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.

Таблица 3.1. Технические новшества в конструкции скоростных гражданских самолетов конца 20-х — первой половины 30-х годов

Примечание: ЧД — число двигателей, MK — металлическая конструкция; СК — свободнонесущее крыло; НК — низкорасположенное крыло; ПМ — посадочная механизация; УШ — убираемое шасси. КД — закапотированный двигатель воздушного охлаждения ВИ — винт изменяемого шага; N — число пассажиров.

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].

Рис. 3.1. Локхид «Вега» 5С

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.

Рис. 3.2. Нортроп «Альфа» и Лзрокосмическом музее (Вашингтон)

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. 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.

Рис. 3.3. Локхид «Орион»

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.

Рис. 3.4. ХАИ-1

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].

Рис-3.5. Хейнкель He-70.

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.

Таблица 3.2. Сравнение технических, аэродинамических и экономических характеристик американских пассажирских самолетов [1; 3]

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].

Таблица 3.3. Сравнение характеристик авиационных двигателей воздушного охлаждения в середине 1920-х и в начале 1930-х годов (на примере фирмы ПраттУитни, США)

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.

Рис-3.6. Двухмоторный пассажирский самолет Боинг 247

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]Гидросамолеты могли садиться и взлетать с большими скоростями из за практически неограниченных размеров водяной «взлетно-посалочной площадки».
.

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.

Рис. 3.7. Локхид «Электра»

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.

Рис. 3.8. Первый эхземпляр самолета Дуглас DC-3

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]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).
.

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.

Рис. 3.10. ПС-35 (ЛИТ-35)

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.

 

Использование опыта создания скоростных самолетов гражданского назначения в военной 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.

Таблица 3.4. Характеристики наиболее известных самолетов-бомбардировщиков, 1933–1938 гг.

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) .

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.

Рис. 3.11. Хвостовая стрелковая башня бомбардировщика

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].

Рис. 3.12. Бомбардировщики Мартин В 10

Рис. 3.13. Бомбардировщик Хейнкель Не-111

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.

Таблица 3.5. Сравнение характеристик бомбардировщиков и их пассажирских прототипов

Рис. 3.14. Бомбардировщик Дорнье Dо-17

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.

Рис. 3.15. ДВ-3 в Музее ВВС в Чонмяо

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».

Рис. 3.16. Бомбардировщики Виккерс «Веллингтон»

Рис. 3.17. Бомбардировщик Савойя-Маркетти SM-79

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].

Рис. 3.18. Бомбардировщик Ju-88

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.

Рис. 3.19. Бомбардировщик LeO-45

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 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.
. 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.

Рис. 3.20. Бомбардировщик PZL-37

Рис. 3.21. Подразделение бомбардировщиков СБ

«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). 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]В отличие от немецких машин, СБ и другие наши военные самолеты имели непротектированные топливные баки, и поэтому были более уязвимы в бою.
. 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.

Рис. 3.22.Бомбардировщик Бристоль «Бленим»

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.

Таблица 3.6. Характеристики четырехмоторных бомбардировщиков ТБ-3, ТБ-4, В-17 и ТБ-7

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 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].
.

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.

Рис. 3, 23. Бомбардировщик Боинг В-17

Рис. 3.24. Первый экземпляр ТБ-7 во время заводских испытаний

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]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.
.

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. 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]Согласно теории, полный КПД воздушно-реактивного двигателя — 0.0082V/Cp, где Ср — удельный часовой расход топлива [48, с. 125].
. Это объясняется тем, что гидросамолеты могли иметь большую нагрузку на крыло, т. к. длина разбега и пробега на воде не ограничивалась размерами аэродромов.

Рис. 3.25 Пикирующий бомбардировщик Ju-87

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.

Рис. 3.26- Гоночный самолет Ведедл-Вильнмс «Джи Би»

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.

Рис. 3.27. Гоночный гидросамолет Супермарин S.6B

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.

Рис. 3.28. Гоночный самолет с одноколесным шасси «Сталь-6»

Рис. 3.29. Палубный истребитель Грумман FF-1

Таблица 3.7. Характеристики самолетов-истребителей 1930-х годов

Вместе с тем, неубираюшееся шасси, открытая пилотская кабина и расчалочное крыло не позволяют в полной мере отнести эту машину к новому классу скоростных истребителей.

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.

Рис-3.30. Истребитель Боинг Р-26

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].

Рис. 3.31. Истребитель Кодрон С-714

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]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.
.

Рис. 3.32. И-16 и Музее авиации Северного Флота (Сафоново)

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].

Рис. 3.33. Истребитель Северский Р-35

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.

Рис. 3.34. Истребители Накадзима Ki-27

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.

Рис. 3.35 Истребитель И -17

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]Так как для схемы «утка» в горизонтальном полете G — Укр.+Yr.o., то при срыве потока на горизонтальном оперении G › Y
.

Таблица 3.8. Сравнение характеристик истребителей И-15, И-16 и И-17[7; 24]

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.

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].

Рис 3.36. Истребитель Мессершмитт Bf. 109E

Рис. 3.37. Истребители Супермирин «Спитфайр» I

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.

Рис. 3.38. Истребитель Девуатин D-520

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]В отличие от немецких машин, СБ и другие наши военные самолеты имели непротектированные топливные баки, и поэтому были более уязвимы в бою.
.

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.

Рис. З 39. Истребитель И-153

Рис. 3.40. Истребитель Глостер «Гладиатор»

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.

Рис. 3.41. Истребитель И 207

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.

Ркс.3.42. Двухмоторный истребитель Мессершмитт Ш.110

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]Критерий подобия, показывающий соответствие условий эксперимента реальным условиям. Значение Re пропорционально плотности воздуха.
. По своим летно-техническим характеристикам морские самолеты значительно уступали новым скоростным истребителям и бомбардировщикам обычного типа.

Рис. 3.43. Самолеты «Суордфиш» над авианосцем «Арк Роял»

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.

 

«Летающие лодки»: завершающий этап развития

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.

Таблица 3.9. Характеристики «летающих лодок» 30-х годов

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.

Рис. 3.44 Самолет Сикорский S 42

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.

Рис. 3 45. Самолет Мартин 130

Рис. 3.46. Взлет летающей лодки Боинг 314

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 aiCKTpi1 чсская плита и холодильник. Следует также упомянуть обогревательную систем). регулировкой температуры и двойную звукоизоляцию стенок пассажирских кабин.

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.

Рис. 3-47. «Летающая лодка» Шорт G

Рис. 3.48. Морской тяжелый бомбардировщик МТБ-2

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 Схо и К. В результате, при той же мощности двигателей четырехмоторный бомбардировщик В-17 обладал на 100 км/ч большей скоростью, чем современные ему тяжелые американские «летающие лодки». Если учесть, что в предвоенные годы скорость полета являлась главенствующим фактором в авиации, становится ясно, что участь гидросамолетов была предрешена.

Рис. 3.49. Сравнение аэродинамических характеристик летающих лодок и лучших образной обычных самолетов (1 — Лоинг OA-1; 2 — S-38; 3 — Do X; 4 — S-42, 5 — Боинг 314; б — Грумман G 21)

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]Если в Германии в годы войны соотношение контролеров (приемщиков) к числу производителен былс примерно 1:100, то в Японии — 1 2000 [28, с. 111
. 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]Поль Ришар, французский конструктор гидросамолетов, работавший по приглашению в СССР.
, то в 1937–1938 гг. из 97 типов выпущенных за рубежом тяжелых машин только 25 имело лодку или поплавки [15]Критерий подобия, показывающий соответствие условий эксперимента реальным условиям. Значение Re пропорционально плотности воздуха.
. В СССР в конце 30-х годов гидросамолеты составляли всего 10 % от количества новых образцов авиационной техники [21]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].
.

 

Работы по улучшению технических характеристик самолетов в преддверии второй мировой войны

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.

Рис. 3.50. Исследования самолета трубе Т-101 в ЦАГИ

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].

Рис. 3.51. Виды соединения крыла и фюзеляжа

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] . 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]Для сравнении: Схо Пе-2 составлял величину 0,023. Ju-88.А6 — 0,024, ДБ-3 — 0,026 [61].
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=Cx SpV2 /2 следует, что его величина зависит не только от Сх, но и от других параметров — площади крыла и плотности воздуха (т. е. высоты полета). Так как дальнейшее уменьшение коэффициента лобового сопротивления давалось с большим трудом, авиаконструкторы пошли по пути увеличения скорости за счет большей нагрузки на крыло и повышения высоты полета.

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]Правда, некоторые исследователи подвергаки сомнению утверждение Берда. что да действительно сумел достичь полюса (см. [21, с. 96]).
. 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.

Рис. 3.52. «Шторьх» на взлете

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]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.
.

Рис. 3.53. Самолет Махонина с раздвижным крылом

Рис. 3.54. Самолет «РК» (а — п полете; б — перед посадкой)

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]В Канаде находился филиал фирмы Де Хевилленд.
.

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].

Рис. 3.55. Рекорды высоты полета (1 — Ньюпор 29D; 2–3 — Райт «Апаш»; 4 — Юнкерс W-341; 5 — Райт «Апаш»; 6 — Виккерс «Веспа»; 7 — Потез 50; 8 — Капрони 114; 9 — Локхид «Вега»; 10 — И-153; 11 — Потез 50; 12 — Бристоль 138. 13 — Капрони 161; 14 — Бристоль 138; 15 — Капрони 161 bis).

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]Впервые такую кабину Э.Хейнкель применил на Не-111.
. В начале нашего века во Франции Р. Эсно-Пельтри разработал проект самолета с гермокабиной [43]Имеется в виду лицензионный американский многоцелевой самолет Vultee А-11. — Д.С.
. 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]Одинаковое название объясняется тем, что оба самолета создавались по одной и той же программе легкого бомбардировщика и штурмовика с условным названием «Иванов». — Д.С-
, 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.

Рис 3.56 В. Пост и его авиационный скафандр

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].

Рис. 3.57. Экспериментальный самолет с гермокабиной БОК-1

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]Ме-163Л летал как экспериментальный, без вооружения.
.

Рис З.58 Пассажирский самолет Боинг-307

Таблица 3.10. Сведения о некоторых авиадвигателях воздушного охлаждения 30-х годов [3, с. 96]

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]Весь внутренний объем фюзеляжа был занят топливными баками, т. к. ТРД отличались большим, по сравнению с ЛВС, расходом горючего.
. 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.

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.

Рис. 3.59. He-176 — первый самолет с ЖРД

Рис. 3.60. Первый турбореактивный самолет Не-178

…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].

Рис. 3.61. Рекоды дальности полета (1 — Бреге 19; 2 — Потез 28; 3–5 — Бреге 19; 6- Райан «Спирит оф Сент Луис»; 7 — Белланка; 8 — Савойя-Маркетти 64; 9 — Бреге 19; 10 — Белланка «Пейсмейкер»; 11 — Фейри «Лонг Рейндж»; 12 — Блерио 110; 13 — АНТ -25; 14 — Виккерс «Уэллсли)

Рис. 3.62. Пограничники охраняют самолет ЛНТ-25 на о. Удд

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.

Таблица 3.11. Характеристики четырехмоторных пассажирских самопетов конца 30-х годов

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.

Рис. 3.63. Спальные места на самолете DC-4

Рис. 3.64. «Самолет-звено» В.С.Вахмистрова

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.

Рис 3.65. Составной самолет Шорт-Майо «Композит»

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.

Нис.3.66. Геодезическая конструкция крыла (Виккерс «Уэллсли»)

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.

Рис. 3.67. Затраты на авиацию (1 — военная; 2 — гражданская)