Из истории развития истребительной авиации. Часть первая

Начав первую мировую войну монопланом, самолет-истребитель закончил боевые действия бипланом и даже трипланом. Все остальные элементы конструкции «скаута» почти не изменились. Лишь к самому концу войны, в 1918 году, фирме «Юнкерс» удалось выпустить небольшую серию цельнометаллических истребителей Юнкерс D-1 со свободнонесущим крылом, без расчалок и подкосов. Но, как ни прогрессивен был переход к «крылатому металлу» — дюралюминию, у новых монопланов не оказалось сколько-нибудь значительных летных преимуществ перед традиционными фанерно-полотняными бипланами. По сути прежней осталась и технология: «Юнкерсы» изготовляли так же, как и неметаллические машины: вместо фанеры или полотна попросту ставили дюралевый лист, а деревянный брусок или планку заменяли тянутым профилем. Кустарной оставалась и сборка — масса деталей поступала с грифом «Подгонять по месту». Абсолютным монополистом после первой мировой войны оказался все же истребитель-биплан смешанной конструкции. От этих машин, как и прежде, требовались достаточно высокая горизонтальная и вертикальная скорость и в особенности маневренность — способность развернуться на «пятачке».

Быстроходность машин росла в основном за счет мощности двигателей. А так как это неизменно утяжеляло истребитель, приходилось увеличивать и площадь крыльев для сохранения маневренности. Чтобы не заставлять каждый квадратный метр плоскостей нести лишнюю нагрузку, крылья делали и длиннее и шире. Даже самый скоростной и маневренный истребитель вряд ли станет грозной боевой машиной, если не предоставить летчику хороший обзор. Что увидит пилот, сидящий в буквальном смысле между двумя обширными экранами — верхним и нижним крыльями? Конструкторам пришлось бороться и со «слепотой» самолетов, делать вырезы в задних кромках крыльев, изгибать верхнюю плоскость наподобие крыла чайки, а то и вовсе поднимать верхнее крыло над фюзеляжем и убирать нижнее (схема «парасоль»). Чаще всего прибегали к схеме полутораплана — верхнюю плоскость поднимали над корпусом, нижнюю уменьшали в размерах так, чтобы она не мешала пилоту глядеть «под себя».

Развитие истребителей 20—30-х годов неразрывно связано с воздушными гонками—состязанием пилотов, машин, фирм, наконец, ведущих авиационных держав. Наибольшей популярностью пользовались гонки гидросамолетов на кубок Шнейдера, начавшиеся еще до войны, в 1913 году. В 1919—1920 годах в гонках участвовали одноместные морские истребители с форсированными двигателями. Добавочную мощность удавалось получить за счет увеличения степени сжатия и числа оборотов моторов, что, конечно же, приводило к увеличению размеров силовой установки. В 1923 году появились гоночные самолеты со сверхмощными двигателями, созданными специально для состязаний. Машины отличались также совершенной аэродинамикой. Гонки 1926 года окончились неожиданной победой Италии и показали, как много зависит от искусства пилота, от его подготовки к управлению именно гоночными машинами. Англичане немедленно организовали учебно-тренировочную эскадрилью высокоскоростных полетов. Ее единственной задачей было обучение летчиков и испытание самолетов для шнейдеровских состязаний, Так же как в Италии, пилоты набирались из военной авиации.

К концу 30-х годов лишь две эти страны могли претендовать на победу в шнейдеровских гонках. Оба государства затратили огромные средства на постройку машин, моторов и на подготовку к состязаниям. Счастье улыбнулось английской команде — в гонках 1927 года летчик Уэбстер показал среднюю скорость в 453 км/ч на Супермарине-5. Его достижение тем более замечательно, что оно превысило мировой рекорд скорости для сухопутных самолетов. По условиям состязаний кубок и победа доставались стране, выигравшей гонку три раза подряд. Англии предстояло доказать свое превосходство еще дважды. Готовясь к 11-м гонкам, главный конструктор фирмы «Супермарин» Р. Митчелл подготовил новую машину S-6В. 7 сентября 1929 года с результатом 520 км/ч победил «Супермарин». Необычайно выглядели шнейдеровские гонки 1931 года. В них участвовали одни лишь английские машины, стремительные, с длинными поплавками гидросамолеты. Пилот Супермарина 5-6В безукоризненно прошел пять кругов 350-километровой дистанции, и его достижение — скорость 547,3 км/ч увенчало последнее, двенадцатое состязание на кубок Шнейдера. В многолетнем споре между пилотами, инженерами, учеными, составлявшими в те времена цвет авиационных наций Старого и Нового Света, победили англичане.
Стоит заметить, что максимальная скорость сухопутного гоночного самолета — Гранвилл «Суперспортстер-Джи-Би» — составляла около 430 км/ч, на добрую сотню километров в час меньше, чем у гидросамолета с огромными, в размер фюзеляжа, поплавками! Но и о такой быстроходности конструкторы истребителей начала 30-х годов могли только мечтать. Почему же, располагая сверхскоростными одноместными машинами, специалисты не могли просто переделать их в столь же скоростные боевые самолеты? Одна из причин — та же, что заставила когда-то Густава Деляжа и Луи Бешеро изменить монопланной схеме и сделать бипланами первые боевые «Ньюпоры» и СПАДы. Причина быстроходности гоночных гидросамолетов — посадка на воду. Ведь на водную гладь можно садиться с большей скоростью, чем на грунтовую или бетонную площадку,— впереди у машины практически бесконечная дорожка. Это замечательное свойство гидроаэродромов делает менее жестким противоречие между максимальной скоростью полета и скоростью посадки, которое во все времена было твердым орешком для конструкторов. Заботясь о быстроходности сухопутного самолета, они делали крыло меньше—выигрывали на его аэродинамическом сопротивлении,— но всегда помнили: машину нужно благополучно приземлять, а это требует достаточно большой несущей поверхности. Вот и получилось, что крылья гоночных гидросамолетов были меньшей площади, а значит, и небольшого сопротивления. Даже гигантские поплавки не ухудшали аэродинамических свойств настолько, чтобы машину мог обогнать сухопутный гоночный самолет со сравнительно небольшим колесным шасси.

Еще одна причина, из-за которой нельзя было механически перенести конструктивные особенности машин-«рекордсменов» на истребители: чрезвычайно высокий рост мощности мотора, необходимый для незначительного увеличения скорости. На «Джи-Би» американец Д. Дулиттл побил в 1932 году рекорд, установленный еще в 1924 году французским летчиком Бонне, 6-процентный прирост скорости дался ценой полуторного повышения мощности мотора. При всей своей резвости «Джи-Би» не внушал доверия пилотам. Бочкообразный в передней части фюзеляж переходил к хвосту в вертикальное ребро, игравшее роль киля. На больших углах атаки, при взлете и посадке, крыло «затеняло» оперение; хвост попадал в возмущенный крылом воздушный поток. Немало хлопот доставлял реактивный момент винта, приводимого во вращение 800-сильным двигателем. Машина стремилась развернуться при разбеге и опрокинуться в полете. Сам Дулиттл, публично объявив об отказе участвовать в гонках после полетов на «Джи-Би», сказал: «Я еще не слышал, чтобы кто-нибудь, посвятивший себя этой работе, дожил до старости». До предела форсированные двигатели гоночных самолетов были рассчитаны на весьма непродолжительную работу. Машины не несли вооружения и массы других устройств, которыми оснащались боевые самолеты, и брали на борт небольшой запас горючего, К тому же из-за огромной удельной нагрузки на крыло (у Супермарина 5-6В—202 кг/м2; вспомните, 71 кг/м2 у «Депердюссена» 1913 года!) и плохих несущих свойств плоскостей с минимальным сопротивлением гоночные самолеты не обладали хорошей маневренностью.

Все эти недостатки с точки зрения военного или гражданского авиастроения — плата за скорость. В угоду быстроходности конструкторы жертвовали свойствами, благодаря которым в свое время самолет превратился в грозное оружие и стремительное средство передвижения. Делая истребители с оглядкой на «рекордсменов», авиаконструкторы заходили в тупик. Как только быстроходную опытную машину загружали оборудованием, вооружали, она тяжелела, становилась вялой в наборе высоты и маневре. Вдобавок ко всему двигатели, хотя и «выдавали» куда больше лошадиных сил, чем их предки времен мировой войны, остались такими же прожорливыми. За каждую добавочную силу приходилось платить пропорционально выросшим расходом топлива; удельный расход нисколько не уменьшится. Баки увеличились в размерах, на борт приходилось брать больше горючего и масла. Так называемая боевая нагрузка (оружие, боеприпасы, прицел, бомбы), несмотря на рост полной нагрузки, даже уменьшилась. Если прежде вес бензина составлял 1/3 полной нагрузки, то теперь его доля поднялась на 50 процентов и выше. И все-таки опыт шнейдеровских и других состязаний очень помог конструкторам истребителей. Он научил их бороться за каждую лошадиную силу мощности, за каждый грамм аэродинамического сопротивления. Больше того, стремительные, нередко опасные «болиды» сыграли роль разведчиков новых, еще не освоенных возможностей авиации, заставили специалистов изучать аэродинамику крыла, винта, всего самолета при высоких скоростях полета, создавать двигатели невиданных прежде мощностей. Оказалось, что от места и формы стыка крыла и фюзеляжа зависит величина полного сопротивления машины. Присоединяя крыло к нижней, средней или верхней части корпуса, можно получить весьма отличающиеся друг от друга аэродинамические свойства самолета. Важна и форма перехода консолей в фюзеляж — так называемые зализы облагораживают аэродинамику и придают истребителю лишний десяток, а то и два километров в час.

Слабое место самолетов шнейдеровского типа—винт постоянного шага. Угол установки лопастей оставался неизменным в течение всего полета. Но условия обтекания зависят от направления потока, набегающего на лопасть, говоря иначе, от ее угла атаки. Машина взлетает — к скорости от собственного вращения винта добавляется скорость движения самолета, которая растет от нуля до максимальной. Угол атаки лопасти изменяется, и только на расчетном режиме полета он достигает наивыгоднейшего значения. Если лопасти заранее установить под углом, оптимальным на самой большой скорости, самолет может просто не взлететь или будет разбегаться слишком долго. Приходилось удовлетворяться полумерами — рассчитывать пропеллер на какой-то промежуточный режим. Именно для того, чтобы лопасть как бы следовала за «гуляющим» вектором скорости потока и занимала «экономичное» положение, стали делать винты изменяемого шага. Самолет с «затяжеленным» винтом, лопасти которого были поставлены под большим углом установки, энергично разбегался и взлетал. При большой скорости полета лопасти устанавливались под меньшими углами. И, наконец, шасси, вносившее изрядную долю в общее сопротивление гоночных машин. Обтекатели стоек и колес мало чем помогали при полете с громадной для начала 30-х годов скоростью до 500 км/ч. В конце концов шасси в полете научились убирать. Любопытно, что первыми применили все перечисленные новшества не создатели истребителей, а конструкторы пассажирских самолетов. Произошло это, видимо, потому, что убирающееся шасси вряд ли прибавило бы скорость тогдашним боевым машинам—бипланам. Истребители потяжелели бы (за счет веса механизма уборки стоек) и при той же площади крыльев стали бы менее маневренными. Пассажирским машинам верткость ни к чему. Их легко сделать обтекаемыми монопланами.

В 1931—1932 годах фирма «Локхид» выпустила модель «Орион», оснащенную сначала 450-, а затем 500-сильным двигателем. Самолет развивал скорость 360 км/ч. В 1932 году КБ Харьковского авиационного института создало пассажирский самолет ХАИ-1 с мотором М-22 (480 л. с.) — скорость машины достигала 324 км/ч. Убирающееся шасси, зализанные очертания фюзеляжа, особая форма перехода от крыла к фюзеляжу, закапотированный двигатель, винт переменного шага и, наконец, тщательная отделка внешних поверхностей самолета — вот что позволило сравнительно маломощным пассажирским машинам достичь высоких скоростей. В сущности, здесь перечислены все те ухищрения, к которым прибегали конструкторы 30-х годов, чтобы заставить истребителей сначала догнать резвых «транспортников», а затем и обставить их. Больше всего дискуссий в авиационном мире вызвала в те годы монопланная схема гоночных самолетов, точнее, ее пригодность для истребителей. Воздав должное аэродинамике, специалисты долго не могли решить, какой из двух схем — бипланной или монопланной— принадлежит будущее. Противоборство двух тенденций, как в зеркале, отразилось в творческой биографии выдающегося советского авиаконструктора, «короля истребителей» Н. Поликарпова. Выпустив в 1933 году полутораплан И-15, его КБ одновременно создает и скоростной моноплан И-16, ставший впоследствии основным предвоенным истребителем наших ВВС. И-16 был первым в мире серийным истребителем, на котором применено убирающееся шасси. Годом позже в первый полет поднялся И-15бис, верхнее крыло которого для улучшения обзора из пилотской кабины было поднято над фюзеляжем (летчики не сразу привыкли к изгибу крыла И-15 наподобие крыла чайки).

Наконец, в 1938 году проходит испытание полутораплан И-153 «Чайка»—дальнейшее развитие И-15. Машину оснастили более мощным двигателем, системой уборки шасси, четырьмя пулеметами. В то время считалось,— пишет генеральный авиаконструктор А. Яковлев,— что из-за недостаточной горизонтальной маневренности монопланов они в бою должны действовать совместно с бипланами: первые догоняют и сковывают действия противника, вторые уничтожают его. Эта концепция оставалась в силе до практической проверки ее в Испании и на Хал-хин-Голе, показавшей трудность организации взаимодействия разнотипных истребителей в быстро меняющихся условиях воздушного боя…» Чрезвычайно интересные конструкции боевых, готовых к действию машин, которые совмещали в себе лучшие свойства бипланов и монопланов, создал в конце 30-х годов советский летчик-испытатель и инженер В. Шевченко. Моно-биплан — самолет с двумя крыльями при взлете и посадке и с одним на основных режимах — вот что, по идее Шевченко, могло помочь тогдашней авиации. Только как избавиться от этого мешающего, лишнего крыла — не навсегда, конечно, а до конца полета, когда машина заходит на посадку и нужно восполнить недостаток подъемной силы за счет увеличения несущей площади? Убирающееся крыло? Этот вывод напрашивался сам собой. Но ведь крыло — агрегат весьма ответственный, сложный, испытывающий огромные нагрузки. Лишь недавно на самолетах появилось убирающееся шасси — это заставило конструкторов решить массу сложных технических проблем. Не вызовет ли уборка крыла нежелательных изменений в аэродинамике машины, как поведут себя шарниры консолей, не станут ли они источниками разрушительных колебаний?

Ответить на эти вопросы могли расчеты, продувки, наконец, летные испытания экспериментального самолета. В июне 1940 года моно-биплан впервые поднимается в воздух, а через месяц Георгий Шиянов, ныне заслуженный летчик- испытатель СССР, Герой Советского Союза, проводит первую уборку крыла в полете. Облетывали ИС-1 и летчики-испытатели Степан Супрун и Алексей Гринчик, вошедший впоследствии в историю нашей авиации как испытатель первого реактивного МиГа. Облетанный моно-биплан продемонстрировал отличные свойства. Уборка крыла не ухудшала устойчивости и управляемости машины, зато прибавляла ей скорости, Скорость возрастала, хотя обороты двигателя не менялись — сказывалось уменьшение воздушного сопротивления. При посадке быстроходная машина вновь выпускала убранное крыло и становилась «летучим» тихоходным бипланом. Самолет обходился взлетно-посадочной площадкой минимальных размеров… Но век боевого биплана уже миновал. Окончательный приговор ему вынесла воздушная война в Испании. «В 1936 году И-15 и И-16 впервые встретились с «Мессершмиттами»,— пишет генеральный авиаконструктор А. Яковлев.— Это были первые истребители Ме-109В с двигателем Юнкерса .1ито-210 мощностью 610 л. с. Скорость их не превышала 470 км/ч. Наши истребители по скорости не уступали «Мессершмиттам», а оружие у тех и у других было примерно равноценное — пулеметы калибра 7,62 мм. Маневренность у наших самолетов была лучшей, и «Мессершмитты» несли большие потерн… …

Тем временем гитлеровцы, учтя опыт первых воздушных боев в небе Испании, с лихорадочной поспешностью усовершенствовали свою авиацию. Они радикально улучшили машины Ме-109, установив на них двигатели «Даймлер-Бенц» 60) мощностью 1100 л. с., благодаря чему скорость полета возросла до 570 км/ч. В таком виде истребитель «Мессершмитт» поступил в серийное производство под маркой Ме-109Е. Несколько первых Ме-109Е в августе 1938 года были посланы в Испанию, где под командованием лучшего немецкого летчика Мельдерса приняли участие в воздушных боях заключительного акта испанской трагедии. Ме-109Е имел решительное преимущество перед И-16 по скорости полета (на 100 км в час), так и по калибру стрелкового оружия, и по дальности стрельбы». Итак, назрели реформы и в вооружении истребителей. Авиаконструкторы любят вспоминать старую шутку о специалисте по вооружению самолетов, которому доверили спроектировать истребитель. Вышло что-то вроде громадной пушки, облепленной маленьким крылом, оперением, кабиной, шасси. Но, в сущности, незадачливый вооруженец не так уж и ослеплен своей приверженностью ко всему стреляющему. Бортовое оружие — вот главная ноша истребителя, призванного уничтожать летательные аппараты противника, а иногда штурмовать наземные объекты. Вплоть до начала 30-х годов вес вооружения составлял у одноместного истребителя 65—75 кг (2 пулемета и 1000—1200 патронов). На самолетах устанавливали, как правило, пулеметы общевойсковых типов, модифицированные с учетом авиационной специфики. А ведь еще опыт первой мировой войны показал, как много значит для воздушного боя высокая скорострельность оружия. Знаменитый ас Репе Фонк писал: «Когда я летаю на СПАДе, то попадаю в цель так же, как если бы я стрелял с руки. Это совсем не легко. Надо принять во внимание, что и атакующий и атакуемый перемещаются с громадной скоростью и при этом находятся на разных высотах. Нужно мгновенно оценить скорость противника, сопоставить ее с собственной скоростью и предусмотреть те отклонения в траектории полета пули, которые зависят от угла обстрела…

Для того чтобы свести к минимуму необходимость вносить поправки в прицел, надо открывать огонь с дистанции 100—200 м. Значит, в распоряжении летчика имеется только несколько секунд для стрельбы. Время так мало, что я часто успевал выпустить не более 5—6 пуль. Правда, мне по большей части этого было достаточно, чтобы сбить противника», «Громадная скорость», с которой сближались самолеты первой мировой войны, изрядно выросла в 30-х годах. Чтобы всадить в атакующую машину хотя бы пять-шесть пуль, прежней, «общевойсковой» скорострельности уже не хватало. В 1932 году на вооружение советской авиации был принят 7,62-мм авиационный пулемет системы Шпитального-Комарицкого—ШКАС, делавший 1800 выстрелов в минуту. В 1939 году ВВС РККА получили крупнокалиберный, 12,7-мм пулемет УБ системы М. Березина, выпускавший 1000 пуль в минуту. Роковые для самолета первой мировой войны пять-шесть пуль могли быть совершенно безвредными для боевой машины конца 30-х годов. К концу десятилетия боевая нагрузка потяжелела до 200—300 кг, 100 кг составлял вес брони, защищавшей экипаж. Значит, желательно многократно усилить поражающее действие каждой из пяти-шести пуль, превратить их в мощные снаряды скорострельных авиапушек. Двумя пушками ШВАК 20-мм оснащали «Чайку», некоторые модели И-16. Пробовали ставить на «ишачка» даже четыре орудия. Нередко пушечное вооружение сочеталось с пулеметным. И если вес залпа (пуль или снарядов, выпущенных бортовым оружием в единицу времени) составлял у «скаута» первой мировой войны около 25 кг/мин, то истребитель конца 30-х годов «терял в весе» за минуту огня 200 кг…

Как и многие годы назад, в начале первой мировой войны носовая часть одномоторного самолета мало подходила для установки мощного вооружения. Мало того, что пулеметы нужно было синхронизировать с вращением винта — их следовало «вписать» в обводы фюзеляжа, занятого мощным и объемистым двигателем. В поисках места для пушек и пулеметов конструкторы рассредоточивали оружие. На основных монопланах британской истребительной авиации Хоукер «Харрикейн» (фирма «Хоукер» появилась в 1 920 году на основе реорганизованной фирмы «Сопвич») и Супермарин «Спитфайр» еще в 1936 году устанавливали по восемь пулеметов винтовочного калибра, располагавшихся в крыльях. Мессершмитт Ме-109ЕЗ (1939) нес два пулемета, стрелявших сквозь диск винта, и два крыльевых 20-мм орудия. Часть оружия несли на крыльях и американские истребители Кертисс Р-40 «Томагаук» и Белл Р-39 «Эркобра», появившиеся в 1939 году. Правда, создатели «кобры» облегчили жизнь вооруженцам. Стремясь создать легкую, маневренную машину, инженеры рассудили: чтобы повысить маневренность самолета, а заодно и улучшить обзор и пилотской кабины, надо самые массивные агрегаты сосредоточить вблизи его центра тяжести. Следовательно, идеальное место для двигателя — посередине фюзеляжа, позади летчика. Кабина передвигается к носу, носовую часть можно нашпиговать мощным вооружением и — это опять-таки работает на хороший обзор при разбеге и пробеге — передней, носовой стойкой трехколесного шасси. Особые возможности для вооружения предоставляли конструкторам истребителей двухмоторные машины с «очищенной» от двигателя носовой частью фюзеляжа.

Представители этого класса самолетов Мессершмитт Ме-110 (1936) и Локхид Р-38 «Лайтнинг» (1939). Как и на других двухвинтовых самолетах, двигатели «Лайтнинга» располагались по бокам пилотской кабины. Но конструкторам показалось слишком расточительным тратить мощность моторов на создание вихрей за мотогондолами. Ведь сопротивление обтекаемого тела зависит от его удлинения, отношения длины к площади миделевого сечения. У «Лайтнинга» гондолы переходили в хвостовые балки, образовавшие вместе с крылом и стабилизатором очень прочную и жесткую конструкцию. Освобожденную носовую часть самолета заполнили целой батареей: 23-мм пушкой и четырьмя пулеметами калибра 12,7 мм. Машина получилась довольно тяжелой — при взлетном весе 6700 кг она весила почти столько же, что и типичный для тех времен средний бомбардировщик… Претерпев между двумя мировыми войнами коренные изменения, истребитель превратился в грозную машину, способную бороться за господство в воздухе, взять на себя основную тяжесть суровых воздушных боев в небе надвигавшейся мировой войны.

Литература:
Андреев И., Захаров А. «Боевые самолеты» 1992г.
Попова С. «Аэрофлот от А до Я» 1986г.

Оставить комментарий