Борьба за скорость

Борьба за скорость

Малая тяга первых ТРД и отсутствие перспективы в отечественном моторостроении привели к предложениям по оснащению трофейных аналогов форсажными камерами, или, как их тогда называли, устройствами дожигания топлива. Дело в том, что в продуктах сгорания авиатоплива за турбиной ТРД оставалось довольно много кислорода, и впрыскивание в эту высокотемпературную среду горючего позволяло увеличивать тягу двигателя почти в полтора раза.

Самолет «156»

Идея такого двигателя, впоследствии получившего обозначение ТРДФ, родилась, видимо, почти одновременно с появлением первых ТРД. Судя по всему, первая информация по устройствам дожигания топлива была почерпнута советскими специалистами из «Британского союзника» в апреле 1944-го, но воспользоваться ею довелось лишь в конце следующего года.

Предложения об установке форсажной камеры на двигатель РД-10 практически одновременно сделали сотрудники ЦИАМа и И.А. Меркулов, виднейший советский специалист по прямоточным двигателям. Дело в том, что ТРДФ представляет собой фактически комбинацию ТРД и прямоточного ВРД, и кому, как не Меркулову, исследовавшему первые ПВРД еще в 1930-х годах, было заниматься этим направлением. Предложение, сделанное Лавочкину, было принято, и в 1945 году небольшая группа Игоря Алексеевича влилась в ОКБ-301. Техническим руководителем по разработке форсажной камеры назначили В.И. Нижнего, а ведущим конструктором – Б.И. Романенко.

В 1946 году разработали два варианта ТРДФ. В первом из них, сохранившем традиционную схему регулировки двигателя с помощью подвижного соплового конуса, включение форсажной камеры приводило к чрезмерному повышению температуры газа перед турбиной. Во втором варианте за короткой кольцевой камерой сгорания вместо конуса поставили раздвижные створки. В таком виде двигатель, получивший обозначение «ЮФ» (ЮМО – форсированный), или РД-10ЮФ, развивал на стенде тягу до 1240 кгс, что почти на 37 процентов превышало аналогичный параметр предшественника. В октябре 1946 года ТРДФ прошел 25-часовые стендовые испытания. И хотя удельный расход горючего ТРДФ на режиме форсажа возрастал более чем в два раза, все же было выгодно, увеличив запас топлива, получить лучшие характеристики летательного аппарата.

Через месяц началось проектирование машины «152Д» (дублер) с РД-10ЮФ. Кроме более мощного ТРД для самолета разработали новое крыло с относительной толщиной 9 процентов. В декабре проект получил обозначение «156». Этой машины не было в тематическом плане министерства, поскольку она строилась по инициативе Лавочкина вместо запланированной «154-й». Расчеты показывали, что самолет сможет развить у земли скорость 890 км/ч, на высоте 5000 м – 900 км/ч. Подъем на эту высоту займет 4,2 минуты, а потолок будет не меньше 12 500 м. Длина разбега и пробега должна была находиться в пределах 850 м, а дальность при полете на высоте 10 км со скоростью 630 км/ч – 900 км. Вооружение – три пушки НС-23.

На проектирование самолета ушел почти год. Истребитель построили в декабре 1946-го и в феврале следующего года его перевезли на аэродром ЛИИ. После наземных испытаний (ведущий инженер М.Л. Барановский) летчик С.Ф. Машковский 1 марта совершил на Ла-156 первый полет, но без включения форсажной камеры. Через 27 дней заводской летчик-испытатель Н. Кривошеин поднял в воздух вторую машину «156-2». Месяц ушел на доводку обоих самолетов, и лишь после этого решились запустить форсажную камеру, но сначала на рулежках.

Самолет «156»

Десятого апреля летчик Машковский впервые включил форсажную камеру вскоре после отрыва от ВПП, а через два дня – на взлете. Заводские испытания, завершившиеся в августе 1947 года, показали, что прирост скорости истребителя в зависимости от высоты составил от 40 до 72 км/ч по сравнению с самолетом «152», при этом время работы форсажной камеры не должно было превышать 10 минут.

В этом же месяце машину предъявили на государственные испытания в НИИ ВВС. Ведущими по ней были инженер В.В. Веселовский и летчик А.Г. Терентьев. Испытания проходили не без приключений. Дважды приходилось выполнять аварийные посадки, не выходила то носовая, то одна из основных опор шасси. Сначала на некоторых режимах не удавалось запустить форсажную камеру. Но после доработок она стала работать надежней, допуская запуск на высотах до 9500 м, даже когда температура газа за турбиной падала до 500 градусов и ниже. И это стало главным результатом испытаний. Максимальную скорость 905 км/ч зафиксировали на высоте 2000 м.

Под конец государственных испытаний, проверяя самолет на прочность при «обжатии» (общепринятое выражение, означающее полет со снижением при работе двигателя на максимальном режиме) до предельно допустимой скорости, А.Г. Терентьев столкнулся с сильнейшей тряской. Видимо, это был флаттер, из которого удалось вырваться, переведя истребитель в набор высоты и погасив скорость. Уже на пробеге двигатель самопроизвольно перешел на максимальные обороты. Как потом выяснилось, от вибраций оборвалась тяга, соединявшая рычаг управления двигателем (РУД) и ТРД.

Проведенные в НИИ ВВС воздушные бои с МиГ-9 показали, что включение форсажа улучшает маневренные характеристики самолета как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости, сводя на нет преимущества «мига». Несмотря на неплохие характеристики, самолет «156» все же остался в разряде опытных, а точнее, летающих лабораторий, проложив дорогу ТРДФ. Этим же самолетом завершилась линия прямокрылых истребителей с трофейными ТРД, а на горизонте просматривались контуры околозвуковых самолетов с иными аэродинамическими компоновками крыльев.

Ла-160 «Стрелка» на аэродроме

Пользуясь случаем, отмечу, что вслед за машиной «156» начались испытания истребителя Як-19 с двигателем РД-10Ф, также оснащенным форсажной камерой. В отличие от самолета, созданного в ОКБ-301, Як-19 разрабатывался по ставшей впоследствии классической для реактивных истребителей схеме с двигателем, расположенным за кабиной пилота. Это обстоятельство определило и удлиненную форсажную камеру ТРДФ. Несмотря на больший вес, летные характеристики Як-19 оказались выше, чем у Ла-156. Оказалось, что лучше потерять немного тяги в длинной жаровой трубе ТРД, чем ухудшать аэродинамику самолета, используя реданную схему.

Появление реактивных двигателей создало необходимую, но пока еще недостаточную предпосылку для полета со скоростью звука. Но достижение скорости звука, а тем более преодоление ее было связано с вторжением в ранее неизведанную область знания, связанного с проявлением сжимаемости воздуха. «Не вникая в технические тонкости этого явления, – писал Лавочкин, – скажу, что мы оказались перед стеной, возведенной из загадок. Аэродинамические законы, известные ученым, теряли на звуковом барьере свою силу, больше того, многое приобретало обратный смысл.

Техника требовала научного объяснения новых явлений.

Да, наука стала очень нужна нам, инженерам».

Для достижения этой цели требовалось значительно увеличить тягу ТРД и перейти к новым аэродинамическим компоновкам крыльев. Наиболее эффективными средствами снижения волнового сопротивления крыла оказались использование эффекта скольжения крыла (за счет стреловидности) и уменьшение его относительной толщины. Но последний путь, более приемлемый для несущих поверхностей малого удлинения, не позволял создать нужную конструкцию легкой и с требуемыми запасами прочности, жесткости и ресурса. Кроме того, для самолетов с прямыми крыльями умеренного и большого удлинения возникали трудности, связанные с обеспечением требуемых запасов устойчивости и управляемости из-за нелинейных характеристик коэффициентов подъемной силы и продольного момента. Более того, имелось немало случаев затягивания самолетов с прямыми крыльями в пикирование при скоростях полета, соответствовавших числу М>0,6.

Ла-160 «Стрелка» на аэродроме

Придание крылу стреловидности позволяло увеличить критическое число М, так как в этом случае местные скорости на крыле зависят не от скорости набегающего потока, а от ее составляющей, перпендикулярной передней кромки несущей поверхности. Эффект скольжения также снижал интенсивность изменения всех остальных аэродинамических характеристик крыла при возникновении местных сверхзвуковых зон.

Создание самолетов со стреловидными крыльями потребовало глубоких и разносторонних как теоретических, так и экспериментальных исследований. Пионерами в этой области прежде всего считаются немецкие аэродинамики. Приоритет Германии в создании самолетов с реактивными двигателями, в том числе и со стреловидными крыльями, затягивающими волновой кризис, бесспорен. Так же бесполезно затевать споры о влиянии немецкой школы аэродинамики на мировое самолетостроение. Именно достижения немецких специалистов стали той основой, на которой впоследствии родились околозвуковые самолеты, как за рубежом, так и в Советском Союзе.

Ла-160, проложив дорогу более скоростным машинам, так и остался в единственном экземпляре

Но нельзя принижать и роль отечественных специалистов. Еще в годы войны будущий академик В.В. Струминский, основываясь на теоретических исследованиях, показал, что на стреловидных крыльях система уравнений пограничного слоя расчленяется на две независимые группы. Первая определяет обтекание нормальных к передней кромке сечений крыла, вторая – его размах вдоль. В этом разделении и заключается, собственно говоря, эффект скольжения. Поэтому нормальные составляющие скорости набегающего потока и определяют критическое число Маха, означающее начало волнового кризиса. Эти же расчеты впоследствии привели к появлению у стреловидных крыльев аэродинамических перегородок (гребней) вдоль их хорды, препятствующих перетеканию воздушного потока вдоль размаха несущей поверхности и, как следствие, предупреждающих ранний срыв с ее концевых частей. Одновременно увеличиваются значения критических углов атаки и повышается эффективность элеронов.

Результаты исследований, в том числе и немецких специалистов, требовалось подтвердить экспериментально на моделях в аэродинамических трубах и выдать необходимые рекомендации конструкторам самолетов по аэродинамической компоновке стреловидных крыльев.

Первыми реактивный истребитель «160» со стреловидным крылом построили в Советском Союзе в ОКБ Лавочкина. Лишь более чем через два месяца похожая машина появилась в американском небе.

Разработка самолета «160» началась в 1946 году. Согласно требованиям, предъявлявшимся к самолету с двигателем РД-10ЮФ и вооруженному тремя пушками НС-23, были: максимальная скорость 950 км/ч на высоте 5000 м, подъем на эту высоту за 4,8 минуты, практический потолок – 12 000 м и дальность – до 900 км.

Но последующие расчеты на этапе эскизного проекта показали, что скорость у земли будет не менее 960 км/ч, а на высоте 5000 м – 970 км/ч, потолок возрастет на 200 м, а дальность полета на высоте 10 км со скоростью 630 км/ч увеличится с 900 до 1000 км. Правда, претерпело серьезные изменения вооружение: вместо трех орудий разместили два Н-37М калибра 37 мм.

Как следует из выводов макетной комиссии и эскизного проекта, утвержденных 6 июня 1947 года, «ВВС крайне заинтересованы в скорейшем исследовании самолетов со стреловидными крыльями на скорости свыше 1000 км/ч.

По материалам эскизного проекта установленный двигатель РД-10 не даст возможности выявить все преимущества самолетов со стреловидными крыльями.

В связи с этим комиссия считает необходимым поддержать предложение Лавочкина к замене двигателя РД-10 более мощным типа «Дервент» на втором экземпляре самолета».

Истребитель построили в июле 1947 года, но с парой орудий Н-37 и общим боекомплектом 60 патронов. Ла-160 отличался от предшественников прежде всего крылом стреловидностью 35 градусов, за что получил прозвище «Стрелка». Первый полет на нем и заводские испытания провел И.Е. Федоров.

С.А. Лавочкин и летчик-испытатель И.Е. Федоров

Достигнутая самолетом «160» скорость 1050 км/ч на высоте 5700 м (соответствует числу М=0,92) в полете со снижением не вызывала опасных изменений в его устойчивости и управляемости. Самолет не имел тенденций к непроизвольному сваливанию на крыло. В случае перетягивания ручки управления срыв носил благоприятный характер и сопровождался движением машины на нос без перехода в штопор, после чего она легко восстанавливала нормальный режим полета. Ла-160 так и остался в единственном экземпляре, а причиной этому стало приобретение в Англии более мощных турбореактивных двигателей. Но труд создателей «Стрелки» не пропал. Результаты экспериментальных исследований аэродинамических моделей и летные испытания истребителя позволили выработать рекомендации для конструкторов, создавших вскоре более совершенные машины МиГ-15 и Ла-15.

В Тушино на традиционном воздушном параде летом 1947 года зрители могли увидеть сразу три самолета ОКБ-301: «150», пилотируемый летчиком-испытателем НИИ ВВС А.П. Супруном, а также «156» и «160», в кабинах которых находились летчики-испытатели ОКБ С.Ф. Машковский и И.Е. Федоров. Это был финал первых реактивных, по сути экспериментальных, самолетов ОКБ-301 с трофейными ТРД. Но, несмотря на это, Лавочкин предпринял последнюю попытку создания истребителя с прямым крылом по отработанной реданной схеме, тем более что самолет Як-23 с аналогичной компоновкой разрабатывался в ОКБ-115.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.