В середине 30-х годов советские ВВС располагали превосходной боевой техникой: вне конкуренции были маневренные и скоростные истребители Н. Н. Поликарпова И-15 и И-16, скоростные и тяжелые бомбардировщики А. Н. Туполева СБ и ТБ-3. Однако в дальнейшем вследствие целого комплекса причин, от чисто технических до политических, темпы развития опытного самолетостроения стали замедляться. Одна из причин, сдерживавших развитие самолетостроения, заключалась в отставании отечественного моторостроения. Оно определялось тем, что более мощные моторы требовали лучших материалов, более совершенных средств испытания и более высокого уровня подготовки производства как в технологическом, так и в организационном плане. Говоря о проблемах советского самолетостроения второй половины 30-х годов, нельзя не отметить и тот вред, который нанесли авиапромышленности необоснованные репрессии, особенно в 1937 — 1938 гг. Эти репрессии лишали отрасль лучших кадров, создавали атмосферу неуверенности и дезорганизовывали работу. Все это пагубно сказывалось в первую очередь на опытно-конструкторских работах, являвшихся основой развития самолетостроения. Чтобы в кратчайший срок преодолеть отставание, необходим был одновременный рывок вперед во многих областях самолетостроения, быстрый выход на качественно новый уровень развития техники. Для этого требовались срочные и энергичные меры. Для обсуждения сложившейся ситуации и выработки соответствующих решений в первой половине 1939 г. ЦК ВКП(б) и советское правительство провели два совещания с участием руководителей ведущих авиационных конструкторских бюро и научных институтов, работников НИИ ВВС, летчиков-испытателей. В итоге совещаний были намечены конкретные меры для скорейшей ликвидации отставания. К самостоятельным работам по созданию нового поколения советских самолетов привлекалось большое число конструкторских коллективов, в том числе и вновь образованных, чтобы как можно быстрее запустить в массовое производство лучшие образцы техники. Еще раньше, в конце 1938 г., в системе НКВД под одной крышей образовали несколько новых конструкторских бюро, по существу бригад, в которых работали арестованные и уцелевшие в ходе репрессий конструкторы, в том числе А. Н. Туполев, В. М. Петляков, В. М. Мясищев, Б. С. Стечкин, С. П. Королев, Д. Л. Томашевич, И. Г. Неман. В 1939 г. военными авиационными специалистами на основании практического использования авиации в боях и прогнозов о характере будущей войны были в основном определены главные направления развития авиационной техники и сформулированы основные тактико-технические требования к новым самолетам. В соответствии с этими требованиями боевые самолеты нового поколения должны были иметь высокую максимальную скорость, а большинство из них еще и большую высотность. Конечно, решение поставленных задач начиналось не с нуля. Работы, проводившиеся в период 1935 —1939 гг., хоть и не дали ожидаемых результатов, но являлись необходимым этапом прогресса, этапом поиска, формирования и отбора технических средств. Эти работы стали как бы отправной точкой дальнейшего развития самолетостроения. Опытные работы по созданию нового поколения советских самолетов носили в 1939 — 1941 гг. исключительно широкий размах. Этот короткий период развития отечественного самолетостроения характерен небывалым разнообразием научно-технических и тактических идей и средств, подчас весьма необычных, которые закладывались конструкторами в проекты новых самолетов. Результатом этих работ явилось принятие на вооружение самолетов новых типов, на базе которых развивалась советская боевая авиация в период Великой Отечественной войны. В том же 1939 г. было принято решение о срочном и существенном расширении и обновлении производственной базы авиапромышленности — начиналось строительство новых заводов и реконструкция существовавших. На эти цели были отпущены огромные средства. Реализация, хотя и не полная, комплекса мер по повышению производственного потенциала авиапромышленности накануне войны позволила сравнительно быстро приступить к массовому выпуску новых образцов техники. Анализ истории самолетостроения второй мировой войны требует сопоставления уровня авиационной техники, выпускавшейся в разных странах. Критерием сравнения обычно служат летно-технические данные самолетов. Конечно, эти данные важны не сами по себе, а в комплексе с целым рядом других показателей, таких, например, как устойчивость, пилотажные качества,, живучесть, простота эксплуатации, надежность. Тем не менее летно-тактические качества боевых самолетов имеют первостепенное значение, поскольку именно они наравне с тактикой применения определяют боевую эффективность и техническое совершенство. Ниже приведены основные исходные положения и необходимые пояснения к проводимому в книге сравнительному анализу летно-технических данных самолетов.
1. Характеристики советских боевых самолетов, участвовавших в военных действиях, приводятся на основании контрольных летных испытаний серийных образцов соответствующего времени выпуска. Сопоставление серийных машин позволяет более точно оценить достоинства или недостатки авиационной техники, непосредственно поступавшей в действующие части.
2. Из множества типов и многочисленных модификаций боевых самолетов гитлеровской Германии для сравнения с советскими самолетами были выбраны наиболее характерные и имевшие массовый выпуск.
3. Почти все данные по немецким боевым самолетам приведены по материалам их летных испытаний, проводившихся в НИИ ВВС. Это были самолеты, закупленные СССР перед войной (Ме-109Е-3, Ju-88A-1, Не-111Н-5 и др.) или трофейные (Me-109F-1, G-2, G-4, FW-190A-4, А-5, А-8, D-9, Hs-129, Ju-87D-3, He-lllH-11, FW-200C-3 и др.). Поскольку летные испытания трофейных самолетов имели ряд особенностей, связанных, в первую очередь, с отсутствием технической документации, то основные результаты испытаний сравнивались с аналогичными показателями, приведенными в зарубежных источниках, с целью определения их соответствия. В случае необходимости основные летные характеристики корректировались (в частности, для Me-109F-1, летные данные которого, полученные в ходе испытаний, оказались заниженными из-за дефекта системы нагнетания, о котором испытатели не знали).
4. Приведенные летные характеристики самолетов, если это не оговаривается специально, соответствуют номинальному режиму работы мотора или же такому форсажу, продолжительность работы на котором была не менее 10 мин.
5. Для всех истребителей значения дальности полета приведены для режима, соответствующего скорости, составлявшей 90% максимальной, и высоте, на которой достигалась максимальная скорость. Этот режим назывался режимом скоростной дальности. Максимальная дальность полета истребителей на наивыгоднейшем по высоте и скорости режиме была на 25 — 30% больше. Для штурмовиков и бомбардировщиков, если это не оговаривается особо, приводится максимальная дальность полета.
6. Несмотря на то что в основе приводимых летно-технических характеристик лежат документальные данные, следует все же проявлять определенную осторожность в оценках и иметь в виду, что несмотря на всю объективность эти сведения не всегда могут дать исчерпывающее представление о боеспособности самолета. Приведенные данные, конечно, важны, поскольку характеризуют отдельные возможности самолета, но дать объективное представление о его боеспособности может только боевая практика.

Научно-исследовательские и опытные работы

В первый период войны эвакуация на восток ЦИАМ и других научных учреждений, опытных и серийных заводов существенно усложнила связи между ними и уменьшила возможности исследований. Тем не менее даже в этих трудных обстоятельствах проводились научно-исследовательские работы по ряду проблемных прикладных направлений, связанных с созданием и совершенствованием моторов, новых типов двигателей и силовых установок в целом. Эти работы проводились главным образом в ЦИАМ, ЛИИ и ЦАГИ в тесном контакте с ОКБ и серийными заводами. Большое значение имели изыскание и подбор новых авиационных топлив и масел. В начале войны на снабжении авиации были бензины Б-70 и Б-74 с исходным (без антидетонационных присадок) октановым числом соответственно 70 и 74, что позволяло получить с присадками топливо с октановым числом до 87 — 90. К середине войны был получен исходный бензин Б-78, который обеспечивал производство топлива с октановым числом до 95 — 97, а к концу войны до 100. Это расширяло возможности совершенствования моторов путем их форсирования. Немалое значение имели исследования и выработка рекомендаций по применению топлива и масел, которые поставляли союзники. Большое значение имели работы по обеспечению быстрого и надежного запуска моторов в суровых зимних условиях. Проблема состояла не только в том, что сам запуск при морозе был затруднен, но и в том, что прогрев мотора, маслосистема которого заполнена загустевшим холодным маслом, приводит к повышенному износу и выходу из строя ряда деталей, главным образом цилиндровой группы. К зиме 1942 — 1943 гг. проблема была решена: все основные моторы были оборудованы системами холодного запуска. Суть такой системы состоит в том, что при запуске масло, поступающее в мотор, проходит через специальное дозирующее устройство, где к нему добавляется 8 — 12% бензина; разжиженное бензином масло обеспечивает надежную смазку трущихся деталей: через некоторое время подача бензина, разжижающего масло, прекращается, и по мере прогрева мотора содержащийся в масле бензин испаряется. Внедрение холодного запуска существенно упростило зимнюю эксплуатацию моторов, сократило число отказов и повысило надежность. Одной из важных работ было определение возможностей и способов обеспечения работы моторов на так называемых боевых или чрезвычайных режимах — кратковременное повышение мощности сверх номинальной не только на взлете, но и в полете на высоте. Большое внимание уделялось повышению высотности моторов. Были исследованы и к концу войны внедрены системы комбинированного наддува, в которых в качестве первой ступени используется ПЦН с относительно малой расчетной высотой, а на высотах, больших расчетной (для ПЦН), в работу постепенно включается турбокомпрессор. Комбинированный наддув был отработан на нескольких опытных моторах и внедрен на серийных дизелях АЧ-30 и, уже после войны, на моторах АШ-73ТК, ВД-ЗТК и комбинированных двигателях АИ1-2К и ВД-4К. Комплекс работ по созданию работоспособных турбокомпрессоров позволил подойти к развертыванию исследований по проблемам создания газотурбинных двигателей. В конце войны в ЦИАМ были продолжены начатые еще в 1934 — 1936 гг. работы В. В. Уварова по турбовинтовым двигателям. Опытный образец такого двигателя был испытан сразу после войны. Определенное значение имело создание в ЦИАМ под руководством К. В. Холщевникова мотокомпрессорной установки ВРДК, испытанной на самолетах И-250 А. И. Микояна и Су-5 П. О. Сухого в составе комплексной силовой установки с мотором ВК-107. Улучшению характеристик боевых самолетов способствовал комплекс работ ЦИАМ, ЛИИ и ЦАГИ по исследованию такого способа увеличения пропульсивной мощности мотора, как использование реакции выхлопа. На основе этих исследований на многих скоростных самолетах были применены реактивные патрубки, обеспечившие ощутимое увеличение скорости. Так, для мотора с расчетной высотой около 5 км и давлением наддува 1000 — 1300 мм рт. ст. при скорости полета 550 — 600 км/ч применение оптимально подобранных реактивных патрубков эквивалентно приросту мощности мотора на 8—12% на уровне моря и на 15 — 20% на высоте, равной или большей расчетной. Несмотря на трудности военного времени продолжались работы по исследованию и созданию двигателей новых типов для летательных аппаратов: ЖРД, ПВРД, ПуВРД, а также по совершенствованию методов расчета моторов, методов и техники их стендовых и летных испытаний. К концу войны стало ясно, что дальнейший рост скорости полета самолетов с поршневыми моторами и воздушным винтом в качестве движителя достиг практического предела. Появление у немцев и англичан, а потом и у американцев самолетов с ТРД показало, что эра поршневых моторов в скоростной авиации кончается. С самого начала зарождения авиации главным направлением в развитии поршневых моторов было повышение мощности. Так, с начала первой мировой войны и до начала второй мощности моторов увеличились от 60 — 100 до 1000 — 1500 л. с. За это же время скорости полета выросли от 100 — 120 до 550 — 600 км/ч, то есть примерно в пять раз. За время второй мировой войны мощность серийного мотора увеличилась еще в полтора раза, однако прирост скорости оказался существенно меньшим — у лучших истребителей он составил всего 15 —20%. Наращивание мощности моторов уже не давало заметного прироста скорости самолетов. Например, если самолет Як-1 имел в 1940 г. максимальную скорость 585 км/ч при мощности мотора около 1050 л. с, то Як-3 с мотором ВК-107А достигал скорости 720 км/ч на высоте 6 км при мощности мотора на этой высоте более 1500 л. с. Дальнейшее заметное увеличение скорости оказалось практически невозможным: на этом же самолете с мотором ВК-108 при мощности, большей на 20% скорость увеличилась всего на 3,5% (745 вместо 720 км/ч). Кстати сказать, и абсолютные рекорды скорости самолетов с поршневыми моторами росли очень медленно: поставленный еще в 1939 г. мировой рекорд скорости 755,1 км/ч при мощности мотора около 1800 л. с. был побит лишь в 1969 г., когда на самолете с мотором мощностью около 3000 л. с. была достигнута скорость 777 км/ч. Это означает, что существует некий предел скорости полета с поршневым мотором. Дело в том, что установившаяся скорость горизонтального полета самолета с двигателем, создающим потребную тягу посредством передачи мощности на воздушный винт, однозначно определяется удельной массой двигателя, долей его массы в полетной массе самолета и его аэродинамическим качеством. Из «уравнения существования» самолета в полете можно вывести простую однозначную зависимость такой максимально возможной удельной массы двигателя, при которой возможно достижение той или иной скорости. Эта зависимость может быть выражена уравнением Потребовались другие, принципиально новые силовые установки. Такими установками стали газотурбинные двигатели (ТРД), самолеты с которыми уже появились к концу войны за рубежом. Главной и принципиальной особенностью ТРД было то, что их тяга в значительном диапазоне дозвуковых скоростей была почти постоянной, а достижимая скорость полета ограничивалась только приближением скорости полета к скорости истечения газов из реактивного сопла и аэродинамическими характеристиками самолета. Это открыло совершенно новые возможности для скоростной авиаций. ТРД обеспечивали резкий качественный скачок возможной скорости полета и, в принципе, позволяли вплотную подойти к «звуковому барьеру» и преодолеть его, поэтому в конце войны и после нее началось бурное развитие газотурбинных двигателей и в особенности ТРД. Появившиеся в эксплуатации несколько позже них турбовинтовые двигатели (ТВД), несмотря на заметно меньшие удельные массы, обладали теми же принципиальными недостатками, что и любые винтомоторные силовые установки: тяга винта падала с увеличением скорости полета. Тем не менее меньшая удельная масса, а для ТВД она составляла 0,3 — 0,4 кг/л. с, позволяла заметно увеличить скорость полета, так, на самолетах типа Ту-114 с ТВД была достигнута максимальная скорость около 900 км/ч. Но дальше «винтовые границы» по-прежнему играли ограничительную роль. Однако при скоростях полета менее 600 — 700 км/ч поршневые моторы много экономичнее ГТД. Конкурировать с ними могут в этом отношении только ТВД, наиболее совершенные из которых имеют примерно такой же удельный расход топлива. Что касается ТРД, то по экономичности они существенно проигрывают поршневым при скоростях полета, которые еще доступны самолетам с поршневыми моторами. К примеру, при скорости 500 — 600 км/ч и одинаковых полетном весе и аэродинамическом качестве самолета километровый расход топлива для самолета с ТРД примерно в 2 — 2,5 раза больше, чем для самолета с поршневым мотором. Даже экономичные современные двухконтурные двигатели (ТРДД) становятся выгоднее поршневых только при скорости полета более 650 — 750 км/ч. Поэтому можно было надеяться, что и после войны для дальней авиации и транспортных самолетов поршневые двигатели еще будут иметь преимущества по сравнению с ТРД, по крайней мере, по экономичности. В 1949 — 1950 гг. два ОКБ — А. Д. Швецова и В. А. Добрынина — приступили к созданию так называемых комбинированных двигателей, у которых энергия выхлопных газов использовалась не только для привода ТК, но и в турбинах, мощность которых передается на вал мотора. По этой схеме в 1950 г. был создан уже упоминавшийся двигатель АШ-2К с мощностью на взлете 4500 л. с, который имел комбинированный наддув от одного турбокомпрессора ТК-2 и семь турбин, передававших энергию непосредственно на вал мотора. Создание таких турбин было сопряжено с определенными трудностями. Поскольку выхлоп по времени составляет небольшую долю всего цикла (примерно одну треть), то газы попадают на рабочее колесо турбины не при постоянном давлении, а при переменном, пульсационно. Турбины, работающие в таких условиях, получили название — импульсные. Работа таких турбин была мало исследована, их расчет и оптимизация освоены не были и потребовалась усиленная работа научных центров, в частности ЦИАМ, чтобы обеспечить их создание в кратчайшие сроки. Комбинированный двигатель АШ-2К прошел испытания в начале 1951 г. В это же время в ОКБ, которое возглавлял В. А. Добрынин (1895—1978), был доведен и прошел государственные испытания другой комбинированный двигатель того же класса, только водяного охлаждения — ВД-4К. Создатель этого замечательного во многих отношениях двигателя В. А. Добрынин, окончив в 1926 г. МВТУ, начал свой творческий путь в авиационном отделе НАМИ и затем в ЦИАМ. Он участвовал в создании М-34, а в декабре 1934 г. был назначен главным конструктором завода № 24 по мотору М-34Р. Здесь он работал до 1939 г. над совершенствованием этого мотора и мотора АМ-34ФРН. В частности, он обеспечивал подготовку моторов для рекордных полетов Чкалова и Громова, доводку М-34РН и руководил работами по внедрению мотора М-34ФРН. В это же время он выдвинул идею создания мотора водяного охлаждения, четырехцилиндровые блоки которого располагаются звездообразно. В 1939г. В.А.Добрынин получает возможность реализовать эту схему в КБ, которое было организовано при МАИ под руководством Г. С. Скубачевского. В этом КБ был разработан мотор М-250 взлетной мощностью 2500 л. с. Одной из особенностей его был редуктор для привода двух соосных винтов. К 1941 г. проектирование было закончено. В. А. Добрынин был назначен главным конструктором завода, которому было поручено изготовление опытных образцов; в 1941 г. мотор был испытан. Однако в связи с начавшейся войной и эвакуацией завода КБ получило возможность заняться доводкой М-250 лишь в 1943 г. Мотор предполагалось поставить на двухместный штурмовик И-218 С. М. Алексеева, который не был построен. В 1946г. ОКБ В.А.Добрынина получило задание на разработку мотора мощностью 3500 л. с, он был создан в рекордно короткие сроки. Для получения такой большой прибавки мощности конструкция мотора была существенно изменена, в частности, увеличены размеры цилиндров: диаметр — до 148 и ход поршня — до 144 мм. Переработана конструкция ряда узлов и деталей. Наддув обеспечивался двумя ТК и односкоростным ПЦИ. В конце 1948 г. мотор прошел государственные испытания пол маркой М-253ТК, и было начато изготовление малой серии под обозначением ВД-ЗТК. Этот мотор, как и АШ-2ТК, предназначался для дальних скоростных бомбардировщиков Ту-85, однако по мере его разработки потребовалась сше большая мощность. В 1949 г. было получено задание на разработку моторов с вхтстной мощностью 4300 л. с. По этому заданию работали ОКБ Швецова и Добрынина. О разработанном в ОКБ Швецова комбинированном двигателе АШ-2К уже упоминалось выше. В 1951 г. прошел государственные испытания новый двигатель ОКБ Добрынина ВД-4К. Этот комбинированный двигатель имел три импульсные турбины, ПЦН и ТК с регулируемым соплом, создающим реактивную тягу. Данные его были рекордными: среднее эффективное давление на номинальном режиме составляло 8,2кгс/см2, литровая мощность на том же режиме — 54,6 л. с./л, удельный расход топлива на крейсерском режиме — 185 г (л. с.-ч) (без учета дополнительной тяги реактивного выхлопа) и 165 г/(л. с. ч)—с учетом ее. Так же как и на АШ-2К, для форсирования на взлетной мощности был применен впрыск водо-спиртовой смеси. На самолет Ту-85 были поставлены оба мотора — и АШ-2К, и ВД-4К, но предпочтение было отдано последнему, который и применялся на этом самолете — последнем дальнем бомбардировщике с поршневыми двигателями. Однако несмотря на рекордные данные этого уникального двигателя и отличные характеристики по дальности полета, скорость полета удалось повысить лишь до 638 км/ч — удельная масса все же была велика. В авиации началась эра газотурбинных двигателей, и поршневые моторы для скоростных и высотных самолетов больше не применялись. Этому способствовало еще одно важнейшее преимущество газотурбинных двигателей: их тяга при постоянной скорости полета с увеличением высоты полета уменьшается медленнее, чем плотность воздуха, а у поршневых моторов даже с очень большой высотностью после достижения расчетной высоты мощность (а значит, при данной мощности и тяга винта) стремительно падает, причем тем быстрее, чем больше расчетная высота мотора. На рис. 9 показаны для сравнения высотные характеристики типичных поршневых двигателей и ТРД. Отметим еще одно важное обстоятельство: на высоте больше 17 — 18 км эффективная мощность на валу любого поршневого мотора, в том числе и комбинированного двигателя, например типа ВД-4К, приближается к нулю. Это наступает тогда, когда развиваемая мотором индикаторная мощность в его цилиндрах сравнивается с мощностью, затрачиваемой на механические и прочие потери. Это принципиальное ограничение определяет потолок самолетов с поршневыми моторами, который не превышает у обычных, не рекордных самолетов 11 — 13 км. Для газотурбинных двигателей, в частности для ТРД, у которых механические потери существенно меньше, тяга сохраняется до больших высот. За поршневыми моторами в области сравнительно малых скоростей и малых потребных мощностей — это транспортные и небольшие пассажирские самолеты, спортивная авиация и в последние годы — мотодельтапланы и сверхлегкие самолеты. За рубежом весьма большое число поршневых моторов производится для личных самолетов. Поршневые двигатели в 50 — 70-х годах широко применялись на вертолетах всех видов, а на маломощных применяются" и сейчас. Для замены устаревшего М-11 в КБ, которое возглавлял А. Г. Ивченко, в 1950 — 1951 гг. был разработан более мощный девятицилиндровый звездообразный мотор АИ-14 взлетной мощностью 260 л. с. Наибольшее распространение получил АИ-14Р, который несколько лет находился в крупносерийном производстве. Этот мотор ставили на многие самолеты, например на Як-12Р, Як-12М, Як-18ПМ. На самолет Ту-85 были поставлены оба мотора — и АШ-2К, и ВД-4К, но предпочтение было отдано последнему, который и применялся на этом самолете — последнем дальнем бомбардировщике с поршневыми двигателями. Однако несмотря на рекордные данные этого уникального двигателя и отличные характеристики по дальности полета, скорость полета удалось повысить лишь до 638 км/ч — удельная масса все же была велика. В авиации началась эра газотурбинных двигателей, и поршневые моторы для скоростных и высотных самолетов больше не применялись. Этому способствовало еще одно важнейшее преимущество газотурбинных двигателей: их тяга при постоянной скорости полета с увеличением высоты полета уменьшается медленнее, чем плотность воздуха, а у поршневых моторов даже с очень большой высотностью после достижения расчетной высоты мощность (а значит, при данной мощности и тяга винта) стремительно падает, причем тем быстрее, чем больше расчетная высота мотора. На рис. 9 показаны для сравнения высотные характеристики типичных поршневых двигателей и ТРД. Отметим еще одно важное обстоятельство: на высоте больше 17 — 18 км эффективная мощность на валу любого поршневого мотора, в том числе и комбинированного двигателя, например типа ВД-4К, приближается к нулю. Это наступает тогда, когда развиваемая мотором индикаторная мощность в его цилиндрах сравнивается с мощностью, затрачиваемой на механические и прочие потери. Это принципиальное ограничение определяет потолок самолетов с поршневыми моторами, который не превышает у обычных, не рекордных самолетов 11 — 13 км. Для газотурбинных двигателей, в частности для ТРД, у которых механические потери существенно меньше, тяга сохраняется до больших высот. Для замены устаревшего М-11 в КБ, которое возглавлял А. Г. Ивченко, в 1950 —1951 гг. был разработан более мощный девятицилиндровый звездообразный мотор АИ-14 взлетной мощностью 260 л. с. Наибольшее распространение получил АИ-14Р, который несколько лет находился в крупносерийном производстве. Этот мотор ставили на многие самолеты, например на Як-12Р, Як-12М, Як-18ПМ, и он хорошо себя зарекомендовал. По лицензии его делали в Польше. В этом же ОКБ были созданы маломощный четырех цилиндровый АИ-4В мощностью 55 л. с. для легкого вертолета Н. И. Камова Ка-10 и мотор АИ-26В (на базе АШ-21) для вертолетов Ми-1 и Як-100. В 1967 —1969 гг. на смену АИ-14Р пришел мотор М-14П с увеличенной до 360 л. с. взлетной мощностью, который отличался от АИ-14Р большей степенью сжатия, увеличенными наддувом и частотой вращения, а также редуктором с меньшим передаточным числом. Этот мотор находится в серийном производстве и применяется, в частности, на спортивных самолетах Як-50, Як-52, Су-26 и Су-29.

Основные тенденции развития самолетов с поршневыми двигателями

Первые аэропланы начала XX века использовались практически только для демонстрационных полетов. Они летали со скоростью достаточно сильного ветра (40 — 60 км/ч) в приземных слоях атмосферы. Для обеспечения элементарной безопасности требовалось увеличить скорость, снизить влияние порывов ветра — скорость полета была единственным показателем прогресса в авиации и мерой уровня совершенства аэроплана. Она увеличивалась в результате повышения мощности моторов и совершенствования аэродинамики частей самолета (профилирование несущих поверхностей, переход от ферменного фюзеляжа к обтянутому полотном или обшитому фанерой, размещение экипажа в полузакрытых кабинах). К началу первой мировой войны скорость аэропланов достигла 120—130 км/ч. Рекорд скорости, установленный на специально спроектированном гоночном самолете в 1913 г., составил 203,4 км/ч. На первом этапе развития авиации были заложены основы аэродинамики и теории полета, были найдены размеры и энерговооруженность самолета, необходимые для обеспечения достаточно продолжительного полета и приемлемого уровня безопасности. Были предприняты попытки использования самолетов в качестве средства транспорта и в военных целях — для разведки, корректировки артиллерииского огня и поражения наземных войск противника. В ходе первой мировой войны появились специализированные аэропланы: бомбардировщики («бомбовозы») и истребители. С достижением скоростей, существенно превышающих скорость ветра, и началом практического использования аэропланов в военных целях (для разведки и транспортировки грузов) оказалось важным кроме дальнейшего увеличения скорости обеспечить повышение грузоподъемности и продолжительности полета, а с появлением истребителей — еще и возможности энергичного маневрирования без потери скорости. Важное значение для оценки этих самолетов приобрели радиус и время виража, которые определяются установившейся перегрузкой — отношением к весу самолета располагаемой подъемной силы, обеспеченной несущими свойствами и мощностью силовой установки. Нормальная перегрузка самолета, потребная для разворота в горизонтальной плоскости, обратно пропорциональна косинусу угла крена. Следовательно, для совершения установившихся виражей с у - 45 - 60° требуется установившаяся перегрузка, равная 1,4 — 2. Ее нужно было обеспечить несущими свойствами крыла и тягой силовой установки. Потребовались методы выбора параметров и сравнительного анализа аэропланов различного назначения, оценка совершенства самолета как летательного аппарата, предназначенного для выполнения определенной задачи. Ниже рассмотрено развитие авиатехники в СССР до перехода от поршневых самолетов к реактивным. При сопоставлении самолетов использованы параметры сравнения, значения которых не зависят от размеров и веса летательного аппарата, а определяются только уровнем аэродинамики, весового совершенства и характеристиками силовой установки. Использованы параметры самолетов, которые состояли на вооружении ВВС Красной Армии и строились в сотнях (или тысячах) экземпляров, и уникальных самолетов, в которых была реализована достаточно крупная идея.

Двадцатые годы. Металлические бомбардировщики-мoнoплaны


В ходе первой мировой войны наиболее распространенным типом боевого самолета был двухместный разведчик (в современной терминологии — многоцелевой самолет). Практически все самолеты, созданные во время первой мировой войны, были бипланами, выполненными в классической нормальной схеме. Расчалочные монопланы небольших размеров (они послужили прототипами первых истребителей), которые были распространены в довоенные годы (Блерио, Ньюпор, Моран и др.), постепенно сменились бипланами, они обеспечивали большую подъемную силу при меньшей массе конструкции и меньших геометрических размерах, а следовательно, большую грузоподъемность и лучшую маневренность. Скорости боевых самолетов в течение первой мировой войны оставались невысокими, их боевая эффективность определялась оружием, грузоподъемностью и маневренными возможностями. Высокая маневренность считалась важнейшим достоинством истребителя, и его классической схемой на многие годы стал биплан. Важнейшим достоинством бомбардировщика на многие годы стала его грузоподъемность. Все самолеты были деревянной конструкции с применением стали в ответственных узлах, фюзеляж и крылья были обтянуты полотном или фанерой, крылья с подкосами и лентами-растяжками. Аэродинамическое сопротивление этих аэропланов было весьма значительным, а максимальное аэродинамическое качество небольшим. Облик самолетов к началу 20-х годов и уровень их аэродинамического качества практически не изменились. В мае 1924 г. в воздух поднялся первенец советского цельнометаллического самолетостроения — пассажирский самолет АНТ-2 А. Н. Туполева, а в 1925 г. был построен первый боевой отечественный цельнометаллический самолет-разведчик АНТ-3 (Р-3). В 1924 г. в ЦАГИ началось проектирование цельнометаллического тяжелого бомбардировщика АНТ-4. В 1925 г. начались всесторонние летные испытания этого самолета (летчик-испытатель А. И. Томашевский), а в 1929 г. прошел испытания головной серийный экземпляр его с двигателями BMW-VI. Этот уникальный по тому времени самолет был принят на вооружение ВВС Красной Армии как «средний бомбовоз» ТБ-1. В 1927 г. в ЦАГИ был построен цельнометаллический истребитель АНТ-5 (И-4). Он строился серийно, однако в этом варианте уступал новым отечественным и зарубежным истребителям и не получил дальнейшего развития — время цельнометаллических истребителей еще не пришло. Лучшими оказались истребители И-3 и И-5 традиционной для того времени конструкции. В конце 20-х годов по схеме АНТ-4 был создан тяжелый бомбардировщик АНТ-6 (ТБ-3), летные его испытания начались в 1930 г.— это был первый в мире четырехмоторный свободнонесущий моноплан (летчик-испытатель М. М. Громов). На базе бомбардировщиков ТБ-1 и ТБ-3 были созданы пассажирские самолеты АНТ-9 («Крылья Советов») и АНТ-14 («Правда»). Последний серийно не строился. По уровню аэродинамики (приведенной площади сопротивления на тонну взлетной массы) пассажирские самолеты АНТ не уступали передовым зарубежным. К началу первой пятилетки советская авиационная промышленность полностью перешла на производство самолетов отечественной конструкции из отечественных материалов. В области моторостроения было освоено производство лицензионных моторов воздушного охлаждения М-22 мощностью 480 л.с. и водяного охлаждения М-17 мощностью 500 л.с. Серийно выпускался мотор М-11 мощностью 100 л.с. конструкции А. Д. Швецова. К началу 30-х годов сформировались отечественные школы самолето и моторостроения, была создана научная база авиационной промышленности, запущены в серийное производство отечественные военные и гражданские самолеты и авиационные моторы, по своим данным соответствовавшие уровню лучших достижений мировой авиационной техники. На этих самолетах были выполнены выдающиеся перелеты, установлен ряд международных и мировых авиационных рекордов. Важнейшим достижением этих лет можно считать создание семейства тяжелых цельнометаллических монопланов АНТ-4 и АНТ-6. На базе конструкции самолета АНТ-4 в той же аэродинамической компоновке был построен многоцелевой самолет АНТ-7 («воздушный крейсер» Р-6) несколько меньших размеров с двумя двигателями М-17.