История самолётов 1919 – 1945 - Д. Соболев

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

Вместе с тем, неубираюшееся шасси, открытая пилотская кабина и расчалочное крыло не позволяют в полной мере отнести эту машину к новому классу скоростных истребителей[21].

В начале 30-х годов в условия популярных в Европе авиагонок на приз Дейтш-де-ля- Мерт было введено важное изменение: рабочий объем цилиндров мотора ограничили 8 л. Кроме того, дистанцию, на которой замерялась скорость полета, увеличили с 1 до 2000 км (промежуточные посадки разрешались, но засчитывались как летное время) [27, с. 10]. Новые правила заставили конструкторов отказаться от создания все больших по размеру и мощности двигателей и уделить основное внимание улучшению аэродинамики самолета. Результат оказался неожиданным: за счет аэродинамических усовершенствовании удалось создать гоночный самолет Кодрон С-460 с мотором мощностью всего 400 л. с на котором в 1934 г. был установлен новый мировой рекорд скорости — 506 км/ч. Коэффициент лобового аэродинамического сопротивления имел также рекордное значение — он составлял всего лишь 0,019 [25, с. 88]. Необычной особенностью этого самолета был рядный двигатель воздушного охлаждения. Мидель силовой установки при такой схеме был значительно меньше, чем у звездообразного двигателя, но проблема охлаждения цилиндров представляла собой непростую задачу, особенно при попытках увеличить его мощность.

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.