испытаний, во время которых была достигнута скорость 700 км/ч, Не-178 был показан официальным представителям германского министерства авиации как прообраз будущих военных самолетов.
Можно ли считать появление описанных самолетов началом эры реактивной авиации? Очевидно, нет. Переход от старой техники к новой характеризуется начатом массового применения новой технической идеи. Если говорить о реактивном двигателе в авиации, то его широкое использование началось во второй половине 40-х годов. Появление первого самолета с ТРД было лишь пробным шагом на пути освоения воздушного океана с помощью реактивных летательных аппаратов.
Выше были перечислены мероприятия, направленные на повышение скорости и высоты полета самолета. Еше одной важнейшей характеристикой самолетов является дальность полета. Большой радиус действия был важен как для военных машин, предназначенных для выполнения стратегических, задач (дальние бомбардировщики, разведчики), так и для пассажирских самолетов.
На рис. 3.61 приведен график абсолютных рекордов дальности полета самолетов по прямой. Из него следует, что в начале 30-х годов рекордная дальность превысила 8 тыс. км. В июле 1931 г. американцы Р. Бордман и Д. Поландо пролетели на моноплане фирмы Бслланка 8063 км по маршруту из Нью-Йорка в Стамбул. В феврале 1933 г. английский экипаж О. Грсйфорд и К. Николетт на самолете фирмы Фсйри преодолел дистанцию 8540 км в полете из Англии в Южную Африку. Несколько месяцев спустя этот рекорд был превышен на 562 км ‹М. Росси и П. Кодос, Франция, перелетевшие на самолете Блерио-110 из Нью-Йорка в сирийский юрод Райяк).
Первое время для рекордных полетов использовались серийные модифицирован ныесамолеты, такие, например, как французский Бреге-19. Но вскоре возможности этих машин были исчерпаны, и для сверхдальних полетов начали создавать специальные «рекордные» самолеты. Особое место среди них занимает советский АНТ-25 — самолет, на котором был установлен первый в нашей стране абсолютный мировом рекорд.
Советская пропаганда неоднократно заявляла о выдающихся качествах новых отечественных самолетов. Но чтобы доказать это, были нужны рекорды. Из-за отсутствия собственных сверхмощных двигателей СССР не мог претендовать на установление мирового рекорда скорости. Тогда ставка была сделана на рекорд дальности. «Придавая большое международное значение вопросу установления СССР рекорда на дальность, считать все работы по организации рекордного полета на дальность особо важными», — указывалось в правительственном постановлении [49, л. 70].
Работы по созданию сверхдальнего самолета ЛНТ-25 (рис. 3. 62). развернулись в 1932 г. по инициативе А.Н.Туполева. По расчетам, самолет должен был иметь дальность полета 10600 км при запасе тоги ива 5800 кг. Для рекордного перелета рассматривались три возможных маршрута: Москва — Южная Африка, Москва — Южная Америка, Москва — Нью-Йорк.
В 1933 г. начались испытания двух построенных самолетов. АНТ-25 представлял собой трехместный металлический моноплан с крылом очень большого удлинения (13,1) и двигателем М-34 мощностью 750 л.с. В конструкции было много технических новинок — убирающееся в крыло с помощью электропривода шасси, крыльевые баки, расположенные вдоль всего размаха и представляющие собой часть конструктивно-силовой схемы крыла, полностью закрытая кабина, убирающийся в фюзеляж радиатор. Однако, наряду с перспективными особенностями, имелись и неоптимальные, сточки зрения аэродинамики, решения. Как и на всех других самолетах Туполева, крыло и хвостовое оперение имели гофрированную обшивку, что увеличивало сопротивление трения. В результате максимальная дальность оказалась на 3400 км меньше расчетной. Требовалась доработка машины. Благодаря замене гофрированной поверхности гладкой (для этого в пазы гофра помещали вкладыши из бальзы поверх натягивали перкаль, покрывали его лаком и полировали) удалось увеличить аэродинамическое качество, а в результате повышения степени сжатия двигателя (химики создали специальный высокооктановый бензин) и применения редуктора и винта изменяемого шага — снизить часовой расход топлива. В 1936 г. во время пробного перелета из Москвы на о. Удд (Дальний Восток) была достигнута дальность 9374 км.
В связи с обострением политической ситуации в мире для рекордного перелета был выбран новый маршрут: из Москвы, через Северный полюс, в США. Лететь решила на двух АНТ-25.10 июня 1937 г. Председатель Комитета обороны Молотов подписа. — указ: „Разрешить полет экипажу в составе т.т. Громова. Юмашева, Данилина по маршруту Москва — Северный полюс — США одновременно с полетом экипажа т.т. Чкалова, Байдукова и Белякова“ [50].
Но случилось иначе. М. М. Громов вспоминал: „…Однажды утром, войдя в ангар, мы вдруг увидели, что самолет стоит без мотора: его передали, как нам сказали, на самолет Чкалова для замены менее надежного. Можно представить себе наше состояние. Но духом мы не упали. Что ж, пусть хоть и позже, чем намечено, но мы полетим обязательно и обязательно выполним свою задачу с честью. Не собирались скрывать своего огорчения. Но, поразмыслив, пришли к выводу, что одновременный прилет двух наших самолетов в Америку стал бы только эпизодом в истории авиации, демонстрирующим нашу готовность к таким перелетам. А после осуществления чкаловским экипажем этой задачи мы могли бы развить успех, показать новые возможности в освоении этой очень трудной и, вместе с тем, очень перспективно“ воздушной трассы» [51, с. 126 |.
Экипаж Чкалова стартовал в полет 18 июня 1937 г. и через 63 часа 16 минут приземлил самолет в США на аэродроме города Ванкувер, преодолев расстояние более 9 тысяч километров в очень трудных метеорологических условиях. Менее чем через месяц по тому же маршруту на другом АНТ-25 вылетел экипаж Громова. На этот раз самолет долетел почти до границы с Мексикой. При этом был установлен мировой рекорд дальности — 10148 км по прямой.
В 1939 г. в нашей стране была предпринята попытка установить новый мировом рекорд дальности, на этот раз — в стратосфере. Для этого должен был использоваться новый самолет БОК-15, напоминающий по схеме АНТ-25, но с гермокабиной и с дизелем вместо бензомотора. По предварительным оценкам, при взлетном весе 13500 кг и запасе топлива 7120 кг дальность полета должна была составлять 18 тысяч километров при средней скорости 230–240 км/ч (у АНТ-25 Укрейс.= 160–170 км/ч) [52]. Но постройка и доводка самолета затянулись, в Европе вспыхнула война, и от идеи перелета пришлось отказаться.
Рекордные полеты на дальность осуществлялись на специально построенных самолетах, без коммерческой нагрузки, максимально загруженных горючим (его вес обычно составлял более половины взлетного веса самолета). Поэтому неудивительно, что дальность пат ста обычных серийных тяжелых самолетов коммерческого или военного назначения была намного меньше: 2–4 тысячи километров.
Как отмечалось в главе I, после первой мировой войны делались попытки создания пассажирских самолетов для беспосадочных полетов между Европой и Америкой. В 1928 г., через год после перелета Линдберга из США в Европу, немецкий пилот Г. Коль на одномоторном самолете Юнкере W-33 пересек Атлантический океан в другом направлении. Использование авиации позволяло совершить это путешествие н 10 раз быстрее, чем с помощью морского транспорта. Но все усилия по созданию коммерческой трансатлантической авиалинии оказались напрасными — уровень развития авиации не позволял преодолеть на самолете с пассажирами пять с лишним тысяч километров водного пространства, отделявших Старый Свет от Нового.
В 1932 г. немцы начали регулярные пассажирские перевозки между Европой и Америкой с помощью дирижаблей типа «Цеппелин». Сначала для этого использовали дирижабль LZ-127 «Граф Цеппелин» объемом 50000 м². а с 1936 г. на маршруте Франкфурт — Нью-Йорк стал летать новый немецкий дирижабль LZ-129 «Гинденбург», имевший в два раза больший объем. Активизировались работы по дирижаблям в Англии, США, Италии, СССР. Дирижабли могли брать больше пассажиров (LZ- 129 перевозил за один рейс 72 человека), однако в связи со сложностью их производства и эксплуатации себестоимость перевозок оказалась примерно в два раза выше, чем для самолетов (у LZ-129 — 29 центов/пасс. милю) [11, с. 164].
Кроме того, дирижабль оказался весьма опасным видом транспорта. В 30-е годы во время полетов в трудных метеорологических условиях произошел целый ряд катастроф, сопровождавшихся воспламенением водорода, которым наполняли летательные аппараты легче воздуха, много человек погибло. Это заставило отказаться от использования дирижаблей для пассажирских перевозок.
Весьма необычный способ трансатлантических сообщений разработали специалисты немецкой авиакомпании Люфтганза. Они решили совместить морской и воздушный виды перевозок. Часть расстояния между Европой и Америкой преодолевали на корабле, затем с него с помощью катапульты стартовал гидросамолет, доставлявший к месту назначения срочные грузы. Используя этот метод, в середине 30-х годов были налажены регулярные перевозки почты в Южную и Северную Америку. В качестве «воздушного курьера» сначала применялась «летающая лодка» Дорнье «Валь», а затем — более скоростной поплавковый гидросамолет Блом-Фосс На-139 [53, с. 86]. Конечно, это была лишь паллиативная мера, т. к. использование морского транспорта на первой стадии маршрута в значительной степени «сводило на нет» основное преимущество авиации — скорость.
В 1937 г. США и Англия попытались организовать с помощью «летающих лодок» Сикорский S-42 и Шорт S-23 беспосадочную трансатлантическую линию Ботвуд (о. Ньюфаундленд) — Фойнс (Ирландия). В то время задача оказалась не по силам для авиации: нужная дальность достигалась лишь в том случае, если вся полезная нагрузка состояла из топлива. Только через два года, когда была создана новая «летающая лодка» Боинг 314 с большей грузоподъемностью, новыми двигателями и усовершенствованной аэродинамикой, удалось начать регулярные беспосадочные рейсы между США и Европой. Но и в этом случае полеты удавались только при условии замены части коммерческой нагрузки топливом: Боинг 314 мог преодолеть расстояние от Нью-Йорка до Лиссабона, когда на борту было не более 34 пассажиров (всего самолет имел 72 пассажирских места) [15, с. 343]. Очевидно, что себестоимость таких полетов была весьма высокой. Английские «летающие лодки» Шорт G, строившиеся специально для трансатлантических полетов, так и не успели войти в эксплуатацию — началась вторая мировая война.
Эксплуатации «летающих лодок» над Северной Атлантикой в зимних условиях усложнялась из-за опасности столкновения с плавучими льдинами при разбеге и посадке самолетов. По этой причине компания «Пан Америксн» была вынуждена перенести место отправления своих «летающих клипперов» в Европу далеко на юг — из Нью-Йорка в Майами [11, с. 164].
Ответом на создание новых «летающих лодок» с большой грузоподъемностью и дальностью полета было появление в конце 30-х годов четырехмоторных пассажирских самолетов. Переход от двух- к четырехдвнгательной схеме позволял увеличить не только безопасность и грузоподъемность, но и весовую отдачу самолета.
Наилучшим техническим совершенством обладали американские машины. Как уже отмечалось, Боинг 307 был первым коммерческим самолетом с полностью герметизированным фюзеляжем. Это позволяло летать на больших высотах и, следовательно, иметь лучшие скоростные данные. Дуглас DC-4 являлся развитием двухмоторного DC-3, пользовавшегося большой популярностью во всем мире. На новой машине инженеры фирмы Дуглас применили шасси с носовой опорой, вместо обычных посадочных щитков на крыле были установлены щелевые закрылки, новые двухрядные звездообразные двигатели Пратт-Уитни «Твин Хорнет» отличались рекордной мощностью и высокой экономичностью. В системе управления впервые был применен гидроусилитель. Технические усовершенствования позволили существенно увеличить скорость, дальность и грузоподъемность. Если ал я перелета от одного берега США до другого DC-3 должен был иметь три остановки, то DC-4 на том же маршруте имел только одну промежуточную посадку. Для полетов над страной в ночное время выпускали специальный «спальный» вариант самолета (рис. 3.63).
Однако для полетов с континента на континент дальности по-прежнему не хватало. Правда, в августе 1938 г. немецкий четырехмоторный пассажирский самолет FW-200 «Кондор» совершил беспосадочный полет из Берлина в Нью-Йорк и обратно. Время полета в Америку составило 24 часа 54 минуты, расстояние Нью-Йорк-Берлин было преодолено за 19 часов 54 минуты. Но коммерческим этот рейс назвать нельзя — вместо 26 пассажиров, которых мог разместить самолет, на борту было только 4 человека экипажа. По-существу, это было, как и прежние трансатлантические перелеты, чисто спортивным достижением.
Оригинальным подходом к решению проблемы повышения дальности была идея составного самолета. Самолет-носитель должен был пролететь часть дистанции, а в нужный момент от него отделялся другой самолет и выполнял поставленную задачу. Согласно расчетам, радиус действия такого составного летательного аппарата был намного больше, чем каждого самолета в отдельности.
Появлению составных самолетов предшествовали опыты по запуску самолетов с дирижаблей. Они начались в Англии еще в годы первой мировой воины. Позднее в США и Англии продолжили изучение возможности отделения и подцепки самолета к дирижаблю. Так, в США в 1931 г. был проведен целый ряд успешных опытов по применению истребителя Кертисс F-9C с дирижаблей «Акрон» и «Мэкон». Первые эксперименты оказались успешными, и правительство даже заказало Кертиссу небольшую серию «дирижабельных» самолетов. Но последовавшая вскоре серия катастроф управляемых летательных аппаратов легче воздуха (в том числе, и дирижаблей «Акрон» и «Мэкон») заставила отказаться от идеи симбиоза самолета и дирижабля.
Первый составной самолет появился в СССР в начале 30-х годов по проекту инженера В. С. Вахмистрова. К бомбардировщику ТБ-1 были прикреплены легкие самолеты-истребители, которые в нужный момент могли быть отсоединены от споего носителя. Истребители должны были обеспечивать оборону бомбардировщика в любой точке полета, поскольку их радиус действия не ограничивался теперь собственным запасом топлива. В другом варианте истребители с подвешенными к ним бомбами должны были применяться как пикирующие бомбардировщики, доставляемые к цели тяжелым самолетом-носителем.
Самолет-«звено», состоящий из бомбардировщика ТБ-1 и двух истребителей И-4. установленных на его крыле (рис. 3.64), впервые поднялся в воздух 3 декабря 1931 г. [52]. Потом были полеты четырехмоторного ТБ-3 с более современными типами истребителей. В одном из вариантов «звена» ТБ-3 нес два самолета И-15 на крыле, два И-16 — под крылом и один И-Z — под фюзеляжем. Проводились опыты как по отделению, так и по подцепке истребителей к бомбардировщику в полете. С появлением нового поколения скоростных самолетов идея «звена» утратила практическое значение — главной зашитой для бомбардировщиков стали скорость, высота и мощное оборонительное вооружение.
В конце 30-х годов в Англии была сделана попытка использования составного самолета для беспосадочных трансатлантических полетов. Инициатором данной идеи был майор Р. Майо. В качестве носителя выбрали «летающую лодку» Шорт «Эмпайр», соответственно модифицировав ее для установки на фюзеляже другого самолета. Отделяемый самолет «Меркурий» представлял собой четырехмоторный моноплан с поплавковым шасси. Он имел размах крыла 22,3 м и взлетный вес 9307 кг, из которых около половины составлял вес топлива. Взлет должен был осуществляться при одновременной работе двигателей обоих самолетов. В связи с тем, что «Меркурий» начинал полет не с земли, а с другого самолета, он мог иметь намного большую нагрузку на крыло, чем обычно. Это позволяло увеличить запас горючего на борту и достичь требуемой дальности.
Испытания составного самолета (рис. 3.65), получившего название Шорт-Майо «Композит», начались в январе 1938 г., а 21 июля на нем был выполнен первый перелет через Атлантику. После старта от берегов Ирландии и набора высоты «Меркурий» отделился от «летающей лодки» и продолжил полет в сторону Канады, а самолет-носитель вернулся на базу. Через 20 часов 20 минут, преодолев расстояние 4715 км, «Меркурий» приземлился в Монреале, доставив 450 кг почты |53, с. 89–90 |- Это был первый в истории авиации коммерческий беспосадочный рейс самолета из Европы в Америку.
Несмотря на успешное испытание, появление составного самолета не могло решить проблемы беспосадочных трансокеанских пассажирских перевозок. Ограниченная грузоподъемность самолетов-носителей не позволяла брать на борт отделяемого самолета много пассажиров или груза, а это делало полеты нерентабельными. Не следует также забывать, что старт в воздухе всегда опаснее, чем обычный взлет и даже если проблему самоокупаемости перевозок удалось бы решить, то идея оста в но го пассажирского самолета едва ли могла получить распространение.
Еще одним способом увеличить продолжительность полета была дозаправка топливом в воздухе. Первый такой эксперимент состоялся в США в 1923 г. под эгидой руководства ВВС. В нем участвовало два биплана DH-4. С самолета-заправщика выпускался длинный шланг, его должен был поймать член экипажа заправляемой машины и вставить в горловину бензобака. После некоторой практики этот фокус давалось повторить в воздухе несколько раз подряд. В 1929 г. экипаж пассажирского «Фоккера», используя такой метод дозаправки, продержался в воздухе 160 часов. 37 раз получая новые порции горючего в полете! [68, с. 40]. В 1931 г. в СССР в НИИ ВВС также проводились опыты по дозаправке в полете, с самолета Р-5 топливо перекачивали на бомбардировщик ТБ-1 [69. с. 45].
Одно время идея дозаправки в полете казалась весьма многообещающей. В 30-е годы известный английский летчик Алан Кобхем даже создал фирму под названием «Флайт Рефьюлинг» («Дозаправка в воздухе»). Однако дальше экспериментов де. не пошло, так как с ростом скорости и высоты полета и с появлением на самолетах закрытых пилотских кабин пользоваться описанным выше методом дозаправки стало невозможно. Идея дозаправки в полете возродилась уже после войны, на ново техническом уровне.
Важным этапом в развитии авиации было практическое освоение «слепых» полетов. Это стало возможным благодаря появлению нового пилотажно-навигационного оборудования, позволявшего продолжительное время управлять самолетом вне видимости земли — гирополукомпаса, авиагоризонта и др. На их основе был разработан автопилот — прибор, с помощью которого можно было автоматически сохранят? направление и высоту полета. Появление автопилота облегчило процесс пилотирования, повысило точность соблюдения маршрута. Новый прибор, автором которой являлся американский инженер Л. Сперрн, стал применяться в авиации в начале 30-х годов и вскоре получил широкое распространение, особенно на тяжелых самолетах. Так, например, в 1938 г. в пассажирской авиации США свыше половин:, летного времени самолеты летали с включенным автопилотом [55, с. 28].
Значительно усовершенствовались и радиотехнические средства самолетовождения. Повысилась надежность и дальность действия бортовых радиостанций, в середине 30-х годов в составе пилотажно-навигационного оборудования самолета — появились радиополукомпас, радиодальномер. К концу 30-х годов общее число приборов на многомоторных самолетах достигало 100 и более [15, с. 442].
В связи с повышающимися требованиями к условиям эксплуатации как гражданских, так, в особенности, и военных самолетов, участились случаи обледенения в полете. Наиболее опасным было обледенение лопастей винтов, вызывавшее тряску мотора, а также обледенение передних кромок крыла и оперения. Для предотвращения (вернее — уменьшения) опасности обледенения разрабатывались различны, устройства механического и химического действия. Примером механического устройства для защиты от льда являлся резиновый пневматический антиобледенители фирмы Гудрич (США), который представлял собой эластичный протектор, расположенный вдоль передних кромок крыла и оперения. При наполнении его сжатым- воздухом он увеличивался в диаметре и обламывал ледяную корку. Впервые данное приспособление нашло применение на пассажирском самолете Боинг 247D в 1934 г [56. с. 110]. Для борьбы с обледенением винтов получал распространение жидкостный способ, заключавшийся в разбрызгивании на лопасть специальной смеси спирта с глицерином.
Развитие средств навигации и появление противообледенительных систем внесло существенный вклад в повышение регулярности и безопасности полетов. Так, в США в течение 30-х годов уровень безопасности полетов на внутренних пассажирских авиалиниях возрос на порядок — от 30 погибших на 100 млн. пассажиро-километров в 1930 году до 3 — в конце десятилетия [57].
Большое значение для улучшения летных характеристик имеет весовое совершенство самолета. Если бы удалось уменьшить относительный вес планера, например на 300 кг, то «сэкономленный» вес можно было бы использовать для повышения мощности силовой установки на 400–500 л.с. и сделать самолет более скоростным или же, за счет большего запаса топлива, значительно увеличить дальность и продолжительность полета.
Как показывает статистика[9; 15], доля веса конструкции в общем балансе весов самолета на протяжении многих лет оставалась практически неизменной — примерно 0,5. Это, однако, отнюдь не означает, что в рассматриваемый период не наблюдалось прогресса в области весового проектирования самолетов. В 30-е годы велись работы и по созданию новых конструкционных материалов, и по усовершенствованию весовых расчетов. Именно благодаря этим изысканиям удалось сохранить той же величину относительного веса конструкции, несмотря на широкое применение металла, уменьшение толщины крыла, резко увеличившиеся с ростом скорости аэродинамические нагрузки.
Основным конструкционным материалом в авиации 30-х годов был дюралюминий. Сталь, применявшаяся прежде в авиации при создании ферменных лонжеронов и некоторых других силовых элементов, постепенно выходила из употребления, т. к. с появлением скоростных самолетов с тонким свободнонесушим крылом от ферменных конструкций отказались, а стальной лонжерон-балка оказывался слишком тяжелым из-за плохой работы на местную устойчивость тонкостенных полок. К середине 30-х годов сталь использовалась главным образом при изготовлении шасси и моторов, при этом относительная доля стали в конструкции планера составляла только 15–20 % от веса планера самолета [58, с. 40]. Попытка применить специальную нержавеющую сталь с тем, чтобы резко повысить долговечность авиационных конструкций, не увенчалась успехом — созданные в СССР в 30-е годы под руководством А. И. Путилова пассажирские самолеты серии «Сталь» были сложными в производстве и отнюдь не неуязвимыми атя коррозии: «слабым местом» оказались сварные точки и болты, соединяющие конструкцию [6, с. 441].
Большие надежды возлагались на новый цветной сплав на основе магния — электрон. Удельный вес этого материала был вдвое меньше, чем у алюминиевых сплавов. 3 1934 г. в Московском авиационном институте построили экспериментальный самолет из электрона — ЭМАИ-1 «Серго Орджоникидзе». Благодаря высокой удельной прочности нового сплава самолет получился легким и отличался высокой весовой отдачей — 42 %. Однако как основной конструкционный материал электрон оказался непригодным из-за сильной подверженности коррозии: ржавчина уничтожила ЭМАИ-1 менее, чем за год[6, с. 541]. Впоследствии электрон применяли редко и только для небольших и не ответственных элементов конструкции (капотов двигателей, «наплывов» в месте соединения крыла с фюзеляжем и т. п.).
В рассматриваемый период продолжались работы по улучшению свойств деревянных материалов. Наиболее широкое применение такие материалы получили в СССР, где имелись огромные запасы высококачественной древесины, тогда как производство дюралюмина и легированных сталей требовало импортных добавок к отечественному сырью, закупка которых в случае начала войны могла оказаться невозможной.
К новым авиационным материалам на основе древесины, появившимся в 30-е годы, относятся бакелитовая фанера и дельта-древесина.
Бакелитовая фанера была создана путем пропитки древесного шпона искусственными фенол-формальдегидными смолами. Это позволило значительно повысить механическую прочность, водоупорность и микологическую стойкость (сопротивление разрушающему воздействию плесени) этого материала, широко используемого в качестве обшивки самолетов. Первые промышленные образцы бакелитовой фанеры появились в Германии, а во второй половине 30-х годов в СССР началось производство отечественной бакелитовой фанеры, созданной под руководством Я. А. Аврасин [59].
Перед самым началом второй мировой войны на основе бакелитовой фанеры в нашей стране появился новый высокопрочный конструкционный материал — древесный пластик «дельта-древесина». Технологию изготовления пластифицированной древесины разработал главный инженер завода винтов и лыж Л. И.Рыжкоп [21, с. 223]. Дельта-древесина имела примерно вдвое больший, чем простая древесина, удельный вес, но зато и значительно большую прочность. Он., могла применяться для изготовления основных элементов конструкции (например лонжеронов фюзеляжа, полок лонжеронов крыла) вместо дюраля, причем для получения этого материала не требовалось специальных сортов древесины. Первые самолете широким использованием дельта-древесины в конструкции — истребитель ЛаГГ-1 — был построен в начале 1940 г.
В начальный период Великой Отечественной войны, когда советская авиапромышленность на время лишилась производственных мощностей по выпуску цветных металлов и сплавов для авиации, возможность производить в большом количестве высококачественные древесные конструкционные материалы сыграла исключительно важную роль в обеспечении выпуска боевой техники.
В начале 30-х годов самолеты делались с тонкой металлической обшивкой. В полетах она нередко образовывала «складки», что допускалось по условиям прочности. Но к концу десятилетия, когда вследствие роста скорости внешние нагрузки сильно возросли, возникла необходимость в более толстой обшивке, которая лучше сохраняла бы форму и в большей степени участвовала бы в восприятии аэродинамических сил. Это не могло не повлечь за собой увеличение веса.
Для того, чтобы избежать лишнего веса и при этом обеспечить высокую жесткость конструкторы начали применять так называемую слоеную конструкцию. Она представляла собой тонкую двухслойную оболочку с «прокладкой» из легкого материала
Вначале слоеная конструкция использовалась в качестве небольших фрагментов планера (поплавки на некоторых гидросамолетах, пол кабины Форд «Тримотор»). В широком масштабе этот тип конструкции впервые был применен в 1937 г. и.: английском почтово-пассажирском самолете Де Хевилленд «Альбатрос». Обшивка фюзеляжа имела полностью слоеную конструкцию, с 11-мм прокладкой из бальзы между двумя слоями обычной фанерной обшивки [15, с. 388]. Забегая вперед отмечч. что несколько лет спустя аналогичная конструктивная схема была использована на одном из самых удачных самолетов периода второй мировой войны — Де Хевилленд «Москито».
Необычное решение проблемы сохранения жесткости внешних обводов самолета без увеличения его веса предложил английский конструктор Б. Уоллис. Он разработал конструктивно-силовую схему, получившую название геодезическая (от понятия «геодезическая линия» — кратчайшее расстояние между двумя точками поверхности). Она коренным образом отличалась от привычных ферменной и балочной конструкций. Все нагрузки воспринимались многочисленными диагональными элементами, перекрещивающимися между собой. Для наглядности можно сказать. что геодезическая конструкция напоминает конструкцию сплетенной из прутьев корзины. Такая силовая схема обеспечивала жесткость тонкой металлической или полотняной обшивки.
Впервые в авиации геодезическая конструкция была применена при создании английского дирижабля R.100. Затем Б. Уоллис предложил руководству ВВС Англии использовать новую конструктивно-силовую схему на самолетах. В 1935 г. начались испытания одномоторного дальнего бомбардировщика Виккерс «Уэллсли» геодезической конструкции. Благодаря высокой весовой отдаче (45 %) и обтекаемым внешним формам он обладал хорошими летными характеристиками. В ноябре 1938 г. во время перелета трех «Уэллсли» из Египта в Австралию был установлен новый мировой рекорд дальности — 11520 км [15. с. 223].
В 1936 г. идеи Уоллиса нашли практическое воплощение в конструкции ешеодного бомбардировщика — Виккерс «Веллингтон». Этот двухмоторный самолет, с дальностью полета около 3 тысяч км и бомбовой нагрузкой до 3200 кг, стал одним из самых известных английских боевых самолетов в первые годы второй мировой войны. Геодезическая конструкция отличалась очень высокой боевой живучестью и нередко выдерживала прямое попадание зенитного снаряда [60, с. 79].
Несмотря на все свои достоинства, геодезическая конструкция имела ограниченное применение в самолетостроении из-за трудоемкости изготовления геодезических оболочек. Кроме этого, рассматриваемая конструктивно-силовая схема была выгодна по весу только в случае применения легкой не несушей обшивки типа полотняной, что противоречило характерной для авиации тенденции к переходу на жесткую металлическую обшивку.
Одним из новых направлений исследований в области авиационной прочности в 30-е годы была усталостная прочность. Когда в связи с применением металла срок эксплуатации самолетов возрос, стали замечать, что вследствие многократно повторяющихся нагрузок (полет в неспокойной атмосфере, вибрации от двигателя и т. п.) конструкция теряет свою первоначальную прочность, «стареет». Вначале основное внимание уделялось гашению вибраций от винтомоторной группы за счет применения упругих прокладок-демпферов. Важность повышения усталостной прочности крыла поняли позже. Об этом свидетельствует следующий факт: на самолете DC-3 было трехлонжеронное крыло, а на следующей пассажирской машине фирмы Дуглас — DC-4 применяли однолонжеронную схему, что привело к концентрации напряжений и снижению усталостной прочности конструкции.
С появлением скоростной авиации конструкторы столкнулись с новым опасным явлением. Во время полета внезапно возникала сильная вибрация, часто приводят-. к разрушению машины в воздухе. Это явление получило название флаттер (от англ — flutter — трепыхать, вибрировать).
Точности ради надо сказать, что первый известный случай флаттера произошел еще в 1916 г. на английском бомбардировщике HP 0/400 [61, с. 2]. Известны также случаи флаттера крыла и элеронов во время начетов в 20-е годы специальна гоночных самолетов [27, с. 5, 8]. Но эти события имели единичный характер и н. привлекли большого внимания.
Ситуация резко изменилась, когда скорость серийных самолетов превысил 400 км/ч, а вместо жесткой бипланной коробки начали применять свободнонесущее крыло небольшой относительной толщины. Случаи флаттера стали носить систематический характер, причем если раньше обычно вибрации возникали только на отдельных элементах конструкции — элеронах, хвостовом оперении, то в 30-е голь стал характерным значительно более опасный флаттер крыла самолета.
В СССР с флаттером столкнулись в середине 30-х годов. Вот как описывает заявление, случившееся во время испытаний на максимальную скорость бомбардиров шика СБ, летчик-испытатель П. М. Стефановский:
«Километраж выполнялся над аэродромом, как и положено, на высоте сто — двести метров. Самолет носился то в одну, то в другую сторону. С каждым выходом на новую прямую скорость становилась все больше. Вот Миндер [К. П. Миндер — летчик-испытатель НИИ ВВС] выровнял машину, дат моторам полный газ и стал разгонять СБ до максимальной скорости. Все, кто находились на аэродроме, отложили свои занятия, с восхищением смотрели на стремительно несущуюся стальную птицу. Вдруг самолет потерял свои четкие очертания, как бы смазался. Разом оборвался натужно раскатистый рев двигателей. СБ круто перешел в набор высоты.
Все недоумевали, с чего это Костя циркачить начал. А он издалека уже заходил на посадку. Наконец сел. Машина была неузнаваемой. Вместо изящного красавца с зеркально-гладкой поверхностью крыльев и фюзеляжа перед нами стоял урод, разрисованный вдоль и поперек большими трещинами. Летчик-испытатель выбрался из кабины и коротко бросил — „Флаттер“» [62, с. 76–77].
Примерно в то же время из-за возникших в полете вибраций разбился скоростной пассажирский самолет ЗиГ-1, погибли люди.
Игнорировать дальше проблему стало невозможно. Изучение флаттера велось в двух направлениях:
1) исследование теории явления на основе дифференциальных уравнений колеблющегося крыла и математическое определение критической скорости, при которой возникают самовозбуждаюшиеся колебания;
2) изучение физической стороны флаттера, его энергетического баланса и мер, с помощью которых можно предотвратить опасность его возникновения. Наиболее активно исследования флаттера проводились в Германии (Бирнбаум, Бленк, Раушер и др.), Англии (Фрайзер, Дункан, Локспсйсер) и СССР (Гроссман, Келдыш и др.).
Ученые установили, что одной из причин возникновения самовозбуждающихся колебаний является недостаточная жесткость крыла, оперения и фюзеляжа. Выяснилось, что момент возникновения флаттера можно отодвинуть за пределы максимальной скорости самолета, повысив жесткость конструкции и обеспечив переднее (по отношению к центру жесткости) расположение центров тяжести сечений крыла, оперения и аэродинамических рулей за счет установки специальных грузов. Кроме того, были разработаны методы расчета критической скорости флаттера. Правильность этих рекомендаций проверили на моделях в аэродинамических трубах и в полетах [63, с. 77–98; 64]. С конца 30-х годов проверка на флаттер стала обязательным элементом при создании самолетов.
Предложенные меры во много раз уменьшили опасность возникновения флаттера. Еще один барьер на пути развития авиации был преодолен. Но об окончательном решении проблемы говорить было еще рано. Как и в случае со штопором, вероятность появления флаттера сильно зависит от компоновки летательного аппарата, а в самолетостроении она, как известно, постоянно меняется.
Увеличение нагрузки на крыло и рост высоты полета вызвали определенные сложности в обеспечении устойчивости и управляемости самолетов. Как известно, запас продольной статической устойчивости по перегрузке уменьшается по мере возрастания m/S и разряженности воздуха [62, с. 424–425]. Кроме того, замедляется затухание динамических колебаний, т. е. снижается динамическая устойчивость самолета. К этому можно еще добавить тенденцию к концевому срыву на крыле на большой высоте, т. к. по мере уменьшения плотности воздуха приходится увеличивать угол атаки. В результате самолет становится более «строгим» в управлении, требует от летчика повышенного внимания и мастерства.
Преодолению указанных сложностей способствовали математические и экспериментальные исследования устойчивости и управляемости летательных аппаратов [65, с. 200–220]. Научные рекомендации позволили более обоснованно делать выбор центровки самолета и определение площади аэродинамических рулей (в 20-е годы конструкторы подходили к решению этих вопросов эмпирически или, в лучшем случае, на основе статистических сведений). На некоторых самолетах для уменьшения опасности концевого срыва наряду с элеронами на концах крыла стали устанавливать интерцепторы.
Таким образом, в 30-е годы развитие конструкции самолетов происходило в тесном взаимодействии с наукой. Без помощи со стороны ученых достигнутый к концу этого десятилетия технический прогресс был бы невозможен.
Подводя общие итоги развития самолетов в предвоенные годы, следует отмстить следующее:
1. Благодаря совместным усилиям конструкторов и ученых продолжалось совершенствование летно-технических характеристик летательных аппаратов, причем по целому ряду параметров темп их развития был намного выше, чем в 20-е годы. Этому способствовала техническая революция в самолетостроении на рубеже 20-х — 30-х годов, основные направления которой были описаны в предыдущей главе.
2. Главными движущими силами развития авиации являлись: в начале 30-х годов — конкурентная борьба авиакомпаний за господство на воздушных линиях; во второй половине этого десятилетия — резкое обострение политической ситуации из-за реваншистских планов А. Гитлера и Б. Муссолини в Европе и японских милитаристов на Дальнем Востоке и связанная с надвигающейся войной гонка вооружений. За период с 1933 г. по 1938 г. суммы, выделяемые на развитие военной авиации в мире возросли в 8 раз, а на нужды гражданской авиации — только вдвое (рис. 3.67) [66].
3. Если в 20-е годы основными техническими характеристиками считались грузоподъемность и дальность, то в последующее десятилетие главные усилия были направлены на повышение скорости полета. Как было установлено на опыте первые серийных скоростных самолетов, появившихся в начале 30-х годов, скорость является мощным фактором развития транспортной и боевой эффективности летательных аппаратов.
4. Задача улучшения скоростных качеств привела к коренным преобразованиям в конструкции самолетов. Наиболее глубокими они были в первой половине 30-х годов. Именно в этот период в практику самолетостроения вошли: схема моноплан с гладким свободнонесушим крылом, убираемое шасси, посадочная механизация крыла, капоты, винты изменяемого шага. Во второй половине 30-х годов совершенствование форм самолетов происходило за счет более мелких аэродинамических улучшений: капотирования радиаторов, применения потайной клепки и т. д.
Развитие авиации в мирное время продолжалось только два десятилетия. В сентябре 1939 г. правительство Германии вновь развязало мировую воину, самую кровопролитную и страшную в истории человечества. И вновь, как и четверть века назад, авиация стала оружием массовой агрессии.
Однако теперь военно-воздушные силы имели мало общего с военной авиацией начала века. Во-первых, качественным образом изменились облик и характеристики самолетов. Во-вторых, число находившихся на вооружении летательных аппаратов измерялось уже не десятками и сотнями, а тысячами. К началу второй мировой войны ВВС Германии имели 4093 самолета, Англии — 1992, США — 1476, Италии — 2650 [1, с. 502]. Самыми многочисленными были советские военно-воздушные силы: в 1937 г. в них насчитывалось 8139 самолетов [2, с. 183]. Еще одно отличие заключалось в большем количестве специализированных типов самолетов. Если в начале первой мировой войны самолеты использовались только как разведчики, а истребители и бомбардировщики появились уже в ходе боевых действий, то самолеты конца 30-х годов можно подразделить на тяжелые, средние и легкие бомбардировщики, истребители, истребители-бомбардировщики, штурмовики, разведчики, военно- транспортные, связные, патрульные и противолодочные, многоцелевые и др.
Борьба за господство в воздухе, разрушение промышленных центров противника, поддержка наземных войск, уничтожение вражеских кораблей и подводных лодок — все эти задачи служили стимулом к совершенствованию самолетов и наращиванию масштабов их выпуска. На развитие авиации влияли также изменение взглядов на применение ВВС в ходе войны, расширение географии театра военных действий, совершенствование средств ПВО, проблемы ограниченности промышленных и людских ресурсов и ряд других обстоятельств. Таким образом, эволюция авиационной техники в годы войны находилась в тесной взаимосвязи с целым комплексом внешних факторов.
Истребители являлись существенной составной частью военно-воздушных сил. К сентябрю 1939 г. истребительная авиация составляла 35,1 % самолетов Люфтваффе, в ВВС Англии доля истребителей равнялась 48 %, в ВВС Франции — 41 %, в ВВС Италии — 25 %. в ВВС Японии — 34 %, в ВВС США — 34 %, в советской авиации — 38.6 % [1, с. 178].
Различный «удельный вес» истребителей в отдельных странах объясняется особенностями военных доктрин этих стран. Так, родина доктрины Дуэ Италия делала ставку на развитие бомбардировщиков; Германия, разработавшая концепцию «молниеносной войны» («Блицкриг»), считала, что авиация в первую очередь должна применяться для внезапного массированного удара по наземным целям и использоваться как своего рода «летающая артиллерия», а истребители должны вступать ь дело уже позднее, для окончательного завоевания господства в воздухе. Этих ж. взглядов придерживалось военное руководство Японии. В США налагали, что океанские просторы, отделяющие их континент от театра военных действий, являются, надежной защитой от вражеских бомбардировщиков, и поэтому не уделяли разработке истребителей такого внимания как в Европе. Наиболее активно развивали истребительную авиацию СССР, Англия и Франция — страны, находившиеся (¦ непосредственной близости от агрессивно настроенной Германии и понимавшие необходимость защиты своего воздушного пространства. Следует, правда, отметить что в Советском Союзе долгое время делалась ставка на нанесение мощного ответного удара по тылам противника (в 1937 г. на 8139 находившихся на вооружении самолетов приходилось всего 2225 истребителей [2, с. 183]), поэтому к моменту вторжение Германии в Польшу относительная доля истребителей в нашей стране была несколько меньше, чем в Англии и Франции.
В дальнейшем доля истребителей в общем выпуске военных самолетов неуклонно возрастала (исключение из этой закономерности представляет СССР, где с 1941 г делался акцент на выпуск самолетов-штурмовиков: в 1942–1943 гг. их построили почти столько же, сколько истребителей).
Характерно, что чем ближе к поражению находилась страна, тем больше было относительное число выпускаемых ею истребителей (табл. 4.1).
Основные типы истребителей, имевшиеся на вооружении в 1939 г, а также годы их выпуска и число построенных экземпляров показаны в таблице 4.2. Технические особенности этих машин рассматривались в предыдущей главе. Все представленные истребители можно разделить на две группы: 1) морально устаревшие или неудачные самолеты, которые были сняты с производства в самом начале 40-х годов: 2) самолеты, имевшие потенциал для развития и выпускавшиеся в больших количествах в течение всей или почти всей войны.
К первой группе относятся все японские и советские истребители, английский Глостер «Гладиатор», первые американские истребители со свободнонесущим крылом Северский Р-35 и Кертисс Р-36, итальянские самолеты фирмы «Фиат». Многие их этих машин имели устаревшую схему биплан («Гладиатор», Фиат CR.42. И-15бис. И-153), а у самолетов с монопланным крылом из-за недостаточно мощных двигателей и посредственной для конца 30-х годов аэродинамики максимальная скорость не превышала 500 км/ч.
К числу самолетов-«долгожителей» относятся немецкие Мессершмитт Bf. 109 и Bf. 110 (последний, однако, из-за своей ограниченной скорости и маневренности с 1940 г. чаще применялся как ночной истребитель, разведчик и самолет поддержки наземных войск), английские Хокср «Харрикейн» и Супермарин «Спитфайр» и американский Ксртисс Р-40. Все эти истребители принимали участие в боевых действиях с первого дня войны (Р-40 — в ВВС Франции), а их общий выпуск составил почти 90 тысяч.
СССР. Италия, Япония и США. воспользовавшиеся непродолжительным временем с сентября 1939 г. до вступления этих стран в войну[26], сумели наладить выпуск более отвечающих современным требованиям истребителей, большинство из которых также можно отнести к разряду «долгожителей». В Советском Союзе это были Як-l, ЛаГГ-3 и МиГ-3, в Италии — Макки МС-200, в Японии — Мицубиси А6М, более известный в Европе и США как «Зеро», Накадзима Ki-43 и двухмоторный Кавасаки Ki-45, в США — Р-38 «Лайтнинг» и Р-39 «Эркобра».
Для СССР необходимость создания новых типов истребителей выявилась в последние годы войны в Испании, после появления там немецкого Мессершмитт Bf.109E с двигателем DB-601 мощностью 1100 л.с., обладающего явным превосходством над И-16 по скорости на всех высотах. В техническом превосходстве немецких самолетов убеждали также командировки советских авиационных специалистов в Германию осенью 1939 г. «Германское самолетостроение шагнуло весьма далеко и вышло на первое место мировой авиационной промышленности», — таково было мнение известного советского конструктора истребителей Н. Н. Поликарпова [6].
В разработке нового истребителя приняло участие 12 конструкторских коллективов. Для серийного производства выбрали три машины: Як-1 (первоначальное обозначение — И-26) А. С. Яковлева, ЛаГГ-3 (И-301) конструкторов С. А. Лавочкина, В. П. Горбунова и М. И. Гудкова и МиГ-3 (И-200) А. И. Микояна и М. И. Гуревича. Все эти самолеты представляли собой одноместные низкопланы с двигателями водяного охлаждения; они имени практически одинаковые размеры и площадь крыл.: (табл.4.3).
Вместе с тем, каждый самолет обладал характерными особенностями. Як-1 (рис. 4.1) был самым легким и имел смешанную конструкцию. Фюзеляж был выполнен из сварных хромансилевых труб, с дюралюминиевой, а за кабиной — с полотняной обшивкой. Крыло имело деревянные коробчатые лонжероны и фанерную обшивку. Для экономии веса его выполнили неразъемным, т. е. консоли нельзя было отстыковать от центроплана.
Особенностью ЛаГГ-3 с таким же двигателем М-105П являлась его цельнодеревянная конструкция, наиболее нагруженные элементы изготавливались из дельта- древесины. Это было сделано для того, чтобы избежать проблем с дефицитным в нашей стране дюралюминием, особенно при необходимости массового выпуска самолетов. Самолет получился перетяжеленным, примерно на 200 кг тяжелее, чем Як-1. Возросшая нагрузка на мощность негативно сказалась на скороподъемности и маневренности истребителя. Кроме этого, самолет оказался тяжелым в управлении, был склонен к штопору и поэтому не пользовался любовью летчиков.
Наибольшие надежды связывали с истребителем МиГ-3 (рис. 4.2). Как и Як-1, он имел смешанную конструкцию, однако вместо полотна повсюду применили фанерную обшивку. При испытаниях в августе 1940 г. опытный экземпляр самолета достиг скорости 651 км/чна высоте 7000 м [7,с. 10] — значительно больше, чем истребители других стран. По максимальной высоте полета — 12000 м — он также не имел себе равных среди серийных машин. Такие характеристики были достигнуты благодаря установке на самолете мощного высотного двигателя АМ-35А с односкоростным центробежным нагнетателем, обеспечивающим на номинальном режиме давление наддува 1040 мм — больше, чем на других серийных моторах того времени. В результате на высоте 6000 м АМ-35А на 40 % превосходил по мощности мотор М-105 |8. с. 25 |. Правда, и весил такой двигатель больше — 800 кг (вес М-105 равнялся 600 кг) [9, с. 226].
Как отмечалось в предыдущей главе, предположение, что будущая война в воздухе будет происходить на больших высотах, имело немало приверженцев. К этому, казалось бы, вела и логика развития военной авиации, сформулированная в лозунге «Выше! Быстрее! Дальше!». Поэтому МиГ-3 расценивался как весьма перспективная машина. Не случайно, что до 22 июня 1941 г. этих самолетов было выпущено значительно больше, чем других советских истребителей «нового поколения».
Однако, как показала жизнь, подавляющее большинство воздушных боев между советскими и немецкими истребителями происходило на высотах до 4500 м. Это объясняется тем, что в условиях активных боевых действий на земле самолеты применялись, в основном, для непосредственной поддержки войск, т. е. для прикрытия пехоты, боевой техники, транспортных коммуникаций — объектов, которые противник атаковал с малых высот. В этих обстоятельствах тяжелый МиГ-3 заметно уступал по характеристикам другим истребителям из-за бесполезных у земли потерь мощности на привод нагнетателя своего высотного двигателя[27]. Другим недостатке самолета являлось отсутствие пушечного вооружения, снижавшее эффективное г его боевого применения. Оставляли желать лучшего и пилотажные качества самолс та, требовавшие от летчика высокой квалификации. В 1942 г. выпуск МиГ-3 прекратили.
Рис. 4.2 Истребитель МиГ-3
Таким образом, лучшим из «тройки» новых советских истребителей оказался самолет Яковлева. И это не случайно. В отличие от создателей МиГ-3 и ЛаГГ-3 А. С. Яковлев имел опыт проектирования спортивных монопланов и мог опереться на него при разработке истребителя. Благодаря этому ему удалось добиться удачного сочетания скоростных качеств истребителя с маневренностью и легкостью в управлении, характерных для спортивного самолета. Следует отметить высокую культур;, весового проектирования Як-1 — самого легкого из советских истребителей нового поколения.
В Италии в конце 1939 г. на вооружение поступил Макки МС-200 (рис. 4.3) — первый итальянский истребитель, развивающий скорость более 500 км/ч. Его конструктором был создатель известных гоночных гидросамолетов М. Кастольди. Недостатками МС-200 являлись сравнительно маломощный двигатель воздушного охлаждения, открытая кабина, вызывающая дополнительное сопротивление в полете, и отсутствие пушечного вооружения. Однако отличная маневренность, обусловленная малой нагрузкой на крыло, в значительной степени компенсировала эти недостатки. В результате в начальной стадии войны МС-200 успешно соперничал с более скоростным, но менее вертким «Харрикейном».
Япония, так же как СССР, в 1940–1941 гг. сумела обеспечить себя новыми типами истребителей взамен устаревших Мицубиси А5М и Накадзима Ki-27 — монопланов с неубираюшимся шасси и максимальной скоростью полета около 450 км/ч. На смену им пришли палубный истребитель Мицубиси А6М и самолет Накадзима Ki-43 для армейской истребительной авиации.
Как и А5М, А6М был создан под руководством конструктора Йиро Хорикоши. В соответствии с требованиями ВМС от 1937 г., он должен был иметь скорость не менее 500 км/ч, очень мощное для того времени вооружение — 2 пушки и 2 пулемета, и при этом не уступать по маневренности своему предшественнику — А5М [5. с. 224]. Конструкторам фирмы Мицубиси удалось не только удовлетворить, но да же превзойти эти требования. Хорошая аэродинамика обеспечила самолету при сравнительно маломощном двигателе максимальную скорость более 500 км/ч. Он отличался большой дальностью, необходимой для сопровождения палубных бомбардировщиков и торпедоносцев, а легкость конструкции и сравнительно большая площадь к рыла дал и A6М превосходные маневренные характеристики. На внешней подвеске машина могла нести бомбы весом до 120 кг или подвесной топливный бак. Следует, правда, отмстить, что самолет имел не протектированные баки и отсутствовала бронезащита пилота, но в начале 40-х годов японские авиаконструкторы еще не считали это недопустимым недостатком.
Первый полет Мицубиси А6М (рис. 4.4) состоялся 1 апреля 1939 г. Летом того же ода самолет стал поступать на вооружение. Первые 15 серийных самолетов превосходно зарекомендовали себя в небе Китая, а к моменту нападения Японии на Пирл Харбор японский флот располагал уже 400 А5М2 — модификацией с более мощным двигателем и складывающимися законцовками крыла.
Армейский Накадзима Ki-43 внешне весьма напоминал своего палубного собрата Он также был снабжен двухрядным 14-цилиндровым звездообразным двигателем фирмы «Накадзима», имел низкорасположенное крыло, каплевидный фонарь кабины летчика, убирющееся в крыло шасси. По сравнению с А6М Ki-43 был меньше, легче, дешевле в производстве. Но по летным свойствам самолет оказался менее удачным. Рекордно низкая нагрузка на крыло (вдвое меньше, чем у английских, немецких и советских истребителей) делала Ki-43 очень маневренным, но ухудшала скоростные качества машины, максимальная скорость которой оказалась всего 495 км/ч. Вместо пушек были установлены пулеметы, что заметно снижало боевую мощь самолета. Сверхлегкая конструкция плохо «держала удар» в бою — известны случаи, когда всего несколько попаданий из крупнокалиберного пулемета приводили к разрушению самолета в воздухе [10, с. 163]. Тем не менее, этот технологичный и недорогой маневренный самолет выпускался в течение всей войны и. благодаря своей исключительной маневренности, иногда выходил победителем в схватке с более скоростными английскими и американскими истребителями.
Специально для охраны тяжелых бомбардировщиков в 1941 г. начал поступать на вооружение двухместный двухмоторный истребитель Кавасаки Ki-45 с дальностью полета более 2000 км. По схеме и характеристикам это был самолет типа немецкого Мессершмитт Bf. 110. Похожа и судьба этих машин: обладающие достаточно высокой скоростью, но тяжелые и маломаневренные, они не смогли конкурировать в бою с одноместными истребителями и после непродолжительного периода применения по прямому назначению, сопровождавшегося их тяжелыми потерями, были переведены в разряд ночных истребителей-перехватчиков, штурмовиков или разведчиков.
Американские истребители Р-38 и Р-39, выпуск которых начался в 1940 г., отличались необычностью конструкторских решений. Первый из них был создан в ответ на тактико-технические требования военного ведомства США от 1937 г. на новый высотный истребитель-перехватчик, он же — истребитель сопровождения. Согласно этим требованиям самолет должен был развивать скорость не менее 580 км/ч на высоте 6100 м и 467 км/ч у земли, высоту 6 км достигать не более, чем за 6 минут и, к тому же, иметь большую дальность полета [5, с. 230].
Большинство авиастроительных фирм посчитали такие условия невыполнимыми, но конструкторы фирмы Локхид X. Хаббард и К. Джонсон решили пойти на риск и попытаться исполнить заказ. Чтобы достичь требуемых скоростных и высотных характеристик, они остановили выбор на двухдвигательном варианте, а двигатели решили снабдить недавно вышедшими из стадии экспериментов турбокомпрессорами. Кроме двигателей с турбонаддувом самолет имел множество других характерных технических особенностей. Это и общая его схема — двухбалочный моноплан с короткой гондолой-фюзеляжем, и впервые примененное на истребителе убираемое шасси с носовой стойкой, и каплевидный фонарь кабины пилота (рис. 4.5).
Очень большое значение удалялось уменьшению аэродинамического сопротивления. Так, листы обшивки соединялись встык, а не внахлест, как на других американских истребителях, повсеместно применялись заклепки с потайными головками, радиаторы двигателей были расположены по бокам хвостовых балок, а радиатор для охлаждения поступающего от турбокомпрессоров воздуха поместили внутрь крыла. Так как самолет отличался очень высокой нагрузкой на крыло — 235 кг/м², на крыле установили выдвижные закрылки Фаулера.
Первый полет машины, получившей название «Лайтнинг» («Молния»), состоялся 27 января 1939 г. Вскоре на нем был осуществлен перелет через США от Тихого до Атлантического океана за рекордно короткое время — 7 часов 2 минуты, всего с двумя посадками для дозаправки. Максимальная скорость машины при испытаниях составила 655 км/ч (т. е. на 85 км/ч больше заданной), потолок — 12000 м. Необычно мощным было вооружение самолета: в свободной от двигателя носовой части фюзеляжа располагались 37-мм пушка и 4 крупнокалиберных пулемета.
Несмотря на высокую стоимость Р-38 — 120400 долларов (в три раза больше, чем стоимость «Харрикейна») [1, с. 496], характеристики истребителя произвели такое впечатление на военных, что уже в апреле 1939 г. последовал заказ на серию этих машин. Первая партия — 36 самолетов P-38D, была изготовлена в 1940 г., а с 1941 г начался выпуск Р-38Е с менее крупнокалиберной, но зато более скорострельно. 20-мм пушкой. В отличие от опытного образца, эти самолеты имели протектированные топливные баки.
Интересно, что Р-38 стал первым американским истребителем, уничтожившим немецкий самолет поете вступления США во вторую мировую войну. Это случилось 7 декабря 1941 г., когда пилот Р-38Е сбил четырехмоторный FW-200 над Атлантикой, вблизи побережья Исландии [10, с. 227].
Почти одновременно с Р-38 на испытания вышел другой американский истребитель — Белл Р-39 «Эркобра». Так же как самолет фирмы Локхид. он создавался как высокоскоростной истребитель-перехватчик с двигателем водяного охлаждения Аллисон V-1710 с турбокомпрессором. Однако «техническая изюминка» Р-39 заключалась в другом: конструкторы, под руководством Р. Вуда, решили расположить двигатель за кабиной пилота, вблизи центра тяжести самолета. Установленный в носу пропеллер приводился в движение с помощью вала длиной 2,5 м, соединяющего двигатель с редуктором воздушного винта (рис. 4.6). В освободившееся в носовой части пространство убиралась передняя стойка шасси; там же располагались стреляющая через ось пропеллера 37-мм пушка и два синхронных 12,7-мм пулемета.
Основными преимуществами указанной компоновки были меньший продольный момент инерции самолета (наиболее массивный агрегат — двигатель — находился е центре фюзеляжа) и, следовательно, лучшая маневренность истребителя, удобство размещения оружия, обтекаемая форма суживающейся вперед носовой части фюзеляжа и хороший обзор из кабины. При испытаниях весной 1939 г. Р-39 показал скорость 627 км/ч и отличную скороподъемность. Однако последующая доработка, заключавшаяся в введении бронезащиты, протектировании топливных баков, установке двух дополнительных пулеметов и усилении задней части фюзеляжа и узлов крепления двигателя (для уменьшения опасности, что при ударе двигатель сорвется со своего места и раздавит пилота), привела к перетяжелению самолета примерно на 800 кг. Летные характеристики еще больше ухудшились после того, как в 1941 г. на модели P-39D вместо турбонагнетателя установили обычный одно- скоростной нагнетатель с механическим приводом[28].
В результате самолет перестал удовлетворять требованиям к высотному истребителю-перехватчику. Основной потенциальный заказчик Р-39, ВВС Англии, отказался от самолета, и большую часть построенных машин направили в СССР в качестве помощи по «ленд- лизу» (рис. 4.7). При сравнительно небольших высотах, на которых происходили воздушные бои на Восточном фронте, в нашей стране они сослужили неплохую службу. Позднее в СССР поступал истребитель Белл Р-63 «Кингкобра», являвшийся модификацией Р-39. Он имел более высотный двигатель с двухступенчатым нагнетателем, улучшенный профиль крыла, увеличенные размеры крыла и вертикального оперения [8, с. 247–252].
Как известно, в условиях войны самолет быстро устаревает, требуется все более совершенная техника. Характерной чертой развития авиации в годы второй мировой войны было то, что совершенствование истребителей шло, в основном, по пути модификации созданных в конце 30-х — начале 40-х годов образцов, тогда как в период 1914–1918 гг. ежегодно появлялись новые конструкции, отличавшиеся по схеме, материалам, типу двигателя. Этому можно дать несколько объяснений. Во-первых, к концу 30-х годов сложилась оптимальная схема винтомоторного самолета — свободнонесущий моноплан с работающей обшивкой и тянущим пропеллером. Во-вторых, производство самолетов велось теперь конвеерным методом, и коренное изменение конструкции вызвало бы временную остановку производственного процесса, что в условиях напряженных боевых действий и необходимости постоянно восполнять боевые потери являлось недопустимым. В годы первой мировой войны самолеты были значительно проще по конструкции, их производство нередко велось полукустарными методами, и смена модели мало отражалась на общих темпах выпуска боевой авиатехники.
Рассмотрим процесс модификации самолетов на примере четырех самых массовых истребителей периода второй мировой войны: «Спитфайр», Bf. 109, «Як» и «Ла» («ЛаГГ»). Каждая из этих машин была построена в количестве более 20 тысяч экземпляров.
«Спитфайр» Мк. I ……….1938 ……«Мерлин-2»…… 1000/1050….. 2640 …..117……. 2.64/2,51….. 8x77
«Спитфайр» Мк. V……….1941……. «Мерлин-45»…. 1115/1150….. 2920….. 130……. 2,62/2.54….. 2x20 4x7.
Введено бронирование летчика и агрегатов. Усилены лонжероны крыла. Полотняная обшивка элеронов заменена металлической.
«Спитфайр» Мк. IХ……..1942 …… «Мерлин-66»…. 1410/2170…… 3290….. 146……. 2.41/1,56…. 2x20 4x7.7
Установлен радиатор охлаждения топливной смеси. Применен 4-лопастный винт. Носовая часть фюзеляжа удлинена на 0,6 м. Увеличен размер руля направления, рули высоты — с металлической обшивкой. Для лучшего обзора увеличена выпуклость фонаря кабины
«Спитфайр» Мк. ХIV……1943…… «Гриффон-66»…1540/2450….. 3810….. 169……. 2,47/1,56…. 2x20 4x7.7
Установлен 5-лопастной винт. Увеличена площадь радиаторов. Хвостовое колесо сделано убирающимся. Усилено шасси. Увеличена площадь киля.
«Спитфайр» Мк.21……..1945……. «Гриффон-61». 1740/2450….. 4224….. 186……. 2.54/1,72…. 4x20
Усилена конструкция планера. Новое крыло с цельноштампованными лонжеронами. Введены щитки ниш уборки шасси. Изменена форма законцовок крыла. Увеличены размеры элеронов.
Bf.109Е-3…………………… 1939……. DB-601A……….. 1000/1175…… 2610….. 159……. 2,61/2,22…. 2x20 2x7.9
Bf.109F-1…………………… 1941……. DB-601N……….. 1100/1270…… 2750….. 170……. 2,50/2,17…. 1x15 2x13
Улучшена форма капота двигателя. Увеличен размер кока винта. Радиаторы сильнее «утоплены» в крыло. Скруглены законцовки крыла. Ликвидирован подкос горизонтального оперения. Хвостовое колесо сделано полуубираюшимся.
Bf.109G-2…………………… 1942……. DB-605A………. 1380/1800…… 3100…… 191…… 2,25/1,72…. 1x20 2x13
Для большей высотности применена система впрыска закиси азота в двигатель. Усилена конструкция планера и шасси.
Bf.109G-10…………………. 1944……. DB-605D……….. 1380/2000….. 3680…… 229…… 2,67/1,84…. 1x30 2x13
Для кратковременного форсирования мощности применена система впрыска в двигатель водо-метаноловой смеси. Улучшены обводы маслорадиатора. Усилено бронирование.
Bf.109К-4…………………… 1944……. DB-605DCM…. 1435/2000…… 3380…… 210…… 2,36/1.69…. 1x30 2x13
Упрощена конструкция фонаря кабины. Введена дополнительная бронезащита пилота. В конструкции оперения и задней части фюзеляжа металл заменен на дерево. Установлены щитки, закрывающие ниши уборки шасси. Хвостовое колесо — полностью убирающееся.
Як-1………………………….. 1940……. М-105П…………. 1050…………… 2950…… 171……. 2,79………… 1x20 2x7.6
Як-7Б………………………… 1942……. М-105ПФ……… 1180/1260…… 3010…… 175……. 2,55/2,39…. 1x20 2x12,7
Измененена конструкция моторамы. Центровка самолета смещена вперед. Хвостовое колесо сделано убирающимся. Усовершенствована форма всасывающих патрубков, улучшена внешняя отделка планера. Введены щитки, закрывающие ниши уборки шасси.
Як-9………………………….. 1942……. М-105ПФ……… 1180/1260…… 2870…… 167……. 2,43/2,28…. 1x20 1x12,7
Деревянные лонжероны крыла заменены металлическими. Для улучшения обзора понижен гаргрот за кабиной.
Як-3………………………….. 1944……. М-105ПФ2……. 1240/1290…… 2700…… 182……. 2,18/2,09…. 1x20 2x12.7
Площадь крыла уменьшена на 2,3 кв. м, На 2 % уменьшена относительная толщина профиля. Применен новый, более «утопленный» в фюзеляж водорадиатор. Маслорадиаторы из-под двигателя перемешены в центроплан крыла. Полотняная обшивка фюзеляжа заменена фанерной. Улучшены формы зализов крыла, кока винта, козырька фонаря кабины. Улучшена герметизация фюзеляжа.
Як-9У……………………….. 1944……. ВК-107А……….. 1500/1650…… 3200….. 187…….. 2,14/1,94…. 1x20 2x12.7
Установлены новые водо- и маслорадиаторы увеличенной площади. Крыло сдвинуто на 0,1 м вперед. Толщина обшивки фюзеляжа увеличена с 2 до 3 мм. Улучшена оттделка внешней поверхности.
Лагг-3………………………. 1940……. М-105П…………. 1050……………. 3150….. 180……. 3,0…………….1x20 1x12,7
Ла-5…………………………. 1942……. М-82……………… 1330/1700……. 3210….. 182……. 2,41/1,89….. 2x20
В связи с заменой двигателя изменена форма передней части фюзеляжа. Хвостовое колесо сделано убирающимся. В конструкции дельта-древесина постепенно заменена недефицитной сосной.
Ла-5Ф………………………. 1943……. М-82Ф………….. 1540/1700…….. 3326…. 192……. 2,20/1,96….. 2x20
Улучшен обзор из кабины. кроме переднего бронировано также заднее стекло фонаря кабины.
Ла-5ФН……………………. 1943……. М-82ФН……….. 1630/1850…….. 3290…. 188……. 2.02/1,78….. 2x20
Применен непосредственнный впрыск топлива в цилиндры. Облегчено шасси. Улучшена теплоизоляция кабины. Снижены усилия на ручке управления.
Ла-7…………………………. 1944……. АШ-82ФН…….. 1630/1850…….. 3315…. 189……. 2,03/1,79….. 3x20
Деревянные лонжероны заменены металлическими. Воздухозаборник перенесен с капота в центроплан крыла, масло радиатор — под фюзеляж за центропланом. Улучшена герметизация.
Как следует из таблицы 4.4., совершенствование самолетов-истребителей заключалось, главным образом, в:
— повышении мощности силовой установки;
— улучшении аэродинамики самолета;
— усилении конструкции планера и его боевой живучести;
— установке более мощного вооружения.
Мощность двигателя может быть повышена за счет увеличения объема цилиндров, числа оборотов, а также большего расхода рабочей смеси вследствие искусственного наддува во входном коллекторе. Последний метод был наиболее предпочтителен (увеличение размеров цилиндров вело к росту габаритов и веса силовой установки, а число оборотов ограничивалось прочностными пределами материала конструкции › и поэтому применялся чаше других. Именно таким образом осуществлялось повышение мощности двигателей Роллс-Ройс «Мерлин» для «Спитфайров». Благодаря росту эффективного давления с 11.4 кг/см² на модели «Мерлин» II до 19,4 кг/см² на «Мерлин» 66 при неизменных размерах и числе оборотов номинальная мощность силовой установки возросла более, чем на треть. Во избежание тепловых перегрузок мотора и для повышения КПД силовой установки на самолете «Спитфайр Mk.lX применили двухступенчатый нагнетатель с устройством для охлаждения топливной смеси перед поступлением ее в двигатель (рис. 4.8), а на снабжение ВВС начало поступать авиационное горючее с октановыми числами 100 и более.
Когда возможности двигателя полностью исчерпывались, на самолете приходилось устанавливать новый двигатель, с большим рабочим объемом. В 1943 г. на смену 27-литровому „Мерлину“ пришел 36-литровый Ролл-Ройс „Гриффон“. Он применялся на последних модификациях „Спитфайра“, начиная с Mk.XIV.
Во время воздушного боя пилоту часто бывало необходимо на короткое время резко увеличить мощность двигателя, чтобы догнать противника или, наоборот, уйти от преследования. Поэтому наряду с обычным номинальным режимом конструкторы моторов ввели форсированные режимы, предусматривающие перегрузку двигателя по оборотам и (или) наддуву. Обычно таких режимов было два — боевой (разрешенная продолжительность без опасности повреждения двигателя — 15 минут) и чрезвычайный (не более 5 минут). Мощность при этом возрастала на 30–50 % (рис. 4.9).
Развитие двигателей для истребителей семейства „Як“ происходило, так же как у „Мерлинов“, в основном за счет усиления наддува. Правда, из-за отсутствия в стране высокооктановых сортов топлива (только к концу войны удалось наладить выпуск бензина с ОЧ=100) они не имели форсированных режимов. Более того, у последней модели — ВК-107А, из-за очень напряженного теплового режима работы даже на „номинале“ ресурс не превышал 25 часов [8, с. 170].
Особенностью немецких двигателей фирмы Даймлер-Бенц и советского М-82ФН была система непосредственного впрыска топлива в цилиндры. По сравнению с обычным карбюраторным двигателем это позволяло повысить „приемистость“ самолета, уменьшить пожароопасность, улучшить экономичность двигателя благодаря более равномерному распределению топлива по всем цилиндрам. Кроме того, отсутствовала опасность прекращения посту пления бензина в двигатель при отрицательных перегрузках, например в „перевернутом“ полете.
Другой отличительной чертой „Мессершмитта“ с двигателем DB-605 являлась система привода нагнетателя через турбомуфту, плавно регулирующую передаточное число от мотора к крыльчатке нагнетателя. Это позволяло более точно изменять параметры наддува в зависимости от высоты полета и избежать „провала“ мощности, происходящего при переключении с одной скорости на другую на обычном двухскоростном нагнетателе.
Вместе с тем, немцы, как и советские конструкторы, не имели в своем распоряжении топлив с таким высоким октановым числом как в Англии или США; основной немецкий „истребительный“ двигатель DB-605 выпускался в двух вариантах: для горючего с ОЧ=87 и с ОЧ=96. Поэтому возможности повышения мощности за счет увеличения давления нагнетания были ограничены. Для улучшения высотно-скоростных характеристик самолета немецкие конструкторы применили весьма оригинальный метод — впрыск в нагнетатель закиси азота, являвшейся мощным окислителем и позволявшей компенсировать нехватку кислорода на большой высоте (система GM-1). Резервуары с закисью азота находились в баллонах за кабиной летчика, система подачи окислителя — вытеснительная, с помощью сжатого воздуха.
Чтобы форсировать мощность на небольших высотах, была разработана система впрыска водо-метаноловой смеси (MW-50). Так как давление в двигателе при этом сильно возрастало, форсаж мог быть включен на время не более 10 минут. Перед повторным включением требовался, как минимум, 5-минутный перерыв. Надо также отметить, что при использовании форсажа резко сокращался ресурс работы двигателя. Так, свечи зажигания в этом случае приходилось заменять через каждые 15–20 часов.
Указанные способы повышении мощности давали значительный эффект. Благодаря подаче закиси азота DB-605 сохранял мощность 1250 л.с. на высоте 8500 м. а форсирование мотора путем впрыска водо-метаноловой смеси увеличивало мощность у земли с 1475 до 1800 л.с. Однако и весовые издержки были немалыми: только одна система GМ-1 весила 180 кг [12]. По этой причине аппаратура GМ-1 и MW-50 применялась всегда по отдельности, в зависимости от того, предполагаются ли бои на большой высоте или вблизи земли.
Вовремя первой мировой войны подавляющее большинство европейских истребителей имело звездообразный двигатель воздушного охлаждения. В рассматриваемый же период, наоборот, в Англии, Германии и СССР конструкторы истребителей отдавали предпочтение двигателям водяного охлаждения. Они имели меньшие поперечные размеры, чем „звезда“, а в развале блока цилиндров можно было установить пушку, стреляющую через ось пропеллера.
Замена двигателя водяною охлаждения на звездообразный с воздушным охлаждением на истребителях Лавочкина в 1942 г. (ЛаГГ-3 — Ла-5) была вынужденной мерой. Как уже отмечалось, цельнодеревянный „ЛаГГ“ оказался слишком тяжелым для стандартного советского „истребительного“ мотора М-105. Более мощных серийных двигателей водяного охлаждения в СССР в то время не имелось, поэтому С.А.Лавочкин решился на установку 14-цилиндровой „двойной звезды“ М-82, имевшей номинальную мощность 1330 л.с. на высоте 2000 м и взлетную мощность 1700 л.с. Сложность такой модификации усугублялась тем, что по размерам новый двигатель выходил за габариты фюзеляжа, а переделка всего самолета под двигатель означала бы длительную задержку в выпуске, что в то напряженное время являлось недопустимым. Выход был найден в установке второй (несиловой) обшивки по бортам фюзеляжа, сглаживающей разницу в размерах двигателя и планера самолета.
Эксперимент оказался удачным. Благодаря приросту мощности максимальная скорость самолета Ла-5 (рис. 4.10) возросла примерно на 50 км/ч, значительно улучшились характеристики приемистости, скороподъемности и вертикальной маневренности. В следствии меньшей уязвимости двигателя воздушного охлаждения (отсутствует радиатор» его живучесть была выше, чем у двигателя водяного охлаждения, что благоприятно сказалось на живучести самолета в целом. Из «лакированного гроба», как называли летчики «ЛаРГ». самолет превратился в один из лучших истребителей второй мировой войны.
В целом, в результате модификации силовых установок истребителей их максимальная мощность за годы войны возросла в среднем почти в два раза. Это было достигнуто повышением их литровой мощности и. в меньшей степени, увеличением рабочего объема (табл. 4.5). Наиболее форсированными по оборотам и наддуву были двигатели фирмы «Роллс-Ройс». Это неудивительно, т. к. за основу силовой установки «Спитфайров» были взяты двигатели «Роллс-Ройс» для гоночных «Супсрмаринов»
Другим важным направлением в улучшении скоростных качеств истребителей являлось усовершенствование их аэродинамики.
Этот путь, в принципе, был более рациональным, т. к. повышение мощности вызывало увеличение веса, расхода топлива, усиление нежелательного реактивного момента и др. Улучшение же форм самолета давало «чистый плюс».
Сложность заключалась в том, что к началу второй мировой войны внешние формы летательных аппаратов, рассчитанных на скорости 500–600 км/ч, были близки к совершенству. Оставалось идти по пути мелких аэродинамических усовершенствований, заключавшихся в устранении или улучшении формы небольших выступающих в поток деталей, лучшей внутренней герметизации планера и т. д.
Важнейшую роль в деле аэродинамического «облагораживания» самолетов сыграло создание натурных аэродинамических труб. В трубе Т-101 ЦАГИ в годы войны были исследованы все основные типы серийных самолетов (рис. 4.11). Более двадцати моделей военных самолетов прошли испытания в натурной аэродинамической трубе в исследовательском центре Ленгли в США. При этом использовалась следующая методика: с летательного аппарата снимались или тщательно закрывались обтекателями выступающие в поток детали (радиаторы, вооружение, антенны и др.), герметизировались все щели и после этого замерялся коэффициент лобового сопротивления «идеального» самолета. Затем поэтапно убирали обтекатели или устанавливали ранее снятые агрегаты и замеряли долю отдельных элементов в общем сопротивлении самолета. Если эта доля была значительной, изыскивались способы перекомпоновки данного агрегата для улучшения обтекаемости [13, с. 110].
Отдельные доработки приводили, казалось бы, к незначительному эффекту, однако в сумме эти изменения дали существенное улучшение аэродинамики и заметный прирост скорости. Тщательное усовершенствование серийного самолета нередко создавало больший эффект, чем разработка новой машины.
Для подтверждения сказанного приведу два примера. Уборка в полете хвостового колеса шасси у истребителя «Спитфайр» дала прирост скорости в 8 км/ч, улучшение формы кока винта — 6 км/ч, применение щитков ниш уборки шасси — 5 км/ч, изменение формы антенны — 1 км/ч, устранение аэродинамических компенсаторов на элеронах — 10 км/ч, замена плоского лобового стекла выпуклым — 10 км/ч, изменение конструкции выхлопных насадок двигателя — 6 км/ч, улучшение отделки внешней поверхности самолета — 14 км/ч, изменение формы законцовок крыла — 1,5 км/ч, усовершенствование формы обтекателя зеркала заднего вида — 1,5 км/ч 114]. Суммарное увеличение скорости составило 63 км/ч.
Результаты изучения самолета Лa-5 в ЦАГИ в 1942 г. дали следующий эффект: за счет улучшения внутренней герметизации (капот, противопожарная перегородка и др.) скорость машины возросла на 12,1 км/ч, внешней герметизации (швы капота, створки и т. д.) — на 11,7 км/ч, закрытия ниш шасси — на 6,2 км/ч, усовершенствования формы фонаря кабины — на 2,7 км/ч, уменьшения щелей на органах управления — на 2,3 км/ч; итого удалось добиться увеличения скорости на 35 км/ч [15, с. 66]. Большой эффект был достигнут и на модификации Ла-7. Как следует из рис. 4.14 г, благодаря лучшей аэродинамике его максимальная скорость на номинальном режиме была на 25–30 км/ч больше, чем у Ла-5ФН, при одинаковой мощности двигателей. В целом же только за счет аэродинамических усовершенствований скоростные характеристики истребителей Ла-5 (Ла-7) возросли на 60–65 км/ч, что равноценно результатам, полученным на «Спитфайре». Такой прирост скорости эквивалентен увеличению мощности мотора более чем на треть, причем без увеличения веса самолета [16, с. 18].
Улучшение аэродинамики «Мессершмитта» за первые два года войны можно проследить при сравнении моделей Bf. 109Е (см. рис. 3.36) и Bf. 109F (рис. 4.12). Как видно из фотографий, на модификации «F» конструкторы значительно увеличили размеры кока винта, более обтекаемым стал капот двигателя, радиаторы глубже «утопили» в крыле, закруглили законцовки крыла, убрали подкос к горизонтальному оперению. Это, наряду с 10-процентным повышением мощности двигателя, дало прибавку в скорости примерно на 50 км/ч. В последующие годы модернизация истребителя происходила, в основном, за счет увеличения мощности силовой установки.
Очень большое внимание улучшению аэродинамического совершенства истребителей уделял коллектив Л.С.Яковлева. Как уже отмечалось, из-за отсутствия высокооктанового горючего и сверхжаропрочных материалов возможности форсирования двигателей M-105 были ограничены, и основные надежды приходилось возлагать на уменьшение аэродинамического сопротивления самолета и его взлетного веса.
Лучшим серийным истребителем Яковлева был Як-3 (рис. 4.13). А.С.Яковлев писал: «При разработке этого самолета проводилось коренное усовершенствование аэродинамики и тщательная ревизия всех деталей. Увеличение производства цветного металла в стране позволило тяжелые деревянные лонжероны крыла заменить дюралевыми. Маслорадиатор перенесли из-под фюзеляжа в крыло, а водорадиатор предельно утопили в фюзеляж, улучшили форму кабины, сделали убирющимся костыльное колесо. Площадь крыла уменьшилась с 17,15 до 14,85 м²» [18,с.81]. По оценке известного аэродинамика В.С.Пышнова, лобовое сопротивление Як-3 по сравнению с Як-1 уменьшилось на 20 % [19, с. 54].
Благодаря повышению мощности и высотности силовой установки и уменьшению лобового сопротивления истребителей их высотно-скоростные характеристики значительно улучшились. Как видно из рис. 4.14, скорость самолетов на малых и средних высотах возросла в среднем на 100–120 км/ч. Наибольшей скоростью на больших высотах (8-10 км) обладали «Спитфайры», что объясняется их более совершенной системой наддува с двухступенчатым нагнетателем и системой промежуточного охлаждения смеси. На Восточном фронте, в отличие от Западного имеющего четкую линию фронта, бои между самолетами происходили на сравнительно небольшой высоте (обычно до 4.500 м), поэтому на советских истребителях стояли менее высотные моторы. Немцы, вынужденные вести боевые действия как вблизи земли, так и на больших высотах — при отражении налетов англо-американских бомбардировщиков. применяли на «Мессершмиттах» систему впрыска закиси азота для улучшения высотности двигателя.
Увеличение веса силовой установки и рост аэродинамических нагрузок из-за возросших скоростей привели к необходимости усиления конструкции планера самолета. На истребителе «Спитфайр» Мк.21 даже пришлось полностью заменить крыло, т. к. прежняя конструктивно-силовая схема при малой относительной толщине профиля уже не обеспечивала требуемой жесткости, были случаи реверса элеронов. С ростом взлетной массы приходилось также усиливать шасси. Из-за большого скоростного напора применяемую ранее полотняную обшивку на рулевых поверхностях и задней части фюзеляжа заменили на жесткую — фанерную (на «Яках») или дюралевую (на «Спитфайре»).
Чтобы избежать увеличения веса, на последних моделях «Спитфайра», отличающегося крылом малой толщины, дюралюминиевые лонжероны заменили на стальные. Это позволило сохранить и даже уменьшить относительный вес конструкции — с 0,33 на Mk.l до 0,29 на Мк.21 [14,с.771].
Еще большими резервами для модернизации располагали советские самолетостроители. В конструкции первых «Яков» и «ЛаГГов» широко применялось дерево и полотно. В начале войны это решение вполне себя оправдало, так как позволило после эвакуации в трудных производственных условиях наладить массовый выпуск истребителей из доступных материалов, в обстановке острого дефицита алюминиевых сплавов. Однако при схеме свободнонесущий моноплан с относительно тонким крылом деревянные силовые конструкции проигрывали в отношении веса по сравнению с металлическими. Поэтому, когда советская промышленность, благодаря созданию новых предприятий на востоке страны и помощи союзников, вновь начала массовый выпуск алюминиевых сплавов, на самолетах стали более широко использовать металл. В 1942 г. тяжелые и громоздкие сосновые коробчатые лонжероны крыла истребителя «Як» заменили на металлические — с дюралюминиевой стенкой и стальными полками. В результате этого вес конструкции крыла уменьшился на 79 кг, внутри появилось дополнительное пространство, позволившее увеличить объем крыльевых топливных баков [9, с. 194]. В 1943 г. такое же изменение претерпело крыло истребителя Лавочкина.
Обратный процесс — замена дюралюминия деревом — происходил в конце войны на «Мессершмиттах». Изнуренная бомбардировками и лишившаяся источников бокситов германская индустрия уже не могла удовлетворять требованиям авиапромышленности. Поэтому на последней модели «Мессершмитта» — Bf.109K — задняя часть фюзеляжа и оперение были выполнены из дерева. Технологию производства самолета максимально упростили с расчетом на его массовый выпуск руками малоквалифицированных рабочих, в основном женщин и подростков. Вообще ситуация с авиацией в Германии в последние месяцы войны во многом напоминает положение в этой области в СССР во второй половине 1941 — начале 1942 гг.
Иногда истребители специально приспосабливали для выполнения той или иной боевой задачи, которая ранее не ставилась. Например, когда в 1943 г. началось наступление советских войск, для их поддержки и сопровождения бомбардировщиков стало необходимым повысить дальность полета истребителей. В результате появились специальные варианты самолета Як-9 с увеличенными запасом топлива и дальностью. Так как все топливо сумели разместить во внутренних баках, модификация не вызвала роста аэродинамического сопротивления и скорость уменьшилась мало (табл. 4.6). В Англии и США для повышения дальности истребителей широко применялись подвесные сбрасываемые в полете топливные баки.
Выпускались также специальные высотные варианты истребителей, использовавшиеся в ПВО для борьбы с высоколетяшими вражескими бомбардировщиками и разведчиками. Немцы, как отмечалось, использовали для повышения высотности «Мессершмиттов» впрыск закиси азота в двигатель. Расход окислителя составлял 3,3 кг/мин, емкость бака — 115 л.
Высотные варианты «Спитфайров» (они обозначились буквами HF, от «high- altitude fighter» — «высотный истребитель») отличались двигателем с более высокой степенью наддува, специальным 4-лопастным пропеллером фирмы Ротол и увеличенным на метр размахом крыла. Для обеспечения приемлемых условий для летчика набольших высотах конструкторы применили герметизированную кабину, давление в которой на высоте 12000 м соответствовало давлению на 8-километровой высоте над уровнем моря [14].
Первый высотный «Спитфайр», HF.VI, появился в английских ВВС в 1941 г. Его потолок составлял около 12000 м. Впоследствии на вооружение поступили модификации HF.VII. HF.VIII, HF.IX и др. Их максимальная высота полета уже превышала 13000 м.
В СССР во время войны также работали над специальным высотным самолетом для системы ПВО. Он был необходим для противодействия разведчику Ju-86R, регулярно появлявшемуся над Москвой. Очень большая высота полета (12–13 км) делала этот разведчик неуязвимым для обычных истребителей.
За основу высотного перехватчика был взят истребитель Як-9. Двигатель М-105П оснастили двухскоростным двухступенчатым нагнетателем конструкции Доллежаля, для уменьшения веса самолета облегчили вооружение, оставив только пушку. Данная модификация получила обозначение Як-9ПД.
Попытка перехвата, предпринятая 2 июня 1943 г., оказалась безуспешной: высота 11650 м, достигнутая Як-9ПД, не позволила «достать» немецкий разведчик [21, с.123]. После дополнительных мер по уменьшению взлетного веса самолета до 2500 кг, увеличению числа оборотов нагнетателя и установке нового винта с более широкими лопастями потолок самолета достиг 13100 м. Для лучшей работы двигателя его оборудовал и системой впрыска водо-спиртовой смеси, увеличили теплоотдачу радиатора. Недостатком самолета являлось отсутствие на нем гермокабины (в СССР надежных гермокабин для истребителей в то время еше не было). Из-за этого летчик, даже с кислородной маской, не мог долго находиться на высотах, близких к потолку машины. Человек с его физиологическими особенностями становился препятствием на пути развития летательных аппаратов.
Любое улучшение характеристик самолета бессмысленно, если его вооружение неадекватно требованиям фронта. Неэффективность пулеметов винтовочного калибра ‹7,6–7,9 мм) против самолетов с бронезашитой пилота и протектированными баками выявилась уже в начале войны. Кроме того, с ростом скорости полета во время боя противник находился под прицельным огнем все более короткое время и, следовательно, все меньше пуль достигало цели. Даже восьми 7,7-мм пулеметов «Спитфайра» оказалось недостаточно.
Поэтому развитие вооружения истребителей в годы второй мировой войны шло по пути увеличения калибра стрелковых установок. В 1939 г. на Мессершмитте Bf. 109К дополнительно к двум 7,9-мм пулеметам на фюзеляже установили две 20-мм пушки на крыльях. В 1941 г. 8 крыльевых пулеметов «Спитфайра» заменили 4 пулеметами и двумя 20-м. м пушками фирмы «Испано-Сюиза». Последнее оказалось непростой задачей, т. к. тонкое крыло не было рассчитано на силу отдачи пушек, и на решение всех проблем английским конструкторам потребовалось более полугода.
Расположение вооружения вдоль размаха крыла давало возможность вести стрельбу по траектории вне ометаемой винтом плоскости. Это позволяло обойтись без синхронизаторов, что сохраняло исходную скорострельность оружия. Вместе с тем. значительный разнос стволов от продольной оси (оси прицеливания) и неизбежные деформации крыла в полете отрицательно влияли на точность стрельбы, а увеличение веса крыла ухудшало поперечную маневренность самолета. Поэтому на «Яках» и «ЛаГГах» предпочитали центральное расположение оружия: пушку устанавливали в развале блока цилиндров (рис. 4.15), а пулеметы, снабженные синхронизаторами для стрельбы через винт, — над двигателем. Такую же схему стали использовать немецкие конструкторы, начиная с модели Мессершмитт Bf. 109F.
Конструкция звездообразного мотора не позволяла установить пушку, стреляющую через вал пропеллера. Поэтому на истребителях «Ла» стрелковое вооружение располагали над двигателем, перед кабиной летчика.
Анализ опыта воздушных боев «Мессершмиттов» против тяжелых бомбардировщиков показывал, что для поражения четырехмоторного самолета типа В-17 или В-24 необходимо, в среднем, 20 попаданий из 20-мм пушки. Так как только 2 % выпущенных с истребителя снарядов достигает цели, то легко подсчитать, что для того, чтобы сбить тяжелый бомбардировщик, надо сделать 1000 выстрелов [20, с. 62, 64]. Обычно боезапас пушки составлял 150–200 снарядов, поэтому даже при израсходовании всего боекомплекта во время атаки вероятность успеха была очень невелика.
Высокая боевая живучесть бомбардировщиков предопределила появление на немецких истребителях в конце войны 30-мм авиационных пушек. Первая такая пушка, Рейнметалл Борзиг МК.108, стала применяться на самолетах с 1944 г. Вес ее снаряда (310 г) втрое превышал вес снаряда 20-мм пушки, и для уничтожения четырехмоторного самолета обычно было достаточно всего 3–4 попаданий [20, с.65]. Орудие отличалось сравнительно высокой скорострельностью — 660 выстрелов в минуту, но начальная скорость снаряда была менее 500 м/с. Поэтому точная прицельная стрельба оказывалась возможной только с небольших дистанций, при этом летчик-истребитель вынужден был подставлять себя под ураганный оборонительный огонь бомбардировщиков.
Перед самым концом войны фирма Маузер выпустила новую пушку с оригинальной барабанной системой заряжания. Скорость снаряда составляла более 1000 м/с, скорострельность — 1200 выстрелов в минуту. Но немцы так и не успели применить ее в боях. После войны некоторые принципы, положенные в основу конструкции этой пушки, были использованы при создании авиационных пушек М-39 (США), «Аден» (Англия), НР-30 (СССР) [20, с. 67].
Еще более мощная авиационная пушка, 37-мм НС-37, с 1943 г. применялась на истребителях Як-9 (модификация Як-9Т). Ее скорострельность равнялась 250 выстрелам в минуту, вес снаряда — 735 г. Так же как на других истребителях Яковлева, пушка проходила через развал блоков цилиндров и стреляла через втулку пропеллеpa. Из-за большой длины (3,4 м) и значительного веса орудия ‹150 кг) кабину пилота для сохранения нужной центровки пришлось сместить назад на 0,4 м.
Несмотря на небольшой боезапас (30–32 снаряда) и не очень высокую скорострельность, пушка НС-37 проявила себя как эффективное средство борьбы как с наземными, так и с воздушными целями. Часто одного попадания 37-мм снаряд было достаточно, чтобы полностью уничтожить вражеский самолет. За годы войны заводы выпустили 2724 Як-9Т. По мощи секундного залпа самолет в 2.24 рази превосходил Мессершмитт Bf.109G-2, вооруженный 20-мм пушкой и двумя 7,9-мм пулеметами [21, с. 114–118].
В 1944 г. ОКБ Яковлева выпустило модель Як-9К с 45-мм пушкой НС-45 и боезапасом в 29 снарядов. Масса секундного залпа этого варианта была в полтора рази больше, чем у Як-9Т. Однако из-за большой силы отдачи самолет сильно раскачивало, и поэтому прицельный огонь был возможен только короткими очередями в 2–3 выстрела [21, с. 132].
Повышение боевой эффективности требовало усовершенствования стрелковых прицелов. В начале войны на многих самолетах (в частности на советских истребителях) еше стояли примитивные механические прицелы, состоящие из механического кольца внутри кабины летчика и мушки на фюзеляже. Следующим шагом стало появление коллиматорных прицелов, в которых кольцо и мушка изображались с помошью зеркальца и электролампы в виде световых меток на прозрачной пластине перед пилотом. В Англии они выпускались под обозначением GM-2, в Германии — «Revy», в СССР — ПБП-1. Такие прицелы были значительно удобнее механических в условиях плохой освещенности, могли фокусироваться «на бесконечность», что облегчало работу глаза. Однако они по-прежнему страдали одним существенным недостатком: давали точный результат только в том случае, ест и траектории движения преследуемого и преследователя находились на одной прямой. Угол упреждения стрельбы, необходимый при движении самолетов под углом друг к другу, должен был рассчитывать сам летчик, полагаясь на свой опыт и интуицию. Молодым пилотам было совсем непросто делать это в условиях быстротекущего боя.
В 1943 г. специалисты английского Авиационного научного центра в Фарнборо разработали гироскопический прицел, который мог автоматически определять угол упреждения стрельбы в зависимости от скорости изменения курса и расстояния до цели. Для этого пилот истребителя должен был ввести в прибор сведения о типе преследуемого самолета и в течение одной секунды удерживать цель в специальном световом визире для замера угловой скорости.
В 1944 г. новый прицел прошел испытания на «Спитфайре» Mk.IX. Их результаты превзошли все ожидания: результативность воздушных боев увеличилась в 2 раза! Вскоре этот гироскопический прицел начал устанавливаться и на самолетах ВВС США.[29]
Кроме обычного стрелково-пушечного вооружения на истребителях иногда применяли ракетные снаряды (PC). Их испытали в бою в августе 1939 г. во время военного конфликта СССР с Японией в районе Халхин-Гола. Истребители И-16, вооруженные четырьмя 82-мм пороховыми реактивными снарядами РС-82, установленными на направляющих пол крылом, сбили 17 японских самолетов. Правда, из-за большого рассеивания ракет точность стрельбы оказалась невысокой: в среднем для уничтожения одного самолета требовалось 24,3 PC [33]. Кроме того, подвеска ракет под крылом заметно ухудшала летные качества истребителя во время воздушного боя. Поэтому в годы второй мировой войны реактивные снаряды на советских самолетах использовали, в основном, для поражения наземных целей.
Немцы применяли PC, главным образом, против бомбардировщиков, причем начат они с крупнокалиберных 210-мм ракете весом боевой части около 40 кг (ракеты Wgr 21). Одномоторные Bf. 109 могли поднимать по два таких PC в специальных трубах-направляющих под крылом, двухмоторные Ме-110 — по четыре. Снаряд такой силы мог поразить самолет даже на расстоянии 30 м от места взрыва. Однако точность стрельбы оставалась очень низкой (во многом из-за малой скорости полета снаряда), и существенного эффекта это оружие не дало.
Значительно более перспективными являлись работы по созданию управляемых ракетных снарядов класса «воздух-воздух». Они развернулись в Германии в самом конце войны. Ракета Х-4 с жидкостным ракетным двигателем имела боевую дальность 3 км — расстояние, делавшее истребитель неуязвимым от огня оборонительных установок бомбардировщиков. Летчик должен был наводить ракету на цель по радиосигналам с помощью небольшого рычага, напоминавшего современный «джойстик» для компьютерных игр. Англо-американская авиация вовремя уничтожила завод, выпускающий ЖРД для Х-4, и эта новая ракета не была опробована в бою.
В истории военной техники развитие средств поражения всегда активизировало совершенствование средств защиты. Защитой против пуль и снарядов служит броня. На истребителях, однако, бронирование долгое время не применяли, полагая, что лучше усилить его вооружение, чем утяжелять самолет броней. Опыт воздушных боев (еще в Испании) продемонстрировал, что бронезашита летчика значительно повышает живучесть истребителя, ведь второго пилота, который в чрезвычайной ситуации мог бы взять управление в свои руки, на самолетах этого класса не было. Немаловажное значение имел и психологический аспект: защищенный броней летчик чувствовал себя уверенней в бою, смелее шел в атаку.
Вначале бронирование истребителя ограничивалось установкой пуленепробиваемого лобового стекла толщиной 50–70 мм и бронеспинки кресла толщиной 4–8 мм. Затем добавили бронеплиту под сидением и бронированный заголовник (так как последний ухудшал обзор назад, на немецких и советских истребителях вместо него устанавливали бронестекло). Впоследствии конструкторы стали также защищать броней некоторые жизненно важные агрегаты самолета. Те зоны, которые при атаках поражаются обычно под косым углом (например верхняя и нижняя поверхности капота двигателя), защищали более легкими дюралюминиевыми панелями-отражателями толщиной до 4 мм.
По мере увеличения калибра оружия приходилось повышать толщину брони. Так, после появления у немцев самолетов с крупнокалиберными пулеметами 4-мм бронеспинку на «Спитфайре» заменили на две 6-мм бронированые плиты, с промежутком
15 см между ними. Эта мера не гарантировала защиту от авиационных пушек (противопушечная броня на истребителях вообще не применялась из-за своего веса: против снаряда 20-мм пушки требовалась бы бронеспинка толщиной 45 мм и весом более 150 кг [20, с.39], но служила надежным препятствием для пуль.
Естественно, что с усилением брони рос и ее вес. Так, если первые «Спитфайры вообще не имели брони, то на модели Mk.V ее вес составлял 59 кг, а на Mk.IX — уже 92 кг [14].
Боевой живучести истребителей способствовало также применение мягких (фибровых) протектированных баков. При простреле обычных алюминиевых баков бензин вытекал через выходное пулевое отверстие, которое не закрывалось протектором из сырой (не вулканизированной) резины из-за выступающих металлических краев дырки, что часто вызывало пожар. Фибра же при простреле разрушалась, не образовывая заусенцев. Это позволяло резине при контакте с бензином набухать и затягивать отверстие [8, с. 340].
Как правило, „платой“ за улучшение полетных и боевых качеств истребителей было увеличение веса самолетов. Повышение мощности двигателя и введение форсажных режимов требовало (при условии сохранения той же дальности или времени полета) большего запаса топлива, увеличения размеров пропеллера для снятия возросшей мощности, более габаритных радиаторов. Выше уже писалось о весовых издержках, связанных с усилением вооружения и бронированием. Применение гермокабины, усложнение прицельного, пилотажно-навигационного и радио-связного оборудования также влияли на вес самолетов.
В результате взлетный вес „Спитфайров“ возрос за годы войны в 1,6 раза, „Мессершмиттов“ — в 1,3 раза. Соответственно увеличилась нагрузка на крыло (см. табл. 4.4). Нагрузка на мощность при номинальном режиме работы двигателя оставалась у них практически неизменной, рост скорости происходил, в основном, благодаря увеличению мощности на единицу площади крыла, повышению высотности двигателей и снижению лобового сопротивления (V пропорционально [N/C x pS] 1/3).
Для советских истребителей эти тенденции были менее выраженными. Так, например, взлетный вес Як-9 и Як-3 оказался даже меньше, чем у прототипа — Як-1. Это объясняется тем, что „Яки“ и „Лa“ появились на несколько лет позднее „Спитфайров“ и „Мессершмиттов“ и имели больший резерв для улучшений по сравнению с уже отработанными английскими и немецкими машинами. В частности, как уже отмечаюсь, значительный выигрыш в весе удалось получить в результате замены деревянных силовых элементов крыла металлическими.
Поэтому процесс модификации советских истребителей не сопровождался резким увеличением нагрузки на крыло (она сохранялась в пределах 170–190 кг/м²), а нагрузку на мощность удалось уменьшить с 2,8–3,0 кг/л.с. до 2,1–2,0 кг/л.с.
Проявлением увеличения нагрузки на крыло было ухудшение маневренности самолетов в горизонтальной плоскости (радиус виража, как известно, прежде всего зависит от m/S). Благодаря большой площади крыла у „Спитфайра“ даже на поздних модификациях этого самолета вес, приходящийся на единицу площади, был сравнительно невелик, и маневренные свойства самолета продолжали оставаться удовлетворительными. Значительно более остро эта проблема ощущалась на „Мессершмиттах“, нагрузка на крыло у которых уже в 1942 г. достигла 191 кг/м 2 (Bf. 109G-2). Чтобы обеспечить маневренность самолета, конструкторы установили на крыле автоматические предкрылки, иногда практиковалось также отклонение закрылков для увеличения Су во время боя. До поры это давало результаты: испытания в НИИ ВВС продемонстрировали, что радиус виража Bf. 109G-2 составляет 290 м. Як-1 — 275 м, Як-9Д — 290 м, Лa-5 — 310 м, Ла-5ФН — 295 м (наиболее маневренным оказался „Спитфайр“: Mk.IX, имевший m/S=146 кг/м 2, выполнял виражи с радиусом всего 235 м) [8, с. 257]. Однако, когда нагрузка на крыло превысила 200 кг/м 2 (модификации G-10, К), „Мессершмитт“ уже не мог состязаться на виражах с истребителями противника.
Еще одним отрицательным последствием увеличения нагрузки на крыло стаю ухудшение пилотажных характеристик. Особенно сильно это проявлялось во время высотных полетов, когда из-за малой плотности воздуха самолет должен был лететь на больших углах атаки. Так, на последних модификациях „Мессершмиттов“ заметно возросли усилия на ручке управления, при перетягивании ручки на виражах и при вертикальном маневре самолет часто срывался в штопор [8, с. 91]. С проблемами ухудшения устойчивости столкнулись и создатели „Спитфайра“. Хотя нагрузка на крыло у него была меньше, но из-за удлинения передней части фюзеляжа, обусловленного установкой более габаритного и тяжелого двигателя с новым 4-лопастным пропеллером, и вызванного этим прироста продольного момента инерции и дестабилизирующего путевого момента, потребовалось увеличить площадь вертикального и горизонтального оперения [14]. Позднее конструкторам пришлось полностью заменить крыло во избежание опасности реверса элеронов.
Таким образом, в процессе развития истребителей повышение одних свойств обычно происходило за счет ухудшения других. Главными требованиями военных были скорость и мощность вооружения, но наступал момент, когда дальнейшее улучшение этих параметров приводило к резкому ухудшению других свойств самолета. Это означаю, что возможности модификации истребителя полностью исчерпаны.
Специфическим видом модификаций самолетов являлись конструктивные изменения, меняющие их функциональные свойства. Практически каждая из рассмотренных выше машин выполняла помимо основного назначения (истребитель) и другие функции — разведчика, легкого бомбардировщика, самолета-штурмовика. Смена военного предназначения самолета достигалась установкой на нем соответствующего оборудования и вооружения. Данный вид модификаций позволял обходиться ограниченным числом типов самолетов для решения разнообразных боевых задач. Это облегчаю проблемы производства, устраняло необходимость в переучивании летно-технического состава, упрощало ремонт и обслуживание техники.
Конечно, было бы неверно свести все многообразие развития винтомоторных самолетов-истребителей в годы второй мировой войны к процессу модификации нескольких удачных довоенных образцов, К середине войны возможности совершенствования базовых моделей были, в основном, исчерпаны. Кроме того, война ставила перед конструкторами новые задачи, не предусматривавшиеся при проектировании предвоенных машин. Поэтому на вооружение поступали новые типы самолетов. Некоторые из них удалось запустить в серийное производство, но многие так и остались в опытных экземплярах.
Как видно из таблицы 4.7, наибольшее число типов серийных истребителей, принятых в большом количестве на вооружение в ходе войны, принадлежит США. Это объясняется удаленностью США от театра военных действий; в отличие от европейских стран американские авиазаводы и конструкторские бюро не подвергались бомбовым ударам, не было угрозы их захвата противником, перед производителями не давлсла проблема смены модели без сокращения темпов выпуска самолетов хотя бы на один день. Немало новых типов истребителей появилось и в Японии, также находящейся в особом географическом положении и до поры до времени не ощущавшей на себе тяжесть массированных налетов. Англия сумела запустить в массовое производство два новых истребителя, Германия — тоже два, Италия — один. В ВВС СССР за время Великой Отечественной войны не появилось ни одного принципиально нового серийного самолета.
Самым многочисленным среди новых истребителей, созданных в условиях военных действий, был немецкий FW-190 (рис. 4.16): с 1941 по 1945 г. построили около 20 тысяч этих самолетов. Главным конструктором FW-190 являлся технический директор фирмы Фокке-Вульф К. Танк. В отличие от „Мессершмитта“ на самолете решили установить звездообразный двигатель воздушного охлаждения BMW-801. Также как DB-601, он был оборудован двухскоросткым нагнетателем и системой непосредственного впрыска топлива. Вследствие большего рабочего объема (41,7 л) BMW-801 мог развивать у земли мощность до 1600 л.с. (вариант 801D-1 с увеличенной степенью сжатия — 1700 л.с.) и 1460 л.с. на номинальном режиме на высоте 4100 м. Такая мощность позволяла самолету достигать максимальной скорости свыше 600 км/ч. Для лучшего охлаждения мотора на малых скоростях под капотом установили вентилятор диаметром около 1 метра, с приводом от вала пропеллера.
Самолет имел уникальную для своего времени систему автоматического управления силовой установкой. Специальное командное устройство, связанное с рычагом управления двигателем, выбирало оптимальную скорость оборотов, давление наддува, режим работы системы впрыска топлива, регулировало положение створок системы охлаждения. Нет нужды говорить, что это существенно облегчало работу летчика, позволяло ему целиком сосредоточиться на выполнении боевой задачи. В других странах подобного комплексного автомата регулирования не было. Так, например, на советских самолетах к концу войны появилась лишь система „винт-газ“, обеспечивающая кинематическую связь с помощью одного рычага управление регулятором оборотов и давлением наддува двигателя.
Другими особенностями, отличавшими новую машину от „Мессершмитта“, являлись более мощное вооружение и солидная бронезащита. Вооружение состояло из двух пулеметов на фюзеляже, двух 20-мм пушек в корневой части крыла, синхронизированных для стрельбы через винт, и двух не синхронизированных 20-мм орудий, расположенных примерно на полуразмахе крыла. Суммарный вес секундного залпа FW-190 равнялся 4.39 кг/с (у Bf. 109G-2 — 1,67 кг/с, Ла-5 — 1,76 кг/с. Як-9 — 2 кг/с)[8, с. 94]. Сзади пилот был защищен бронеплитами толщиной от 8 до 13 мм. спереди — двигателем и бронестеклом, снизу роль своеобразного щита выполняли протектированные топливные баки[30]. Кольцевидный маслобак, расположенный под капотом впереди двигателя, также был защищен стальными накладками спереди и сбоку. Общий вес брони составлял 110 кг, а на более поздних моделях, после бронирования нижней части фюзеляжа, достиг 300 кг.
Конструктивным недостатком „Мессершмитта“ была очень узкая колея шасси ‹ колеса убирались в крыло в направлении от фюзеляжа). Из-за этого самолет нередко резко разворачивало при пробеге, и он опрокидывался. У FW-190 стойки шасси располагались дальше от фюзеляжа, и истребитель обладал значительно лучше, устойчивостью при движении по аэродрому.
Появление FW-190 летом 1941 г. на Западном фронте стало неприятным сюрпризом для англичан. Как показали испытания трофейного самолета FW-190A-3, он на всех высотах па 30–50 км/ч превосходил по скорости „Спитфайр“ V, отличался лучшей скороподъемностью, имел лучшие разгонные характеристики [20, с. 80–81]. Положение удалось исправить только посте появления в 1942 г. на вооружении „Спитфайра“ Mk.IX и „Мустанга“.
На Восточный фронт „Фокке-Вульфы“ (модификация А-4) стати поступать позднее — во второй половине 1942 г.
В ходе войны истребители Bf. 109 и FW-190 применялись обычно для разных боевых задач. Более маневренный „Мессершмитт“ был, прежде всего, „истребителем истребителей“, самолетом для завоевания господства в воздухе. FW-190 благодаря мощному вооружению и бронированию более успешно действовал против бомбардировщиков, а также использовался в качестве истребителя-бомбардировщика и штурмовика (в этом варианте выпустили окало трети самолетов).
Как и другие „долгожители“, FW-190 претерпел за время войны немало изменений, подчас весьма значительных. Вначале меры по улучшению машины ограничивались форсированием двигателя за счет увеличения степени сжатия и впрыска водо-меганоловой смеси, усиления бронирования и вооружения. Но к началу 1944 г. стало ясно, что возможности повышения мощности BMW-801 исчерпались. Тогда К.Танк решил заменить его на новый двигатель водяного охлаждения фирмы Юнкер». Jumo-213. Немецким конструкторам пришлось для этого решить не менее сложную задачу, чем сотрудникам ОКБ С.А.Лавочкина при переделке ЛаГГ-3 в Ла-5. Для того, чтобы сохранить круглые поперечные очертания фюзеляжа Танк установил перед двигателем цилиндрический радиатор; для его зашиты использовались кольцеобразные пластины из стали толщиной 6-11 мм. В результате самолет сохранил формы, характерные для машине двигателем воздушного охлаждения. Длина фюзеляжа увеличилась на 1.3 м, крыло и хвостовое оперение не изменились. Самолет, получивший обозначение FW-190D, на форсажном режиме работы двигателя мог развивать скорость 680 км/ч на высоте 6600 м, заметно увеличилась его скороподъемность. Выпуск этой модели начался осенью 1944 г., до конца войны построили окало 700 FW-190D.
На основе FW-I90D К. Танк по заказу Министерства авиации спроектировал истребитель-перехватчик Та-152 для борьбы с высоколетящими разведчиками и бомбардировщиками противника. Самолет имел увеличенный на 4 м размах крыла, герметичную кабину пилота, системы форсирования взлетной мощности путем добавки к топливу смеси спирта с водой и подачи закиси азота в двигатель для большей высотности.
Представляя собой венец линии развития истребителей фирмы Фокке-Вульф. Та-152 обладал выдающимися высотно-скоростными характеристиками. При добавлении закиси азота в двигатель на высоте 12000 м он развивал скорость 760 км/ч. потолок — 14800 м. В конце 1944 и начале 1945 гг. германская авиапромышленность успела произвести только 67 таких самолетов |3, С.А20 [. В боях они не участвовали.
Однотипным «Фокке-Вульфу» английским самолетом был истребитель-перехватчик и штурмовик Хокер «Тайфун» (рис. 4.17). Его главной отличительной особенностью являлся необычно мощный двигатель — 24-цилиндровый Нэпир «Сейбр», развивавший более 2000 л.с. Цилиндры располагались в 4 ряда, по 6 в каждом, придавая поперечному сечению двигателя вид положенной на бок буквы «Н». Под капотом двигателя находился большой овальный воздухозаборник, придававший самолету характерный внешний вид. В нем размещались водяной и масляный радиаторы двигателя.
Первый полет «Тайфуна» состоялся в феврале 1940 г. Испытания показали необходимость доработки самолета, в первую очередь — его силовой установки. Между тем, начались массированные налеты немецких бомбардировщиков на Англию, и фирма вынуждена была бросить все силы на выпуск и совершенствование истребителя «Харрикейн». Наконец, в 1941 г. производство «Тайфуна» поручили фирме Глостер. В воздухе он успешно соперничал с FW-190, а с 1943 г. широко применялся для уничтожения наземных целей в оккупированных немцами странах Западной Европы. В последнем случае кроме пушек на самолет подвешивали бомбы или ракеты «воздух-земля».
Развитием «Тайфуна» стал самолет «Темпест». Благодаря уменьшенной относительной толщине крыла и форсированию двигателя до мощности 2340 л.с. «Темпест» на высоте 5800 м мог развивать скорость, близкую к 700 км/ч. Самолет прославился тем, что в 1944 г. уничтожил в воздухе более 600 крылатых ракет V-1, которыми немцы обстреливали территорию Англии [10, с. 110].
Самым известным американским истребителем периода второй мировой войны был Норт Америкен Р-51 (в ВВС Англии самолет назывался «Мустанг»). Его «изюминка» состояла в превосходной внешней аэродинамике. В частности, Р-51 являлся первым серийным самолетом, на котором стояло крыло ламинарного профиля.
Ламинарные профили были разработаны в аэродинамических лабораториях на основе теории пограничного слоя. Как известно, ламинарное обтекание крыла, характеризующееся параллельностью линий тока, происходит только вблизи передней кромки, затем под действием сил трения поток становится турбулентным, и сила поверхностного трения увеличивается. Благодаря изменению формы профиля (pin. 4.18) и особенно тщательной отделке поверхности крыла в лабораторных условиях удалось добиться почти полной ламинаризации потока. По данным аэродинамических исследований, применение ламинарных профилей давало существенное уменьшение сопротивления на небольших углах атаки (рис. 4.19). Правда, как выяснилось со временем, в реальных условиях добиться ламинаризации обтекания крыла обычно не удавалось, т. к. из-за производственных огрехов, неизбежных при массовом выпуске, шероховатости камуфляжной окраски, а также из-за пыли, брызг и налип шеи мошкары при эксплуатации самолета шероховатость поверхности возрастала, и происходила турбулизация пограничного слоя.
Тем не менее, благодаря высокому совершенству аэродинамического проектирования коэффициент лобового сопротивления этою истребителя был исключительно мал- 0,0163 (Р-51 D) [13, с. 484].
Начало разработки самолета относится к весне 1940 г., когда англичане обратились к «Норт Америкэн» с просьбой организовать выпуск истребителей Кертисс Р-40 для королевских ВВС. В ответ глава фирмы Д.Киндельбергер заявил, что вместо этого Норт Америкэн готова за 4-месячный срок спроектировать и построить новый самолет, превосходящий по характеристикам Р-40. Англичане приняли это контрпредложение, и 26 октября 1940 г. опытный образец NA-73X совершил первый полет. При одинаковых двигателях он оказался на 40 км/ч быстроходнее по сравнению с Р-40. Более мощным было и вооружение: 8 пулеметов, из них 4 — крупнокалиберных.
В ноябре 1941 г. первые серийные машины прибыли в Англию. Они обладали хорошими скоростными показателями на малых и средних высотах и были признаны лучшими американскими истребителями, поставляемыми в страну по ленд-лизу. Однако «слабым местом» «Мустанга» была недостаточная высотность американского двигателя «Аллисон» V-1710 с односкоростным приводным нагнетателем. Это затрудняло применение самолета на больших высотах для борьбы с немецкими истребителями и бомбардировщиками, поэтому «Мустанг» использовали вначале больше как разведчик или истребитель-бомбардировщик.
В 1942 г. английский летчик-испытатель Р.Харкер предложил заменить на «Мустанге» американский двигатель более мощным и высотным английским Роллс-Ройс «Мерлином», успешно применяемым на «Спитфайрах». Модификация дала превосходный результат: максимальная скорость увеличилась на 80 км/ч, скороподъемность — более чем в полтора раза [5, с. 234]. В США «Мустанги» с двигателями Паккард V-1650-3 (лицензионная версия «Мерлина») выпускались с 1943 г. под маркой Р-51В (1988 экземпляров) и Р-51С (1750 экземпляров). По летным данным они имели превосходство над истребителями противника.
С 1943 г. англо-американские бомбардировочные силы начали регулярные налеты на Германию. С этих поросновной задачей «Мустанга» стало сопровождение и охрана бомбардировщиков от немецких истребителей. Для увеличения дальности полета истребитель оборудовали дополнительным топливным баком в фюзеляже емкостью 246 литров. С двумя подвесными топливными баками дальность Р-51 В превышала 2000 км.
Следующей версией самолета стал P-51D (рис. 4.20). На нем убрали гаргрот и установили цельноштампованный каплевидный фонарь кабины пилота, изобретенный американцем Малькольмом. Не имея металлических элементов каркаса, он обеспечивал превосходный обзор на 360°. Впоследствии каплевидный фонарь получил повсеместное распространение.
P-5ID (в Англии — «Мустанг» IV) явился самой массовой модификацией это г: истребителя. В 1944 г. американские заводы выпустили 5968 таких самолетов [24, с.34].
Последним серийным «Мустангом» стал Р-51Н. До конца войны успели изготовить 555 машин. Форсированный двигатель V-1650-9 с новым 4-лопастным пропеллеров и многочисленные мелкие аэродинамические усовершенствования позволяли самолету развивать 783 км/ч на высоте 7620 м [25], По-видимому, это был самый скоростной винтомоторный самолет периода второй мировой войны[31].
P-51D и P-51H использовались как на Европейском, так и на Тихоокеанское фронтах. В последнем случае они сопровождали тяжелые бомбардировщики В-29 е налетах на Японию, имея под крылом два подвесных топливных бака емкостью по 625 л. Взлетный вес истребителя в таком «перегрузочном» варианте достигал 5,5 тонн.
Р-51 с двигателем «Мерлин» был первым в авиации плодом «международного сотрудничества». Слияние успехов американских аэродинамиков и английских двигателестроителей позволило создать выдающийся по своим данным самолет.
Противоположностью элегантному «Мустангу» выглядел другой американский массовый истребитель- Рипаблик Р-47 «Тандерболт» (рис. 4.21). Этот громоздкий самолет с бочкообразным фюзеляжем, получивший за свой вид прозвище «Джаг» («Кувшин»), мало напомннат истребитель. Но, в целом, это был удачный самолет, сочетавший в себе большую скорость и высоту полета с достаточно мошным вооружением и высокой боевой живучестью. По количеству построенных в США истребителей он разделил с «Мустангом» первое и второе места.
История создания «Тандерболта» такова. В 1939 г. глава фирмы Рипаблик российский эмигрант А.М.Картвели занялся разработкой нового истребителя ХР-44 «Уорриор» для замены устаревшего Р-35. Военным самолет понравился, и они заключили контракт на его производство. Однако, когда в 1940 г. на специальной конференции в Научно-испытательном центре ВВС США в Райт Филде, где присутствовали пилоты, принимавшие участие в воздушных боях против «Люфтваффе», были подведены итоги первых месяцев воздушной войны в Европе, выяснилась необходимость в истребителях с более мощным вооружением, бронированием, протестированными баками. После этого американское военное командование отказалось от идеи производства ХР-44 и предложило фирме Рипаблик разработать самолет, отвечающий новым требованиям к вооружению и боевой живучести истребителя.
Усиление вооружения и средств защиты вели к увеличению веса самолета, поэтому требовался новый, более мощный двигатель. Вначале предполагалось применить на самолете V-образный мотор водяного охлаждения Аллисон V-1710, но он не давал нужной мощности. Тогда Картвели остановил выбор на последней разработке фирмы Пратт-Уитни — 18-цилиндровом двухрядном звездообразном двигателе воздушного охлаждения R-2800 «Дабл Уосп» взлетной мощностью 2000 л.с. По сравнению с однотипным двигателем фирмы Райт «Дабл Циклон» он был несколько меньше по диаметру и поэтому позднее стал основным американским «истребительным» двигателем. Тем не менее из-за большого веса и габаритов мотора Картвели был вынужден отказаться от идеи модифицировать под новый двигатель самолет ХР-44 и разработал новый проект — ХР-47В. В июне 1940 г. этот проект был одобрен военными, и еще на стадии проектирования самолета фирма получила заказ на 772 истребителя.
Рис. 4.21. Рипаблик P-47D Тандерболт
Первый полет самолета ХР-47В состоялся 6 мая 1941 г. Это был самый большой и самый тяжелый одномоторный истребитель времен второй мировой войны. Необычно большие размеры и вес были обусловлены большими габаритами двигателя и турбокомпрессора-нагнетателя. Самолет проектировался как бы вокруг силовой установки. Так как места для турбокомпрессора в передней части фюзеляжа не нашлось, его разместили сзади, за кабиной. Выхлопные газы поступали от двигателя к турбине нагнетателя подлинной трубе внутри фюзеляжа и успевали немного остыть. Это уменьшило опасность прогара турбины (что нередко случалось на других самолетах), но заставило проложить вдоль фюзеляжа целую систему воздуховодов: их общая длина составляла около 20 м, а вес всей системы вместе с турбокомпрессором — 385 кг [8, с. 264; 20, с. 54].
Для снижения лобового сопротивления самолета воздухозаборники турбокомпрессора и маслорадиатора объединили с входом для охлаждения цилиндров мотора. Отверстие для забора воздуха было расположено под двигателем, поэтому капот получил характерную вытянутую вниз форму. По результатам испытаний Схо «Тандерболта» на режиме максимальной скорости был, несмотря на неуклюжий вид самолета, ниже, чем у немецких истребителей Bf.109G-4 и FW-190A [8, с. 264],
Серийное производство самолета началось в марте 1442 г., а в начале 1943 г. Р-47В приняли первое «боевое крещение» в составе 56-й американской истребительной группы, базировавшейся на Британских островах. Позднее самолет активно применялся на всех фронтах, в основном как истребитель сопровождения, истребитель- бомбардировщик и самолет для поддержки наземных войск. До конца 1945 г. в США произвели более 15 тысяч «Тандерболтов» [26].
Картвели постоянно работал над совершенствованием самолета. От модификации к модификации возрастала мощность двигателя, для увеличения радиуса действии под фюзеляжем стали устанавливать подвесной бак на 750 л горючего (Р-47С), была разработана система форсирования мотора за счет впрыска воды в цилиндры (Р47С1), появился каплевидный фонарь, обеспечивающий летчику круговой обзор (P-47D), был создан сверхдальний вариант специально для сопровождения американских тяжелых бомбардировщиков на Тихоокеанском фронте (P-47N) и высотный варианте герметизированной кабиной (Р47Е).
Для японских истребителей военных лет характерно применение двигателей воздушного охлаждения, созданных по типу выпускавшихся до воины по лицензии американских звездообразных моторов. Наиболее распространенными являлись 14- цилиндровый Накадзима На-25 и 18-цилиндровый Накадзима На-45. Они были легче двигателей водяного охлаждения и проще в производстве. Ради уменьшения веса самолетов конструкторы долгое время отказывались от применения бронезащиты летчика и протектированных баков. В результате малый вес и компактность силовой установки обеспечивали японским истребителям исключительную маневренность, но их скоростные качества, боевая живучесть и эффективность вооружения оставляли желать лучшего. Так. самый распространенный в начале войны самолет армейской истребительной авиации Накадзима Ki-43 имел максимальную скорость менее 500 км/ч, а его вооружение состояло всего из двух мелкокалиберных пулеметов.
Для того, чтобы повысить скоростные свойства истребителя, инженеры фирмы Накадзима создали самолет Ki-44 с уменьшенным на 2 м по размаху и в полтора раза по площади крылом. Опыт оказался не очень удачным. Несмотря на небольшой вес (2550 кг) нагрузка на крыло увеличилась почти вдвое. Это позволило примерно на 100 км/ч прибавить в скорости, но, вместе с тем, привело к резкому ухудшению пилотажных качеств. Много японских пилотов, привыкших к удобному и безопасному в управлении Ki-43, погибло из-за аварий. Поэтому Ki-44 не стал массовым: построили 1233 самолета.
Намного более гармоничным сочетанием летных характеристик обладал самолет Накадзима Ki-84, поступивший на вооружение в августе 1943 г. Его конструктором являлся Т.Койяма. По размерам самолет был близок к Ki-43, но имел значительно более мощный двигатель — 18-цилидровую «двойную звезду» с системой непосредственного впрыска топлива, развивающую 1900 л.с. Максимальная скорость Ki-84 составляла 624 км/ч, а по скороподъемности и маневренности он превосходил американские истребители Р-51Н и P-47N. Значительно более мощным стало вооружение. На первой модели Ki-84-I оно состояло из двух 20-мм пушек на крыле и двух крупнокалиберных пулеметов на фюзеляже; потом пулеметы заменили пушками, а затем вместо 20-мм орудий на крыле установили 30-мм пушки. Историки иногда называют Ki-84 лучшим японским истребителем военной эпохи [10, с. 168].
Единственным массовым японским истребителем с двигателем водяного охлаждения являлся самолет Кавасаки Ki-61. Еще до начата войны с США японские конструкторы хотели создать машину по типу Мессершмитта Bf. 109, господствовавшего в то время в небе над Европой. После закупки в Германии в 1939–1940 гг. партии двигателей DB-601 японцы смогли наладить у себя выпуск аналогичных силовых установок, получивших обозначение На-40. Эти двигатели и были использованы при создании Ki-61. На первых самолетах стояли немецкие 20-мм пушки MG 151/20 [10, с. 148; 28].
Ki-61 выпускали в течение 3 лет, построили около 3 тысяч самолетов. В феврале 1945 г., после массированного удара американских бомбардировщиков по моторостроительным предприятиям фирмы «Кавасаки» в г. Акаси, производство авиамоторов водяного охлаждения прекратилось, и последние Ki-61 строили с двигателями воздушного охлаждения На-140. Они имели обозначение Ki-100.
Так же как в других странах. в создании новых боевых самолетов в Японии активно участвовали ученые. В трубах Аэродинамического центра при Токийском университете прошли проверку десятки серийных и экспериментальных машин.
Следует, однако, отмстить, что к концу войны качество самолетов в Японии заметно ухудшилось. Виной этому были не только массированные бомбардировки промышленных объектов американской авиацией, но и острейшая нехватка важнейших конструкционных материалов, таких как дюралюминий, хром, никель, кобальт и др. Так, после потери Малайи и Голландской Индии Японская империя лишилось источников бокситов, необходимых при производстве алюминиевых сплавов. Появившиеся в 1945 г. варианты истребителей деревянной или стальной конструкцт были, конечно, тяжелее и хуже их цельнодюралюминиевых прототипов.
Хуже, чем в Европе и США. было и качество сборки и самолетов и двигателей. Это объясняется не только крайне низким уровнем автоматизации труда, но и плохой взаимозаменяемостью однотипной продукции различных заводов, неудовлетворительным контролем за качеством работы[32]. Отсюда — многочисленные отказы при эксплуатации. Например, из 80 истребителей Ki-84, которые в ноябре 1944 г. направили из метрополии на базу в заливе Лингаен, только 14 достигли места назначения. Остальные не долетели из-за отказов моторов, системы подачи горючего, поломок шасси и других неисправностей [29, с. 24].
Лучшим итальянским истребителем рассматриваемого периода был Макки МС- 202 (1941 г.). Этот самолет явился развитием описанного выше МС-200, но имел такие значительные отличия от прототипа, что его правильнее считать не модификацией, а новой машиной. Маломощный звездообразный двигатель заменили на немецкий DB-60I с водяным охлаждением (он выпускался в Италии пол обозначением Альфа Ромео RA-1000). фюзеляж приобрел более стремительные, обтекаемые очертания, кабину пилота сделали полностью закрытой. Общими с МС-200 остались только крыло, хвостовое оперение и шасси. Скорость самолета возросла почти на 100 км/ч и вплотную приблизилась к 600-километровой отметке. По совокупности летных качеств МС-202 превосходил самолеты Р-40 и «Харрикейн», составлявшие б начале войны основу англо-американских истребительных подразделений на Средиземноморском театре.
В 1942 г. итальянские конструкторы, продолжая линию на использование более совершенных немецких авиадвигателей, модифицировали самолет под мотор DB- 605A. Эта модель, МС-205, имела пушечное вооружение и могла развивать скорость 640 км/ч. Однако из-за скорого поражения Италии в войне таких самолетов построили намного меньше, чем МС-200 и МС-202.
Исключительно важную роль в войне на Тихом океане сыграла палубная авиации, в частности истребители палубного базировании. Как отмечалось в предыдущей главе, в 30-е годы крупные морские державы — Англия, США и, особенно, Япония — активно вели строительство авианосцев. Эти «плавучие аэродромы» убедительно продемонстрировали свои возможности во время нападения Японии на базу Тихоокеанского флота США в Пирл-Харборе. На рассвете 7 декабря 1941 г. 353 палубных самолета поднялись с шести японских авианосцев и нанесли внезапный и ошеломляющий по силе удар по американской военно-морской базе. Атаками с воздуха японские летчики уничтожили или сильно повредили 8 линкоров, множество других боевых кораблей, сбили в воздухе и вывели из строя на аэродромах 188 американских самолетов. Потери японской авиации составили всего 29 машин[33].
После событий 7 декабря стратегическое значение авиации в войне на морс уже ни у кого не вызывало сомнения. Вот что говорилось в одной из директив японского военного руководства: «Главная роль в завоевании господства на море перешла от надводного флота к военно-воздушным силам. Воздушные сражения, которые прежде рассматривались как предварительные бои до решающего сражения флотов, сами стали решающими сражениями»(цит по [30, с. 270]).
Оба главные соперника на Тихом океане — США и Япония — выделяли огромные средства на строительство авианосцев. Однако не менее важным было снабдить их такими самолетами, которые обеспечили бы господство в воздухе.
Все американские и японские истребители авианосного базирования имели звездообразные двигатели воздушного охлаждения. Как известно, такие двигатели более живучи из-за отсутствия системы жидкостного охлаждения и легче двигателей водяного охлаждения, что и предопределило их использование в палубной авиации. Другими характерными особенностями палубных истребителей было применение складывающегося крыла, установка специального крюка под фюзеляжем для захвата палубного тормозного устройства, наличие узлов крепления тросов стартовой катапульты. Из-за интенсивного разгона и торможения при взлете и посадке возникла необходимость усиления конструкции шасси и фюзеляжа. Кроме того, для уменьшения взлетно-посадочных скоростей нагрузка на крыло должна была быть меньше, чем у обычного самолета. В результате вес палубного истребителя оказывался выше примерно на 4 %, а аэродинамическое сопротивление — на 10 % по сравнению с аналогичным самолетом сухопутного базирования [20, с. 36–37].
К моменту начала войны с Японией лучшим американским палубным истребителем был Грумман F4F «Уайлдкэт» (рис. 4.22). Он являлся развитием палубного истребителя-биплана Грумман F3F, созданного в начале 30-х годов. Так же как у предшественника, шасси убиралось в ниши по бокам фюзеляжа, однако в соответствии с принципами проектирования скоростных самолетов крыло было монопланным, спободнонесущим.
Самолет начал поступать на вооружение в 1940 г. К началу войны с Японией ВМС США имело 248 «Уайлдкэтов». С объявлением боевых действий выпуск самолетов возрос во много раз, за годы войны их построили около 8000. До 1943 г F4F играл основную роль в воздушной войне на Тихом океане, участвовал в таких крупных сражениях, как битвы в Коралловом море и у атолла Мидуэй, атаковал японцев в районе Гуадалканала.
Главным соперником «Уайлдкэта» был японский палубный истребитель Мицубиси А6М или «Зеро», как называли его американские летчики. Появление на вооружении этого превосходного для своего времени самолета явилось пашой неожиданностью для американцев, до этого скептически относящихся к техническим возможностям японской авиации. В 1942 г. один А6М был захвачен американцами во время попытки Японии вторгнуться на Алеутские острова, и у специалистов появилась возможность детально ознакомиться с машиной. Результаты сравнительных испытаний показали, что японский самолет практически по всем параметрам превосходил F4F. Он имел на 20–30 км/ч большую скорость, лучшую скороподъемность на больших высотах, был более маневренным. В выводах рекомендовалось летчикам «Уайлдкетов» не вступать в маневренный воздушный бой с «Зеро» [20. с. 97–98].
С учетом полученного опыта инженеры фирмы Грумман создали новый палубный истребитель F6F «Хеллкэт». Он отличался, прежде всего, более мощным двигателем. Вначале самолет хотели выпускать с 14-цилиндровым Райт «Циклон» R-2600 (1100л.с.), но после изучения японской машины решили «перестраховаться» и установили самый мощный из имеющихся моторов — 18-цилиндровый Пратт-Уитни R-2800, развивающий 2000 л.с. Для лучшей устойчивости при посадке увеличили колею шасси, перенеся узлы крепления стоек колес с фюзеляжа на крыло. Схема уборки колес была необычной: назад, в крыло. Чтобы уменьшить высоту шасси, крыло опустили вниз, отклонив при этом консоли вверх для сохранения поперечной устойчивости. Кроме того, увеличили запас горючего, усилили вооружение и бронирование.
F6F поступил на вооружение в 1943 г. Он сразу же продемонстрировал полное превосходство над Мицубиси А6М, не имевшими ни брони, ни протектированных баков и уступающими новому сопернику по скорости на всех высотах. Это превосходство особенно ярко проявилось но время сражении флотов США и Японии на Филиппинском морс вблизи Марианских островов летом 1944 г., когда действовавшие с авианосцев «Хеллкоты» уничтожили около 400 японских машин. Битва в воздухе была выиграна так легко, что получила ироническое название «Марианский отстрел индеек». Всего же за время войны с Японией на боевом счету «Хеллкэтов» оказалось более 6000 самолетов противника [10. с.232].
Серьезным «внутренним» конкурентом «Хеллкэту» мог бы стать истребитель фирмы Чанс-Воут F4U «Корсар» (рис. 4.23), тем более, что испытания этой машины начались на два года раньше. Двигатель R-2800 в сочетании с большим 4-лопастным воздушным винтом обеспечивали самолету скорость до 635 км/ч — на 30 км/ч больше, чем у F6F. Чтобы обеспечить безопасный клиренс винта и, вместе с тем, не увеличивать высоту шасси, главный конструктор «Корсара» Т. Бейзел придал крылу при виде спереди форму «обратной чайки». Стойки крепились к местам излома крыла, чем достигалась их компактность, В полете они убирались в крыло назад, как на «Хеллкэте».
Стремясь обеспечить большую дальность, столь необходимую самолетам над безбрежными просторами Тихого океана, конструкторы решили установить между двигателем и летчиком большой топливный бак. Кабину пришлось сдвинуть назад на 0,9 м. Это несколько ухудшило обзор в направлении вперед-вниз, и командование ВМС США решило, что самолет не следует применять в палубной авиации, где хороший обзор для точной посадки на корабль особенно важен. F4U передали в авиацию берегового базирования, демонтировав посадочный крюк на хвосте идругие принадлежности палубного самолета. Только в 1944 г., убедившись в безопасности применения ленд-лизовских «Корсаров» на английских авианосцах в Европе, военные решились вернуть самолету его первоначальное предназначение.
F4U «Корсар» оказался настолько удачным, что его выпускали вплоть до конца 1952 г., построив, в общей сложности, 12571 самолет.
Основным японским палубным истребителем до конца войны оставался Мицубисн А6М. Как уже отмечалось, вначале он превосходил по характеристикам американские истребители, но с появлением на Тихом океане «Хеллкэтов» и «Корсаров» утратил свое превосходство. Конечно, конструкторы фирмы Мицубиси предпринимали усилия XIя модернизации самолета. В 1942 г. они установили на нем новый двигатель со взлетной мощностью 1130 л.с. (модификация А6МЗ), а год спустя самолет снабдили протектированными баками и броней для зашиты пилота, усилили вооружение, применили новое, более прочное крыло, позволившее разгоняться до больших скоростей при пикировании (А6М5). Однако по скорости (560 км/ч) «Зеро все равно сильно уступал новейшим американским палубным истребителям и нес большие потери. Например, во время сражения у Марианских островов группа из 12 „Хеллкэтов“ с авианосца „Эссекс“ в одном бою уничтожила около 70 самолетов противника, в том числе 32 „Зеро“ [29, с. 18].
Последняя попытка восстановить былую славу А6М была предпринята весной 1945 г., когда Мицубиси выпустил модификацию А6М8 с новейшим японским двигателем „Кинсей“ мощностью 1560 л.с. Летные испытания показали, что самолет практически не уступает „Хеллкэтам“, и было намечено организовать срочную программу выпуска более 6 тысяч А6М. Но истощенная нехваткой ресурсов и ежедневными бомбардировками японская авиапромышленность была уже бессильна исправить положение: только считанное количество новых истребителей успело поступить на фронт.
Такая же судьба постигла новый морской истребитель Мицубиси J2M. Сконструированный И. Хорикоши, он, в отличие от А6М, являлся специализированным истребителем-перехватчиком, т. е. главными для него были скорость и скороподъемность, даже в ущерб маневренности. Для улучшения обтекаемости носовой части фюзеляжа двигатель снабдили удлинительным валом, применили крыло с тонким ламинарным профилем. С двигателем воздушного охлаждения мощностью 1820 л.с. и четырехлопастным пропеллером самолет мог развивать скорость 615 км/ч, за минуту набирал высоту 1000 м. Производство самолетов началось в конце 1943 г., но из-за недоведенности двигателя и неритмичности работы авиапромышленности до конца войны Япония смогла выпустить только 480 J2M. К тому времени Япония уже лишилась всех своих авианосцев, и самолеты применяли с наземных аэродромов.
Не стал массовым и другой японский морской истребитель, Каваниси N1K2, появившийся на фронте в 1944 г.(рис. 4. 24). 2000-сильный звездообразный двигатель и четыре 20-мм пушки в крыле делали самолет потенциально сильным противником. Для улучшения маневренности служили, так называемые, „боевые закрылки“: небольшие поверхности на крыле, автоматически отклоняемые вниз для увеличения подъемной силы на виражах. Конструкция планера была технологичной и требовала минимум дефицитных материалов.
„Ахиллесовой пятой“ этого истребителя, как и многих других японских самолетов конца войны, явилась ненадежность силовой установки. Доводка двигателя потребовала немало времени. Поэтому, когда последовало решение о широкомасштабном выпуске N1K2 сразу на 7 заводах, принадлежащих фирмам Каваниси, Мицубиси, Аичи, Сода и авиационным арсеналам ВМС Японии, было уже слишком поздно. До момента капитуляции заводы произвели в общей сложности 1440 самолетов, причем некоторые предприятия успели изготовить всего по несколько машин.
В Англии в годы войны тоже строили истребители палубного базирования. Правда, в основном они представляли собой модификации известных „сухопутных“ самолетов. Это такие машины как Хокер „Си Харрикейн“, Супермарин „Сифайр“. Они появились для замены тихоходных машин типа Фсйри „Фулмар“ и Блекберн „Рок“. Самым удачным и поэтому самым многочисленным из новых английских палубных самолетов стал „Сифайр“: их построили более двух с половиной тысяч. Основными его внешними отличиями от „Спитфайра“ были складывающееся на стоянке крыло и тормозной крюк под фюзеляжем.
Всего за годы войны на вооружение поступило свыше 50 тысяч палубных истребителей. из них 33 тысячи — в ВМС США.
В период 1940–1945 гг. возродился интерес к двухмоторным многоместным истребителям. Это было связано, прежде всего, с началом использования на самолетах радиолокатора.
Появлению бортовых радиолокационных станций (РЛС) предшествовало создание наземных станций системы ПВО для дальнего обнаружения самолетов. Практические работы над такими устройствами начались в Англии в 1934 г., а первые испытания радиолокатора состоялись уже в феврале 1935 г. К началу войны вдоль побережья страны было установлено 20 РЛС, технические возможности которых позволяли обнаруживать вражеские самолеты на расстоянии до 160 км [30, с. 50].
Неся большие потерн во время налетов на Англию, немцы с сентября 1940 г. стали применять свою авиацию ночью. Наземные РЛС давали возможность заблаговременно определить приближение вражеских бомбардировщиков и оповестить истребительные части ПВО, однако были бессильны помочь летчикам обнаружить в темноте неприятельскую машину. Попытки использования прожекторов не давали результата. Проблему удалось разрешить только после создания РЛС, пригодных для установки на самолет. Надо сказать, что это была непростая задача, так как потребовалось во много раз уменьшить размеры и вес радарной установки.
Несмотря на все усилия, бортовые РЛС оставались весьма громоздкими и тяжелыми. Так, первое такое устройство, AI, весило 270 кг и требовало для обслуживания дополнительного члена экипажа. Кроме того, ночной истребитель с радаром должен был иметь очень мощное вооружение, чтобы поразить цель с первой атаки. Наилучшим образом соответствовали этим требованиям двухмоторные самолеты с экипажем не менее двух человек.
Первые испытания бортовой РЛС AI, которая работала. в метровом диапазоне, состоялись в 1939 г. на бомбардировщике Бристоль „Бленим“. Они прошли успешно, и с 1940 г. радары начали устанавливать на двухмоторных двухместных ночных истребителях Бристоль „Бофайтср“ (рис. 4.25), созданных на основе бомбардировщика „Бофорт“ той же фирмы и поступивших на вооружение в июле 1940 г. Самолет имел два двигателя воздушного охлаждения Бристоль „Геркулес“ мощностью по 1400 л.с. Вес секундного залпа из 10 стволов (четырех 20-мм пушек, расположенных в носовой части фюзеляжа, и 6 крыльевых пулеметов) был равен 6.2 кг — больше, чем у всех современных ему истребителей. Правда, скорость машины была сравнительно невелика — около 520 км/ч, но достаточна, чтобы приблизиться к ничего не подозревающему немецкому бомбардировщику.
Радиолокатор (летчики называли его „волшебное зеркало“) состоял из блоков индикации высоты и азимута цели. Излучатель РЛС располагался в передней части фюзеляжа, а приемные антенны — на передней кромке крыла, а также сверху и снизу крыла. Так как максимальная дальность обнаружения составляла всего 6.5 км. самолет обычно наводился в район цели по командам с земли, а далее его экипаж уже вел самостоятельный поиск. Заметив противника, оператор радара считывал информацию с двух экранов — высотного и азимутального и указывал пилоту нужное направление полета вплоть до момента визуального обнаружения.
Первый успешный перехвате помощью бкзртовой РЛС произошел в ночь с 19 на 20 ноября 1940 г. в небе над Англией. „Во время боевого патрулирования радиооператор сержант Филннсон доложил пилоту Кэннинхэму, что в пяти километрах к северу обнаружена воздушная цель. Летчик изменил курс и, пройдя сквозь сплошную гряду облаков, сблизился с наблюдаемым на экране радара объектом. Вскоре самолет стал различимым невооруженным взглядом. Кэннинхэм распознал в нем двухмоторный бомбардировщик „Юнкерс-88“. Оставаясь незамеченным, он подошел к противнику сзади и с расстояния 180 м дал залп из всех стволов. Утром обломки „Юнкерса“ нашли близ города Уиттеринг“ [31, с. 22].
За этой победой последовали другие. Как показали результаты воздушных боев над Англией в 1940–1941 гг., применение на самолете радара повышало вероятность перехвата в ночное время в 4 раза [30, с. 154].
В конце 1941 г. на „Бофайтерах“ установили новый радиолокатор AI Mk.VIII, работающий в сантиметровом диапазоне, с параболической антенной впереди фюзеляжа. Они применялись для ночных действий до 1943 г., когда были вытеснены более скоростными „Москито“[34].
„Бофайтеры“ использовались также в качестве истребителя-бомбардировщика, штурмовика, торпедоносца, противолодочного самолета. Они применялись как нал Европой, так на Тихоокеанском театре военных действий. Общий выпуск этих самолетов составил 5562 экземпляра.
В 1941 г. Германия бросила основные силы на войну с СССР. Этим немедленно воспользовалась английская авиация и перешла от обороны к наступательным действиям. Начались регулярные ночные налеты английских бомбардировщиков на немецкие военные и промышленные объекты, мощность которых все время возрастала. В 1941 г. самолеты Королевских ВВС сбросили на противника 31702 т бомб, в 1942 г.- 45561 т, в 1943 г.- 157457 т [1.e. 508].
Для борьбы с бомбардировщиками по заказу Люфтваффе Э.Хейнкель создал ночной истребитель Хейнкель Не-219 с РЛС (рис. 4.26). Это был один из самых тяжелых истребителей военного времени — его нормальный взлетный вес равнялся 15200 кг. Зато самолет мог нести запас топлива, обеспечивавший ему дальность до 2 тысяч километров, и очень мощное вооружение (до 8 пушек). Благодаря двум двигателям DB-603G по 1900 л.с. каждый и хорошей аэродинамике максимальная скорость машины была более 600 км/ч, а на одной из модификаций, с моторами с Jumo-222 по 2500 л.с. и облегченным вооружением, она достигала 700 км/ч. В носовой части фюзеляжа располагались радиолокаторная установка Лихтенштейн С-1 и четыре выступающие вперед антенны РЛС. Шасси имело трехопорную схему с носовым колесом (впервые в Германии).
Для испытания машины в боевых условиях весной 1943 г. в Голландии сформировали специальное подразделение Не-219. Во время первых 6 ночных перехватов они сбили 20 английских бомбардировщиков, в том числе 6 почти неуязвимых ранее скоростных „Москито“. Посте этого руководство ПВО обратилось к правительству с просьбой обеспечить массовое производство Не-219: 1200 самолетов в год. „Радость и горе немецкого народа зависят от выпуска этих машин“, — отмечалось в письме на имя Геринга [31, с. 193]. Однако в связи с загруженностью авиапромышленности яругами заказами смогли построить только 268 Не-219:11 — в 1943 г., 195 — в 1944 г. и 62 — в последний год войны [3, с. А20].
Переходя от нападения к обороне, Германия все меньше нуждалась в бомбардировщиках и все больше — в истребителях. Поэтому подавляющее большинстве немецких ночных истребителей представляло собой модификацию серийных двухмоторных бомбардировщиков Ju-88, Do-217. Самым массовым из них был Ju-88G: до конца войны их построили окаю 4 тысяч. Экипаж самолета уменьшили до 2 человек (летчик и оператор РЛС), вместо бомб установили дополнительные пушечные установки, стандартные двигатели Jumo-211 заменили на более мошные Jumo-213. Худшие по сравнению с истребителем скоростные и маневренные характеристики должны были компенсироваться исключительно мошным вооружением. Помимо пушечной гондолы под фюзеляжем, в которой размешались четыре 20-мм орудия с боезапасом по 200 снарядов на ствол, за кабиной стояли две такие же пушки. направленные под углом вверх (рис. 4.27). Наклонное расположение орудий позволяло с помощью специального прицела вести стрельбу по соединению вражеских бомбардировщиков, пролетая под ним на параллельном курсе([35]*). Правда, дистанция между истребителем и целью в этом случае не должна была превышать 300 м.
В качестве ночных перехватчиков немцы в конце войны применяли также двухмоторные истребители Me-110, Ме-210 и Ме-410. Последние две машины были развитием известного читателю Ме-110. Как отмечалось, из-за недостаточной скорости и маневренности Ме-110 не смог соперничать с одноместными истребителями и применялся, в основном, как разведчик ил и легкий бомбардировщик. Несмотря на улучшение аэродинамических форм (Ме-210) и установку более мощных двигателей (Ме-410) самолет так и не стал немецким аналогом „Москито“, и в 1944 г. обе модели сняли с производства. Кроме задач ночного перехвата (в этом случае самолеты оборудовали радаром Лихтенштейн SN-2) они использовались для разведки и поддержки наземных войск. Всего в войска поступило 252 Ме-210 (рис. 2.28) и чуть больше тысячи Ме-410.
Периодом наибольшей эффективности использования ночных истребителей в Германии была весна 1944 г. В тот момент эти самолеты составляли 15 % от всей боевой авиации Люфтваффе, и английские бомбардировщики нести от них тяжелые потери вовремя ночных налетов. Но пекле захвата союзниками линии германских наземных РЛС во Франции и разработки средств для создания помех работе немецких бортовых локаторов типа SN-2 результативность применения немецких ночных истребителей пошла на убыль. Свою роль сыграло и появление истребителей „Москито“ с РЛС, предназначенных для охраны бомбардировщиков во время ночных налетов.
Эволюция японских двухмоторных истребителей шла тем же путем, что и в Германии. Ki-45, созданный для охраны своих бомбардировщиков, в 1943 г. был перепрофилирован в самолет для борьбы с бомбардировщиками противника. Основываясь на немецком опыте, японские конструкторы усилили его вооружение, в частности установили две стреляющие под углом 70° вверх 20-мм пушки, а в 1944 г. снабдили самолет бортовой РЛС, превратив его в ночной истребитель. Для борьбы с американскими бомбардировщиками, наращивающими удары по Японии, в тяжелые истребители-перехватчики переделали также высотный разведчик Мицубиси Ki-46 и бомбардировщики Мицубиси G4M и Накадзима Ki-67 (в варианте истребителя-перехватчика он обозначался Ki-109). Ki-109 был вооружен 75-мм пушкой и имел радиолокатор для ночных атак, но продемонстрировать свою мошь в боях не успел — до капитуляции японцам удалось построить только 22 такие машины [29, с. 22].
Двухмоторные ночные истребители с РЛС использовались также и в советской авиации. Правда, число их было невелико, а применение — весьма ограниченно.
Первая отечественная бортовая РЛС „Гнейс-2“ появилась в конце 1941 г. Она имела дальность действия 3,5 км, точность наведения на цель 5° и весила несколько сотен килограммов. Вначале ее размешали в кабине штурмана бомбардировщика Пе-2. превратив самолет в двухместный, а с 1943 г. устанавливали на поступавших по ленд-лизу американских „Бостонах“, более пригодных для ночных полетов благодаря лучшему пилотажно-навигационному оборудованию. Первое время успехи подразделения этих тяжелых ночных истребителей были слабыми из-за неумения экипажей обращаться с радиолокационным оборудованием и плохим взаимодействием с наземными РЛС. Но незадолго до конца войны на боевом счету необычного авиаотряда все же появилось несколько немецких машин, в том числе два бомбардировщика Не-111 [32].
В США первым специализированным ночным истребителем был Нортроп Р-61 (рис. 4.29). Работы над самолетом развернулись в 1941 г., вскоре после появления
сообщений об успешном применении в Англии ночных самолетов с радиолокационной установкой. На Р-61 установили РЛС SCR-720A1, разработанную в Массачусетсом технологическом институте на основе английского самолетного радиолокатора. Взлетный вес этой трехместной машины с расположенным на балках хвостовым оперением достигал 13 тонн, два двигателя Пратт-Уитни R-2800 обеспечивали ей скорость около 600 км/ч (на последних модификациях с форсированными двигателями — 690 км/ч). Нагрузка на крыло была весьма велика — свыше 200 кг/м², что потребовало мощной посадочной механизации (двухщелевые закрылки большого размаха), а для лучшей управляемости по крену наряду с элеронами использовались спойлеры — небольшие пластины на крыле, дифференциально отклоняемые вверх для уменьшения подъемной силы полукрыла и создания тем самым кренящего момента.
Первый полет Р-61 (еще без радиолокатора) состоялся в мае 1942 г., а с 1944 г. самолет начал поступать на вооружение. Он применялся на Тихом океане и в составе ВВС США в Европе. Однако к тому времени союзники уже контролировали воздушное пространство и ночные налеты противника случались редко, поэтому построили этих самолетов сравнительно немного — менее 700.
Для полноты картины развития самолетов воздушного боя следует упомянуть о работах по истребителям нетрадиционных компоновок. Таких машин было немного, так как в условиях войны трата денег и времени на не гарантирующие практической отдачи эксперименты являлась для большинства государств непозволительной роскошью. Из всех участников войны только США могли финансировать программу создания истребителя принципиально новой аэродинамической схемы. В рамках этой программы были построены и испытаны истребитель-„утка“ Кертисс ХР-55 (рис. 4.30), истребитель-„бесхвостка“ Нортроп ХР-56 и совсем уж необычный аппарат Чанс-Воут XF5U-I, напоминающий, скорее, „летающую тарелку“, чем самолет (рис. 4.31). Испытания первых двух в 1943 г. сопровождались авариями из-за недостаточной устойчивости этих машин. Истребитель фирмы Чанс-Воут, построенный на средства ВМС США, начал проектироваться в 1941 г., а испытывался уже после войны. Благодаря особенностям дискообразного крыла малого удлинения и необычно большому диаметру пропеллеров самолет имел очень широкий диапазон скоростей и даже мог зависать в воздухе винтами вверх. Однако успешное развитие вертолетов и распространение реактивных двигателей в авиастроении заставили отказаться ог продолжения работ по этому самолету.
В число необычных самолетов-истребителей, появившихся незадолго до конца войны, входит также японский J7WI „Синден“. построенный по схеме „утка“. Выбор схемы с толкающим винтом и расположенным впереди горизонтальным оперением диктовался желанием освободить носовую часть фюзеляжа для размещения там целого арсенала 30-мм пушек — ведь самолет предназначался для борьбы с американскими тяжелыми бомбардировщиками. Не дожидаясь результатов испытании военные приняли решение о серийном производстве самолетов: к марту 1947 г. Главный штаб ВМС хотел иметь на вооружении тысячу „Синденов“. Но построили только один J7W1. Он вышел на испытания 3 августа 1945 г., за месяц до окончания второй мировой войны.
Еще одной попыткой добиться технического превосходства за счет необычной компоновки стало создание германской фирмой Дорнье тяжелого истребителя Do- 335 (рис. 4.32). В отличие от других двухмоторных истребителей у этого самолета оба двигателя располагались в фюзеляже. Один из них приводил в движение тянущий пропеллер, другой, за кабиной пилота, вращал пропеллер, находившийся в задней части фюзеляжа. Такая схема обеспечивала меньшее сопротивление по сравнению с двухмоторным самолетом с двигателями на крыле. Кроме того, при остановке одного мотора другой не создавал несимметричной тяги. При испытаниях в 1944 г. самолет с двигателями DB-603E-I (2x1900 л.с.) развил скорость 763 км/ч на высоте 7000 м. В то время это был рекорд для винтомоторного истребителя. На фронт Dо-335 не поступили, но когда весной 1945 г. американские войска захватили заводы Дорнье, там обнаружили 13 готовых самолетов и 85 частично собранных машин [23][36].
На рисунке 4.33 показано развитие параметров наиболее известных самолетов- истребителей в 1939–1945 гг. Как видно из графиков, эволюция этого типа самолетов сопровождалась увеличением их взлетного веса, нагрузки на крыло, мощности силовой установки. Средний темп роста скорости для всех стран был одинаковый и составлял 35–40 км/ч в год. Как правило, это сопровождалось приростом максимальной мощности двигателя (в среднем на 200 л.с. в год), взлетного веса (350 кг/год) и нагрузки на крыло (15 кг/м² в год). Исключение представляли собой истребители советских ВВС, вес которых возрастал очень незначительно, а нагрузка на крыло оставалась практически неизменной.
Бомбардировщики, наряду с истребителями, составляли основу военной авиации всех участвовавших в войне держав, «Удельный вес» бомбардировщиков в численности авиапарка зависел от господствующей военной доктрины и от ситуации на театре военных действий (табл. 4.9).
К началу 40-х годов наиболее многочисленной бомбардировочной авиацией обладал СССР, военное руководство которого исповедовало теорию уничтожения врага на его собственной территории. Однако в ходе войны мы были вынуждены обороняться, а затем завоевывать господство в воздухе, поэтому с 1941 г. приоритет был отдан выпуску истребителей. Агрессивные планы Германии, Италии и Японии обусловили значительное внимание производству бомбардировщиков, но когда военная ситуация изменилась не и пользу этих стран, оснопныс усилия там были направлены на развитие оружия обороны — истребителей. США неуклонно наращивали выпуск бомбардировщиков как основной ударной силы и в 1944 г. изготовили 35 тысяч самолетов этого типа, что составило 40,4 % общего выпуска авиапромышленности страны.
Всего в боевых действиях в годы войны участвовало около 100 различных типов бомбардировщиков. Сведения о годах и объеме выпуска наиболее известных из них приведены в таблице 4.10.
Одномоторные
Германия
Ju-87 (37–44/5709)
Англия
«Бэттл» (37–41/2419) «Барракуда» (43–46/2570)
СССР
Су-2 (40–42/877)
Япония
Аичи D3A (36–44/1300) Накадзима B5N (38–42/1149) Мицубиси Ki-30 (38–40/706) Йокосука B6N (41–45/2038) Накадзима B6N (43–45/1268)
США
А-24 «Донтлссс» (37–44/5936) «Эвенджер» (42–54/9836) «Хеллдайвер» (42–45/7200) А-31 «Вэнджанс» (42–44/1528)
Двухмоторные
Германия
Не-111 (36–44/7450) Do-17Z/Do-217 (39–42/2541) Ju-88/Ju-188 (39–44/16080) Не-177 (42–44/1126)
Англия
«Бленим» (36–44/5231) «Уитли» (37–43/1731) «Веллингтон» (37–45/11461) «Хемпден» (38–42/1430) «Москито» (41–49/6439)
СССР
СБ (36–41/6831) ДБ-ЗФ(Ил-4) (39–45/6119) Пе-2 (41–45/11202) Ту-2 (42–51/2500)
Япония
Мицубиси G3M (36–41/1048) Мицубиси Ki-21 (37–44/2064) Мицубиси G4M (40–44/2446) Накадзима Ki-49 (40–44/819) Кавасаки Ki-48 (40–44/1977) Иокосука Р1V1 (43–45/1002) Мицубиси Ki-67 ‹44–45/727)
США
А-20 «Бостон» (39–44/7385) В-25 «Митчелл» (40–45/9816) В-26 «Марадер» (41–45/5157) «Балтимор» (41–44/1575) А-26 (43–46/2446)
Четырехмоторные
Германия
FW-200 (40–44/276)
Англия
«Стирлинг» (40–45/2221) «Галифакс» (40–46/6176) «Ланкастер» (41–46/7377)
СССР
Пе-8 (41–44/79)
США
В-17 (39–45/12731) В-24 (41–45/18188) В-29 (43–46/3970)
Одномоторные бомбардировщики представляли собой монопланы с экипажем 2–3 человека и бомбовой нагрузкой 500–900 кг. Взлетный вес этих машин находился в диапазоне 4–7 т, максимальная скорость полета — 400–500 км/ч. Немецкие и английские легкие бомбардировщики были снабжены двигателями водяного охлаждения, остальные — двигателями воздушного охлаждения. Последнее представляется более оправданным, т. к. скорости самолетов были сравнительно невелики, и большее лобовое сопротивление звездообразного двигателя не имело особого значения, зато боевая живучесть такого типа силовой установки намного выше.
До войны боевую нагрузку (бомбы или торпеды) обычно подвешивали под фюзеляжем или крылом. Это, однако, сильно увеличивало сопротивление и снижало скорость и дальность полета. Поэтому на новых типах машин, появившихся в годы войны, стали делать внутренний бомбоотсек. Пришлось отказаться от применения низкорасположенного крыла с неразрезными лонжеронами и приподнять крыло вверх, освободив нижнюю часть фюзеляжа под бомболюк.
До войны легкие бомбардировщики, как правило, предназначались для бомбометания с горизонтального полета. Примером таких самолетов могут быть английский Фейри «Бэттл», польский PZL «Карась», японский Мицубиси Ki-30 и советский Су-2 (рис. 4.34).
Однако, как показала практика, гораздо более эффективным оказалось применение одномоторных самолетов в качестве пикирующих бомбардировщиков. Высокая точность бомбометания в этом случае (радиус отклонения — не более 30 м) компенсировала небольшую величину боевой нагрузки легкого бомбардировщика.
Наиболее известным в этом классе машин был немецкий Юнкере Ju-87, о котором уже писалось в предыдущей главе. Его блестящий успех во время войны в Испании, захвата Польши, Франции и в первые месяцы войны с СССР, когда авиация агрессора безраздельно господствовала в воздухе, породил у немецкого руководства желание продлить жизнь этого самолета с неубираюшимся шасси и максимальной скоростью пат ста менее 400 км/ч. Однако, несмотря на повышение мощности двигателя Jumo-211 с 1200 до 1400 л.с. (модификация Ju-87D-1, 1941 г.), а затем до 1500 л.с. (Ju-87D-7, 1943 г.) и попытки хоть как-то улучшить обтекаемость этой угловатой машины, конструкторы не добились заметного улучшения полетных характеристик. В 1943–1944 гг. Ju-87 сменил FW-190, в варианте истребителя-бомбардировщика.
В связи с тем, что одномоторные бомбардировщики имели сравнительно небольшие размеры и вес, они широко использовались в палубной авиации. Японские Аичи D3A и Накадзима B5N убедительно проявили свои возможности во время атаки на Пирл Харбор. В течение первых 10 месяцев войны вооруженные торпедами B5N сумели потопить 4 американских авианосца [29, с. 15].
Затем пальма первенства в сфере палубной бомбардировочной авиации перешла к США. Американские одномоторные палубные бомбардировщики превосходили японские по боевой живучести, величине бомбовой нагрузки, силе оборонительного вооружения. Обладая значительно большими производственными возможностями, США за годы войны сумели построить около 15 тысяч таких самолетов — почти в 3 раза больше, чем Япония.
Одним из лучших палубных пикирующих бомбардировщиков военного времени являлся Кертисс SB2C «Хеллдайвер» (рис. 4.35). Это был двухместный самолет с двигателем Райт «Циклон» мощностью 1700 л.с., обеспечивающим ему на высоте 5 км скорость 450 км/ч. Во внутреннем бомбоотсеке можно было разместить 900 кг бомб, дальность полета составляла 1750 км. Необычной конструкцией отличались аэродинамические тормоза для ограничения скорости пикирования. Они были выполнены в виде расщепляющегося вверх и вниз перфорированного щитка на задней кромке крыла. При посадке это устройство служило в качестве закрылка, при этом створки щитка отклонялись только вниз. За годы войны авиазаводы США и Каналы построили 7200 «Хеллдайверов».
Немалое количество одномоторных самолетов — Фейри «Барракуда», Накадзима B6N. Грумман «Эвенджер» — использовалось в качестве торпедоносцев. Техника их применения была отработана еще в годы первой мировой войны и заключалась в следующем: самолет пикировал или круто планировал до малой высоты и приближался к цели. Идя низко над водой, он сбрасывал торпеду под углом около 10 градусов к горизонту. она погружалась на небольшую глубину и продолжала движение к цели, приводимая в действие с помощью сжатого воздуха или электромотора.
На рисунке 4.36 изображен Фейри «Барракуда» — самый многочисленный из английских одномоторных ударных самолетов. Несмотря на свой неказистый вид, это была довольно удачная машина, активно применявшаяся как на Европейском, так и на Тихоокеанском фронтах. В частности, в апреле 1944 г. группа этих самолетов атаковала и серьезно повредила флагман германского военно-морского флота линкор «Тирпиц».
Однако, в целом, не скоростные и имеющие сравнительно легкое оборонительное вооружение одномоторные бомбардировщики были эффективны только в условиях господства в воздухе собственной авиации. В противном случае потери этих машин оказывались очень велики. Так, 14 мая 1940 г., во время попытки контратаковать наступающие на Францию немецкие войска, английские ВВС лишились 40 «Бэттлов», что составляло более половины имевшихся у них легких бомбардировщиков [30, с. 95]. В свою очередь, немцы в 1944 г. по причине больших потерь были вынуждены снять с производства свой знаменитый пикирующий бомбардировщик Ju-87.
Наиболее многочисленной была группа двухмоторных (или, как тогда говорили, средних) бомбардировщиков. В годы войны в Германии выпустили окало 26 тысяч таких самолетов, в СССР и в Англии — по 25 тысяч, в США — приблизительно 30 тысяч.
Как следует из рис. 4.37, двухмоторные бомбардировщики можно условно разделить на две группы: более легкие, но более скоростные и более тяжелые, но с меньшей скоростью полета. В первую группу входили фронтовые бомбардировщики, предназначенные для нанесения ударов на глубину до 300–400 км от линии фронта, а также для поддержки наземных войск бомбардировкой передней линии вражеской обороны. Представителями второй группы были дальние бомбардировщики, использовавшиеся для нанесения бомбовых ударов по глубоким тылам противника.
Среди фронтовых бомбардировщиков можно, в свою очередь, выделить группу скоростных самолетов, с максимальной скоростью более 500 км/ч. Высокие скоростные качества достигались за счет лучшей аэродинамики, меньших размеров крыла и меньшего веса полезной нагрузки. Это было продолжение новой линии развития в бомбардировочной авиации, у истоков которой находились советский СБ и английский «Бленим».
К числу новых советских скоростных бомбардировщиков относятся Пе-2 конструкции В.М.Петлякова и Ту-2 А.Н.Туполева. Пе-2 (рис. 4.38) был самым массовым советским бомбардировщиком периода войны. Изначально он проектировался как двухмоторный высотный истребитель «100» с гермокабиной и турбокомпрессорами, но ознакомление с немецкой авиатехникой в 1939–1940 гг. показало, что на вооружении Люфтваффе нет дальних высотных бомбардировщиков, поэтому самолет решили переделать в скоростной пикирующий бомбардировщик. Так как бомбометание с пикирования производится с небольших высот, от гермокабины и турбокомпресоров отказались, в фюзеляже сделали бомботсек, усилили оборонительное вооружение. Пе-2 был снабжен разнообразным электрооборудованием: на борту имелось до 30 электродвигателей, управлявших тримерами рулей, щитками, переставным стабилизатором и др. Это увеличивало боевую живучесть самолета по сравнению с обычно применяемыми гидросистемами. По образцу немецкого Ju-88. Пе-2 имел автоматически отклоняемые решетки для облегчения вывода машины из пикирования [34].
Рис. 4.38. Бомбардировщик Пе-2
Небольшие размеры и чистота форм позволяли бомбардировщику развивать скорость до 540 км/ч. Вместе с тем, самолет имел ряд слабых мест, доставшихся Пе-2 от его «истребительного» прототипа. Из-за узкого фюзеляжа бомбоотсек вмещал только бомбы весом до 100 кг, более крупные бомбы приходилось размещать на внешней подвеске. Нормальная бомбовая нагрузка составляла всего 600 кг, при этом дальность полета не превышала 1300 км [8, с. 59].
Этих недостатков был лишен пикирующий бомбардировщик Ту-2 (рис. 4.39), принятый на вооружение в 1942 г. При близкими к Пе-2 компоновочной схеме и максимальной скорости он обладал почти вдвое большими бомбовой нагрузкой и дальностью полета, мог нести в фюзеляже крупнокалиберные бомбы, имел более мощное стрелковое вооружение. Эти преимущества объясняются тем, что Ту-2 изначально создавался в качестве бомбардировщика и имел большие размеры и значительно более емкий фюзеляж.
Боевой опыт продемонстрировал достоинства бомбардировщика. Благодаря большой скорости (547 км/ч на высоте 5400 м). сильному оборонительному вооружению (две 20-мм пушки и 5 пулеметов) и надежной бронезащите экипажа самолет был трудной целью для «Мессершмиттов», тогда как сам мог наносить мощные бомбовые удары.
К сожалению, из-за острой необходимости в истребителях выпуск Ту-2 происходил весьма неритмично, и до конца войны построили только около 800 самолетов. Его производство продолжалось и после войны, до 1951 г. Всего в ВВС поступило более двух с половиной тысяч Ту-2 [35, с. 124].
Особое место среди скоростных двухмоторных бомбардировщиков занимает английский DH-98 «Москито». Этот самолет был необычен и по общей концепции, и в конструктивном отношении.
Разработка «Москито» началась в конце 30-х годов по инициативе Ж. Де Хевилленда и конструкторов его фирмы — Р. Бишопа и К. Уолкера. Они решили построить бомбардировщик с такими высокими летными характеристиками, которые позволяли полностью отказаться от оборонительного вооружения, так как за счет преимущества в скорости и высоте самолет был бы неуязвим для истребителей. По существу, это было развитие идеи скоростного бомбардировщика, доведенной до своего логического предела.
При создании самолета конструкторы опирались на опыт постройки двух довоенных самолетов: двухмоторного спортивного моноплана DH-88 «Комета» и четырехмоторного пассажирского биплана DH-91 «Альбатрос». От первого была заимствована высокая культура аэродинамического проектирования, от второго — легкая деревянная слоеная конструкция с прослойкой из бальзы. Третьим слагаемым успеха стало появление компактного и, в то же время, мощного двигателя водяного охлаждения Роллс-Ройс «Мерлин».
По схеме «Москито» представлял собой двухместный цельнодеревянный моноплан с трапециевидным крылом, хорошо обтекаемым веретенообразным фюзеляжем и тщательно закапотированными двигателями с радиаторами, установленными в передней части крыла (рис. 4.40). Вся бомбовая нагрузка должна была располагаться внутри самолета. Благодаря отсутствию выступающих в поток стрелковых установок и других неудобообтекаемых частей коэффициент лобового аэродинамического сопротивления машины, согласно расчету на основе результатов испытаний «Москито» IV в СССР в 1944 г.[8, с. 272–273] равнялся всего 0,020[37].
Фюзеляж представлял собой замкнутый контур, образованный двумя слоями фанеры, пространство между которыми заполнялось бальзой — особого вида древесиной, в полтора раза легче пробки. Слой бальзы склеивался с внутренней и внешней фанерными оболочками и обеспечивал высокую жесткость фюзеляжа. Аналогичную «слоеную» конструкцию имела и верхняя обшивка крыла.
Необычная конструктивно-силовая схема позволила избежать перетяжеления самолета несмотря на использование такого, казалось бы, безнадежно устаревшего материала, как дерево. В то же время применение древесины давало экономию столь нужного для других самолетов дюралюминия, делало «Москито» малозаметным хля немецких радарных установок, облегчало выпуск самолета в богатой лесом Канаде[38].
К концепции «безоруженного» бомбардировщика в английском Министерстве авиации вначале отнеслись настороженно. Однако, когда во время испытаний в конце 1940 г. «Москито» достиг скорости 640 км/ч — больше, чем любой другой серийный самолет того времени, сомнения рассеялись. Летом 1941 г. DH-89 начали поступать в военные части. Наряду с основным бомбардировочным вариантом (Mk.IV, Mk.IX, Mk.XVI) они использовались как ночные истребители-перехватчики, фоторазведчика, истребители-бомбардировщики. Выпуск самолетов продолжался до 1947 г.
На последних моделях самолета скорость достигала 670 км/ч на высоте 8500 м, потолок составлял более 11000 м [30, с, 704]. Благодаря небольшим размерам и радарной малозаметности «Москито» был единственным английским бомбардировщиком, который применялся для дневных бомбардировок Германии. Внезапно появляясь над целью и стремительно уходя от преследования после сброса бомб, этот самолет нес очень малые потери. Например, за период с 1 мая по 31 октября 1943 г. потери на 1000 самолето-вылетов «Москито» составили всего 11 машин — в 3 раза меньше, чем у других английских бомбардировщиков, даже несмотря на применение последних в ночное время [8, с. 277: 30, с. 338].
Советским аналогом «Москито» мог бы стать самолет А. С. Яковлева Як-4 (ББ-2) — обтекаемый цельнодеревянный двухместный моноплан с двумя двигателями водяного охлаждения М-103. Во время испытаний в мае-июне 1939 г. он показал скорость 567 км/ч [8, с. 49], т. е. на 100 км/ч больше, чем у серийных истребителей, состоявших тогда на вооружении советских ВВС. Однако снискать лавры «Москито» ему помешала недостаточная мощность двигателей и неприятие военными концепции отказа от вооружения в пользу скорости. Установка дополнительного пулемета и связанная с этим перекомпоновка фюзеляжа привели к снижению скорости до 515 км/ч, при этом нормальный вес бомбовой нагрузки составил всего 400 кг, дальность — 800 км. После выпуска 600 экземпляров Як-4 решили снять с вооружения.
Еще одной попыткой создания в СССР двухмоторного скоростного бомбардировщика, не уступающего по скорости новейшим истребителям, был самолет В. Ф. Болховитинова «С». Чтобы уменьшить общее аэродинамическое сопротивление двигатели М -103 установили в фюзеляже один за другим, с приводом на расположенные впереди соосные винты, т. е. применили схему, использовавшуюся раньше на гоночных английских и итальянских гидросамолетах. С этими машинами самолет Болховитинова роднила и очень большая для того времени нагрузка на крыло — 247 кг/м~. При испытаниях в 1940 г. «С» показал скорость 570 км/ч. но из-за неудовлетворительных взлетно-посадочных характеристик не был принят на вооружение.
Основным советским дальним бомбардировщиком во время воины был ДБ-ЗФ (с 1942 г. он назывался Ил-4, рис. 4.41). История появления и развития этого самолета описана в предыдущей главе. В 1942 г. бомбардировщик модернизировали: усилили вооружение, ввели в состав экипажа еще одного стрелка, улучшили продольную устойчивость за счет изменения формы крыла, увеличили запас топлива благодаря установке дополнительных крыльевых баков. Максимальная дальность самолета достигла 4265 км. Однако эту возможность использовали редко, исходя из требований фронта Ил-4 обычно применяли в качестве фронтового бомбардировщика для полетов на небольшую дальность. По скоростным качествам ‹406 км/ч на высоте 6250 м) к концу войны самолет уже не отвечал требованиям времени, поэтому чаше всего применялся в ночное время.
Весьма многообещающим должен был стать дальний высотный двухмоторный бомбардировщик конструкции В. М. Мясишева ДВБ-102. Его разработка началась в 1940 г., испытания — в 1942 г. Для полетов на больших высотах двигатели были оборудованы турбокомпрессорами, кабина летчика и штурмана и задний отсек стрелков — герметизированы. К другим техническим новшествам следует отнести шасси с носовой стойкой, дистанционное управление стрелковым вооружением.
При испытаниях ДВБ-102 были достигнуты максимальная скорость 529 км/ч, потолок — 10500 м. Из-за ненадежной работы новых двигателей жидкостного охлаждения М-120 (в конце концов их заменили на звездообразные М-71) доводка самолета затянулась, испытания завершились только в середине 1945 г. Война закончилась, и в серии самолет не строился.
Из большого числа американских двухмоторных самолетов к классу скоростных фронтовых бомбардировщиков следует отнести машины фирмы Дуглас А-20 (рис. 4.42) и А-26. Индекс «А» (от английского слова «attack» — «атака») означает, что, помимо выполнения бомбардировочных задач эти самолеты предназначались также для действий в качестве штурмовика.
Конструктивной особенностью А-20 являлось шасси с носовым колесом. Конструкторы Д. Норторп и Э. Хайнеманн были первыми, кто применил эту схему на боевом самолете. Установка носовой стойки упрощала посадку и уменьшала длину пробега, поэтому все последующие американские бомбардировщики имели аналогичную конструкцию шасси.
Другой чертой, характерной для американских самолетов, было использование звездообразных двигателей воздушного охлаждения, в производстве которых американцы добились больших успехов. На А-20 ставили 14-цилиндровые двухрядные «звезды» Пратт-Уитни «Дабл Уосп» или Райт «Дабл Циклон» мощностью от 1200 до 1700 л.с. Они обеспечивали самолету полет с максимальной скоростью 530–560 км/ч и неплохую для бомбардировщика маневренность.
По параметру дальность-бомбовая нагрузка А-20 был примерно равен Пе-2, но имел более мощное вооружение и более совершенное пилотажно-навигационное оборудование. В варианте бомбардировщика экипаж состоял из 3 человек, причем в расположенной за крылом кабине стрелка имелась ручка аварийного управления самолетом (на случай гибели летчика).
Производство А-20 велось до сентября 1944 г., когда на вооружение приняли самолет Дуглас А-26 с лучшими летно-техническими характеристиками. Он имел более мощные 18-цилиндровые двигатели «Дабл Уосп» и отличался улучшенной аэродинамикой. В частности, это был первый бомбардировщик с крылом ламинарного профиля и двухщелевыми посадочными закрылками. По дальности и весу поднимаемых бомб он значительно превосходил А-20, имел более сильное оборонительное вооружение.
А-26 недолго участвовал во второй мировой войне. Но самолет оказался настолько удачным, что много лет спустя США успешно применили его под маркой В-26К в войне во Вьетнаме как ночной бомбардировщик, а в некоторых странах самолет находился на вооружении до конца 70-х годов.
Единственным японским легким двухмоторным бомбардировщиком времен второй мировой войны был Кавасаки Ki-48. Спроектированный как ответ на появление советского скоростного бомбардировщика СБ, он имел несколько большую скорость (480 км/ч), но мог брать только 400 кг бомб. Самолет успешно применялся в 1940 г. в небе Китая, однако с началом войны с США уже не мог удовлетворить требования военных. В 1942 г. ему на смену пришел вариант Ki-48-II с более мощными двигателями, увеличенным вооружением и вдвое большей бомбовой нагрузкой. Его максимальная скорость составляла 505 км/ч. Оборудованный решетчатыми аэродинамическими тормозами сверху и снизу крыла, он использовался для бомбометания с пикирования. Ki-48-II находился на вооружении до конца 1944 г., став к концу войны явно устаревшей машиной.
Учитывая особенности Тихоокеанского театра военных действий, японское руководство основным требованием к бомбардировщикам считало дальность полета. Так как мощность лучших японских авиационных двигателей в начале 40-х годов составляла немногим более 1000 л.с. (японцы, подобно американцам, применяли на бомбардировщиках исключительно моторы воздушного охлаждения), тяжело нагруженные топливом и бомбами самолеты имели большую нагрузку на мощность и, следовательно, невысокую скорость. Так, основной бомбардировщик ВМС Японии Мицубисн G4M (рис. 4.43), принятый на вооружение в 1941 г., при бомбовой нагрузке 1000 кг и дальности полета 5040 км (!) мог развить скорость только 428 км/ч.
Другим существенным недостатком японских бомбардировщиков начала войны являлась их плохая боевая живучесть. Из-за непротектированных баков они несли тяжелые потери, нередко воспламеняясь как факел от одной пулеметной очереди. Американцы даже дали самолету G4M прозвище «one-shot lighter», что можно перевести примерно как «безотказная зажигалка».
Новые, более совершенные модели бомбардировщиков начали поступать на вооружение только в 1943–1944 гг., посте освоения японской промышленностью авиадвигателей мощностью 1800–2000 л.с. К таким самолетам относятся флотский Иокосука PIYI и армейский Мицубиси Ki-67. Благодари большей энерговооружености и улучшенной аэродинамике они не уступали полетным характеристикам лучшим американским бомбардировщикам, имели крупнокалиберное оборонительное вооружение, бронезащиту и протестированные топливные баки. Кроме того, Ki-67 конструкции X. Озапа отличался настолько хорошей маневренностью (он даже мог выполнять «петли»), что на его основе создали тяжелый истребитель Ki-69.
Производство японских бомбардировщиков «нового поколения» началось в то время, когда возможности японской авиапромышленности были уже подорваны ударами американской авиации и дефицитом конструкционных материалов. Поэтому выпуск новых самолетов шел медленнее, чем планировалось. Из-за нехватки летного состава и отсутствия бензина многие из них так и не смогли принять участие в боевых действиях, другие были переоборудованы в ночные истребители и самолеты-снаряды.
Основными конкурентами японских двухмоторных бомбардировщиков были американские В-25 и В-26. За годы войны их выпустили почти 15 тысяч экземпляров: 9816 В-25 и 5157 В-26. В соответствии с американской конструкторской шкалой того времени они имели выскорасположенное крыло, двигатели воздушного охлаждения и шасси с убирающейся п фюзеляж носовой стойкой.
В-25 «Митчелл» (это название самолет получил в честь американского генерала У. Митчелла, много сделавшего для развития бомбардировочной авиации в США) разработали конструкторы фирмы «Норт Америкен» Л. Этвуд и Р. Райе. Его отличали неплохие хля начала 40-х годов скоростные качества (\'макс=490 км/ч, с 1360 кг бомб), хорошие пилотажные характеристики, удобная кабина с расположенными рядом креслами пилотов, мощная активная (от 5 до 14 пулеметов, в зависимости от модификации) и пассивная (бронеплиты, самозатягивающиеся при простреле баки, заполненные инертным газом) зашита. Внешней особенностью машины было двух- килевое хвостовое оперение, нехарактерное для большинства американских бомбардировщиков (рис. 4.44).
В-25 поступил на вооружение в 1940 г. Широкую известность он получил после дерзкого рейда 16 В-25В под руководством Д. Дулиттла в 1942 г. на столицу Японии и ее другие крупные города. Необычность этого напета, ставшего как бы символическим актом возмездия за Пирл Харбор, заключалась в том, что достичь Токио в то время можно было только с палубы корабля (все ближайшие острова контролировали японские войска), и взлет тяжело загруженных «сухопутных» бомбардировщиков происходил с авианосца «Хорнет». находившегося в 1150 км от побережья Японии.
Самолеты достигли цели, но на обратном пути большинство машин из-за нехватки горючего погибло в океане.
Кроме Тихоокеанского театра военных действий В-25 участвовали в войне в Европе, поступали в качестве военной помощи союзникам по антигитлеровской коалиции. Самым массовым вариантом самолета был B-25J, их построили 4318 [24, с. 23].
Бомбардировщик В-26 «Марадер» был принят на вооружение на год позже «Митчелла». Фирма-разработчик «Мартин» считалась в США лидером в создании бомбардировщиков, и военные возлагали на новый самолет большие надежды, тем более, что на нем стояли новейшие американские двигатели Пратт-Уитни R-2800, на 300 л.с. более мощные, чем «Циклоны» на В-25. Однако начало его освоения в частях сопровождалось многочисленными авариями. Причиной этого явилась очень большая нагрузка на крыло — 253 кг/м² и, как следствие, необычно высокая скорость срыва — 196 км/ч (у земли)[39].
Когда пилоты освоились с особенностями В-26, его начали активно применять на всех фронтах второй мировой войны, и самолет даже зарекомендовал себя в Европе как наименее уязвимый среди использовавшихся там американских бомбардировщиков 110, с. 2291.
Возвращаясь на европейский континент, рассмотрим кратко некоторые особенности развития двухмоторных бомбардировщиков в Германии и Англии.
За годы войны немцы не создали ни одного нового двухмоторного бомбардировщика. Вначале ослепленное успехом первых побед немецкое военное руководство считало излишним обновлять парк бомбардировочной авиации, а когда Германия перешла к обороне, главной задачей стал выпуск истребителей.
Это, однако, не означает, что немецкие конструкторы не уделяли внимания совершенствованию своих бомбардировщиков. На протяжении всех лет войны их конструкция непрерывно модифицировалась, подчас претерпевая весьма существенные изменения.
Основными типами немецких двухмоторных бомбардировщиков в начале войны были Не-111, Do-17 и пикирующий Ju-88. В 1939 г. их произвели соответственно 452, 231 и 69 экземпляров [3. с. А23].
Хейнкель Не-111, применявшийся еще в испанской войне, ко времени второй мировой войны явно устарел. Крыло большой площади, проектировавшееся для коммерческого самолета, служило источником значительного сопротивления. Это делало самолет тихоходным: даже в последних модификациях его скорость лишь немного превышала 400 км/ч. Попытки повысить боеспособность путем усиления оборонительного вооружения еще больше ухудшали летные характеристики и, в результате, в начале 40-х годов Не-111 превратился из держателя рекордов скорости в «небесный тихоход», применяемый, в основном, для вспомогательных военных задач (высотная разведка, транспортные перевозки и т. д.). Устарелость самолета к 1941 г. признавал даже его конструктор, Э. Хейнкель [31, с. 122]. В этой связи вызывает удивление тот факт, что выпуск машины продолжался вплоть до конца 1944 г., причем в весьма больших количествах.
Основным недостатком бомбардировщика Дорнье Do-17, также созданного на основе коммерческою самолета, был слишком узкий фюзеляж, не позволявший брать на борт большое количество бомб и топлива. Так, Do-17Z, с двумя моторами Брамо воздушного охлажден и я мощностью по 1000 л.с., мог перевозить 1 тонну бомб на дальность чуть более 1000 км, т. е. его боевой радиус составлял всею окаю 500 км.
В 1940 г. конструкторы фирмы предприняли радикальную переделку самолета. Сохранив общую аэродинамическую компоновку машины, они увеличили се размеры и установили новые 1550-сильные звездообразные двигатели BMW-801. Этот вариант, получивший обозначение Do-217E, мог брать уже 3000 кг бомб и имел дальность 2400 км, а максимальная скорость полета возросла более чем на 50 км/ч и достигла 516 км/ч (на высоте 5500 м).
В момент появления Do-217 представлял собой один из лучших «средних» бомбардировщиков, но военные, основываясь на успехе использования пикирующих бомбардировщиков Ju-87 в первые месяцы войны, решили сделать основную ставку на развитие Ju-88, приспособленного для бомбометания с пикирования. Поэтому Do- 217 построили сравнительно немного — 1730 штук (из них 364 — в качестве ночного истребителя), и их выпуск прекратился уже в 1943 г. [40]
Самым массовым немецким бомбардировщиком стал Юнкере Ju-88. Достоинствами этой машины, поступившей на вооружение в сентябре 1939 г., были возможность дополнительного размещения бомб общим весом до 1000 кг под крыльями, наличие автомата для ввода и вывода самолета из пикирования, большой запас топлива, обеспечивающий дальность 2200 км при бомбовой нагрузке 1400 кг (Ju-88A-1), высокая боевая живучесть благодаря герметически изолированным и протектированным топливным бакам и дублированию бензопроводов и тяг управления самолетом [36].
Ju-88 проектировался как скоростной бомбардировщик и в момент появления таковым и являлся. Высокая скорость пикирования позволяла ему в 1939–1940 гг. даже уходить от «Спитфайров». Однако опыт «битвы за Англию» все же заставил конструкторов изменить оборонительное вооружение с 3 до 7 пулеметов, усилить броню, для повышения дальности полета размах крыла сделать на 1,6 м больше (Ju-88A-4). В результате самолет потяжелел более, чем на две тонны и, несмотря на увеличение мощности двигателей Jumo-211 с 1200до 1340 л.с., высотно-скоростные характеристики машины практически не улучшились. К середине войны самолет не только не мог оторваться от истребителей, но уступал по скорости многим другим двухмоторным бомбардировщикам.
К этому времени германская промышленность, бросившая все силы на увеличение выпуска истребителей, была уже не в состоянии наладить выпуск нового массового бомбардировщика. Чтобы как-то спасти положение с бомбардировочной авиацией, конструкторы фирмы Юнкере решили пожертвовать многими другими свойствами Ju-88 ради повышения скорости. Самолет Ju-88S не имел воздушных тормозов и автомата вывода из пике и уже не мог применяться для бомбардировок с пикирования. Экипаж уменьшили с 4 до 3 человек, из вооружения оставили только один пулемет для стрельбы назад, сняли всю броню, кроме бронеспинки пилота и бронестекла для пулеметчика. Для улучшения аэродинамики характерное остекление носовой части из плоских панелей, не дающих оптических искажений, заменили обтекаемыми стеклами двойной кривизны, ликвидировали внешние бомбодержатели. Самолет снабдили более мощными радиальными двигателями BMW-801 с уже опробованной на истребителях системой впрыска закиси азота для форсирования мощности на высоте. В результате всех этих мер вес пустого самолета уменьшился с 9870 до 8290 кг, а маскимальная скорость возросла с 467 до 545 км/ч (605 км/ч с использованием впрыска окислителя на высоте).
Последними серийными модификациями бомбардировщика стали J и-188 и Ju-388. Внешне они отличались увеличенным по размаху крылом с характерными заостренными законцовками и большой общей застекленной кабиной для всех членов экипажа (рис. 4.45). Возросла также площадь киля и стабилизатора. Самолеты различались, в основном, двигателями: на Ju-188 ставили 12-цилиндровые J umo-213 жидкостного охлаждения со взлетной мощностью 1776 л.с. (2240 л.с. с форсажем — впрыском водометаноловой смеси), на Ju-388 — звездообразные 14-цилиндровые BMW-801 с турбокомпрессором, развивавшие на взлете и боевом режиме 1800 л.с. Вооружение вновь усилили, в частности на Ju-188 сверху кабины установили поворотную башенку с 20-мм пушкой. По максимальной скорости (517 км/ч) он уступал Ju-88S. но имел большие дальность и грузоподъемность.
Ко времени появления на вооружении Ju-88S, Ju-188 и Ju-388 (конец 1943 г.-1944 г.) Германия полностью перешла от нападения к обороне. К тому же, как будет ясно из дальнейшего, ставка делалась на развитие реактивных истребителей-бомбардировщиков. Поэтому по-настоящему массовыми бомбардировщиками были только Ju-88A; большая часть появившихся в конце войны «Юнкерсов» использовалась н качестве разведчиков, ночных истребителей и самолетов-штурмовиков. Так, из 1033 построенных Ju-188 в разведывательную авиацию попало 570, а из 103 Ju-388 в качестве бомбардировщиков применяли только 4 машины [3, с. А20-А21].
К началу войны основу английской дальнебомбардировочной авиации составляли самолеты Армстронг Уитворт «Уитли» и Виккерс «Веллингтон». Это были устаревшие тихоходные машины, спроектированный еще в середине 30-х годов. Так, максимальная скорость «Уитли» составляла всего 350 км/ч. и в 1943 г. самолет сняли с вооружения. Дольше применялся «Веллингтон», благодаря своей оригинальной геодезической конструкции отличавшийся очень высокой боевой живучестью. Это был самый массовый английский двухмоторный бомбардировщик: с 1937 по 1945 гг. построили почти одиннадцать с половиной тысяч самолетов. Полетным характеристикам и грузоподъемности он примерно соответствовал советскому Ил-4 и также использовался, в основном, в ночное время.
В классе четырехмоторных бомбардировщиков наибольшее число самолетов приходилось на англо-американскую авиацию. В отличие от Германии и СССР, применявших самолеты в тесном взаимодействии с наземными войсками и поэтому развивавших, в первую очередь, фронтовую бомбардировочную авиацию, Англия и США сделали ставку в войне на тяжелые бомбардировщики. Это объясняется отсутствием у этих государств сухопутной границы с Германией или Японией. Понимая, что массовая высадка войск на территорию противника связана с колоссальными жертвами и большим риском, лидеры Англии и США наметили линию на разрушение экономики врага с помощью систематических массированных бомбардировок. «Истребительная авиация может защитить нас, но обеспечить победу может лишь бомбардировочная авиация. Следовательно, мы должны развивать именно тот вид авиации, который способен уничтожить промышленность Германии и научные учереждения, от которых зависит военный потенциал противника. Это вынудит его держаться на почтительном расстоянии от нашего острова. Никакого другого пути для ликвидации колоссальной военной мощи Германии в настоящее время нет», — заявил У. Черчилль в обращении к Военному министерству вдень первой годовщины войны [30, с. 163].
В соответствии с этим планом были приняты меры по ускорению перевооружения авиации на новые четырехмоторные бомбардировщики, способные нести втрое больше бомб, чем двухмоторные «Веллингтон», «Уитли» или «Хемпден». Таких машин было три: Шорт «Стирлинг», Хендли Пейдж «Галифакс» и Авро «Ланкастер».
Шорт «Стирлинг» (рис. 4.46) был первым из «трех богатырей» английских ВВС. Согласно тактико-техническим требованиям военных, разработанным еще в 1936 г., размах крыла не должен был превышать 100 фт (30,5 м) для того, чтобы самолет можно было размещать в стандартных ангарах ВВС. В результате удлинение крыла получилось сравнительно небольшим (6,7), что негативно сказалось на его летных характеристиках: дальность «Стерлинга» с максимальной бомбовой нагрузкой не превышала 1190 км, практический потолок был чуть выше 5000 м, большими оказались взлетная дистанция 11280 м, до набора высоты 15 м) и скорость срыва (172 км/ч). Огромный бомбоотсек длиной 15,85 м для придания фюзеляжу требуемой жесткости был разделен на три части вертикальными перегородками, поэтому максимальный диаметр загружаемых в него бомб составлял всего 60 см. Зато общий вес бомбовой нагрузки достигал 6350 кг. Двигатели Бристоль «Геркулес» мощностью по 1600 л.с. обеспечивали самолету скорость 420 км/ч. После сброса бомб «Стирлинг» мог продолжать полет на двух двигателях, что давало ему превосходство в живучести по сравнению с двухмоторными бомбардировщиками. Герметизация обшивки крыла позволяла самолету некоторое время держаться наплаву в случае вынужденной посадки на воду. В данном техническом решении фирма Шорт, по-видимому, опиралась на свой богатый опыт проектирования тяжелых «летающих лодок».
Бомбардировщики «Галифакс» и «Ланкастер» вначале были построены в двухдвигательном варианте, с Х-образными 24-цилиндровыми двигателями водяного охлаждения Роллс-Ройс «Валчер» с расчетной мощностью 1760 л.с. Фирма Авро даже выпустила серию таких самолетов под названием «Манчестер». Однако двигатели работали ненадежно и, к тому же, недодавали 250–300 л.с. Поэтому от них отказались в пользу четырех менее мощных, но зато хорошо отработанных моторов «Мерлин»; одновременно увеличили размах крыла. Вначале это было сделано на «Гатифаксе» (первый полет в четырехдвигательном варианте — 25 декабря 1939 г.). «Ланкастер» (рис. 4.47) впервые поднялся в воздух 9 января 1941 г.
Внешне оба самолета были весьма похожи. В соответствии с английской традицией они имели двухкилевое хвостовое оперение. Основные стойки шасси убирались в центральные мотогондолы, хвостовое колесо — в фюзеляж. Вооружение (8 пулеметов калибра 7,7 мм) и экипаж (7 человек) были также одинаковыми для обеих машин. Появившийся позднее «Ланкастер» отличался большим на метр размахом крыла и новым вариантом двигателей с увеличенной мощностью, что давало ему лучшие скорость и высоту, позволяло поднимать больше бомб.
«Стирлинг» начал поступать на вооружение в августе 1940 г., «Галифакс» — в сентябре того же года, «Ланкастер» — в начале 1942 г. К 1943 г. эти самолеты составляли уже 2/3 бомбардировочного авиапарка английских ВВС. Они принимали активное участие в массированных налетах на объекты Германии и подвластных ей территорий. Из-за сравнительно небольших скорости и высоты полета и наличия на борту только мелкокалиберных пулеметов они оказались легкой добычей для истребителей. Поэтому английские тяжелые бомбардировщики использовались, как правило, в темное время суток.
Самым распространенным из рассмотренных выше машин стал Авро «Ланкастер». Он оказался более живучим в бою: на один сбитый самолет приходилось 132 т сброшенных им бомб, тогда как для «Галифакса» этот параметр составлял 56 т, для «Стерлинга» — 41 т [10, с. 82]. Большим преимуществом «Ланкастера» был также его объемный бомбоотсек, позволявший брать 5,5-тонную бомбу, а в специальном варианте — бомбу весом 10 тонн, предназначенную для разрушения сверхмощных бетонных конструкций. Общий вес бомб, упавших на противника с борта «Ланкастера», равнялся 608612 т («Галифаксы» за время войны сбросили 227610 т бомб) [37, с. 66–67].
К концу войны «Ланкастеры» полностью вытеснили «Стерлинги» и «Галифаксы» из частей дальней бомбардировочной авиации. Последние были переведены в подразделения береговой авиации или использовались для транспортировки военных грузов и десантных войск. «Ланкастер» же простоял на вооружении до 1954 г.
Основу американской тяжелой бомбардировочной авиации составляли самолеты Боинг В-17 и Консолидейтед-Валти В-24. Двигатели этих машин были снабжены турбокомпрессорами фирмы «Дженерал Электрик», что позволяло самолетам иметь лучшие высотные и скоростные характеристики по сравнению с английскими тяжелыми бомбардировщиками (рис. 4.48). Другим достоинством В-17 и В-24 являлось наличие на борту крупнокалиберных пулеметов, обеспечивающих лучшую зашиту от истребителей.
Надо сказать, что вначале американское руководство не проявляло интереса к тяжелым бомбардировщикам. Хотя опытный В-17 поднялся в воздух еше в 1935 г., первый заказ на его производство поступил только 1938 г. Самолеты предназначались, в первую очередь, для дальнего перехвата морских целей, т. к. сухопутной границы с потенциальными противниками США не имели. Исходя из этого, заказы были очень небольшими, за первые три года построили чуть больше 120 машин [24, с.22]. Ситуация резко изменилась с вступлением США в войну — ежегодно на вооружение стали поступать тысячи тяжелых самолетов.
Боинг В-17 (рис. 4.49) или, как его еще называли, «Летающая крепость», оказался очень удачной машиной. Он выпускался на протяжении всей войны в больших количествах; последний, 12731-й самолет выкатили из ворот завода фирмы Боинг 29 июля 1945 г.[24, с. 22; 38, с. 16].
В течение всею этого времени В-17 непрерывно модифицировался. Вначале основные изменения были связаны с повышением мощности двигателя и улучшением аэродинамики самолета (модели А-С). К началу второй мировой войны В-17 являлся самым скоростным и самым высотным четырехмоторным бомбардировщиком в мире. Затем, потребованным военных, доработки сконцентрировали на усилении оборонительного вооружения и пассивной зашиты, повышении дальности и бомбовой нагрузки. Это привело к некоторому снижению скоростных качеств самолета (табл.4.12), но, тем не менее, он оставался среди лучших в своем классе и со временем стал символом американской тяжелой бомбардировочной авиации военных лет.
Самолет Консолидейтед-Валти В-24 «Либерейтор» (рис. 4.50) появился позднее, чем В-17 (первый полет — 29 декабря 1939 г.), и в его конструкции были воплощены новейшие достижения авиационной науки и техники. Шасси имело схему с носовым колесом, вместо посадочных щитков установили более эффективные закрылки. В связи с этим конструкторы пошли на полуторакратное увеличение нагрузки на крыло по сравнению с В-17. Увеличению подъемной силы и аэродинамического качества должны были способствовать специальный крыльевой профиль Davis и большое удлинение крыла (11,55). Расположение крыла сверху фюзеляжа облегчило компоновку бомбоотсека и позволило уменьшить клиренс между фюзеляжем и землей, что упрощало подвеску бомб.
Однако надежды, возлагаемые на новый бомбардировщик, оправдались не в полной мере. Высокое сопротивление фюзеляжа с расположенной впереди пулеметной башней, двухкилевое оперение и оказавшийся вполне заурядным профиль крыла привели к тому, что максимальное аэродинамическое качество В-24 (12,9) было не выше, чем у «Боинга» [13, с. 483–484]. При той же мощности двигателей и значительно большей нагрузке на крыло «Либерейтор», имея равные с В-17 дальность и грузоподъемность, уступал ему по скорости и потолку.
Кроме того, как показал опыт боевых действий, В-17 проявил себя как более живучая машина, способная возвращаться на базу с даже очень тяжелыми повреждениями. Выше оказалась и эффективность оборонительного огня: на 1000 боевых вылетов «крепостей» приходилось 23 сбитых ими истребителей, тогда как «Либерейтор» имел только 11 побед [38, с. 15]. Поэтому В-17 чаще применялся в Европе, а В-24 — на Тихом океане, где плотность ПВО была значительно меньше.
Основным достоинством В-24 была его высокая технологичность, позволявшая изготавливать самолеты на заводах неавиационного профиля. Так, автомобильная фирма Форд организовала производство фюзеляжей бомбардировщика. Всего за время войны построили 19031 «Либерейтор» [24, с. 22–23]. Это был самый массовый бомбардировщик в истории авиации.
До 1944 г. не существовало истребителей, способных сопровождать бомбардировщики на дальние расстояния. Поэтому английские тяжелые бомбардировщики применялись против Германии в ночное время, что, конечно, снижало точность бомбометания. Американское командование, положившись на лучшие высотно-скоростные качества своих тяжелых бомбардировщиков и их более мощное оборонительное вооружение, рискнуло действовать днем. Считалось, что «летающие крепости», ощетинившиеся крупнокалиберными пулеметами и действующие в сомкнутых боевых порядках, смогут защитить себя от самолетов противника и без истребительного прикрытия. Однако потери все же были очень велики и достигали 10 % и более от числа самолетов за вылет. Попытка создания специального «охранного бомбардировщика» на базе В-17, несущего взамен бомб дополнительное стрелковое вооружение (YB-40), не дала заметного результата, и только после появления на вооружении истребителей сопровождения «Тандербалт» и «Мустанг» с увеличенной емкостью топливных баков потерн пошли на убыль.
Вершиной в развитии тяжелых бомбардировщиков с поршневыми двигателями стал Боинг В-29 (рис. 4.51), созданный в 1942 г. под руководством болгарского эмигранта А. Джорданова. В отличие от В-24, В-29 был по-настоящему передовой в техническом отношении самолет. Новейшие двухрядные 18-цилиндровые двигатели Райт R-3350 с мощным турбонаддувом (каждый имел два турбокомпрессора) развивали мощность 2200 л.с. на высоте 9000 м. Это, наряду с превосходными аэродинамическими формами (Схо=0,0241, К=16,8), обеспечивало В-29 скорость до 575 км/ч, максимальную высоту полета 11 км и дальность 5310 км с 4100 кг бомб. Никакой другой бомбардировщик времен войны не имел подобных характеристик.
В конструкции В-29 присутствовало множество новинок. Жилые отсеки фюзеляжа были полностью герметизированы и имели обогрев, что обеспечивало экипажу комфортные условии на любых высотах.[41] Правда, по сравнению с описанным в предыдущей главе Боингом В-307 — первым пассажирским самолетом с герметичным фюзеляжем, герметизированы были только передняя кабина и хвостовой отсек стрелка, соединенные проходом в виде длинной трубы диаметром немногим более метра. Это было сделано дли упрощения производства, а также снижаю опасность разгерметизации при обстреле.
Благодаря герметичным кабинам В-29 мог действовать с высот, делающих его недоступным не только для зенитной артиллерии, но и для большинства типов вражеских истребителей.
Другим перспективным новшеством явилось отсутствие выступающей пилотской кабины. Оба пилота и штурман-бомбардир располагались под застекленным обтекателем носовой части фюзеляжа в одной просторной кабине. Благодари этому фюзеляж приобрел более обтекаемые формы.
Необходимо отметить также дистанционно управляемые пулеметные башни на фюзеляже (по две сверху и снизу). Наводка пулеметов на цель осуществлялась с помощью расположенных отдельно прицельных установок, закрытых прозрачными колпаками. Так как стрелок не должен был теперь находиться внутри башенной установки, размеры последних стали значительно меньше.
Шасси с носовой опорой и щелевые закрылки Фаулера обеспечивали самолету приемлемые взлетно-посадочные характеристики, скорость срыва составляла 169 км/ч — меньше, чем у значительно более легкого Мартин В-26 [13, с. 484].
Совершенство конструкции было достигнуто ее высокой стоимостью: В-29 стоил 894 тыс. долларов — почти в 4 раза дороже, чем В-17 [1, с. 496]. Однако преимущество в боевой эффективности было налицо, и в 1943 г. США начали выпуск новых бомбардировщиков. К моменту капитуляции Японии заводы фирм Боинг, Белл и Мартин построили свыше 3 тысяч В-29. Учитывая очень большую дальность самолета, военные применяли его на Тихоокеанском фронте. Производство В-29 продолжалась и после войны — до лета 1946 г.
Вооруженные силы СССР, Германии, Италии и Японии не располагали современными четырехмоторными бомбардировщиками (79 Пе-8 и несколько десятков итальянских Пьяджо Р-108, а также малоудачные переделки немецких пассажирских самолетов FW-200 и Ju-90 — не в счет). Немецкая военная доктрина рассматривала бомбардировщик, прежде всего, как самолет для поддержки наземных войск во время «блицкрига», и в ней не нашлось места для стратегической бомбардировочной авиации. СССР, старательно изучавший опыт Германии, также утратил перед войной интерес к тяжелым бомбардировщикам, и Пе-8 производился в символических количествах: 20–30 машин в год. Италия вышла из войны в 1943 г., так и не успев наладить масштабный выпуск Р-108 — четырехмоторного самолета, совершившего первый полет в 1939 г. и способного доставлять 3500 кг бомб на расстояние 3520 км и развивать максимальную скорость 420 км/ч. Основу итальянской бомбардировочной авиации составляли самолеты SM-79 — безнадежно устаревшей трехмоторной схемы.
К семейству тяжелых бомбардировщиков следует отнести также немецкий Хейнкель Не-177. Хотя эта машина и не сыграла заметной роли во второй мировой войне, она имела весьма необычную конструкцию и требует более подробного рассказа.
Первый полет Не-177 состоялся в ноябре 1939 г. Формально это был двухмоторный самолет, но по существу на нем стояли четыре двигателя — по два сдвоенных DB-60I на каждом крыле с приводом на общий пропеллер. Такая компоновка уменьшала аэродинамическое сопротивление самолета и поперечный момент инерции, но, как будет отмечено чуть ниже, в целом оказалась неудачной и послужила причиной многочисленных аварий.
Другими техническими особенностями Не-177 были обтекаемый фюзеляж с застекленной носовой частью, в которой бок о бок располагались креста пилота и штурмана-бомбардира [42], сдвоенные главные опоры шасси и дистанционно управляемая пулеметная турель на фюзеляже с гидравлическим приводом.
Первое время работы по Не-177 шли вяло, т. к. многие из руководителей Люфтваффе (в частности, сам Г. Геринг) считали его ненужным. Однако, когда стало ясно, что война приобретает затяжной характер, немцы стали испытывать острую нужду в тяжелом бомбардировщике, способном «достать» советские заводы на Урале и объекты на Западном побережье Англии. Хейнкелю было приказано ускорить начато производства Не-177.
Испытания продемонстрировали неплохие летные характеристики самолета. Он мог поднимать до 6 тонн бомб и имел максимальную скорость 510 км/ч. Правда, «спаренная» силовая установка работала ненадежно и из-за ее перегрева и других неполадок часто случались пожары, но военные торопили Хейнкеля, и недоведенныи самолет в 1942 г. был принят на вооружение.
Хотя в общей сложности построили более тысячи Не-177 [3. с. А20], как боевая машина он так и не состоялся, т. к. из-за многочисленных аварий боеспособность частей, укомплектованных Не-177, оказалась очень низкой. Например, когда одна из таких частей в конце 1942 г. приступила к бомбовым ударам в районе Сталинграда, то смогла совершить только 13 вылетов, потеряв при этом 7 самолетов, которые сгорели в воздухе без всякого участия противника [23].
За время войны максимальная скорость полета бомбардировщиков увеличилась в среднем на 70-100 км/ч, параметр дальность/бомбовая нагрузка — в два раза, практический потолок изменился мало. Как и в случае с истребителями, улучшение характеристик достигалось, в основном, установкой более мощных двигателей и почти полуторакратным увеличением нагрузки на крыло (табл. 4.13).
Так же как на истребителях, на бомбардировщиках применяли двигатели двух типов — жидкостного и воздушного охлаждения, причем первый тип был более характерен для европейских конструкций, на американских и японских самолетах стояли звездообразные двигатели с воздушным охлаждением. Рост мощности обеспечивался, в основном, путем увеличения числа цилиндров (табл. 4.14). В ряде случаев этого достигали простым соединением двух двигателей в один. как. например, на самолете Не-177.
В Германии и СССР на бомбардировщики иногда ставили дизельные моторы. Как известно, такие двигатели тяжелее обычных, но зато имеют меньший расход топлива, что и делало их привлекательными для бомбардировшиков большой дальности, где экономия топлива компенсировала больший вес силовой установки. Кроме того, дизельное топливо было менее горючим, чем обычный бензин, что способствовало лучшей боевой живучести самолетов, было дешевле и проще в производстве.
Советские авиадизели М-40Ф мощностью 1500 л.с. и М-30 (АЧ-30) мощностью 1250 л.с. применялись на четырехмоторных Пе-8 и двухмоторных дальних бомбардировщиках Ер-2, выпущенных в небольших количествах. Основными немецкими самолетными дизелями были Юнкерс Jumo-205 и Jumo-207, мощностью соответственно 600 и 1000 л.с. Их особенность заключалась в том, что на каждый из 6 цилиндров приходилось по 2 поршня, движущихся в противоположных направлениях. Эти дизельмоторы устанавливались, в частности, на бомбардировщике Ju-86, переделанном затем в высотный разведчик, и на тяжелых «летающих лодках» конструкции Дорнье и фирмы Блом и Фосс. В 1943 г. фирма Юнкере начала работу по сверхмощному дизелю Jumo-224, представлявшего собой 4 соединенных вместе двигателя Jumo-207. Он должен был иметь рекордно большую взлетную мощность — 4500 л.с. [40, с. 164]. К моменту окончанием войны этот проект так и остался незавершенным.
В целом, дизели применялись мало, а к концу войны совсем вышли из употребления, т. к. были трудны при запуске, особенно при низких температурах, не всегда обеспечивали устойчивую работу двигателя на малых оборотах, часто самопроизвольно останавливались в полете. Так, во время налета «дизельных» Пе-8 на Берлин в ночь на 11 августа 1941 г., большая часть потерь произошла по причине ненадежной работы двигателей.
Аэродинамическое совершенство тяжелых самолетов за годы войны почти не изменилось. Это объясняется тем, что усилия конструкторов по улучшению внешних форм бомбардировщиков сводились на нет увеличением числа стрелковых установок, являвшихся источником дополнительного сопротивления.
Основными конструктивными новшествами были применение шасси с новой опорой (впервые — на американских бомбардировщиках) и появление кабин нового типа, вписывающихся в обводы фюзеляжа (вначале — на Не-111 и Не-177, затем — на В-29). Увеличение нагрузки на крыло заставило окончательно отказаться от посадочных щитков в пользу щелевых закрылков или выдвижных закрылков Фау- лера. Все это нашло широкое применение в послевоенном самолетостроении. Можно, однако, утверждать, что, в целом, конструкция бомбардировщика не претерпела за время войны качественных изменений.
Наибольший прогресс произошел в области вооружения самолетов-бомбардировщиков.
Основными тенденциями в развитии стрелкового вооружения были увеличение калибра стволов и усовершенствование конструкции стрелковых турелей.
До войны бомбардировщики снабжались пулеметами калибра 7,6–7,9 мм. Англичане сохранили этот калибр на большинстве своих бомбардировщиков до конца войны. В США, сделавших ставку на развитие дневных бомбардировщиков, способных самостоятельно обороняться от истребителей, к 1941 г. пулеметы винтовочного калибра заменили на крупнокалиберные (12,7 мм). Одновременно усилили бронирование (последние модели В-17 несли до 1000 кг брони!), членам экипажа выдали пуленепробиваемые жилеты. Немцы противопоставили этому новые истребители с пушечным и ракетным вооружением, и американские «летающие крепости», несмотря на мощную оборону, нести большие потери. Советские, немецкие и японские бомбардировщики имели обычно комбинированное пулеметно-пушечное вооружение. Как следует из таблицы 4.13, суммарный калибр оборонительного вооружения вырос за годы войны в два раза.
Американские конструкторы широко применяли на своих бомбардировщиках закрытые стрелковые установки башенного типа. Они представляли собой выступающий из фюзеляжа вращающийся прозрачный обтекатель, который закрывал сдвоенную пулеметную установку и голову и плечи стрелка. Такое устройство облегчало условия работы пулеметчика, уменьшало аэродинамическое сопротивление по сравнению со стрелковыми установками открытого типа.
Вначале стрелок сам должен был поворачивать башню при прицеливании. Однако по мере увеличения скорости полета это требовало все больших физических усилий, поэтому на бомбардировщиках стали применять стрелковые башни с гидравлическим или электрическим приводом. Одна из таких пулеметных установок, Бендикс А7В, показана на рисунке 4. 52.
Следующим шагом в развитии стрелкового вооружения бомбардировщиков явилось создание дистанционно управляемых турелей. В этом случае стрелок мог из кабины или из специальной прицельной станции, представлявшей собой блистер с расположенным там прицелом, осуществлять наводку и вести огонь из одной или нескольких турелей. Так как человек не должен был теперь находиться внутри башни, ее смогли сделать меньше, и она почти не выступала из фюзеляжа.
Обычно появление дистанционно управляемых стрелковых турелей связывают с самолетом В-29. Но на самом деле первыми такое устройство применили немцы в 1939 г. на Ме- 210 и Не-177, итальянцы на четырехмоторном Пьяджо Р-108 и советские конструкторы на опытном высотном истребителе «100» (на серийном Пе-2 от этого отказались) [8, с. 23; 23; 27, с. 722]. Немцам и итальянцам не удалось добиться надежной работы дистанционно управляемого оружия на серийных машинах: гидравлике не хватало мощности для точного перемещения стволов в плотном потоке воздуха и, в результате, пулеметы наводились не на ту точку, на которую был настроен прицел. Американские инженеры сумели решить данную проблему. Подтверждением этому стал успех технической новинки на бомбардировщике В-29.
Что касается авиационных бомб, то до 1945 г. их развитие шло, главным образом, по пути увеличения калибра. К началу войны вес самых крупных бомб не превышал 1000 кг. Но в ходе боевых действий выяснилось, что для некоторых специальных целей, таких как крупные бронированные корабли, толстостенные бетонные укрепления, требуются бомбы большего калибра. В 1943 г. в СССР на вооружении появилась 5-тонная фугасная бомба ФАБ-5000, которую мог поднимать только четырехмоторный Пе-8. Англичане создали 10-тонную бомбу. Она была так велика, что не умещалась полностью даже а 10-метровом бомбоотсеке самолета «Ланкастер».
В США для борьбы с подводными лодками сконструировали 2000-кг глубинную бомбу с ракетным двигателем, служащим для се дополнительного разгона перед погружением в воду. Специально для действий по городам под руководством английского инженера Б.Уаллиса изготовили бомбы упрошенной цилиндрической формы, стабилизация траектории падения которых происходила за счет быстрого вращения бомбы вокруг своей продольной оси[37, с. 108–114].
Подлинной революцией в развитии авиационного вооружения явилось создание в США атомной бомбы. История создания и первого (хотелось бы верить, что и последнего) боевого применения этого сверхмощного оружия много раз описана в литературе [41 и др.]. Следует, однако, отметить тот факт, что бомбы, сброшенные с В-29 на Хиросиму и Нагасаки, имели принципиально разную конструкцию, и поэтому их применение следует расценивать не только как боевую операцию, направленную на скорейшее завершение войны с Японией, но и как продолжение испытании ядерного оружия.
За годы второй мировой войны значительно усовершенствовались методы наведения бомбардировщиков на цель и конструкции бомбардировочных прицелов. Этому способствовали достижения в области радиотехники и электроники.
Для наведения своих самолетов во время ночных налетов на Англию немцы н 1940 г. применили радионавигационную систему, получившую обозначение «Книекебейн». Принцип ее действия заключался в следующем: летчик вел свой самолет по радиопеленгу от наземного радиомаяка до тех пор, пока его не пересекал другой радиопеленг; когда радиопеленги пересекались, в наушниках появлялся сигнал другого тона, и в этот момент штурман по команде летчика сбрасывал бомбы. Точность бомбометания с использованием этой системы составляла примерно 1 милю, что было достаточно для бомбардировок крупных городов.
Осенью того же года Люфтваффе применили более совершенную систему радионаведения бомбардировщиков с использованием нескольких пересекающихся радиопеленгов («X-Gcrat»), причем бомбы сбрасывались автоматически, по радиосигналу. Величина максимального отклонения от цели в этом случае равнялась 360 м [30, с. 142.149; 37, с. 106].
Недостатком используемых немцами методов наведения была их высокая чувствительность к искусственно создаваемым радиопомехам и ограниченный радиус действия. Поэтому, когда англичане перешли к ответным действиям, они сделали ставку на разработку бортового радиолокационного бомбардировочного прицела. Он был создан в 1943 г. на основе стрелкового радиолокационного прицела A-I и получил обозначение H2S. Его применение сделало возможным бомбометание не только ночью, но и днем, в условиях сплошной облачности. Правда, для идентификации нужного объекта на экране бортовой РЛС требовалась очень высокая квалификация, поэтому точность бомбометания была не очень высокой.
Для атак близлежащих целей использовалась система «Гобой», по принципу действия напоминавшая немецкие радионавигационные системы. Дальность ее действия была ограничена 560 км от месторасположения наземных станций, зато ошибка в бомбометании не превышала 200 м [37, с. 107].
Самым совершенным бомбардировочным прицелом для визуальной наводки был американский «Норден», устанавливаемый на В-17 и других тяжелых бомбардировщиках ВВС США. Его особенность состояла в том. что прицел был объединен со специальным автопилотом, управляющим самолетом во время подхода к цели. Задача бомбардира заключалась в нацеливании оптического визира на гироскопической платформе на нужный объект и передаче дальнейших действий автомату. Тот отслеживал отклонения курса от расчетного, корректировал их с помощью рулей самолета и в нужный момент осуществлял сброс бомб. Затем управление вновь переходило в руки пилота. Введение «Нор- дена» в состав бортового оборудования настолько повысило точность бомбометания, что, по существу, сделало ненужным использование пикирующих бомбардировщиков.
Разновидностью бомб можно считать крылатые снаряды класса «воздух-земля». Наибольшую активность в этой области проявила Германия, рассчитывая таким образом компенсировать отсутствие у себя тяжелых бомбардировщиков. В 1943 г. по инициативе Немецкого института по исследованию планерных полетов (DFS) начались испытания комбинированного летательного аппарата, состоящего из планера бомбардировщика Ju-88A-4 и установленного у него «на спине» истребителя Bf.109F. Эта комбинация, получившая обозначение «Мистель», по принципу действия напоминала описанный ранее английский «составной» самолет Шорт-Майо «Композит». Однако в немецкой «сцепке» нижняя машина являлась беспилотной и представляла собой мощную крылатую бомбу, начиненную 1725 кг взрывчатки. Спереди устанавливался стальной «рог» весом почти 2 тонны, предназначавшийся для разрушения бетонных укреплений (рис. 4.53). Во время полета к цели оба самолета питались горючим из баков «Юнкерса», управление осуществлялось синхронным отклонением рулей из кабины верхнего самолета. Нацелив самолет-снаряд на цель, который далее летел по автопилоту, пилот истребителя отсоединял свой самолет и возвращался на базу. При использовании подвесных топливных баков дальность полета «Мистеля» составляла 2000 км.
Боевое применение «Мистелей» началось летом 1944 г., главным образом против кораблей англо-американских войск. Его эффективность оказалась невысокой, т. к. медленно летящие (Умакс=380 км/ч) и неспособные к маневрированию составные самолеты обычно сбивались истребителями до подхода к цели. Попытки использовать в «сцепке» самолеты с более мощными двигателями (Ju-88G-1 + FW-190A-6; Ju-88G10 + FW-190A-8) не изменили ситуацию.
Более перспективным направлением было создание немцами радиоуправляемых бомб и снарядов, таких как бронебойная бомба Fritz-X и противокорабельная крылатая ракета Хеншиль Hs-293. Они поступили на вооружение в августе 1943 г. и запускались с борта специально оборудованных бомбардировщиков Do-217.
В самом конце войны немецкие инженеры усовершенствовали способ наведения, заменив радиосигналы телевизионной системой управления. Телекамера крепилась на снаряде, а в кабине самолета устанавливали небольшой телевизионный экран, на котором оператор мог видеть траекторию приближения к цели и, при необходимости, корректировать ее. Была ли применена эта система в боевых условиях, неизвестно.
Япония, потерявшая к концу войны свою боевую мощь, также пыталась исправить положение с помощью сбрасываемых с бомбардировщиков управляемых крылатых снарядов. Не имея надежных средств дистанционного наведения, японское руководство решило сделать ставку на фанатизм сторонников императора и использовать вместо автомата наведения добровольцев-«смертников» (в Японии их называли «камикадзе»). Для самоубийственных атак американских кораблей с воздуха был создан самолет-снаряд MXY-7 «Ока» с твердотопливными ракетными двигателями. Внешне он напоминал торпеду с небольшим по размаху крылом и двухкилевым хвостовым оперением (рис. 4.54). Сзади размещались три пороховые ракеты с продолжительностью горения 8-10 секунд, в носовой части фюзеляжа — 1200 кг взрывчатого вещества. Так как аппарат был «одноразовый», шасси не предусматривалось. После отделения от самолета-носителя (обычно им был бомбардировщик Мицубиси G4M) пилот- «смертник» должен был спланировать к цели, включить ракетные двигатели и с большой скорость врезаться в нее.
С сентября 1944 г. по март 1945 г. японские заводы построили 755 «живых» воздушных торпед [39, с. 88]. Весной 1945 г. они применялись в боях за остров Окинава, но из-за ограниченных возможностей маневра при пикировании с околозвуковой скоростью «камикадзе» крайне редко удавалось поразить цель.
Подводя итоги раздела, можно сделать вывод, что наибольший вклад в развитие тяжелых бомбардировщиков принадлежит США, а самые удачные двухмоторные «фронтовые» бомбардировщики были созданы в годы войны в СССР (Ту-2) и в Англии («Москито»). Если говорить о бомбардировочном приборном оборудовании, то в этой области к концу войны лидировали английские и американские специалисты. Немецким инженерам принадлежит первенство в развитии управляемых бомб и крылатых ракет.
Истребители и бомбардировщики были основными, но не единственными типами самолетов, применявшихся во второй мировой войне. В военных операциях участвовали также самолеты-разведчики, штурмовики, транспортные, противолодочные, связные самолеты. В подавляющем большинстве они представляли собой модификации серийных истребителей, бомбардировщиков и пассажирских машин.
В качестве тактических разведчиков обычно применяли соответствующим образом оборудованные одномоторные истребители Як-9, Bf. 109, «Спитфайр», «Мустанг» В связи с тем, что разведывательный полет в одиночку над вражеской территорией был очень рискованным заданием, отбирались наиболее скоростные образцы самолетов. За счет облегчения вооружения самолет дооборудовался фотоаппаратурой, устанавливались топливные баки увеличенной емкости. Для полетов на большую дальность использовались двухмоторные скоростные самолеты: американский Р-38, английский «Москито», советские Пе-2 и Ту-2, немецкие Ме-110 и Ju-88. японский Накадзима J1N1 и др. Задачи стратегической разведки выполняли на многомоторных самолетах, прототипами которых, как правило, являлись пассажирские машины конца 30-х годов: немецкий четырехмоторный FW-200. двухмоторные Докхид «Электра» (США) и Капрони Са-309 (Италия). Самым тяжелым из самолетов-разведчиков был Консолидейтед «Прайватер», созданный в конце войны на основе бомбардировщика В-24 для действий над просторами Тихого океана.
Многие из дальних разведчиков применялись также для поиска и уничтожения судов и подводных лодок. К этой группе самолетов относятся и тяжелые «летающие лодки», такие как довоенные Шорт «Сандерленд» (Англия), Каваниши Н6К (Япония), Кант Z-501 (Италия), Консолидейтед «Каталина» (США). Так как их скорость была невелика, они могли успешно действовать только в свободном от вражеских истребителей небе.
Среди немногочисленных самолетов, созданных во время войны специально для целей разведки, наибольшей оригинальностью конструкции отличались немецкие Фокке-Вульф FW-189 и Блом и Фосс Bv-141. Их компоновка полностью подчинялась задаче достижения наилучшего обзора из кабины.
Двухмоторный FW-189 был спроектирован К. Танком для замены устаревших тактических разведчиков Хейнкель Не-46 и Хеншель Hs-126 — подкосных монопланов схемы «парасоль» с открытой кабиной. В отличие от них он имел свободнонесушее крыло и закрытую кабину. Для получения идеального обзора Танк остановил выбор на двухбалочной схеме, а фюзеляж выполнил в форме короткой гондолы с полностью остекленной носовой частью (рис. 4.55). Этот трехместный самолет с двигателями «Аргус» мощностью по 415 л.с., начал поступать на вооружение в конце 1940 г. и первое время вполне успешно применялся на Восточном фронте и в Северной Африке. У. Грин (23 J дает высокую оценку самолету: «Боевая эффективность FW-189A превзошла все ожидания. Самолет мог выполнять задачи в самых неблагоприятных боевых условиях и часто возвращался на базу с тяжелейшими повреждениями. Он оказался достаточно маневренным, чтобы уклоняться практически от всех атак истребителей, особенно при хорошей координации в работе экипажа, а его оборонительное вооружение было достаточным, чтобы держать противника на расстоянии».
На мой взгляд, английский историк несколько преувеличил достоинства FW-189 как боевой машины. Какой бы живучестью и маневренностью он ни обладал, эти качества не могли компенсировать низкие летные характеристики самолета (Vмакс=347 км/ч. Hпр=7300 м), особенно после появления истребителей с пушечным вооружением. Судьба FW-I89 сродни судьбе Ju- 87: эти самолеты были превосходны в условиях господства немецкой авиации в воздухе, но когда ситуация изменилась, они быстро сошли со сцены. Не случайно, что серийный выпуск FW-189 закончился уже в 1943 г.
Еще более необычную схему имел разведчик Bv-141. Посте экспериментального бомбардировщика Гота G-6 эпохи первой мировой войны это был второй в истории авиации ассиметричный самолет. Гондола, напоминающая фюзеляж FW-189. размещалась не по оси симметрии, а сбоку, параллельно балке, несущей хвостовое оперение и двигатель с тянущим пропеллером (рис. 4.56). В процессе летных испытаниях BW-14I продемонстрировал лучшие, чем у FW-189, высотно-скоростные характеристики, однако военные не рискнули выдать заказ на столь экстравагантный самолет.
В годы войны авиация широко использовалась для поддержки наземных войск. Для этих целей широко применялись истребители, в первую очередь с хорошей бронезащитой и мощным вооружением, такие как FW-190 в Германии, «Тайфун» и «Темпест» в Англии, «Мустанг»(вариант А-36, с воздушными тормозами для вывода самолета из пикирования и пилонами для подвески бомб под крылом) и «Тандерболт» в США. Самолеты атаковали с малых высот, на большой скорости, делая ставку на внезапность штурмового удара.
В Советском Союзе для атак наземных целей иногда выпускали специальные варианты истребителей, оборудуя их под бомбардировщики. Так. на самолете Як-9Б сделали внутренний бомбоотсек за кабиной пилота. В нем можно было разместить 4 фугасные бомбы ФАБ-100 или 4 кассеты с небольшими кумулятивными противотанковыми бомбами ПТАБ, по 32 бомбы в каждой кассете. При установке крупнокалиберного пушечного вооружения на истребитель самолет мог быть использован для борьбы с бронированными наземными целями. Бронебойный снаряд 37-мм пушки самолета Як-9Т пробивал обшивку немецких танков толщиной 30 мм с расстояния 500 м [21, с. 117]. Существовал также вариант Як-9К с 45-мм пушкой.
Нередко для штурмовых действий привлекали легкие бомбардировщики. В Германии это был, прежде всего, пикирующий бомбардировщик Ju-87, причем в 1943 г. фирма выпустила специальный «противотанковый» вариант Ju-87G, вооруженный двумя 37-мм пушками. Американцы использовали в качестве штурмовиков двухмоторные Дуглас А-20 и А-26, представлявшие собой разновидность описанных выше бомбардировщиков; переделка заключалась в замене прозрачной кабины штурмана- бомбардира в носовой части фюзеляжа батареей из 6-12 пулеметов или нескольких 20-мм пушек. Из-за отсутствия полноценной бронезащиты эти самолеты требовали надежного истребительного прикрытия.
Единственным массовым специализированным самолетом-штурмовиком военных лет был советский Ил-2 (рис. 4.57). В 1941–1945 гг. наша промышленность выпустила более 36 тысяч этих машин. По объему выпуска этот самолет не имел равных.
Разработка самолета началась еще до войны по личной инициативе С.В. Ильюшина. В начале 1938 г. конструктор обратился с письмом в правительство, в котором писал:
«При современной глубине обороны и организованности войск, огромной мощности их огня (который будет направлен на штурмовую авиацию) штурмовая авиация будет нести очень крупные потери.
Наши типы штурмовиков, как строящихся в серии — ВУЛТИ[43], ХАИ-5 (констр. Неман), так и опытные — „Иванов“ (констр. Сухой) и „Иванов“(констр. Неман)[44] имеют большую уязвимость, так как ни одна жизненная часть этих самолетов: экипаж, мотор, маслосистема и бензосистема — не защищены. Это может в сильной степени понизить наступательные способности нашей штурмовой авиации. Поэтому сегодня назрела необходимость создания бронированного штурмовика или, иначе говоря — летающего танка, у которого все жизненные части забронированы» (цит. по [42, с. 92]).
Сложность поставленной задачи усугублялась отсутствием в СССР двигателей воздушного охлаждения, мощность которых дала бы тяжелому самолету приемлемые летные характеристики. Поэтому Ильюшин был вынужден разрабатывать штурмовик под мотор водяного охлаждения АМ-35 — самый мощный из освоенных отечественной авиапромышленностью. А это означало необходимость дополнительной защиты для системы охлаждения двигателя от пуль и осколков.
Чтобы по возможности снизить вес конструкции, Ильюшин отказался от навесной брони, как это делали раньше, а спроектировал бронекоробку, защищающую экипаж и силовую установку таким образом, чтобы она воспринимала нагрузки от двигателя и подъемной силы крыла. В результате бронированная передняя часть фюзеляжа длиной около 5,5 м заменила собой обычную конструкцию. Изготавливалась она из штампованных бронелистов двойной кривизны, придававших фюзеляжу обтекаемые формы (учитывая, что толщина брони составляла от 4 до 8 мм, становится понятной сложность возникавших при этом технологических проблем). Кроме аэродинамических преимуществ, обтекаемость бронекорпуса вызывала рикошетирование ударявших в него пуль и снарядов, что делало самолет более живучим. Общий вес бронезащиты составлял около 700 кг.
После замены АМ-35, оптимизированного на работу на высоте 4500 м, на АМ-38, имевший большую мощность у земли, самолет приняли к серийному производству. Он имел максимальную скорость 416 км/ч (в одноместном варианте, выпускавшимся до 1942 г. включительно — около 450 км/ч). Стандартный набор вооружения двухместного варианта представлял собой две пушки калибра 20 или 23 мм (иногда — 37 мм), два 7,62-мм пулемета на крыльях, один 12,7-мм пулемет в задней кабине, 400 кг бомб во внутренних отсеках в центроплане и 4–8 неуправляемых ракетных снаряда калибра 82 или 132 мм под крыльями.
Боевое применение Ил-2 началось в чрезвычайно сложных условиях, когда в небе господствовали немецкие самолеты. Но благодаря сильной бронезащите самолет «выжил», показал себя весьма эффективным в борьба с бронетехникой и живой силой. Действуя с малых высот, самолет успешно поражал малоразмерные цели. Например, при сбросе с высоты 75-100 м 192 мелкокалиберных кумулятивных бомб, пробивавших броню толщиной 60–70 мм, штурмовик поражал практически все танки на площади 15x75 м |8, с. 133 |. К началу 1944 г. Ил-2 составляли около 30 % от общего числа советских боевых самолетов [42, с. 115]. Это был самый распространенный самолет ВВС СССР.
В конце войны на смену Ил-2 пришел Ил-10. Этот самолет проектировался С. В. Ильюшиным как скоростной и высокоманевренный двухместный штурмовик, способный не только атаковать наземные цели, но и вести активный воздушный бой с истребителями противника. При той же общей конструктивно-силовой схеме и сохранении надежной бронезащиты он, благодаря более мощному двигателю, улучшенной аэродинамике и уменьшенной площади крыла мог развивать на высоте 3000 м скорость до 550 км/ч. Появившись в частях во второй половине 1944 г., Ил-10 простоял на вооружении советской штурмовой авиации до начала 60-х годов.
В Германии в годы войны также выпускали бронированный штурмовик — Хеншель Hs-129. Его проектирование началось в 1937 г., а первый полет этот одноместный самолет осуществил весной 1939 г. — на несколько месяцев раньше, чем Ил-2.
Однако на вооружении он появился только в 1942 г., когда посте поражения своих войск под Москвой Германия осознала необходимость в таком самолете.
На первый взгляд, Hs-129 (рис. 4.58) должен был оказаться еще более «живучим», чем Ил-2. Он имел не один, а два двигателя, причем с воздушным охлаждением. Вопреки встречающимся утверждениям о недостаточной бронезащите этой машины [8, с. 138], Hs-129 не уступал по толщине брони советскому самолету: передняя часть фюзеляжа, образующая кабину пилота, была защищена спереди и снизу 12-мм бронеплитами, по бокам — 6-мм; мотогондолы имели 5-мм броню[45]. По мощи стрелкового вооружения Hs-129 не уступал Ил-2 (1x30 мм, 2x20 мм, 2x7,9 мм, все стволы — для стрельбы вперед). Бомбы, общим весом до 350 кг, подвешивались под центропланом. Для лучшей устойчивости на боевом курсе на самолете имелся демпфер рысканья.
Это был первый случай применения системы автоматического улучшения устойчивости на самолете [43, с. 157–158]. Тем не менее, самолет «не сделал карьеры»: после производства 841 Hs-129 их выпуск прекратили. Основными недостатками немецкого штурмовика были низкая надежность стоявших на нем двигателей Гном-Рон 14М французского производства, полное отсутствие обзора назад из кабины и беззащитность от атак сзади. Да и по скорости на малых высотах Hs-129 уступал Ил-2, не говоря уже об Ил-10 (рис. 4.59).
Основу военно-транспортной авиации в годы войны составляли довоенные пассажирские самолеты: в Германии и Италии — трехмоторные Юнкере Ju-52/Зm и Савойя-Маркетти SM.75, в странах антигитлеровской коалиции — двухмоторные Дуглас DC-3 и четырехмоторные Дуглас DC-4, выпускавшиеся под обозначениями соответственно С-47 и С-54. Бесспорным лидером среди этого класса самолетов был С-47, построенный в количестве 10 тысяч экземпляров.
Среди транспортных машин, созданных в ходе войны, достойны упоминания два самолета — немецкий Ме-323 и американский Локхид С-69.
Мессершмитт Ме-323 (рис. 4.60) был самым большим из построенных в годы войны самолетов. Необычность облика этой машины вызвана тем, что ее прототипом являлся тяжелый транспортный планер Ме-321, построенный для намечавшегося в 1941 г. вторжения в Англию. В отличие от других транспортных планеров Ме-321 должен был перевозить не только солдат-десантников, но и тяжелую технику, включая танки. Этим и объясняются гигантские размеры летательного аппарата.
После отмены планов высадки в Англии немецкие военные решили переделать планер в тяжелый военно-транспортный самолет. На крыле установили 6 двигателей Гном-Рон-14N со взлетной мощностью по 1140 л.с., вместо отделяемой тележки для взлета и посадочной лыжи самолет снабдили 10-колесным шасси, позволяющим действовать с небетонированных взлетно-посадочных полос. Взлетный вес Ме-323 составил 43600 кг, размах крыла — 55 м, площадь крыла — 300 м².
Так как самолет представлял собой моторизованный вариант планера, он отличался весьма простой и недорогой конструкцией. Каркас фюзеляжа и крыла был сварен из стальных труб, хвостовое оперение — деревянное, обшивка — полотно. Трудоемкость изготовления самолета равнялась всего 12000 человеко-часов, т. е. меньше, чем для двухмоторного Пе-2 [23; 8, с. 226].
Удачной технической находкой оказался новый способ загрузки и разгрузки: через передний люк. Для этого носовую часть фюзеляжа изготовили в виде двухстворчатой поверхности, которая могла раскрываться в стороны как две половинки скорлупы ореха. После войны этот способ применялся на многих тяжелых транспортных самолетах.
Первый полет на Ме-323 выполнили весной 1942 г., а уже осенью его задействовали в военно-транспортных операциях. Самолет мог нести тяжелую боевую технику, либо 120 солдат, либо 60 раненых плюс медицинский персонал на расстояние 1000 км. В связи с тихоходностью воздушного гиганта (его максимальная скорость только немного превышала 200 км/ч) каждый Ме-323 предписывалось охранять не менее, чем тремя истребителями. Тем не менее, почти все из 198 построенных Ме-323 были уничтожены к концу войны от атак самолетов противника.
Принципиально иной тип самолета представлял собой американский Локхид «Констслейшн» (рис. 4.61). Этот обтекаемый изящный самолет начали проектировать еще до войны по заказу американской авиакомпании TWA. Он создавался как пассажирский самолет, но в связи с началом войны с Японией был перепрофилирован в военно-транспортный п получил обозначение С-69. В его конструкции заметен отпечаток первого скоростного пассажирского самолета Локхид «Электра», но, вместе с тем, самолет впитал в себя новейшие достижения научно-технического прогресса. Новый Локхид имел 4 звездообразных двигателя Райт R-3350-35, создающих на взлете мощность по 2200 л.с., удлиненный фюзеляж, позволявший брать на борт более 60 человек, шасси с носовой опорой, бустерную систему управления гидравлического типа, термическую антиобледенительную систему, винты изменяемого шага, способные создавать реверс тяги для уменьшения длины пробега. При взлетном весе 32700 кг он развивал скорость свыше 500 км/ч и имел дальность около 4000 км.
Самолет совершил первый полет в январе 1943 г. и поступил на вооружение в 1944 г. Так как война вскоре завершилась. С-69 построили немного — 22 экземпляра. Основная карьера «Констелейшена» началась уже после войны, в качестве самого совершенного пассажирского самолета, «флагмана» американской гражданской авиации.
По сравнению с истребителями или бомбардировщиками специализированных типов самолетов-разведчиков, штурмовиков и транспортных летательных аппаратов за годы войны было создано очень немного. Поэтому невозможно выявить какие-либо общие тенденции в их развитии. Из всех перечисленных в данном разделе самолетов-штурмовиков к наиболее передовым с технической точки зрения следует отнести советские Ил-2 и Ил-10, а среди транспортных — американской Локхид С-69.
За первые четыре года войны максимальная скорость серийных самолетов возросла, в среднем, на 100 км/ч: с 500–550 км/ч до 600–650 км/ч Для этого мощность двигателей потребовалось увеличить примерно в два раза: с 1000 до 2000 л.с. (цифры даны для истребителей). Одновременно сильно возрос вес не только силовой установки. но и всего самолета.
Дальнейший рост скорости оказался почти невозможен. Как известно, мощность, затрачиваемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна квадрату скорости, а тяга пропеллера обратно пропорциональна скорости. Таким образом. потребная мощность винтомоторной силовой установки возрастает пропорционально кубу скорости и, чем на больших скоростях летает самолет, тем больше мощности требуется добавить для одного и того же прироста скорости (рис. 4.62).
Это теория. На практике же потребовалась бы еще большая мощность, так как: 1) с увеличением рабочего объема двигателя возросли бы его габариты и аэродинамическое сопротивление; 2) удельный расход топлива примерно пропорционален мощности, поэтому для сохранения требуемой дальности полета пришлось бы увеличивать запас горючего; 3) из-за возросших веса силовом установки и большего количества топлива для сохранения прежней нагрузки на крыло необходимо увеличить его размеры, что, в свою очередь, привело бы к возрастанию веса и аэродинамического сопротивления самолета.
В 30-е годы увеличение скорости летательных аппаратов осуществлялось не только повышением мощности, но и за счет уменьшения удельного веса мотора, перехода к большим нагрузкам на крыло, улучшения внешних форм самолета и КПД винта, увеличения высоты полета. Однако к середине 40-х голов эти возможности были практически исчерпаны. Более того, с ростом скорости самолетов начало сказываться влияние сжимаемости воздуха, что привело к ухудшению некоторых аэродинамических параметров. Так, было замечено снижение эффективности пропеллера; с ростом скорости и высоты полета и увеличением размеров и числа оборотов воздушного винта на концах лопастей стали возникать скачки уплотнения. Попытки избежать этого за счет увеличения числа лопастей с одновременным уменьшением их длины, изменения формы крутки и профиля лопасти давали лишь ограниченный эффект (рис. 4.63) [57, с. 12].
Иногда влияние сжимаемости проявлялось и на самом самолете, обычно при пикировании на больших высотах, где волновой кризис наступает примерно на 150 км/ч раньше, чем при полете у земли. Из-за возникновения скачков уплотнения на крыле начиналась вибрация, самолет затягивало в пикирование. Чаше всего это случалось на американских Р-38 и Р-47. имевших Мкрит=0,7 (на них даже пришлось установить специальные закрылки для вывода из пикирования), реже — на Р-51 с ламинарным профилем (Мкрит=0.,8), еще реже — на «Спитфайре», отличавшимся тонким крыльевым профилем (Мкрит=0,9) [13,с.32; 17, с. 143]. На советских истребителях, действовавших на небольших высотах, случаев влияния сжимаемости не отмечалось.
Итак, становилось ясно, что, несмотря на все ухищрения (введение форсированных режимов работы мотора, применение нагнетателей, использование энергии выхлопа с помощью специальных реактивных насадок), возможности двигателя внутреннего сгорания с воздушным винтом исчерпаны. Для освоения новых диапазонов скорости и высоты полета требовался переход к другому типу силовой установки — реактивному двигателю.
Паллиативной мерой явилось создание двигателей комбинированного типа, с использованием реактивной тяги в качестве дополнительного ускорителя в полете. Для этого под фюзеляжем или на крыльях устанавливали небольшие реактивные двигатели типа ПВРД или ЖРД. Наибольший размах эти работы имели в СССР, где к концу войны из-за меньшей мощности поршневых двигателей наметилось отставание военных самолетов по высоте и скорости от лучших образцов зарубежной авиационной техники. Впервые возможность применения ПВРД на истребителе испытали в 1940 г. на самолетах И-15бис и И-153, расположив под крыльями два таких двигателя. Позднее в качестве эксперимента прямоточные воздушно-реактивные двигатели ставили на истребителях ЛаГГ-3 и Як-7Б.
Включение ПВРД давало прирост скорости на 30–50 км/ч, однако из-за большого аэродинамического сопротивления этих двигателей максимальная скорость истребителя с неработающими ПВРД была заметно меньше, чем у такого же самолета без вспомогательных силовых установок. Кроме того, «прямоточки» расходовали массу горючего (60–70 кг/мин). Поэтому вскоре от такого способа отказались.
Установка ЖРД в хвостовой части фюзеляжа не вела к увеличению Схо. Кроме того, при испытаниях в 1943–1945 гг. на бомбардировщике Пе-2 и истребителях Як-3, Jla-7 и Су-7 было установлено, что использование ЖРД-ускорителя (РД-1 с тягой 300 кг) дает более заметый прирост скорости: от 70 до 180 км/ч. Но недостаточная надежность работы жидкостно-ракетного ускорителя и необходимость иметь на борту запас едкой азотной кислоты, используемой в качестве окислителя, сильно затрудняли эксплуатацию. К тому же РД-1 оказался сшс более «прожорливым», чем ПВРД-ускорители: за одну минуту он сжигал 90 кг топлива. Поэтому и этот метод увеличения максимальной скорости полета не получил распространения в ВВС [18; 44].
Другим типом комбинированного воздушно-реактивного двигателя была мото- компрессорная силовая установка. Первый самолет этого типа построили в Италии на фирме Капрони в августе 1940 г. (рис. 4.64). Силовая установка состояла из поршневого двигателя «Изотта-Фраскини» мощностью 900 л.с., который приводил в действие трехступенчатый компрессор расположенного сзади воздушно-реактивного двигателя. Такая конструкция позволяла обойтись без турбины, являвшейся камнем преткновения на пути создания ТРД из-за того, что материал лопаток не выдерживал сверхвысоких температур за камерой сгорания. Однако полетные испытания показали бесперспективность этой силовой установки — из-за ее низкого КПД максимальная скорость самолета составила всего 330 км/ч [39, с. 72].
В экспериментальной реактивно-винтовой моторной установке, сконструированной в 1943–1945 гг. в СССР под руководством К. В. Холщевникова, тяга создавалась совместным действием воздушного пропеллера и ВРД с осевым компрессором, приводимым во вращение от поршневого мотора ВК-107 с помощью удлинительного вала. Истребители с таким двигателем И-107(Су-5) и И-250(МиГ-13) испытывались в марте-апреле 1945 г., а последний даже строился небольшой серией [8, с. 431–435].
Из-за большого веса поршневого двигателя и нерешенных проблем, обусловленных падением КПД пропеллера па высоких скоростях, создание силовых установок комбинированного типа не оправдало себя. Реальный скачек в развитии летно-технических характеристик самолетов был достигнут только тогда, когда двигатель внутреннего сгорания был окончательно заменен реактивным.
Первой страной, наладившей серийный выпуск реактивных самолетов, была Германия. Как отмечалось, опыты с реактивными самолетами немецкие конструкторы начали еще до войны. Работы велись в двух направлениях: создание ракетных самолетов с ЖРД и создание турбореактивных самолетов (табл. 4.15).
Испытания первого в мире ракетного самолета Не-176 летом 1939 г. показали принципиальную возможность полета с помощью ЖРД, однако максимальная скорость, которую достиг этот летательный аппарат после 50 секунд работы двигателя, составила только 345 км/ч. Полагая, что одной из причин этого является консервативная «классическая» схема самолета Хейнкеля, руководители Исследовательского отдела Министерства авиации предложили использовать ракетный двигатель на «бесхвостке». По их заказу немецкий авиаконструктор А. Липпиш, занимавшийся до этого проектированием аппаратов типа «летающее крыло», в 1940 г. построил экспериментальный самолет-«бесхвостку» DFS-I94 с таким же ЖРД Вальтер R1-203. Из-за небольшой тяги двигателя (400 кг) и непродолжительности его работы (I мин.) скорость самолета оказалась не больше, чем у винтомоторных самолетов. Однако вскоре был создан ЖРД Вальтер R2-203, способный развивать тягу 750 кг. Заручившись поддержкой фирмы Мессершмитт, Липпиш выпустил новый ракетный самолет Me-163Л, с двигателем R2-203. Воктябрс 1941 г. X. Диттмар, после подъема самолета на буксире на высоту 4000 м, запустив двигатель, через несколько минут полета на полной тяге достиг невиданной прежде скорости — 1003 км/ч [45, с. 46]. Казалось бы, после этого немедленно последует заказ на серийное производство самолета в качестве боевой машины. Но немецкое военное командование не торопилось. В то время ситуация в войне складывалась в пользу Германии, и нацистские лидеры были уверенны в скорой победе с помощью имеющихся у них вооружений.
Однако к 1943 г. положение стало иным. Немецкая авиация быстро утрачивала свое лидирующее положение, ухудшилась ситуация на фронтах. Над территорией Германии все чаще появлялись самолеты противника, все более мощными становились бомбовые удары по немецким военным и промышленным объектам. Это заставило серьезно задуматься над усилением истребительной авиации, и идея создания высокоскоростного ракетного истребителя-перехватчика стала чрезвычайно заманчивой. К тому же, был достигнут прогресс в развитии ЖРД — новый двигательфирмы Вальтер HWK 109-509А с увеличенной температурой сгорания топлива мог развивать тягу до 1700 кг. Самолет с этим двигателем получил обозначение Me-163В. В отличие от экспериментального Ме-163А он имел пушечное вооружение (2x30 мм) и бронезащиту пилота, т. е. представлял собой боевой самолет.
В связи с тем, что доводка HWK 109-509А затянулась, первый серийный Ме-163В поднялся в воздух только 21 февраля 1944 г., а всего до конца войны было построено 279 таких самолетов [45, с. 53]. С мая 1944 г. они принимали участие в боевых действиях в качестве истребителя-перехватчика на Западном фронте. Так как радиус действия Me-163 был невелик — всего окаю 100 км, предполагалось создать целую сеть специальных групп перехвата, расположенных на расстоянии примерно 150 км друг от друга и защищающих Германию с северного и западного направлений.
Ме-163 представлял собой «бесхвостку» со стреловидным крылом (рис. 4.65). Фюзеляж имел металлическую конструкцию, крыло — деревянную. Стреловидность крыла в сочетании с аэродинамической круткой использовалась для продольной балансировки самолета без горизонтального оперения. Вместе с тем, как выяснилось позднее, применение стреловидного крыла позволяло снизить волновое сопротивления на околозвуковых скоростях полета.
Из-за большой тяги двигателя по скорости Me-163 превосходил другие реактивные самолеты периода второй мировой войны и обладал невиданной прежде скороподъемностью — 80 м/сек. Однако его боевую эффективность сильно снижала очень малая продолжительность полета. Вследствие большого удельного расхода горючего и окислителя жидкостно-ракетным двигателем (5 кг/сек) их запаса хватало только на 6 минут работы ЖРД на полной тяге. После набора высоты 9-10 км летчик имел время только на одну короткую атаку. Весьма сложным были также взлет и посадка из-за необычного шасси в виде отдаляемой тележки (посадка осуществлялась на выдвигаемую из фюзеляжа лыжу). Частые случаи остановки двигателя, высокая посадочная скорость, неустойчивость при разбеге и пробеге, большая вероятность взрыва ракетного топлива при ударе — все это, по свидетельству очевидца событий, явилось причиной множества катастроф [46].
Технические недостатки усугублялись нехваткой ракетного топлива и недостатком летчиков в конце войны. В результате только четверть из числа построенных Me-163В приняли участие в боевых действиях. Самолет не оказал какого либо заметного эффекта на ход войны. Поданным зарубежной печати, реально боеспоспособным было только одно подразделение, на счету которого оказалось 9 сбитых бомбардировщиков при собственных потерях 14 самолетов [23].
В конце 1944 г. немцы сделали попытку усовершенствовать самолет. Чтобы увеличить продолжительность полета двигатель оборудовали вспомогательной камерой сгорания для полета на крейсерском режиме с уменьшенной тягой, увеличили запас топлива, вместо отделяемой тележки установили обычное колесное шасси. До конца войны удалось построить и испытать только один образец, получивший обозначение Ме-263.
В 1944–1945 гг. Япония пыталась наладить у себя выпуск самолетов типа Ме-163 для борьбы с высотными бомбардировщиками В-29. Была куплена лицензия, но одну из двух немецких подводных лодок, направленных из Германии в Японию для доставки документов и технических образцов, потопили, и японцам достался только неполный комплект чертежей. Тем не менее фирме Мицубиси удалось построить и самолет и двигатель. Самолету присвоили название J8M1. В первом полете 7 июля 1945 г. он разбился из-за отказа двигателя при наборе высоты [28, с. 14].
Стимулом к созданию ракетных самолетов было стремление найти средство противодействия в условиях господства авиации противника-Поэтому в СССР работы по истребителю с ЖРД, в противоположность Германии и Японии, велись в начальной стадии войны, когда немецкая авиация хозяйничала в небе нашей страны. Летом 1941 г. В. Ф. Болховитинов обратился к правительству с проектом истребителя-перехватчика БИ с ЖРД, разработанным инженерами А. Я. Березняком и А. М. Исаевым.
В отличие от Me-163, самолет БИ имел обычную схему с нестреловидным крылом, хвостовым оперением и убираемым колесным шасси (рис. 4.66). Конструкция была выполнена из дерева и отличалась небольшими размерами, площадь крыла составляла всего 7 м². Расположенный в хвостовой части фюзеляжа ЖРД Д-1А-1100 развивал максимальную тягу 1100 кг. Военное положение было тяжелое, поэтому уже на первом опытном экземпляре установили вооружение (2 пушки калибром 20 мм) и бронезащиту летчика.
Летные испытания самолета задержала вынужденная эвакуация на Урал. Первый полет состоялся 15 мая 1942 г летчик Г. Я. Бахчиванджи). Он продолжался чуть более трех минут, но, тем не менее, вошел в историю как первый полет боевого самолета с ракетным двигателем.[46] Посте замены планера самолета, вызванной повреждением его конструкции парами азотной кислоты, используемой в качестве окиститсля, в 1943 г. испытательные полеты продолжили. 27 марта 1943 г. произошла катастрофа: из-за нарушения устойчивости и управляемости вследствие возникновения скачков уплотнения на большой скорости (об этой опасности тогда и не подозревали) самолет самопроизвольно перешел в пикирование и разбился, Бахчиванджи погиб.
Еще во время испытаний была заложена серия истребителей БИ. После катастрофы несколько десятков недостроенных самолетов уничтожили, признав их опасными для полетов. Кроме того, как показали испытания, запаса 705 кг топлива и окислителя хватаю менее, чем на две минуты работы двигателя [8, с. 406], что ставило под сомнение саму возможность практического применения самолета.
Существовала и еще одна, внешняя, причина: к 1943 г. удалось наладить широкомасштабный выпуск винтомоторных боевых самолетов, не уступавших по характеристикам немецким машинам, и уже не было острой необходимости во внедрении в производство новой, малоизученной и поэтому опасной техники.
Самым необычным из ракетных самолетов, построенных во время войны, был немецкий вертикально-взлетающий перехватчик Ва-349А «Наттер». Его спроектировали как альтернативу Me-163, рассчитанную на массовое производство. Ва-349А представлял собой предельно дешевый и технологичный самолет, сконструированный из наиболее доступных сортов древесины и металла. Крыло не имело элеронов, поперечное управление осуществлялось дифференциальным отклонением рулей высоты. Старт происходил вдаль вертикальной направляющей длиной около 9 м. Самолет разгонялся с помощью четырех пороховых ускорителей, установленных по бокам задней части фюзеляжа (рис. 4.67). На высоте 150 м отработанные ракеты сбрасывались и полет продолжался за счет работы основного двигателя — ЖРД Вальтер 109-509А. Вначале перехватчик наводился на вражеские бомбардировщики автоматически, по радиосигналам, а когда пилот видел цель, он брал управление на себя. Приблизившись к цели, летчик давал залп из двадцати четырех 73-мм реактивных снарядов, установленных под обтекателем в носу самолета. Затем он должен был отделить переднюю часть фюзеляжа и спуститься с парашютом на землю. Двигатель также должен был сбрасываться с парашютом, чтобы его можно было использовать повторно. Очевидно, что данный проект опережал технические возможности немецкой индустрии, и не приходится удивляться, что летные испытания в начале 1945 г. закончились катастрофой — на режиме вертикального взлета самолет потерял устойчивость и разбился, пилот погиб [47].
В качестве силовой установки для «одноразовых» самолетов применяли не только ракетные двигатели. В 1944 г. немецкие конструкторы проводили эксперименты с самолетом-снарядом, снабженным пульсирующим воздушно-реактивным двигателем (ПуВРД) и предназначенным для действий по морским целям. Этот летательный аппарат представлял собой пилотируемый вариант крылатого снаряда Физелер Fi- 103 (V-1), который использовался для обстрела Англии. В связи с тем, что при работе на земле тяга ПуВРД ничтожно мала, самолет не мог взлетать самостоятельно и доставлялся в район цели на самолете-носителе. Шасси на Fi-103 не было. После отделения от носителя летчик должен был прицелиться и спикировать на цель. Несмотря на то, что в кабине имелся парашют, Fi-103, по существу, являлся оружием летчиков-смертников: шансов на благополучное покидание самолета с парашютом при пикировании со скоростью около 800 км/ч было крайне мало. До конца войны в пилотируемые самолеты-снаряды переделали 175 ракет, но из-за многочисленных катастроф при испытаниях в бою их не применяли.
Невостребованные самолеты фирма Юнкере попыталась переделать в штурмовики Ju-126, установив на них шасси и пушечное вооружение. Взлет должен был осуществляться с катапульты или с помощью ракетных ускорителей. Постройка и испытания этой машины происходили уже после войны, по заданию, выданному СССР немецким авиаконструкторам [50].
Еще одним пилотируемым самолетом-снарядом с ПуВРД должен был стать Ме- 328. Его испытания состоялись в середине 1944 г. Чрезмерная вибрация, связанная с работой пульсирующих воздушно-реактивных двигателей, привела к разрушению самолета и прервала дальнейшие работы в этом направлении.
По настоящему работоспособные реактивные самолеты были созданы на основе турбореактивных двигателей, появившихся после того, как удалось решить проблему жаропрочности конструкционных материалов для лопаток турбины и камер сгорания. Этот тип двигателя по сравнению с ПВРД или ПуВРД обеспечивал автономность взлета и вызывал меньшую вибрацию, а от ЖРД он выгодно отличался в 10–15 раз меньшим удельным расходом топлива, отсутствием необходимости в окислителе, большей безопасностью в эксплуатации.
Первым истребителем с ТРД был немецкий самолет Хейнкель Не-280. Проектирование машины началось в 1939 г., вскоре после испытаний экспериментального реактивного самолета Не-178. Под крыльями стояли 2 ТРД HeS-8A с тягой по 600 кг. Конструктор так объяснял выбор двухдвигательной схемы: «Опыт работы над одно- двигательным реактивным самолетом показал, что фюзеляж такого летательного аппарата ограничен длиной воздухозаборника и сопловой частью силовой установки. При такой схеме установки двигателя было очень трудно устанавливать вооружение, без которого турбореактивный самолет не представлял интереса в военном отношении. Я видел только один выход из такого положения: создание истребителя с двумя двигателями под крылом» [31, с. 187–188].
В остальном самолет представлял собой обычную конструкцию: металлический моноплан с не стреловидным крылом, колесным шасси с носовой опорой и двухкилевым хвостовым оперением. В начале испытаний вооружения на самолете не было, пушки (3x20мм) установили только летом 1942 г.
Первый полет Не-178 состоялся 2 апреля 1941 г. Месяц спустя была достигнута скорость 780 км/ч [23,с. 361–365].
Не-178 был первым в мире двухмоторным реактивным самолетом. Еще одним новшеством явилось применение системы катапультирования летчика. Это было сделано, чтобы обеспечить спасение на больших скоростях, когда сильный скоростной напор уже не даст летчику возможности самостоятельно выброситься из кабины с парашютом. Катапультное кресло выстреливалось из кабины с помощью сжатого воздуха, затем летчик сам должен был отсоединить привязные ремни и раскрыть парашют.
Система катапультирования пригодилась уже через несколько месяцев после начала испытаний Не-280. 13 января 1942 г., во время полета в плохих погодных условиях, произошло обледенение самолета, и он перестал слушаться рулей. Механизм катапульты сработал исправно, и летчик благополучно приземлился. Это было первое в истории авиации практическое использование системы катапультирования человека.
Начиная с 1944 г. по распоряжению Технического отдела Германского министерства авиации на опытных вариантах всех военных самолетов предписывалось иметь только катапультные кресла. Система катапультирования применялась также на большинстве серийных немецких реактивных самолетов. До конца второй мировой войны в Германии имело место около 60 случаев успешного катапультирования летчиков [51, с. 32].
На начальной стадии войны гитлеровское военное руководство не проявляло особого интереса к новому самолету Хейнкеля и не ставило вопроса о его серийном производстве. Поэтому до 1943 г. Не-280 так и оставался экспериментальной машиной, а затем появился Ме-262 с лучшими летными характеристиками, и программу реактивного самолета фирмы Хейнкель закрыли.
Первым серийным самолетом с ТРД был истребитель Мессершмитт Ме-262 (рис. 4.68). Он состоял на вооружении немецких ВВС и принимал участие в боевых действиях.
Строительство первого опытного образца Ме-262 началось в 1940 г, а с 1941 г. проходили его летные испытания. Вначале самолет облетывался с комбинированной установкой из винтомоторного двигателя в носу фюзеляжа и 2 ТРД под крылом. Первый полет только с реактивными двигателями состоялся 18 июля 1942 г. Он продолжался 12 минут и прошел вполне успешно. Летчик-испытатель Ф. Венд ель пишет: «Турбореактивные двигатели работали как часы, а управляемость машины была на редкость приятной. В самом деле, я редко когда чувствовал такой энтузиазм во время первого полета на каком-либо самолете, как на Me 262» [23].
Так же как и Не-280, Ме-262 представлял собой одноместный цельнометаллический свободнонесущий моноплан с 2 ТРД в гондолах под крылом. Шасси с хвостовой опорой вскоре по образцу Не-280 заменили на трехколесное, с носовым колесом; такая схема лучше соответствовала большим взлетно-посадочным скоростям реактивного самолета. Фюзеляж имел характерную форму поперечного сечения в виде расширяющегося вниз треугольника со скругленными углами. Это позволяло убирать колеса основных стоек шасси в ниши в нижней поверхности фюзеляжа и обеспечивало минимальное сопротивление интерференции в зоне сочленения крыла и фюзеляжа. Крыло — трапециевидной формы со стреловидностью по передней кромке 18°. На задней прямой кромке были расположены элероны и посадочные закрылки. Запуск турбореактивных двигателей Jumo-004 тягой по 900 кг осуществлялся с помощью бензинового двухтактного двигателя-стартера. Благодаря большей, чем у Не-280 мощности двигателей самолет мог продолжать полет при остановке одного из них. Максимальная скорость полета на высоте 6 км составляла 865 км/ч.
В ноябре 1943 г. реактивный «Мессершмитт» демонстрировался Гитлеру. Посте этого последовало решение о серийном производстве самолета, однако, вопреки здравому смыслу, Гитлер приказал строить его не как истребитель, а как скоростной бомбардировщик. Так как Ме-262 не имел места для внутреннего бомбоотсека, бомбы пришлось подвешивать под крылом, при этом из-за возросшего веса и аэродинамического сопротивления самолет терял преимущество в скорости перед обычными винтомоторными самолетами-истребителями. Только почти год спустя лидер Третьего Рейха отказался от своего ошибочного решения.
Другим обстоятельством, задержавшим серийный выпуск реактивных самолетов, были трудности с производством ТРД. К ним относятся и конструктивные проблемы, связанные с часто стучавшимися самопроизвольными остановками Jumo-004 в налете, и технологические трудности из-за нехватки никеля и хрома для изготовления жаропрочных лопаток турбин к блокированной с суши и моря Германии, и нарушения производства в связи с усиливающимися бомбардировками англо-американской авиацией и вызванного этим переводом значительной части авиастроительной индустрии в специальные подземные заводы.
В результате первые серийные Ме-262 появились только летом 1944 г. Стремясь возродить Люфтваффе, немцы быстрыми темпами наращивали выпуск реактивных самолетов. До конца 1444 г. было изготовлено 452 Ме-262. за первые 2 месяца 1945 г. — еще 380 машин |52, с. 126 |. Самолеты выпускались в вариантах истребителя с мощным вооружением (четыре 30-мм пушки в носовой части фюзеляжа), истребителя-бомбардировщика с двумя бомбами на пилонах под крылом и фоторазведчика. В конце войны основные самолетостроительные заводы были уничтожены бомбардировками, и изготовление самолетов и деталей к ним велось на маленьких фабриках, построенных на скорую руку в лесной глуши, чтобы сделать их незаметными дли авиации. Аэродромов не было, собранные Ме-262 должны были взлетать с обычного шоссе.
В связи с острой нехваткой авиационного топлива и летчиков большинство из построенных Ме-262 так никогда и не поднялось в воздух. Тем не менее, несколько боевых подразделений реактивных самолетов принимало участие в боях. Первый воздушный бой Ме-262 с самолетом противника произошел 26 июля 1944 г., когда немецкий пилот атаковал высотный английский разведчик «Москито». Благодаря лучшей маневренности «Москито» сумел уйти от преследования. Позднее Ме-262 применялись группами для перехвата бомбардировщиков. Иногда происходили схватки с истребителями сопровождения, и были даже случаи, когда обычному винтомоторному самолету удавалось сбить более скоростной, но менее маневренный реактивный истребитель [30, с. 571]. Но это происходило редко. В целом, Ме-262 продемонстрировали превосходство перед обычными самолетами, прежде всего как перехватчики (рис. 4.69).
В 1945 г. в Японии, получившей от фирмы Крупп технологию производства жаропрочных сталей для турбин, сконструировали по образцу Ме-262 реактивный самолет Накадзима J8N1 «Кикка» с 2 ТРД Ne20. Единственный испытанный в полете самолет поднялся в воздух 7 августа, на следующий день после атомной бомбардировки Хиросимы. К моменту капитуляции Японии на линии сборки находилось 19 реактивных истребителей «Кикка» [28, с. 15–16].
Вторым немецким самолетом с турбореактивными двигателями, применявшимся в боевых действиях, был многоцелевой двухмоторный Арадо Ar-234. Его начали проектировать в 1941 г. как скоростной разведчик. Из-за сложностей с доводкой двигателей Jumo-004 первый полет состоялся только в середине 1943 г., а серийное производство началось в июле 1944 г.
Самолет имел верхнерасположеннное крыло. Такая компоновка обеспечивала необходимый клиренс между землей и установленными под крылом двигателями при взлете и посадке, но, в то же время, создавала проблему с уборкой шасси. Вначале хотели применить сбрасываемую колесную тележку, как на Ме-163. Но это лишало пилота возможности повторного взлета в случае посадки вне аэродрома. Поэтому в 1944 г. самолет оборудовали обычным колесным шасси, убирающимся в фюзеляж. Для этот пришлось увеличить размеры фюзеляжа и перекомпоновать топливные баки (вариант Ar-232В).
По сравнению с Ме-262 Ar-234 имел большие размеры и вес, в связи с этим его максимальная скорость при тех же двигателях была меньше — около 750 км/ч. Но зато самолет мог нести на внешних подвесках три 500-кг бомбы.[47]. Поэтому, когда в сентябре 1944 г, сформировали первое боевое подразделение реактивных «Арадо». их применяли не только для разведки, но и для бомбометания и для наземной поддержки войск. В частности, самолеты Ar-234В выполняли бомбовые удары по англо-американским войскам во время немецкого контрнаступления на Арденах зимой 1944–1945 гг.
В 1944 г. испытывался четырехдвигательный вариант Ar-234С (рис. 4.70) — двухместный многоцелевой самолет с усиленным пушечным вооружением и увеличенной скоростью полета. Из-за нехватки реактивных двигателей для немецкой реактивной авиации он не строился в серии.
Всего до мая 1945 г. было изготовлено около 200 Ar-234 [52, с. 126]. Как и в случае с Ме-262, из-за острого дефицита авиационного топлива к концу войны около половины этих самолетов не участвовало в боях.
Вклад в развитие реактивной авиации в Германии внесла также старейшая немецкая самолетостроительная фирма Юнкере. В соответствии с традиционной специализацией проектирования многомоторных самолетов там было решено создать тяжелый реактивный бомбардировщик Ju-287. Работы начались в 1943 г. по инициативе инженера Г. Воккс. К этому времени уже было известно, что для увеличения Мкриг в полете следует применять стреловидное крыло. Воккс предложил необычное решение — установить на самолете крыло обратной стреловидности. Преимуществом данной компоновки было то, что срыв потока на больших углах атаки возникал сначала в корневых частях крыла, без потери работоспособности элеронов. Правда, ученые предупреждали об опасности возникновения сильных аэроупругих деформаций крыла при обратной стреловидности, но Воккс и его единомышленники надеялись, что в ходе испытаний им удастся решить прочностные проблемы.
Для ускорения постройки первого образца использовали фюзеляж от самолета Не-177, хвостовое оперение — от Ju-288. На самолете установили четыре ТРД Jumo-004: 2 в гондолах под крылом и 2 — по бокам носовой части фюзеляжа (рис. 4.71). Для облегчения взлета к двигателям добавили стартовые ракетные ускорители. Испытания первого в мире реактивного бомбардировщика начались 16 августа 1944 г. В целом, они дали положительные результаты. Однако максимальная скорость не превысила 550 км/ч, поэтому на серийном бомбардировщике решили установить 6 двигателей BMW-003 тягой по 800 кг. По расчетам в этом случае самолет должен был брать до 4000 кг бомб и иметь скорость полета на высоте 5000 м 865 км/ч. Летом 1945 г. частично построенный бомбардировщик попал к советским войскам, руками немецких инженеров его довели до летного состояния и отправили в СССР на испытания [50].
Стремясь переломить ход военных действий за счет массового выпуска реактивных самолетов, немецкое военное руководство осенью 1944 г. объявило конкурс на создание дешевого истребителя с ТРД, в отличие от Ме-262 пригодного для производства из простейших материалов и без применения квалифицированной рабочей силы. В конкурсе приняли участие почти все ведущие авиационные конструкторские организации — Арадо, Блом и Восс, Хейнкель, Физлср, Фокке-Вульф, Юнкере. Лучшим был признан проект фирмы Хейнкель- Не-162.
Самолет Не-162 (рис. 4.72) представлял собой одноместный однодвигательный моноплан с металлическим фюзеляжем и деревянным крылом. Для упрощения процесса сборки двигатель BMW-003 установили на фюзеляже. Самолет должен был иметь простейшее пилотажное оборудование и очень ограниченный ресурс. Вооружение состояло из двух пушек калибром 20 мм. По планам Министерства авиации предполагалось в январе 1945 г. выпустить 50 самолетов, в феврале — 100 и далее наращивать производство до 1000 машин в месяц [31, с. 195]. Не-162 должен был стать основным самолетом для создаваемого по приказу фюрера народного ополчения Фолькштурм. Руководству молодежной организации Гитлерюгенд поручили в кратчайшие сроки подготовить несколько тысяч пилотов для этого самолета.
Не-162 спроектировали, построили и испытали всего за три месяца. Первый полет состоялся 6 декабря 1944 г., а уже в январе на метких предприятиях в горных районах Австрии начали серийный выпуск машины. Но было уже стишком поздно. До конца войны на вооружение успели передать только 50 самолетов, еще 100 было подготовлено к испытаниям, около 800 Не-162 находились на различных стадиях сборки. В боевых действиях самолет не участвовал. Это позволило спасти жизни не только солдат антигитлеровской коалиции, но и сотен немецких юношей: как показали испытания Не-162 в СССР [53], самолет имел плохую устойчивость, и использование на нем в качестве пилотов 15-16-летних подростков, практически не имевших летной подготовки (все «обучение» заключалось в нескольких полетах на планере) было бы равноценно их убийству.
Большинство первых реактивных самолетов имело прямое крыло. Среди серийных машин исключение составлял Me-163, но стреловидность в данном случае была обусловлена необходимостью обеспечить продольную балансировку самолета схемы «бесхвостка» и была слишком мала, чтобы заметно влиять на Мкрит.
Возникновение скачков уплотнения на больших скоростях послужило причиной целого ряда катастроф, причем, в отличие от винтомоторных самолетов, волновой кризис происходил не при пикировании, а в горизонтальном полете. Первым из таких трагических происшествий была гибель Г. Я. Бахчиванджи. С началом серийного производства реактивных самолетов эти случаи участились. Вот как описывает их летчик-испытатель фирмы Мессершмитт Л. Гофман: «Эти катастрофы (по словам свидетелей, внушаюших доверие) происходили следующим образом. Самолет Me 262 после достижения в горизонтальном полете большой скорости самопроизвольно переходил в пикирование, вывести из которого самолет летчику уже не удавалось. Установить причины этих катастроф путем расследования практически было невозможно, так как летчики не оставались в живых, а самолеты полностью разбивались. В результате этих катастроф погибли один летчик-испытатель фирмы „Мессершмитт“ и целый ряд военных летчиков» [54, с. 40].
Загадочные катастрофы ограничивали возможности реактивной авиации. Так, по указанию военного руководства, максимально допустимые скорости Me-163 и Ме- 262 не должны были превышать 900 км/ч [20, с. 33; 54, с. 42].
Когда к концу войны ученые стали догадываться о причинах затягивания самолетов в пикирование, немцы вспомнили рекомендации А. Буземанна и А. Бетца о преимуществах стреловидного крыла на больших скоростях[57]. Первым самолетом, в котором стреловидность несущей поверхности была выбрана специально для уменьшения волнового сопротивления, явился описанный выше Юнкере Ju-287. Незадолго до конца войны, по инициативе главного аэродинамика фирмы Арадо Р. Козина, начались работы по созданию варианта самолета Ar-234 с крылом, так называемой, серповидной формы. Стреловидность у корня составляла 37°, к концам крыла она уменьшалась до 25°. При этом благодаря переменной стреловидности крыла и специальному подбору профилей предполагалось обеспечить одинаковые значения Мкрит вдоль размаха. К апрелю 1945 г., когда цеха фирмы были заняты английскими войсками, модифицированный «Арадо» был почти готов. Позднее англичане использовали аналогичное крыло на реактивном бомбардировщике «Виктор».
Применение стреловидности позволяло уменьшить аэродинамическое сопротивление, но на малых скоростях такое крыло было больше подвержено срыву потока и давало меньший Су макс по сравнению с прямым. В результате возникла идея крыла изменяемой в полете стреловидности. С помощью механизма поворота консолей крыла на взлете и посадке должна была устанавливаться минимальная стреловидность, на больших скоростях — максимальная. Автором данной идеи являлся А. Липпиш [55 J. В 1944 г. на фирме Месершмитт, с которой в то время сотрудничал Липпиш, началось строительство реактивного самолета с крылом изменяемой стреловидности. По замыслу командования Люфтваффе, самолет, получивший обозначение Р.1101, должен был заменить Ме-262. Крыло имело максимальный угол стреловидности 40°, горизонтальное оперение — 45°. И конце апреля 1945 г. на 80 % собранный самолет был захвачен англо- американскими вооруженными силам. Его привезли в США, и на основе этой машины конструктор Р. Вуд из фирмы Белл в 1951 г. построил и испытал первый реактивный самолете крылом изменяемой стреловидности Белл Х-5.
К числу перспективных разработок в области авиационной техники в Германии следует отнести также проект сверхзвукового реактивного истребителя-перехватчика L.P-13, автором которого вновь был Л. Липпиш. Особенностью аппарата было треугольное крыло малого удлинения с углом стреловидности 60°. Как известно, такая форма крыла широко применялась позднее при создании сверхзвуковых самолетов, т. к. она обеспечивала сравнительно небольшое волновое сопротивление и. вместе с тем, благодаря особенностям трехмерного обтекания поверхности малого удлинения, давала возможность сохранить устойчивость и управляемость на больших углах атаки. Для сверхзвукового полета пред пала гал ось использовать прямоточный воздушно-реактивный двигатель.
После предварительных аэродинамических исследований, показавших возможность заметного «смягчения» волнового кризиса при применении крыла малого удлинения (рис. 4.73), в 1944 г. Липпиш приступил к созданию безмоторного аналога самолета. Планер, названный DM-1, помимо треугольного крыла малого удлинения отличался необычно большим по площади вертикальным килем (42 % от S крыла). Это было сделано ал я сохранения путевой устойчивости и управляемости на больших углах атаки. Внутри киля находилась кабина летчика. Для компенсации перераспределения аэродинамических сил на крыле при околозвуковой скорости, которая должна была достигаться при крутом пикировании с большой высоты, предусматривалась система перекачки водяного балласта в хвостовой бак. К моменту капитуляции Германии строительство планера было почти завершено. После войны DM-1 переправили в США для изучения в аэродинамической трубе (рис. 4.74) [48]).
Еще одной интересной технической разработкой, появившейся в Германии в конце войны, был реактивный самолет-«летающее крыло» Хортен Но-9. Как уже отмечалось, схема «бесхвостка» была весьма удобная компоновки реактивных двигателей в фюзеляже, а стреловидное крыло и отсутствие фюзеляжа и хвостового оперения обеспечивали малое аэродинамическое сопротивление на околозвуковых скоростях. По расчету этот самолет с двумя ТРД Jumo-004B тягой по 900 кг должен был иметь V² n *c² 945 км/ч |39, с. 92 |. В январе 1945 г., посте первого успешного полета опытного образца Ho-9V-2 (рис. 4.75), фирме «Гота» дали заказ на пробную серию из 20 машин, производство которых было включено в чрезвычайную программу обороны Германии. По этот заказ так и остался на бумаге — немецкая авиаиндустрия к тому времени была уже неработоспособна.
Политическая ситуация стимулировала развитие реактивной авиации не только в Германии, но и в других странах, прежде всего в Англии — основном сопернике немецких ВВС в первые годы войны. В этой стране уже имелись технические предпосылки для создания реактивных летательных аппаратов: в 1930-е годы над конструкцией ТРД там работал инженер Ф. Уиттл. Первые работоспособные образцы двигателей Уиттла появились на рубеже 30-40-х годов.
В отличие от немецких двигателей, имевших многоступенчатый осевой компрессор, на английских ТРД применялся одноступенчатый центробежный компрессор, разработанный на основе конструкции центробежных нагнетателей поршневых двигателей. Такой тип компрессора был легче и проще, чем осевой, но имел заметно больший диаметр (табл. 4.16).
Вскоре посте начала войны Министерство авиации Великобритании поручило фирме Глостер построить экспериментальный самолет Е.28/39 для испытаний ТРД Ф. Уиттла W.I. Чтобы максимально засекретить работы, самолет собирали не на авиационном заводе, а в малоприметном автомобильном гараже. Он представлял собой небольшой одноместный моноплан с нестреловидным крылом (рис. 4.76). Первый полет состоялся 15 мая 1941 г., его выполнил летчик-испытатель фирмы Глостер П. Сэйср. Так как тяга двигателя составляла всего 390 кг, скорость Е.28/39 оказалась меньше, чем у винтомоторных самолетов — всего 480 км/ч. Однако, когда в 1943 г. на самолете установили более совершенный ТРД Пауэре Джет W.2/500 с тягой 775 кг, скорость полета возросла до 745 км/ч [39, с.74].
Потенциальные преимущества ТРД оказались столь убедительными, что уже в 1941 г. правительство слетало фирме Глостер заказ на реактивный истребитель-перехватчик. Первый такой самолет, G.41, построили в 1943 г. Он имеет два двигателя Де Хевилленд «Гоблин» тягой по 680 кг. Они располагались в гондолах на крыле. Из-за невысокой тяги двигателей и их большого миделя скорость самолета не превышала 650 км/ч. Тем не менее, правительство решило дать заказ на серийный выпуск реактивных самолетов. Первоначально они имели название «Тандср- болт», однако вследствие присвоения этого имени американскому истребителю Р-47, самолет получил новое обозначение — «Метеор».
Возможности роста скоростных качеств истребителя ограничивало возникновение скачков уплотнения в месте соединения мотогондол большого диаметра с крылом. Прогресс был достигнут в начале 1945 г., когда появился новый вариант, «Метеор» F.3 (рис. 4.77) с двигателями Раглс-Ройс «Дервент» тягой по 900 кг, отличающимися на 200 мм меньшим габаритным поперечным размером компрессора.
G.41 «Метеор» был единственным реактивным самолетом стран антигитлеровской коалиции, принимавшим участие в войне. Первые 20 «Метеоров» поступили на вооружении английской авиации в июле 1944 г. Вначале их использовали в системе ПВО для борьбы с немецкими крылатыми ракетами V-1. В январе 1945 г. подразделение «Метеоров» F.3 направили в Бельгию для поддержки наступления англо-американских сил. В боях с немецкими реактивными самолетами «Метеору» поучаствовать не довелось.
В США не было собственного авиационного реактивного двигателя. Поэтому при создании первого американского реактивного самолета Белл Р-59 «Эркомет» на нем установили выполненные фирмой Дженерал Электрик копии английских ТРД конструкции Ф. Уиттла. Проектирование самолета началось в сентябре 1941 г. по инициативе Технического отдела ВВС США, а 1 октября 1942 г. состоялся его первый полет под управлением летчика Р. Стенли.
Р-59 проектировался как боевой истребитель, в августе 1944 г. началось серийное производство машины. Однако из-за значительной интерференции крыла и расположенных по бокам фюзеляжа гондол двигателей летные характеристики самолета оказались не лучше, чем у истребителей с поршневыми двигателями (У
Первый по-настоящему боевой реактивный истребитель, Локхид F-80 «Шутинг Стар», появился в США в 1944 г. К этому времени американцам удалось создать ТРД с вдвое большей тягой, чем первые двигатели Ф. Уиттла. Поэтому, в отличие от Р-59, F-80 был однодвигательным самалетом. Расположение ТРД в фюзеляже позволило значительно улучшить обтекаемость аппарата, и максимальная скорость F-80 составляла около 900 км/ч. Серийное производство самолета началось уже после окончания войны.
В целом, реактивная авиация в Англии и США в годы второй мировой войны по уровню развития заметно уступала немецким работам в этой области. Если в странах антигитлеровского блока к концу войны имелся только один полноценный боевой реактивный самолет, то в Германии в боевых действиях участвовало три типа реактивных самолетов — Ме-163, Ме-262 и Ar-234. К тому же, как следует из таблицы 4.15, английский «Метеор» из-за меньшей тяга и большого «лба» двигателей сильно уступал по скорости и ряду других параметров основному немецкому реактивному истребителю Ме-262.
В области аэродинамики скоростного полета немецким конструкторам и ученым принадлежит первенство в предложении таких способов уменьшения волнового сопротивления, как стреловидное крыло, крыло изменяемой в полете стреловидности, треугольное крыло малого удлинения. Как известно, эти технические решения нашли впоследствии самое широкое применение в авиации.
Одной из причин отставания в развитии реактивной авиации в странах антигитлеровской коалиции было то, что практические работы в этой области в США, Англии и других странах начались позднее, чем в Германии. Но главным мне представляется отсутствие стимулов к созданию реактивных летательных аппаратов в странах, имевших в конце войны значительно более мощную авиацию по сравнению с Германией, обеспечивавшую господство в воздухе с помощью обычных винтомоторных самолетов.
В Германии же, наоборот, в последние годы войны основную ставку сделали на применение новых типов оружия. Поэтому на развитие реактивных самолетов не жалели средств. В конце 1944 г. реактивная авиация, наряду с баллистическими ракетами и «карманными» подводными лодками, была возведена в ранг «нового оружия», которое, как надеялись, спасет Германию от гибели. Однако, когда было принято решение о массовом выпуске реактивных самолетов, немецкая авиаиндустрия, измотанная систематическими бомбардировками и столкнувшаяся с острой нехваткой сырья, горючего и квалифицированной рабочей силы, не смогла выполнить заказ. Попытки наладить производство на подземных заводах в бывших соляных и угольных шахтах оказались малоэффективными: коррозия и пыль быстро выводили из строя оборудование, слишком тяжелыми были условия труда. К концу войны производство самолетов велось на нескольких сотнях разбросанных по всей стране полукустарных мастерских, с помощью малоквалифицированных рабочих и с использованием низкокачественных «эрзац-материалов». Поэтому характеристики последних образцов реактивных самолетов были значительно ниже заданных, часто происходили аварии. В результате немецкая авиация в своей массе так и осталась винтомоторной.
Выло бы неправильно считать, что первые реактивные самолеты по всем параметрам превосходили лучшие образцы винтомоторной авиации. Из-за особенностей характеристик ТРД они имели большую длину разбега и пробега, больший удельный расход топлива. Значительный вес реактивных самолетов вел к увеличению нагрузки на крыло и, соответственно, к ухудшению горизонтальной маневренности и росту посадочной скорости. Нередко случались аварии из-за остановки в полете еще недостаточно «доведенных» реактивных двигателей. Но возможности авиационного двигателя внутреннего сгорания для увеличения скоростных и высотных качеств самолетов были исчерпаны, и это делало разработку реактивных самолетов с ТРД единственно возможным направлением в развитии авиации.
Основные тенденции в развитии винтомоторных самолетов за годы войны можно свести к следующему:
— полный и окончательный отказ от схем биплан, подкосный моноплан и от трехмоторной схемы;
— тщательная аэродинамическая «доводка» планера самолета за счет устранения или доработки «мелочей», вызывающих дополнительное сопротивление;
— введение в практику ламинарезированных крыльевых профилей (на истребителях) и герметизированных кабин;
— усложнение посадочной механизации (предкрылки, щелевые закрылки, закрылки Фаулера) для компенсации возросшей нагрузки на крыло;
— переход на трехколесное шасси с носовой опорой, обеспечивающее возможность более эффективного торможения при пробеге и упрошаяюшего технику посадки;
— применение каплевидных фонарей кабины на истребителях, обеспечивающих лучший обзор пилоту;
— повсеместное распространение бронирования и протектированнных баков для повышения боевой живучести летательных аппаратов;
— усовершенствование устройств для повышения высотности двигателей (распространение двухступенчатых центробежных нагнетателей и турбокомпрессоров);
— введение форсированных режимов работы двигателя для кратковременного повышения мощности самолета при взлете и в бою;
— тенденция к замене двухлопастного воздушного винта винтом с большим числом лопастей;
— замена пулеметного вооружения винтовочного калибра крупнокалиберными пулеметами и пушками калибра 20 и 30 мм;
— окончательное вытеснение открытых турельных стрелковых установок установками башенного типа (на некоторых самолетах — с дистанционным управлением);
— замена механических прицелен гироскопическими;
— установка на самолетах бортовых РЛС для действий в условиях ограниченной видимости;
— замена неуправляемых авиационных ракетных снарядов ракетами класса «воздух-воздух» и «воздух-земля» (тан. ко в Германии);
— применение катапультных систем покидания самолета (только в Германии).
Таким образом, развитие конструкции винтомоторных самолетов в годы второй мировой войны происходило, в целом, эволюционным путем, на основе нововведений, сделанных в 30-е годы и описанных в предыдущей главе. Прирост скорость в 100–150 км/ч, произошедший за годы войны, был достигнут, в основном, за счет увеличения мощности двигателей (увеличение рабочего объема и введение боевых (форсажных) режимов), мелких аэродинамических усовершенствований и увеличения нагрузки на крыло. Принципиальные изменения произошли татько в сфере оборудования летательных аппаратов, в первую очередь в системе вооружения (бортовой радиолокатор, прицелы на гироскопической платформе, дистанционно управляемые стрелковые установки, управляемые ракетные снаряды).
Наиболее существенным итогом в развитии авиации за время войны стало появление боевых реактивных самолетов. Их было построено сравнительно немного (менее 1 % от общего числа самолетов, выпущенных за годы войны) и они не оказали заметного влияния на ход боевых действий, но именно эти машины определяли лицо будущей авиации.
Не следует, однако, забывать, что первый экспериментальный реактивный самолет был испытан еще до войны. Таким образом, и в этой области авиации прогресс заключался в развитии и внедрении в практику довоенного изобретения.
Сделанные выводы доказывают, что, вопреки широко распространенной точке зрения ([5, с. 165; 62, с. 116] и др.), в годы второй мировой войны не произошло качественного скачка в развитии авиационной техники. Более того, принципиальных нововведений в конструкции самолетов за период войны было меньше, чем за предыдущие шесть лет. Это объясняется тем, что в большинстве случаев руководство вовлеченных в напряженную борьбу стран мало интересовалось разработками, направленными на отдаленную перспективу, основный задачей являлось удовлетворение сиюминутных требований фронта. В Германии даже ввели запрет на инициативную разработку проектными отделами фирм новых самолетов [23]. Во всех странах резко сократилось количество опытных и экспериментальных образцов, полностью прекратилась разработка гражданских самолетов.
Основное влияние войны на авиацию заключалось не в ускорении технического прогресса, а в увеличении объема выпуска авиатехники. По подсчетам историков, за 1939–1945 гг. в мире было построено окаю 800 тысяч самолетов [1, с. 494–496; 58, с 473] — в четыре раза больше, чем во время первой мировой войны. К тому же самолеты представляли теперь намного более грозную силу. В результате авиация превратилась в мощнейший вид вооружения, способный, в ряде случаев, оказывать решающее влияние на ход военных действий. Как известно, самолеты-истребители в 1940 г. спасли Англию от намечавшегося вторжения Германии. Другим примером решающей роли авиации может служить поражение Японии, капитулировавшей под натиском американских воздушных атак прежде, чем войска США высадились на ее территорию.
1. Вслижаев А. Авиапромышленность в условиях империализма // В кн.: История авиации. Вып. I. М.: МАИ, 1934.
2. Версальский мирный договор. М., 1925.
3. Пышнов B.C. Из истории летательных аппаратов. М, 1968.
4. Крейсон П.М. Самолеты за 20 лет. Ленинград, 1934.
5. Jane's Encyclopedia of aviation. New York, 1989.
6. Макаров С.Я. Развитие гоночных самолетов // Техника воздушного флота. 1946. N8-9. С. 1–21.
7. Соболев Д.А. Немецкий след в истории советской авиации. М., 1996.
8. Российский центр хранения и изучения документов новейшей истории. Ф. 17. Оп. 3. Д. 549.
9. Самолетостроение в СССР (1917–1945). Кн 1. М… 1992.
10. Хейнкель Э. В моей стремительной жизни. Пер. с нем. Ростов-на-Дону, 1992.
11. Шауров Н.И. Развитие военных типов сухопутных самолетов. М., 1939.
12. Серман Э.И, 60 лет со времени начала летных испытаний самолета «КОМТА» //Из истории авиации и космонавтики. 1984. Вып. 48. С. 46–51.
13. Егоров Ю.А.50 лет со дня первого полета АН Т-4 (ТБ-1) // Из истории авиации и космонавтики. 1975. Вып. 27. С. 136–140.
14. Соболев Д.А. История самолетов. Начальный период. М., 1995.
15. Brooks P.W. The first transport aeroplanes // Aeronautics. 1959. N 6. P. 28–35.
16. Jane's all the world aircraft. London, 1925.
17. Schmitt G. Junkers und seine Flugzcugc. Berlin, 1986.
18. Кобылянский E. С небес в бездну. (Жизнь Гуго Юнкерса). Ростов-на-Дону, 1993.
19. Kimcnkovski Е. Wirvon dcr «Bremen». Berlin, 1928.
20. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г. М… 1978.
21. Беляков А.И. Воздушные путешествия. (Очерки истории выдающихся перелетов). СПб., 1993.
22. Александров В.Л. Аэропланы. М.-Л., 1933.
23. Государственный архив Российской федерации (ГАРФ).Ф. 8350. Оп. 1.Д. 1970. Л. 2.
24. Wissmann G. Geschichte der Luftfahrt von lkarus bis zur Gegenwart. Berlin, 1966.
25. Кобылянский E. Жизнь Антонина Фокксра, рассказанная им самим и его современниками. Ростов-на-Дону, 1993.
26. Авиация. Энциклопедия. М., 1994.
27. Gibbs-Smith С. The aeroplane. An historical survey. London, 1960.
28. Nayler J., Ower R. Aviation: its technical development. London, 1965.
29. История металлургии легких сплавов в СССР. М., 1983.
30. Российский государственный военный архив (РГВА). Ф. 4. Оп. 2. Д. 90. JT. 122–123.
31. Соболев Д.А. Об участии фирмы Юнкере в развитии авиастроения в СССР в 1920-е годы // Из истории авиации и космонавтики. 1994. Вып. 65. С. 44–57.
32. Андрей Николаевич Туполев. Жизнь и деятельность. М. 1989.
33. Егоров М.М. 23 августа — 50 лет с начала перелета Москва — Нью-Йорк на самолете ЛНТ-4 «Страна Советов» // Из истории авиации и космонавтики. 1979. Вып. 37. С. 74–77.
34. Friedel R. The coming of the all-mctall airplane: study in ideas. NASA Historical Office, 1974. (Manuscript).
35. Болховитинов В.Ф. Пути развития летательных аппаратов. М., 1962.
36. Stewart О. Aviation: the creative ideas. London, 1966.
37. Miller R., Sawers D. The technical development of modern aviation. London, 1968.
38. Стсфановский 11.M. Триста неизвестных. M., 1968.
39. Loftin L Quest for performance. The evolution of modern aircraft. Washington, 1985.
40. Allward M. An illustrated history of seaplanes and flying boats. New York. 1981.
41. Dornicr Flugzcugc. Friedrichshafen, 1983.
42. Котельников В.P. Летающая лодка Дорнье «Валь». СПб., 1995
43. Справочник авиаконструктора. 'Г. 2. М.:ЦАГИ, 1938.
44. Jane's all the world aircraft. London, 1933.
45. Маслов M. Итальянцы в Россси // Авиация-космонавтика. 1994. Вып. 4. С. 1116.
46. ГАРФ. Ф. 8350. On. 1. Д. 1930. Л. 1–2.
47. Two hundred years of flight in America. Washingtin, 1977.
48. Из истории авиации и космонавтики. 1972. Вып. 14. С. 69–70.
49. Громов М.М. Через всю жизнь. М., 1986.
50. Иванов В.П. Авиаконструктор Н.Н.Поликарпов. СПб., 1995.
51. Angclucci Е. The Rand Мс. Nail v encyclopedia of Military Aircraft 1914–1980. New York, 1988.
52. Малиновский В.Л. Планерлеты // Техника воздушного флота. 1935. N 6. С. 26–51.
53. Чаплыгин С.А. Избранные труды. М., 1976.
54. Hallion R. Legace of flight. The Guggenheim contibution to American aviation. Seattle-London, 1977.
55. Справочник no иностранным самолетам. М.:ЦАГИ, 1939.
56. Соболев Д.А. Самолеты особых схем. М., 1989
57. Савин B.C. Планета «Константин». История авиации и страны сквозь призму жизни констутора Калинина. Харьков, 1994.
58. Кудрин Б. Первый полет на «крыле» // Юный моделист-конструктор. 1964. N 10. С. 5–8.
59. Беляев В.В. Некоторые вопросы развития винтовых вертикально-взлетающих самолетов / /Из истории авиации и космонавтики. 1979. Вып. 36. С. 3–18.
60. Катышев Г.И. Создатель автож и ра Хуан деля Сьсрва. М., 1986.
61. Комаров В.М. 50 лет со времени полета Ф. Штамера на планере с пороховым двигателем / /Из истории авиации и космонавтики. 1978. Вып. 35. С. 42–44.
62. Михайлов B.C. Анализ работ по использованию ракетных двигателей на самолетах. Дисс…. канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1980.
63. Kunze Н. Zur Zusammcnarbeit von Hugo Junkers und Johanns Winkler // NTM- Schriftenr. Gesch. Naturwiss., Technik, Med. (Leipzig). 1987. N 1. S. 63–82.
64. Кувшинов С.В. Анализ развития и особенности проектирования самолетов с дополнительной силовой установкой. Дисс. …канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1988.
65. Пионеры ракетной техники. Ветчинкин, Глушко, Королев, Тихонравов. Избранные труды. М
66. Дузь П.Д. Паровой двигатель в авиации. M.-JL, 1939.
67. Юрьев Б.Н. Экспериментальная аэродинамика. Том 2. М., 1938.
68. Ширманов П.М. Атлас аэродинамических характеристик авиационных профилей. М., 1932.
69. Новокшонов Ю.И. Развитие исследований и методов расчета устойчивости и управляемости самолетов. Дисс…. канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1969.
70. Пышнов B.C. Штопор самолета // Труды ВВИА. 1929. Сб. 1.
71. Ильин B.C. Роль аэродинамических исследований в решении проблемы штопора самолета (период до 1945 г.) // Из истории авиации и космонавтики. 1985. Вып. 52. С. 136–149.
72. Сокольский В.Н. Развитие методов расчета самолетов на прочность. Дисс….канд. техн. наук. М.:ИИЕТ, 1957.
73. Справочник авиаконструктора. Том 1. М.гЦАГИ, 1937.
74. Wolko Н. S. In the cause of flight. Technologists of aeronautics and astronautics. Washington, 1981.
75. Jones M. The streamline aeroplane. London, 1929.
76. Попов В.А. Основы авиационной техники. М., 1947.
1. Wagner Н. Ebene Blechwandtragcr mit sehr dunnen Stregblech // ZFM. 1929. N8-12.
2. Hoff N. Thin shells in aerospace structures // Astronautics amp; Aeronautics. 1967. Febr. P. 26–44.
3. Wolko H. In the cause of flight. Technologists of aeronautics and astronautcis. Washington, 1981.
4. Самолетостроение в СССР (1917–1945). Кн.2. М., 1994.
5. Loftin L. Quest for performance. Washington, 1985.
6. Меркулова H. M. Развитие экспериментальных аэродинамических исследований крыльев самолетов. Дисс…. канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1962.
7. Miller R., Sawers D. The technical development of modern aviation. London, 1968.
8. Левин M. А. Развитие способов изменения геометрии крыла. Дисс канд. техн.
наук. М.: ИИЕТ, 1982.
9. Гласс Ф. Г. Выбор рациональной схемы и аэродинамических элементов скоростного самолета // Техника воздушного флота. 1936. N 8–9. С. 17–32.
10. Hallion R. Legacy of flight. The Guggenheim contribution to American aviation. Seattle-London, 1977.
11. Справочник авиаконструктора. Т. 1. М.:ЦАСИ, 1937.
12. Конструкция самолетов. Т. 1. М., 1939.
13. Wagner Е. P. Technical development and its effect on air transportation. 1938.
14. Пышнов B.C. Основные этапы развития самолета. М., 1984.
15. Справочник по иностранным самолетам. М., 1939.
16. Соболев Д.А. История самолетов. Начальный период. М., 1995.
17. Беляков А.И. Воздушные путешествия. Очерки истории выдающихся перелетов. СПб., 1993.
18. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г. М
19. Bass R. An historical review of propeller developments // Aeronautical Journal. 1983. P. 255–267.
20. Aeronautical Journal. 1928. July.
1. Loftin L. Quest for performance. Washington, 1985.
2. Jane's encyclopedia of aviation. New York, 1989.
3. Miller R.. Sawers D. The technical development of modern aviation. London, 1968.
4. Левин M. А. Развитие самолетов с крылом изменяемой геометрии. Дисс…. канд. техн. наук. М., 1982.
5. Wissmann G. Gcschichte dcr Luftfahrt von Ikarus bis zur Gegenwart. Berlin, 1965.
6. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г. М., 1978.
7. Самолетостроение в СССР. Кн. 1. М., 1992.
8. Хейнкель Э. В моей стремительной жизни. Ростов-на-Дону, 1992.
9. Крейсон П.М. Самолеты за 20 лет. М., 1934.
10. Справочник по самолетам. Вып. 3. М.гЦАГИ, 1936.
11. Two hundred years of flight in America. Washington, 1977.
12. Справочник по самолетам. Вып. 4. М.:ЦАГИ, 1938.
13. Пышнов B.C. Основные этапы развития самолета. М
14. Angelucci Е. The Rand Mc.Nally encyclopedia of military aircraft 1914–1980. New York, 1988.
15. Справочник no иностранным самолетам. M., 1939.
16. Очерки по истории конструкций и систем самолетов ОКБ имени С. В. Ильюшина. Кн. 1. Самолеты марки «Ил». М., 1983.
17. Архангельский А.А. 40 лет со времени первых полетов самолета СБ — скоростного бомбардировщика // Из истории авиации и космонавтики. 1974. Вып. 22. С. 135–140.
18. Виноградов Р.И., Минаев А.В. Самолеты СССР. М., 1961.
19. Российский государственный архив экономики (РГАЭ). Ф. 8328. Оп. 1.Д. 1003. Л. 36–37.
20. В-17 «Летающая крепость». М., 1994.
21. Шавров В.Б. Развитие конструкции самолетов в СССР. 1938–1950 гг. М., 1985.
22. Самолетостроение в СССР. Кн. 2. М., 1994.
23. Соболев Д.А. Немецкий след в истории советской авиации. М.,1996.
24. Пышнов B.C. Из истории летательных аппаратов. М., 1968.
25. Соболев Д.А. Развитие аэродинамического совершенства скоростных рекордных самолетов с поршневыми двигателями // Из истории авиации и космонавтики. 1978. Вып. 31. С. 86–95.
26. Collected reports on Btilish high speed aircraft for the 1931 Schneider Trophy Contest. London, 1934.
27. Макаров С.Я. Развитие алночных самолетов // Техника воздушного флота. 1946. N 8–9. С. 1–20.
28. РГАЭ. Ф. 8328. On. I. Д. 733. Л. 3.
29. Романов В. Messerschmitt Bf. 109. М., 1994.
30. Истребитель Супермарин «Спитфайр». М., 1993.
31. Макаров С.Я. Развитие конструкции одномоторного истребителя // Техника воздушного флота. 1942. N 7–9. С. 20–49.
32. Shenstone В. Transport flying-boats: life and death // Aeronautical Journal. 1969. N 708. P. 1038–1040.
33. NaylerJ., OwcrR. Aviation: its technical development. London, 1965.
34. Vincenti W. Technological knowledge without science: the innovation of flush riveting in American airplanes // Technology and Culture. 1984. Vol. 25. P. 540–576.
35. Ludwicg H. Gcschichte des Pfcilflugels. DGLR Jahrbuch. 1981. IV. S. 70-1 — 70–14.
36. Wolko H. In the cause of flight. Technologists of aeronautics and astronautics. Washington, 1981.
37. Справочник авиаконструктора. Т. 1. Аэродинамика самолета. М: ЦАГИ. 1937.
38. ГРАЭ. Ф. 8328. On. 1. Д. 702. Л. 37.
39. Соболев Д.А. История самолетов. Начальный период. М., 1995.
40. Развитие авиационной науки и техники в СССР. М., 1980.
41. Лебедев Г.А. Высотные самолеты. М.-Л., 1939.
42. Журнал Русского химического общества и физического общества. 1875. Т. 7. Часть физич. С. 264–265.
43. Привиллегия N 16970. Заяв. 14. 08. 1907 г.
44. РГВА. Ф. 4. On. 14. Д. 512
45. Якубович Н. Бюро особых конструкций // Крылья Родины. 1992. N 10. С. 22–23.
46. Ogston A. A short history of aviation gazolinc development, 1903–1980 // Aeronautical Journal. 1981. Dec. P. 441–450.
47. Воронков Ю.С. Развитие авиационных газотурбинных двигателей как элемента новой техники. Дисс…. канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1969.
48. Бадягин А. А., Егер С. М
49. РГАЭ. Ф. 8328. Оп. 1.Д. 701.
50. РГАЭ. Ф. 8328. On. 1. Д. 889. Л. 8.
51. Громов М. М. Через всю жизнь. М., 1986.
52. РГАЭ. Ф. 8044. On. 1. Д. 5. Л. 118–120.
53. Allward М. An illustrated history of seaplanes and flying boats. New York, 1981.
54. Вахмистров B.C. Самолет-«звено» // Из истории авиации и космонавтики. 1972. Вып. 15. С. 33–42.
55. ЧечулинЭ.Г. Развитие систем автоматического управления полетом самолетов как пример формирования автоматизации управления на транспорте. Дисс. …канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1973.
56. Gibbs-Smith С. The aeroplane. London, 1960.
57. Копаев Д.М. О выборе критериев количественной оценки уровней безопасности полетов в различные периоды развития авиации // Из истории авиации и космонавтики. 1970. Вып. 10. С. 18–29.
58. Шейнин В.М., Козловский В.И. Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолетов. Том 2. М., 1977.
59. Спиридонов В.В. Создание и освоение в СССР бакелитовой фанеры для авиастроения в 1930–1939 гг.// Из истории авиации и космонавтики. 1989. Вып. 58. С. 101–110.
60. Slcwarl О. Aviation: the creative ideas. New York-Washington, 1966.
61. Collar A. Aeroelasticitv — retrospect and prospect // Aeronautical Journal. 1959. Vol.63. P. 1–5.
62. Стефановский Г1.М. Триста неизвестных. M., 1968.
63. Галлай МЛ. Избранное. Том I. М., 1990.
64. Борин А. А. Из истории решения проблемы флаттера //Из истории авиции и космонавтики. 1977. Вып. 32. С. 68–78.
65. Новокшонов Ю.А. Развитие исследований и методов расчета устойчивости и управляемости самолетов. Дисс…. канд. техн. наук. М.: ИИЕТ, 1969.
66. Fairey R. Some aspects of expenditure on aviation // Aeronautical Journal. 1950. July. P. 408–430.
67. Buscmann A. Aerodynamischer Auftriebbei Uberschallgeschwindigkeit.Convengo di Scienze Fisiche, Matemetiche e Naturali. Tema «La alte vclocita in aviazione. Roma, 1936. P. 315–347.
68. Milestones of aviation, New York, 1989.
69. Петров В. С крыла на крыло // Самолет. 1992. N 3/4. С. 45–48.
1. Groehler О. Geschichte des Luftkriegcs 1910 bis 1970. Berlin, 1975.
2. Шумихин B.C. Советская военная авиация 1917–1941. М., 1986.
3. Bruetting G. Das Buch derdeutschen Fluggeschichte. Bd. 3. Stulgart, 1979.
4. Самолетостроение в СССР 1917–1945. Кн. 1–2. М., 1992, 1994.
5. Angelucci Е. The Rand Mc.Nallv Encyclopedia of military aircraft 1914–1980. New York. 1981.
6. РГАЭ. Ф. 8044. On. 1. Д. 6917. Л. 3.
7. Арсеньев E. На пороге войны // МИГ. 1994. Вып. 1. С. 3–19.
8. Самолетостроение в СССР. Кн. 2. М., 1994.
9. Шавров В.Б. История конструкций самолетов в СССР. 1938–1950 гг. М., 1978.
10. Gunston В. The illustrated encyclopedia of combat aircraft of World War II. London, 1990.
11. Микулин А.А. Пути развития авиационных двигателей. М.-Л., 1946.
12. Nowarra Н. Die 109. Stuttgart, 1979.
13. Loftin L. Quest for performance. Washington, 1985.
14. Smith J. Origin of species // Aeroplane. 20. 12. 1946.
15. Бюшгсмс Г.С., Бедржицкий ЕЛ. ЦАГИ — центр авиационной науки. М.,1993.
16. Косминков К.Ю. Истребители: лучшие из лучших (взляд инженера) // Самолеты мира. 1995. N I. С. 16–21.
17. Quill J. Forty years famous// Air International. 1976. September. P. 133–144.
18. Яковлев A.C. Советские самолет ы. M., 1979.
19. Пышнов B.C. Основные этапы развития самолета. М., 1984.
20. Price A. Fighter aircraft. London, 1989.
21. Стспанец А.'Г. Истребители Як периода Великой Отечественной войны. М… 1992.
22. Романов В. mcsserschmitt bf. 109. М» 1994.
23. Green W. The warplanes of Third Reich. New York, 1970.
24. FahcyJ. U.S. Army Aircraft. 1908–1946. Falls Church, 1946.
25. Ильин В. Этот непревзойденный «Мустанг»//Крылья Родины. 1991. N 10. С. 12–13.
26. Biographical sketch of Alexander Kartvcli // NASM Archive.
27. Jane's Encyclopedia of Aviation. New York, 1989.
28. H.-J. Braun. Technology transfer underconditions of war: German aero-technology in Japan during the Second World War II History of Technology. 1986. Vol. 11. P. 1 -23.
29. Бакурский В., Новиков M. Самолеты Японии // Авиация-космонавтика/Авиационный сборник (совместный выпуск). 1994. N 2. С. 11–25.
30. Ричарде Д. Сондерс X. Военно-воздушные силы Великобритании во второй мировой войне (1939–1945). Пер. с англ. М., 1963.
31. Кондратьев В. Ночной патруль // Крылья Родины. 1993. N 1. С. 22–23.
31. Хейнкель Э. В моей стремительной жизни. Ростов-на-Дону, 1992.
32. Медведь А.Н., Марковский В.Ю. Ночные «ерши»//Авиация и время. 1995. N 2. С. 19–20.
33. Садовой Г.А. 20 августа — 50 лет со дня первого боевого применения реактивных снарядов РС-82 с самолетов-истребителей И-16 // Из истории авиации и космонавтики. 1991. Вып. 62. С. 68–76.
34. Зубакин С.И. 40 лет со времени первых полетов самолета Пе-2 II Из истории авиации и космонавтики. 1980. Вып. 41. С. 38–44.
35. Матеж А.И., Саукке М.Б. К истории создания и применения в боевых операциях самолета Tv-2 // Из истории авиации и космонавтики. 1990. Вып. 61. С. 121–125.
36. РГВА. Ф. 24708. Оп. 9. Д. 588.
37. Cooper В. The story of the bomber 1914–1945. London, 1974.
38. Бомбардировщик В-17 «Летающая крепость». М., 1994.
39. Грин В., Кросс Р. Реактивные самолеты мира. М., 1957,
40. Справочник по иностранным поршневым авиационным двигателям. М… 1946.
41. Rhodes R. The making of the atomic bomb. A Touchstone Book, 1988.
42. Очерки по истории конструкций и систем самолетов ОКБ имени С.В.Ильюшина. Кн. 1. М., 1983.
43. World Aerospace Profile. London, 1987.
44. Кувшинов С.В. Анализ развития и особенности проектирования самолетов с дополнительной силовой установкой. Дисс…. канд. техн. наук. М., 1988.
45. Lippisch A. The delta wings. History and development. Iowa State University Press, 1981.
46. Циглер М. «Мессершмитт-163» — мое любимое ракетное чудовище. (Воспоминания летчика-испытателя). Пер. с нем. Ростов-на-Дону, 1992.
47. «Natter» interceptor project // CIOS Report n 5/182.
48. Справочник no иностранным самолетам. 1941–1946 гг. M., 1947.
49. Aviation News. 11–23 December 1987.
50. Соболев Д.А. Немецкий след в истории советской авиации. М., 1996.
51. Лсвиков А. В. К вопросу о классификации и периодизации развития катапультных установок самолетов //Из истории авиации и космонавтики. 1988. Вып. 56. С. 22–35.
52. Wagenfuhr R. Die deutsche Industry im Kricge 1939–1945. Berlin.
53. Отчет ЛИИ N 46-163.
54. Косминков К. Удар Маха. Испытания Ме-262 на трансзвуковых скоростях в Германии и СССР // Авиация и время. 1996. N 1. С. 40–43.
55. Левин М.А. Развитие самолетов с крылом изменяемой геометрии. Дисс…. канд. техн. наук. М., 1982.
56. Соболев Д.А. История разработки сверхзвуковых самолетов схемы «бесхвостка»/ / Исследования по истории и теории развития авиационной и ракетно-космической науки и техники. М., 1983. Вып. 2. С. 106–119.
57. Ludwieg Н. Gcschichte des Pfeilfluegels // DGLR Jahrbuch 1981.
58 Wissmann G. Gcschichte der Luftfahrt von Ikarus bis zur Gegenwart. Berlin, 1966.
59. Шавров В. Б. История конструкций самолетов в СССР до 19^8 г. М., 1978.
60. Davy М. Interpretive history of flight. London, 1948.
61. Машкевич И.И. Оценка аэродинамики двухмоторных самолетов на основе летных испытаний. ЦАГИ, ТО N 117, 1943 г.
62. Gibbs-Smith С. The aeroplane. London, I960.
В зарубежной литературе такое крыло называют обычно «крыло Мулавского» [5, с.752]
Как и все другие самолет Л. Фоккера, он имел безрасчалочное крыло
Несоответствие экспериментальных данных результатам летных испытаний объясняется тем, что зазор между концами крыла продувочной модели и стенками грубы прямоугольного сечении составлял не более 2 мм, и перетекание воздуха крыла — основная причина уменьшения подъемной силы и роста сопротивления с уменьшением удлинения крыла — практически отсутствовало
Правда, некоторые исследователи подвергаки сомнению утверждение Берда. что да действительно сумел достичь полюса (см. [21, с. 96]).
В связи с тем, что руководство фирмы Юнкерс ревниво оберегало свои технологические секреты, иногда приходилось прибегать к нелегальным методам. В секретном докладе К. Е Ворошилову (ноябрь 1925 г.) сообщалось, что с завода Юнкерса в Филях тайно изъята документация и чертежи, необходимые для самостоятельного производства металлических самолетов на этом заводе. Кроме того, говорилось в докладе, достигнуто согласие с рядом немецких ведущих инженеров фирмы Юнкерс на оказание помощи в налаживании собственного металлического самолетостроения в СССР [30].
В 1920 г. немецкий конструктор Л. Рорбах изготовил первый в мире многомоторный моноплан с двигателями на крыле. Этот пассажирский самолет был построен и одном экземпляре, совершил лишь несколько полетов и не оказал заметного влияния на развитие авиации.
Владелец патентов на конструкцию металлического самолета с гофрированной обшивкой Г. Юнкерс пытался отстаивать свои нрава на изобретение. В конке 20-х годов, когда Г. Форд продал несколько своих металлических монопланов в Европу, Юнкерс обратился в суд и добился того, что Форда принудили покинуть европейский рынок [18. с. 70). Юнкерс также обратился с претензиями к официальным представителям Советского Союза после демонстрации за рубежом металлических самолетов Туполева. Однако в связи с тем, что снободнонесущее монопланное крыло с гофрированной обшивкой было применено на советском AНT-2 раньше, чем Юнкерс получил в СССР патенты на такую конструкцию, а также из-за упоминавшихся выше отличий в конструкции немецких и советских металлических самолетов, претензии немецкой стороны на этот раз не были удовлетворены 131, с. 531.
В конце 20-х годов Рорбах вел переговоры с советским правительством об организации в СССР металлического гидросамолетостроения. Из-за требований фирмы на предоставление ей монопольного права на строительство металлических «лодок» в нашей стране это предложение было отклонено.
Поль Ришар, французский конструктор гидросамолетов, работавший по приглашению в СССР.
Гидросамолеты могли садиться и взлетать с большими скоростями из за практически неограниченных размеров водяной «взлетно-посалочной площадки».
«Moth» в переводе с английского — «мотылек».
14–15 июня 1919 г. англичане Дж. Алкок и А. Браун на двухмоторном бомбардировщике Виккерс «Вими» осуществили полет с Ньюфаундленда до Клифдена (Ирландия). Это был первый трансатлантический перелег на самолете, однако не с континента на континент (как известно, и Ньюфаундленд, и Ирландия — острова).
Для достижения той же подъемной силы при увеличении веса иди (и) уменьшении плотности воздуха самолет должен лететь на больших углах атаки.
Так как для схемы «утка» в горизонтальном полете G — Укр.+Yr.o., то при срыве потока на горизонтальном оперении G › Y
Критерий подобия, показывающий соответствие условий эксперимента реальным условиям. Значение Re пропорционально плотности воздуха.
На самолете Форд «Тримотор» два мотора находились под крыльями, см. рис. 1 50.
Как показано в диссертации М. А. Левина [4], для каждого самолета имеется своя оптимальная, с точки зрения скоростных качеств, нагрузка на крыло, Для самолетов, аэродинамическая схема которых соответствует скорости полета 300–350 км/ч, оптимальная нагрузка на крыло составляет примерно 200 м. У Боинга «Мономейл» этот параметр был в 3 раза меньше.
На советских TБ-1 и TB-3, описанных в предыдущей главе, также предусматривалось расположение основной бомбовой нагрузки во внутреннем отсеке, однако кабины на этих самолетах были открытыми.
В отличие от немецких машин, СБ и другие наши военные самолеты имели непротектированные топливные баки, и поэтому были более уязвимы в бою.
Советский истребитель-биплан И-15 1933 г. выпуска имел Схсг0.041 и К-10, а появившийся год спустя бомбардировщик СБ обладал Схо-0.034 и К-17 [13. с. 39; 24, с. 100–101].
Почти одновременно с Р-26, инженеры фирмы Боинг взялись за разработку более перспективного истребителя ХР-29 — с убирающимся шасси, свободнонесущим крылом, закрытой кабиной пилота. Однако консервативно настроенное военное руководство не поддержало этот проект [11. с.145].
Полтора года спусти на «Мессершмитте» был установлен новый рекорд: пилот Фриц Вендель достиг скорости 755 км/ч. Однако эга машина с двигателем мощностью 2150 л.с. настолько отличалась от прототипа, что ее правильнее считать новым самолетом, а не модификацией Bf. 109.
Стремясь улучшить аэродинамику гидросамолетов, фирмы Консолидейтед (США) и Дорнье (Германия) во второй половине ЗО-х годов выпустили «летающие лодки» с убирающимися в крыло not ставкам и боковой остойчивости (самолеты «Каталина», «Коронадо», Do-26). Однако эта мера не дала заметного эффекта: скорость перечисленных самолетов не превышала 300 км/ч.
Впервые внимание историков авиации на это обратил К.Ю.Косминков в докладе на X Международном симпозиуме по истории авиации и космонавтики (Москва. 1995 г.)
Согласно теории, полный КПД воздушно-реактивного двигателя — 0.0082V/Cp, где Ср — удельный часовой расход топлива [48, с. 125].
Напомню, что Италия начала боевые действия на стороне Германии 10 июля 1940 г… война Германии с СССР началась 22 июня 1941 г., Япония напала на США 7 декабря 1941 г.
Установка в воздухозаборнике двигателя оригинальных поворотных направляющих лопаток, позволивших повысить КПД нагнетателя на высотах, меньше расчетной, не спасало положения — потеря- мощности все равно оставалась слишком большой.
Это было сделано потому, что P-39D предназначался, в основном, на экспорт, а Госдепартамент США запрещал тогда вывозить из страны самолеты, снабженные двигателями с турбонаддувом.
Первый гироскопический прицел имел довольно большие габариты и с трудом умещался в тесном кабине истребителя. Потому в самом начале многие бывалые летчики без энтузиазма отнеслись к новому изобретению. Но вскоре они изменили слое мнение А.Прайс приводит такой эпизод Когда а одно из американских подразделений прибыл истребитель «Мустанг» с гироприцелом, командир эскадрилье посчитал эго никчемной затеей и отдал самолет самому малоопытному пилоту. Неожиданно для всех, в том числе и для самого себя, этот пилот в первом же бою сбил немецкий истребитель. На следующий день прицел было приказано переставить в кабину самолет командира [20, с. 70–71].
К случае поражения топливного бака опасность пожара обычно возникает лишь при вытекании горючего наружу. При попадании в бак пуде быстро тормозится в жидкости и теряет убойную силу -
О том, что эта модель по скорости была близка к пределу для винтомоторных самолетов, свидетельствует то, что абсолютный мировой рекорд скорости для поршневого самолета, установленный в 1983 г. составляет 832.12 км/ч, т.e. не намного превышает Умакс P-51M.
Если в Германии в годы войны соотношение контролеров (приемщиков) к числу производителен былс примерно 1:100, то в Японии — 1 2000 [28, с. 111
Примечателен такой факт. В 1938 г. США провели поенные учения с использованием авианосцев, причем одной из учебных целей была военно-морская база в Пирл-Харборе. Среди иностранных наблюдателей был японский адмирал И.Ямомото, в будущем — главнокомандующий японским военно-морским флотом и организатор воздушного нападения на Пирл-Харбор.
«Москито» в варианте ночного истребителя имел обозначение Мк. II. Свой боевой счет этот самолет открыл в мае 1942 г., сбив немецкий бомбардировщик.
Такая компоновка оружия получила кодовое обозначение «Scbrage Musik», что в переволе обозначает «джаз».
В 1930-е годы уже строили истребители с тандемным расположением винтов на фюзеляже (АНТ-23. Фоккер D.XXIII). Но все они имели вынесенное назад на балках хвостовое оперение, что снижало аэродинамические преимущества данной компоновки двигателей. Do-335 был первым двухмоторным истребителем с пропеллером, установленным за хвостовым оперением.
Для сравнении: Схо Пе-2 составлял величину 0,023. Ju-88.А6 — 0,024, ДБ-3 — 0,026 [61].
В Канаде находился филиал фирмы Де Хевилленд.
Цифры для сравнения: истребитель F-51U имел Усрыва-161 км/ч. а одномоторный бомбардировщик «Хеллдайвер» — 127 км/ч [13.с. 484.].
Попытка превратить Do-217Е и пикирующий бомбардировщик путем установки за фюзеляжем оригинального усгройства для ограничения скорости пикирования, действующего по принципу раскрывающегося зонтика, не увенчалась положительным результатом.
В частности, отпала необходимость в кислородных масках и специальных костюмах с электроподогревом. которыми пользовались на В-17 и В 24.
Впервые такую кабину Э.Хейнкель применил на Не-111.
Имеется в виду лицензионный американский многоцелевой самолет Vultee А-11. — Д.С.
Одинаковое название объясняется тем, что оба самолета создавались по одной и той же программе легкого бомбардировщика и штурмовика с условным названием «Иванов». — Д.С-
Следует, правда, отметить, что пулестойкость немецкой гомогенной брони была хуже, чем у более совершенной брони гетерогенного типа на Ил-2.
Ме-163Л летал как экспериментальный, без вооружения.
Весь внутренний объем фюзеляжа был занят топливными баками, т. к. ТРД отличались большим, по сравнению с ЛВС, расходом горючего.
Следует сказать, что Липпиш был не первым, кто предложил треугольное крыло малого удлинении для скоростных самолетов. До войны такие проекты выдвигали А. С. Москалев и Р. Л Бартини в СССР. M Глухарев в США и др. [56]. Однако эти предложения носили интуитивный характер. Заслуга немецкого конструктора в том, что он впервые научно обосновал преимущества дельта-крыла для сверхзвуковых скоростей.