Со времени постройки созданного для рекорда скорости самолёта Бартини «Сталь-6» прошло пять лет. За это время методы улучшения обтекаемости летательных аппаратов сильно продвинулись вперёд, и в 1938 г. в ЦАГИ решили построить новый экспериментальный самолёт. М.Н. Шульженко, в то время возглавлявший институт, вспоминал: «Мы задумали самолёт, который должен был побить мировой рекорд скорости полёта (в 1938 г. для самолётов с колёсным шасси он составлял 611 км/ч и принадлежал немецкому Me 113. — Д.С.). При этом провести исследование, выявить резервы, которые позволят увеличить скорость истребителей. Я привлёк к работе М.Р. Бисновата».
Матус Рувимович Бисноват прежде работал в ОКБ В.К. Таирова. В ЦАГИ для него создали конструкторское бюро (в 1940 г. в нём было 84 человека), выделили площади центральных мастерских института. Проектировать сверхскоростной самолёт было интересно, и Бисновату охотно помогали многие специалисты аэрогидродинамического института.
По заданию, утверждённому весной 1939 г., следовало построить два экземпляра самолёта с новым советским двигателем водяного охлаждения М-105 с двухскоростным центробежным нагнетателем. Предусматривались следующие характеристики: максимальная скорость на высоте 5–6 тыс. м — 700–800 км/ч, посадочная скорость — 120–130 км/ч, время подъёма на 6 тыс. м — 6,2 мин.
Напомню, что в 1933 г. «Сталь-6» смогла развить только 400 км/ч, хотя не имела ни выступающего фонаря кабины, ни радиатора (применялось поверхностное паровое охлаждение). В распоряжении Бисновата был значительно более мощный двигатель, но чтобы почти вдвое превзойти скорость самолёта Бартини этого было недостаточно, тем более что от парового охлаждения как от бесперспективного для боевого варианта решили отказаться. Ставку сделали на аэродинамические достижения последних лет.
Самолёт Бисновата имел металлическую конструкцию с применением потайной клёпки, полотно использовалось только в обшивке элеронов и рулей. Фонарь кабины лётчика был выполнен заподлицо с фюзеляжем. Для обзора при посадке он раскрывался, образуя козырек, а кресло гидравлическим подъёмником поднималось вверх. Чтобы колёса в убранном положении поместились в небольшое по размерам крыло, их сделали очень компактными — 500x150 мм. Хвостовое колесо убиралось в фюзеляж одновременно с уборкой основных стоек. В выпущенном положении оно управлялось от педалей в кабине. Уборка шасси происходила с помощью гидравлического привода.
Самолёт был снабжён винтом изменяемого шага ВИШ-52. Радиатор системы охлаждения располагался в туннеле под центропланом крыла. Вода циркулировала под давлением 1,1 кг/см2, а её рабочая температура составляла 110–115 °C, что позволило уменьшить площадь радиатора. В будущем предусматривалась установка выдвижного радиатора, полностью убирающегося на максимальной скорости. При этом охлаждение должно было обеспечиваться за счёт скрытой теплоты парообразования — выпаривания воды в специальном бачке ёмкостью 50 литров. Масляный радиатор спрятали под капотом двигателя.
Крыло можно было легко заменить на другое, это объясняет появившееся в 1940 г. название СК-ЦАГИ (СК — сменное крыло). Таким образом, самолёт мог быть использован как летающий экспериментальный стенд для изучения новых профилей.
С уменьшением лобового сопротивления летательных аппаратов всё большую роль играло сопротивление трения. Чтобы свести его к минимуму, поверхность крыла покрыли тонким слоем шпаклёвки из пробковой пыли на маркизете (вид ткани), присоединённом к металлу нитроклеем, и затем до блеска отполировали. Такую же технологию использовали для повышения аэродинамического качества стратосферного самолёта БОК-15.
Аэродинамическое сопротивление самолёта можно уменьшить не только обтекаемостью форм и гладкостью поверхности, но и снижением площади крыла. На СК-ЦАГИ площадь крыла составляла всего 9,6 м2 — намного меньше, чем на истребителях-монопланах. В результате площадь эквивалентной вредной пластины самолёта Бисновата получилась в полтора раза меньше, чем у «Сталь-6», и на 20 % меньше, чем у новейшего истребителя Як-1. Для улучшения взлётно-посадочных характеристик на крыле установили посадочные щитки конструкции ЦАГИ, в полтора раза увеличивающие Су при посадке.
Параметры экспериментальных самолётов «Сталь-6» и СК и истребителя Як-1.
СК-1 во время первых полётов.
СК-1 на колёсном шасси.
Постройка самолёта завершилась 18 ноября 1939 г. В январе, после продувок в трубе Т-104 ЦАГИ, на СК-1 смонтировали двигатель, произвели покраску и полировку машины. С 5 февраля 1940 г. на установленном на лыжи самолёте начали выполнять пробежки и подлёты.
15 февраля лётчик-испытатель ЦАГИ Г.М. Шиянов поднял СК-1 в воздух. Полёт продолжался всего восемь минут и едва не закончился аварией, так как самолёт оказался крайне неустойчивым. «На разворотах я просто стонал, — рассказывал позднее Георгий Михайлович. — Менявшиеся усилия были огромными. Когда сел — не поверил, что удалось сесть. Столь же трудно усидеть человеку на бревне в воде…».
После доработок вертикального оперения полёты возобновили. Летал тот же Шиянов. 20 марта самолёт с выпущенным лыжным шасси и открытым фонарём кабины развил скорость 540 км/ч. Результат обнадёживал, но испытания проходили сложно. 8 мая начальник 8-го (лётного) отдела ЦАГИ Ляпидевский писал наркому Шахурину:
«Довожу до Вашего сведения, что срок испытания машины СК ЦАГИ конструктора т. Бисновата М.Р. срывается. Несмотря на то, что после первых полётов выяснился ряд существенных недочётов конструктивного порядка (продольная неустойчивость, перегрев масла), главный конструктор радикальных мер по их устранению не принял. Пытался ощупью решить задачу устранения дефектов, путём многочисленных полётов для проверки своих паллиативных мероприятий.
…26/3 лётчиком т. Шияновым было заявлено о несинхронности открытия щитков, что на данном самолёте является особенно недопустимым. Главный конструктор радикальных мер не принял, и 5/5 — 40 г. это явление едва не явилось причиной аварии».
На испытаниях в ЦАГИ. Май 1940 г.
После замены лыж на колёса возникла ещё одна проблема: из-за большой нагрузки на крыло самолёт имел высокую посадочную скорость, и расположенные в узких колёсах тормоза оказались малоэффективны. Лётные испытания возобновились в мае, после установки колёс большей ширины.
К концу июня Г.М. Шиянов выполнил около 30 полётов на СК-1. За это время были исследованы и отработаны винтомоторная группа (ВМГ), механизация крыла, убирающийся фонарь кабины, устойчивость самолёта, особенности взлёта и посадки. Но замерить максимальную скорость, потолок и другие важнейшие параметры не удалось. «Лётные характеристики не сняты из-за высоких температур ВМГ, плохой продольной и поперечной устойчивости и конструктивных недостатков шасси», — сказано в справке по состоянию работ на 20 августа 1940 г.
Схема самолёта СК-2.
СК-2. Декабрь 1940 г.
В сентябре заводские испытания СК-1 решили закончить, надеясь определить все недостающие данные на втором экземпляре — СК-2.
К постройке самолёта-дублёра приступили в декабре 1939 г. По мере испытаний первого самолёта в конструкцию СК-2 вносили изменения, его строительство затянулось, и он был готов только к осени 1940 г. Внешне машина отличалась от СК-1 обычной кабиной с каплевидным фонарём и выступающим наружу обтекателем маслорадиатора под мотором.
10 ноября 1940 г. Г.М. Шиянов поднял машину в полёт. Испытания проводились с колёсным шасси. Не обошлось без происшествий. 6 декабря при выпуске шасси лётчик, не рассчитав силы, вырвал ручку с тросиком гидропривода шасси и вынужден был сажать самолёт на живот на скорости около 200 км/час. К аварийной посадке готовились и пожарные, и санитарные машины, но она оказалась на удивление удачной. Повреждения были невелики, и через 10 дней машина снова была в воздухе. 17 января А.Н. Гринчик, впервые пилотировавший СК 2, при пробеге после посадки сошёл с очищенной от снега полосы аэродрома, самолёт зарылся в сугроб, скапотировал и погнул винт. Винт сменили, и 29 января полёты продолжили.
29 июля 1339 г. решением Комитета обороны М.Р. Бисновату и ЦАГИ было поручено на основе экспериментального СК построить опытный истребитель ИС-ЦАГИ со скоростью полёта 650 км/ч и предъявить его на испытания в апреле следующего года.С. Кузнецов. ИС-ЦАГИ // Мир авиации. 2002. № 2. С. 7–10
Проект был готов к концу 1939 г. Самолёт был похож на СК-2, но имел вооружение (два обычных и два крупнокалиберных пулемета в носовой части фюзеляжа), бронеспинку кресла лётчика и узлы под крылом для крепления небольших бомб или подвесных топливных баков. На крыле вместо щитков ЦАГИ установили выдвижные закрылки Фаулера. Нагрузка на крыло составляла 200 кг/м 2 . Для получения дополнительной скорости нагретый воздух после водяного радиатора должен был смешиваться с выхлопными газами и выходить с большой скоростью через профилированный тоннель, при этом предполагался прирост тяги, эквивалентный 300 л. с. мощности двигателя.
С двигателем М-105 с трёхскоростным нагнетателем ИС-ЦАГИ должен был иметь взлётный вес 2700 кг, скорость на высоте 5000 м — 600 км/ч, на высоте 10200 м — 664 км/ч, время набора высоты 5000 м — 6,7 мин., потолок — 12100 м, дальность — 600 км (с подвесными баками — 1000 км).
В начале 1940 г. проект направили на утверждение в НКАП. К этому времени уже готовились к испытаниям скоростные истребители Яковлева, Лавочкина и Микояна, и 14 марта 1940 г. вышло постановление о прекращении работ по ИС-ЦАГИ.
При постройке СК-2 конструкторы учли опыт испытаний предшественника, самолёт получился намного удачнее и нравился испытателям. Об этом свидетельствует отзыв ведущего лётчика Шиянова и лётчиков облёта Гаврилова и Гринчика (февраль 1941 г.):
«Кабина самолёта удобна. От задувания полностью защищена, и весь полёт поэтому производится без очков. Посадка лётчика хорошая, обеспечивает свободным подход ко всем рукояткам управления самолётом, мотором и оружием…
Фонарь очень хороший (удобный). Обзор во все стороны как в полёте, так и для взлёта и посадки достаточный. Особо хороший обзор задней полусферы хвоста, имеющаяся в передней левой части фонаря откидывающаяся часть плексигласа даёт лучший обзор при посадке, не вызывая задувания в кабине (можно работать без очков).
Рулёжка. Самолёт рулит хорошо. Обзор на рулёжке достаточный. Открывающиеся боковины фонаря создают дополнительные удобства при рулёжке. Управляемый костыль в сочетании с тормозами колёс делает самолёт на земле очень манёвренным и позволяет делать поворот малого радиуса.
Взлёт. Самолёт быстро и с небольшой нагрузкой на ручку (при нейтральном триммере) поднимает хвост. Газ следует давать плавно во избежание возможного разворота вправо (разворот парируется рулём поворота). Разбег делается плавно с поднятым хвостом, причём руль направления становится сразу эффективным.
При отрыве на малой скорости самолёт имеет тенденции сваливаться на правое крыло. Для предотвращения этого необходимо несколько увеличить длину пробега до скорости, при которой элероны становятся более эффективными. В этом случае отрыв происходит плавно, без кренов и отклонения от намеченного направления взлёта.
…Уборка щитков в воздухе возможна на любой высоте и происходит за 5–6 сек. Самолёт быстро выбирает скорость. Уборка щитков даёт небольшой кабрирующий момент.
Уборка шасси происходит за время 10–12 сек. и также создает кабрирование.
Давление на ручку легко снимается триммером. При даче газа появляется кабрирующий момент.
…Электрическая и механическая сигнализация позволяет легко держать заслонки радиаторов масла и воды в выгодном положении для охлаждения и скорости.
Полёт. Самолёт имеет достаточную положительную устойчивость в продольном и путевом отношении; в поперечном отношении устойчивость самолёта близка к нейтральной. Самолёт „плотно“ сидит в воздухе и легко управляется…
Планирование и посадка. Заход на посадку делается на 240 км/час, меньшая скорость делает посадку неприятной. Обзор при посадке хороший. Щитки позволяют уход на второй круг и полёт на любых режимах. При отклонении щитков самолёт делается устойчивее и опускает нос, траектория становится крутой.
Посадка самолёта простая и приятная, но требует точного подвода к земле… Амортизация шасси работает хорошо, пробег после посадки с расторможенным колесом очень устойчив и удержание направления не требует напряжения».
Во время полётов на максимальную скорость лётчики достигли 660 км/ч. Это не был мировой рекорд (к тому времени он уже составлял 755 км/ч и по-прежнему принадлежал Германии), но среди серийных самолётов ни один не летал быстрее. Правда посадочная скорость СК-2 тоже была рекордно велика— 170 км/ч.
Лётные характеристики скоростных самолётов.
При сравнении скоростных характеристик надо учесть, что СК-2 не имел вооружения. Переделка его в истребитель (установка пулемётов, бронеспинки, прицела и др.) уменьшила бы скорость на несколько десятков километров.
В феврале 1940 г. главный конструктор завода № 31 в Таганроге Георгий Михайлович Бериев направил в НКАП эскизный проект истребителя Б-10. Чтобы добиться рекордно большой скорости, Бериев выбрал схему со спаренными двигателями за кабиной, приводящими соосные винты. Хвостовое оперение располагалось на балках, соединенных с центропланом крыла. Заднее расположение двигателей должно было минимизировать мидель фюзеляжа, улучшить обтекание крыла и облегчить компоновку вооружения, винты противоположного вращения сводили к нулю их реактивный момент, использование реактивного выхлопа давало дополнительный прирост скорости. Шасси — с носовой опорой, это облегчало посадку самолёта с большой нагрузкой на крыло. Длина самолёта 11,2 м, размах крыла — 13 м, площадь крыла — 26 м 2 .РГАЭ. Ф. 8164. Оп. 1. Д. 91; Панатов Г.С., Удалов К.Г. Иллюстрированная энциклопедия самолётов ТАНТК им. Г.М. Бериева. Т. 1. М., 1998
С находившимся в стадии разработки двигателем М-107 (форсированный вариант мотора М-105 мощностью 1600 л. с.) Б-10 должен был иметь взлётный вес 3870 кг, скорость на высоте 8000 м — 818 км/ч (с М-105 — 700 км/ч), потолок — 10 000 м, дальность — 1000 км. Вооружение очень мощное: 20-мм пушка в передней части фюзеляжа и шесть пулемётов ШКАС на крыле.
Летом 1940 г. проект Г.М. Бериева обсуждался в Комитете обороны и по предложению командующего Военно-морским флотом Н.Г. Кузнецова был отклонен из опасений, что работа над истребителем помешает конструктору в срок выполнить основное задание — проектирование и постройку палубного разведчика КОР-2.
В марте А.Н. Гринчик провёл испытания СК-2 на штопор, в том же месяце состоялся полёт на проверку манёвренности. Планировалось в ближайшее время установить на самолёт вооружение (два крупнокалиберных пулемета по бокам фюзеляжа) и приступить к государственным испытаниям.
4 апреля начальник недавно организованного на базе 8-го отдела ЦАГИ Лётно-исследовательского института М.М. Громов подписал отчет по заводским испытаниям СК-2. В нём говорилось:
«Предъявленным тактко-техническим требованиям самолёт как экспериментальный для исследования крыльев с различными профилями, оперений и механизации их, влияния удельной нагрузки — вполне соответствует. Самолёт может быть допущен к эксплуатации на хорошем аэродроме.
Основными положительными качествами самолёта является следующее:
1. Большая горизонтальная скорость. При серийном моторе М-105 мощности 1050 л. с. на расчётной высоте 4900 м скорость 660 км/час.
2. Хорошая скороподъёмность самолёта. Подъем на 5000 м — 4 мин. 20 сек.
3. Простая посадка при относительно большой посадочной скорости.
4. Безопасный штопор до 2-х витков при правильном пилотировании при выводе из штопора.
5. Самолёт нормально делает виражи, боевые развороты, перевороты и пикирования. Петли, иммельманы и бочки на самолёте не производились.
6. Хороший обзор фонаря пилота.
7. Хорошая компоновка авиамоторной группы.
8. Самолёт нормален в управлении в воздухе, но требует хорошего пилота.
9. Кабина пилота характерна удобным расположением приборов и технической культурой оборудования.
Основными недостатками самолёта следует считать:
1. Тенденцию к сваливанию на крыло при взлёте на малой скорости вследствие недостаточной эффективности элеронов для парирования реактивного момента от винта.
2. Недостаточная поперечная устойчивость самолёта.
3. Выполнение фигур следует производить не ниже 3000–4000 м, так как потеря высоты при выполнении поворота и выходе из штопора достигает 2000–2300 м.
…ЛИИ считает нецелесообразным сдачу данного самолёта на гос. испытания, т. к. он не может быть использован как военный самолёт-истребитель. На самолёте следует продолжать исследования в ЛИИ, так как он является экспериментальным».
Этот документ и появившееся вслед за ним заключение наркома — «по лётно-тактическим данным самолёт интереса для ВВС не представляет» — поставили крест на дальнейшей судьбе машины.
Нагрузка на крыло (кг/м 2 ) серийных истребителей и самолёта СК-2.
М.Р. Бисноват, 1970-е годы.
Время шло к войне, в ЛИИ и ЦАГИ были заняты изучением закупленных в Германии военных самолётов и испытаниями поступивших в производство новых советских боевых машин, а объём экспериментальных работ резко сократили. Последний раз СК-2 подняли в полёт 30 апреля 1941 г.
Когда решалась судьба СК-2, М.Р. Бисновата уже не было в ЦАГИ. Его отправили в Ленинград для налаживания выпуска истребителя ЛаГГ-3. Впоследствии он прославился как конструктор авиационного ракетного вооружения.
В 1940 г. Матус Рувимович писал в наркомат авиационной промышленности: «Несмотря на то, что лётные испытания ещё не закончены, полученный нами материал представляет большую ценность. Мы впервые на самолёте ЦАГИ-СК начали летать при удельной нагрузке свыше 200 кг/м2 и получили положительные результаты по разбегу, пробегу и разворотам на больших посадочных скоростях. Таким образом, была опрокинута „теория“ невозможности использования больших удельных нагрузок как резерва скорости».
Хотя СК-2 так и остался экспериментальной машиной, заложенная в ней идея была в принципе верной. Прошло несколько лет, и в погоне за скоростью на Западе, а потом и в СССР на вооружении появились истребители с такими же и большими нагрузками на крыло.
Проектный рисунок ПБИ и полноразмерный макет этого самолёта.
Проект экспериментального одноместного истребителя (ЭОИ) В.Н. Беляева появился осенью 1939 г. Также как Б-10 Г.М. Бериева, это был моноплан с трёхколесным шасси, толкающим винтом, крылом ламинарного профиля и расположенном на балках хвостовым оперением с двумя вертикальными килями. Однако предполагалась установка только одного двигателя, освоенного в производстве М-105. Конструкция самолёта — смешанная, с применением металла, дерева и фанерной обшивки. Крыло оборудовано посадочными щитками и предкрылками. Бронированная кабина пилота находилась в носовой части и фюзеляжа была снабжена боковой дверью. Баки протектированные, с заполнением инертным газом. Вооружение компоновалось в носовой части и состояло из двух 23-мм пушек и одного крупнокалиберного пулемета. Расчетная скорость — 720 км/ч, потолок — 12 000 м.РГАЭ. Ф. 8164. Оп. 1. Д. 102; РГВА. Ф. 24708. Оп. 9. Д. 548
4 апреля 1940 г. вышло постановления Комитета обороны о постройке самолёта, в июне чертежи передали в производство на авиазавод № 156. Так как завод был сильно загружен изготовлением машин других конструкторов, работы по самолёту Беляева шли медленно, а к осени совсем остановились.
Тем временем Беляев продолжал совершенствовать свой истребитель. Для увеличения скорости было решено применить пароиспарительную систему охлаждения, установить ленточный тормоз на вал винта для безопасного покидания самолёта с парашютом, сделать управляемым горизонтальный стабилизатор.
В 1941 г. постройка ЭОИ возобновилась. К апрелю было изготовлено 85 % необходимых деталей и агрегатов, можно было приступать к сборке. Но из-за сложности конструкции самолёта возникли сомнения в его целесообразности. 16 мая вышел приказ о возвращении Беляева в ЦАГИ на научную работу и расформировании его конструкторской группы. ЭОИ намечалось достроить без него и провести испытания в ЛИИ, но после начала войны все работы по этому необычному истребителю были свёрнуты.
Не увидел свет и ПБИ — двухместный пикирующий бомбардировщик-истребитель с мотором М-107, спроектированный Беляевым в 1940 г. на основе ЭОИ с возможностью нести 500-кг бомбу под фюзеляжем. Скорость в варианте бомбардировщика оценивалась в 600 км/ч, истребителя — 670 км/ч. «Самолёт этой схемы может строиться только после испытаний одноместного экспериментального самолёта того же конструктора», — отмечалось в решении по данному проекту. Но фотографии свидетельствуют, что работы всё же велись, в частности, был изготовлен полноразмерный макет ПБИ.