Грозовые предвоенные. Инструкция для попаданца. Истребители.
Война в Испании 1936-1939 гг. показала, что СССР на существующей материальной базе не может конкурировать с Германией — потенциальным противником в грядущей войне. Сталин, обладавший исключительным чувством власти, понял это и начал делать выводы.
Это один из главных мотивов решения кризиса конца 30-х годов для ВВС СССР. В 1939 году реформа вооруженных сил СССР, начатая весной 1937 года продолжалась. Кадровая реформа длившаяся полтора года подходила к своему завершению. 10 января 1939 г. вышел приказ N0021 НКВД «Об организации Особых конструкторских бюро НКВД СССР». Подпись поставил нарком ВД Л.П.Берия. Это так называемые шаражки.
С зимы 1936—1937 гг. в войне в Испании ситуация в воздухе несколько изменилась. Фашистская авиация получила на вооружение новейший немецкий истребитель Messershmitt Bf.109. Этот самолет был направлен в Испанию практически сразу же после создания. Первыми на помощь Франко были направлены прототипы Bf.109V и серийные Bf.109B. Затем быстро появились новые модификации — Bf.109C, Bf.109D и Bf.109E.
В медицине для лечения болезни применяется вакцинация ослабленным вирусом для организма, чтобы он успел выработать иммунитет до эпидемии. По аналогии с этим необходим был ответ на появление Мессершмитта. Вплоть до воспроизведения на советской технологической базе.
Содержание:
А. Определяющим для развития истребителей является прогресс в развитии моторов.
Известные виды двигателей — жидкостного охлаждения, воздушного охлаждения, турбины и реактивный двигатель.
1. Моторы жидкостного охлаждения.
Messershmitt Bf.109 был оснащен моторами жидкостного охлаждения.
Характерные особенности — 12-й цилиндров рядное расположения с V-образным с развалом в 60 градусов. Прогресс определен запретом Версальским договором в Германии разрабатывать авиационные двигатели большой мощности. Там пошли по пути разработок универсальных двигателей и преуспели в нем. Преимущества — малое лобовое сечение, позволяющее получить высокое аэродинамическое качество, возможность разместить в развале блока пушечного вооружения, стреляющего через винт без синхронизаторов. Недостатки — некоторые проблемы с живучестью при попадании пуль и осколков в систему охлаждения двигателя, приводящее к быстрому выходу их строя. А также то, что при росте мощности двигателя быстро увеличиваются проблемы с охлаждением и весом системы, требующейся для охлаждения (радиаторы, объем охладителя).
Для советской технологической базы моторов жидкостного охлаждения для этого наиболее подходящими были на это двигатели М-100 (М-103,105) КБ Климова, развивающуюся на основе лицензионной версии Hispano-Suiza 1H2Y.М- мощностью 860-1100 л.с. и М-17, АМ-34(35,37,38) КБ Микулина, свою «родословную» ведущую от немецкого BMW VI, мощностью 750-1500 л.с.
В ходе развития событий 1939 г. был объявлен конкурс, из которого победителями вышли:
Як-1.
Первый боевой самолёт, разработанный заводом № 115 под управлением Александра Сергеевича Яковлева как опытный истребитель И-26. Новый самолёт создавали на базе спортивной модели Я-7. В январе 1940 года он совершил первый полёт, а второй полёт привёл к аварии. Первый серийный И-26 был собран 22 марта 1940 г., а остальные 11 самолетов первой серии — до начала июня 1940 г. С 11 по 27 сентября 1940 г. десять истребителей И-26 первой серии были облетаны и приняты военными представителями. Все они незамедлительно были направлены на войсковые испытания, которые проводились в Кубинке в 11-м истребительном авиаполку (иап) с октября по ноябрь 1940 г. Несмотря на имеющиеся конструктивные и производственные недостатки, войсковые испытания И-26 прошел удовлетворительно. Они показали, что самолет обладает высокими летно-тактическими качествами. По технике пилотирования на посадке, пилотаже, в облаках и ночью он оказался значительно проще находящихся на вооружении частей ВВС КА истребителей И-15 и И-16.
МиГ-1 (И-200, X, изд. 61)
Скоростной истребитель с мотором АМ-35А. Проектирование началось в июле 1939 года в КБ Поликарпова. Самолет замышлялся как высотная и скоростная (650км/ч) машина. Особое внимание уделялось совершенству аэродинамических форм. Истребитель получил индекс «X» или «И-200». Технология постройки самолета была близка к технологиям И-16 и И-180. В в октябре 1939 года Н.Н. Поликарпова посылают в командировку в Германию. За время его отсутствия в судьбе самолета и КБ произошли изменения. В ноябре 1939 г. обсуждалось начало производства на заводе №1 где размещалось КБ Н.Н. Поликарпова истребителя И-26 — будущего Як-1. Дабы спасти завод от «чужого» истребителя представитель КБ А.Т. Карев рассказал о проекте «И-200». Проект получил высокую оценку вышестоящего начальства и был сочтен лучше, чем И-26. Для организации его производства на заводе №1 в отсутствие Николая Поликарпова создали отдельное КБ во главе с Артемом Микояном. О произошедшем Поликарпов узнал уже после возращения из командировки в Германию. Поначалу он пытался принимать участие в развитии проекта. Самолет долго считался вполне официально и его детищем. Но в итоге от его советов по доводке конструкции А. И. Микоян и М.И. Гуревич отказались и самолет был запущен в серию как МиГ-1.
Работа по эскизному проектированию самолета И-200 началась 25 ноября 1939 г. К 8 декабря эскизный проект истребителя И-200 был готов. 25 декабря 1939 г. был рассмотрен и утвержден макет самолета, а уже на следующий день приступили к разработке и изготовлению рабочих чертежей. Проектирование машины совместили с отработкой на технологичность и подготовкой к производству, благодаря чему удалось сэкономить много времени. Совместная работа специалистов завода с конструкторским коллективом ОКО по выпуску опытных образцов самолета И-200 с одновременной подготовкой к серийному производству была одобрена 25 февраля 1940 г. на заседании Коллегии НКАП, рассмотревшим ход проектирования и постройки нового истребителя. Постановлением СНК No.03 от 4 марта 1940 г. и последовавшим на следующий день приказом НКАП No.80 главному конструктору А.И. Микояну и директору завода П.В. Дементьеву официально поручали постройку трех экземпляров истребителя И-200.
Первый летный экземпляр истребителя И-200 был закончен в производстве и передан на заводские испытания 31 марта 1940 г. 5 апреля 1940 г. летчик-испытатель А.Н. Екатов впервые поднял И-200 No.01 в воздух.
Летные характеристики и взлетно-посадочные свойства И-200, зафиксированные в процессе испытаний, совпадали с аэродинамическим расчетом и соответствовали почти всем предъявляемым тактико-техническим требованиям. Поэтому, не дожидаясь окончания заводских испытаний (не говоря уже о государственных), решением Комитета Обороны No.224 от 25 мая и приказом НКАП No.245 от 31 мая 1940 г. истребитель И-200 был официально запущен в серийное производство на заводе No. им. Авиахима. В соответствии с утвержденной программой выпуска на 1940 г. заводу предписывалось сдать 125 самолетов И-200, одновременно прекратив производство ближних бомбардировщиков ББ-22.
ЛаГГ-1 (И-301)
Сталин, глубоко осознавал ситуацию, привлекал к конструированию «антимессершмитта» практически любых желающих из числа профессиональных авиационных инженеров. В числе этих профессионалов оказались начальник самолетного отдела Наркомата оборонной промышленности Владимир Петрович Горбунов и его подчиненный, курировавший один из авиационных заводов, Семен Алексеевич Лавочкин. Горбунов предложил Лавочкину выйти в Политбюро с предложением о постройке истребителя с мотором водяного охлаждения. Предэскизный проект Лавочкин выполнил всего за неделю. Горбунов и Лавочкин лучше других конструкторов знали возможности авиационной промышленности Советского Союза, возможно поэтому, самолет они предложили цельнодеревянный. Обоснованные предложения по истребителю были подготовлены за неделю. Следовало доложить проект вышестоящему начальству — наркому М.М.Кагановичу. В приемной наркома и состоялось рождение триумвирата — Лавочкин, Горбунов, Гудков. Горбунов и Лавочкин столкнулись в приемной наркома с Гудковым, вместе дождались пока Каганович освободится и вместе зашли к нему в кабинет. У Гудкова были свои дела, однако, доклад Горбунова о проекте скоростного пушечного истребителя увлек Кагановича, нарком решил, что предложения по самолету готовили все трое. А потом Гудков упросил коллег (он также работал в самолетном отделе, курируя, как и Лавочкин, авиазавод) разрешить ему принять участие в проектировании истребителя. Доклад наркому прошел удачно, и вновь образованному триумвирату разрешили продолжить работу по истребителю, получившему шифр И-22, на Кунцевском заводе авиационных винтов и лыж.
Главным инженером на этом заводе был Леонтий Иович Рыжков — человек, разработавший технологию изготовления дельта-древесины (дельта-древесина ДСП-10 получается путем горячего прессования березового шпона, пропитанного спиртовым раствором фенолформальдегидной смолы, склеивается клеем ВИАМ-ЗБ); Дельта-древесина использовалась в конструкции самолета Лавочикна, Горбунова и Гудкова, из нее изготавливались полки лонжеронов, нервюры, некоторые узлы передней части фюзеляжа.
Официальное постановление СНК СССР No. 243 о постройке 2-х экземпляров цельнодеревянного истребителя И-301 («301» -по номеру завода) вышло 29 августа 1939 г. Первый самолет с двигателем М-105ТК должен был быть построен к февралю 1940 г., второй — с мотором М-106П — к маю 1940 г. Перспективы М-106 виделись весьма туманными, по крайней мере, к первому полету самолета мотор не успевал. Особой ясности с турбокомпрессорами также не было. Первый вылет на И-301 с двигателем М-105П с Центрального аэродрома совершил 28 марта 1940 г. летчик-испытатель Алексей Иванович Никашин. Правительство 10 октября 1940 г. приняло решение запустить под обозначением ЛаГГ-3 истребитель И-301 в массовое производство на нескольких заводах (No. 21 в Горьком, No. 31 в Таганроге, No. 23 в Ленинграде и No. 153 в Новосибирске, приказ НКАП о запуске в серию улучшенного И-301 с увеличенным запасом топлива на заводе No. 21 вышел 23 ноября 1940 г.). Головным был определен завод в Горьком, куда предстояло переехать большей части сотрудников КБ во главе с Лавочкиным, в Таганрог направлялся Горбунов; Гудков оставался в Химках в должности главного конструктора ОКБ. Триумвират распался.
В этом направлении работ корректировка истории попаданцем вряд ли требовалась.
2. Моторы воздушного охлаждения.
Характерные особенности — радиальное расположение цилиндров в одной плоскости. Преимущества — высокая мощность, большая весовая отдача. Большая температура цилиндров позволяет для охлаждения использовать меньшее количество воздуха.
Недостатки — большое лобовое сопротивление. Однорядные звезды подошли к пределу своего развития. Некоторая перспектива лежит в некотором уменьшении хода цилиндров (уменьшение лобового сечения) и многорядных звездах. Эти задачи пока не были решены на 1939 г., но направление оставалось актуальным, т. к. можно получать большую мощность в сравнении с двигателями жидкостного охлаждения.
Одним из разработчиков двигателей воздушного охлаждения в СССР было КБ Шевцова А.Д., начав линейку двигателей от лицензионного Wright R-1820 Cyclone 9, устанавливаемых на DC-3. Для освоения и адаптации двигателя построили завод № 19 в Перми, техническим директором и главным конструктором которого назначили А.Д. Швецова, который в 1931-34 гг. был в командировке в США на заводеCurtiss-Wright.
В 1938 г. заканчивается срок контракта с американской компанией. Заключение нового договора на более мощную двухрядную звезду был под вопросом. И пока ведутся переговоры, в опытно-конструкторском цехе идет работа над собственными конструкциями моторов с 14 и 18 цилиндрами. В 1938 г. завод обязан изготовить первые экземпляры М-70 и М-80, чтобы провести их доводку и испытание. Но завод, на котором в результате репрессий были уничтожены ведущие специалисты, начальники цехов, не только не смог изготовить опытные моторы, но и провалил план производства уже освоенных однорядных звезд. Катастрофа 1938 г. привела к тяжелейшим последствиям.
Пермский завод, выпускавший к этому времени уже морально устаревшие моторы, оказался в трудном положении, так как предложенные Швецовым двухрядные моторы М-71 и М-81 не нашли поддержки ни у руководства НКАП, ни у конструкторов самолетов. Даже поклонник швецовских звезд Поликарпов предложил на свой новый истребитель И-180 мотор М-90 Запорожского КБ.
Но Швецов не сдается, уменьшает диаметр мотора за счет уменьшения хода поршня и применения двухрядной находит выход из ситуации. Его мотор имеет большие перспективы для форсирования мощности в будущем. Только в октябре 1940 г. Постановление Правительства наконец-то дает его двухрядной звезде зеленый свет, но время упущено. НКАП утверждает программу выпуска боевых самолетов на ближайшие годы, и в ней нет ни одного самолета с моторами, выпускаемыми заводом № 19. В результате принимается решение перепрофилировать завод на выпуск моторов водяного охлаждения М-105, чуть позже и М-35А. Швецовский же мотор предполагается выпустить лишь опытной партией – не более 20 штук.
Производство моторов водяного и воздушного охлаждения значительно отличается, требует совершенно иного оборудования, и, значит, перепрофилирование могло привести к значительным затратам, более того, вернуться обратно к выпуску воздушного мотора было бы проблематично. Перед КБ Швецова замаячила перспектива остаться не у дел. И Аркадий Дмитриевич делает ставку на свое новое детище – мотор М-82. Именно ей предстоит стать главным аргументом в борьбе за пермский завод. Но чтобы решение о судьбе завода и двухрядной звезды Швецова было принято, требовалось подняться еще выше. Встречу со Сталиным организовал секретарь Пермского обкома партии Николай Гусаров. Благодаря его настойчивости 4 мая 1941 г. Швецова принял Сталин. И в ходе непростого разговора он смог убедить Сталина оставить на заводе № 19 производство мотора воздушного охлаждения. В результате, 9 и 10 мая 1941 г. вышли Постановления Правительства, предписывавшие заводу № 19 организовать производство мотора М-82, а также освободить завод от производства АМ-35А.
Второй завод, занимающийся в СССР двигателями воздушного охлаждения, был завод №29 в Запорожье. В сентябре 1933 года советская делегация, отбиравшая образцы двигателей для производства в СССР, была направлена во Францию. Двигатели фирмы «Гном-Рон» вызвали большой интерес у советских специалистов. В итоге с фирмой «Гном-Рон» было заключено соглашение о технической помощи в освоении двух двигателей: 9-цилиндрового 9К «Мистраль» и 14-цилиндрового 14К «Мистраль мажор». Первый получил советское обозначение М-75, второй — М-85. Освоение производства французских двигателей была возложена на завод №29 в Запорожье. Главный конструктор Назаров. Первые моторы были выпущены в июле 1935 года. Государственные стендовые испытания были завершены удачно в 1936 году. Далее на его основе последовали М-86, М-87 (950 л. с.) и М-88 (1100 л. с.).
Французский двигатель имел конструктивные недоработки, но во второй половине 1936 г. Назаров наметил основные пути улучшения конструкции в моторах М-86 и М-87, начаты были разработки двухрядного 18-цилиндрового двигателя воздушного охлаждения М-90, который был многообещающим и представлялся с первоначально заявленной мощностью 1600 л.с. Разработка выполнялась группой конструкторов под руководством А.М.Анашкина, Г.П.Водолажского и А.В.Выгодина. Затем к ним подключился В.Г.Федичев, который стал ведущим конструктором по М-90. В отношении этого мотора отмечалось, что спроектирован он был за рекордно короткий срок — в период с 15 мая по 15 августа 1939 года. Уже 29 ноября 1939 года первый М-90 поставили на испытательный стенд. Но… Назарова сняли с поста главного конструктора завода № 29 и перебросили на воронежский завод № 16 заниматься только М-11. Сместили его не только из-за этого, но и из-за отставания от плана по выпуску продукции. Но вот почему не сместили организаторов производства, осталось неизвестным.
После Назарова моторами занимался инженер Владимиров, он предложил вариант мотора с двухскоростным нагнетателем М-88. Владимиров проработал до конца 1937 г., затем его сменил Филин. В то самое время передают на заводские испытания три мотора М-87, естественно, без Назарова ничего не получилось. Ресурс вообще составил максимум 50 часов. Филина немедленно арестовали. В феврале 1938 г. в качестве главного конструктора на заводе № 29 появился Туманский. Тоже шло тяжело. Далее решили усилить кадровый состав ОКБ перебросив группу специалистов во главе с Климовым. Он решил эти проблемы за полгода. В октябре 1938 г. первая партия М-87А была принята военпредами, с опозданием на полтора года.
Совершенствуя И-16, Николай Николаевич Поликарпов прекрасно понимал, что значительно улучшить летно-технические характеристики истребителя с двигателем воздушного охлаждения можно, только перейдя к применению двухрядных «звезд». И едва на заводе № 29 в Запорожье освоили выпуск мотора М-85, как в его КБ начались проработки истребителя под новую силовую установку. Однако М-85 при меньшем, чем у М-25, миделе не обладал еще достаточной мощностью, имел больший вес и не мог дать заметных преимуществ. Расчетная скорость И-19 (ЦКБ-25), разработанного в 1935 году под М-85, получалась равной 483 км/ч. Тем не менее работать над истребителем с двухрядной «звездой» следовало, помня о перспективе. По мере того, как М-85 превращался в М-86 (800 л.с.), М-87 (950л.с.), М-88 (1100л.с.), росла бы скорость и другие летные данные. В конце 1937 г. Поликарпов разработал предварительный проект нового истребителя И-165-11 с М-88, а в марте 1938 г. на его основе подготовил первый вариант эскизного проекта И-180. Это был близкий по схеме к И-16 самолет с несколько увеличенными размерами и широким использованием в конструкции планера прессованных профилей и штампованных деталей. Ведущим конструктором по новой машине стал Д.Л. Томашевич.
Летом 1938 г. на опытном заводе № 156 началась постройка опытного экземпляра И-180. С осени она проводилась форсированными темпами — последние испанские события играли роль сильного катализатора. Вторая опытная машина И-180-2(Е-2) была построена на заводе № 1, куда в феврале 1939 г. перевели ОКБ. 19 апреля летчик Е.Г. Уляхин совершил на И-180-2 первый полет, а уже 1 мая 1939 г. С.П. Супрун продемонстрировал его на воздушном параде над Красной площадью. В процессе испытаний И-180-2 показал скорость 540км/ч. Самолет был рекомендован к серийному производству с мотором М-88, который к тому времени прошел госиспытания.
То есть создание современного с двигателем воздушного охлаждения к ВОВ успевалось, только вот обстановка… Здесь для попаданца простор для корректировки РИ.
3. Турбина.
С ростом скоростей не только воздушный винт начинает двигаться с околозвуковыми скоростями, но и сам самолет. Изменяются свойства воздуха при обтекании плоскостей. Экспоненциально растет мощность, требуемая для движения. Ориентировочно для того, чтобы двигаться со звуковыми скоростями, мощность с установившихся скоростей должна увеличиться в пять раз. Прогресс поршневых двигателей позволяет видеть горизонты только около двух-трекратного увеличения. Затем растет также вес двигателя, сложность и надежность его конструкции. Это потолки скорости около 700 км/ час.
Со середины 30-х годов в Англии, Германии, Италии ведется напряженная научно-исследовательская и конструкторская работа по созданию турбореактивных двигателей. В Германии это турбореактивные двигатели фирм БМВ, «Юнкерс», в Англии — двигатель Ф. Уиттла (начало испытаний — 1937 год), в Италии — «Кампини — Капрони». В октябре 1938 года в Германии, по заданию Рейхсминистерства авиации, на фирме Мессершмитта было начато проектирование экспериментального самолёта для лётных испытаний турбореактивных двигателей P3302 фирмы BMW с тягой 600 кг. Эти двигатели компания BMW обязалась поставить до конца 1939 года. Это еще экспериментальные двигатели, но их можно устанавливать на специально приспособленные самолеты. Учитывая цикл разработок в 10-12 лет, можно предполагать их первое появление и столкновение с ними в 1943-44 г.
Что же в СССР?
Турбовинтовой двигатель.
Исследованием и созданием ГТД занимались и в Москве по инициативе и под научным руководством профессора МВТУ Николая Романовича Брилинга с 1925 г. Он поручил своему бывшему дипломнику и начинающему преподавателю Владимиру Васильевичу Уварову непосредственно руководить работой небольшой исследовательской Газовой группы. Расчётно-теоретические исследования термодинамического цикла ГТД изобарического цикла (p = const) и экспериментальные исследования процесса истечения высокотемпературного газа через охлаждаемый сопловой аппарат турбины, выполненные в 1925–1930 гг., привели к важнейшим для отечественного авиадвигателестроения выводам:
Во-первых, несмотря на достаточно успешный опыт использования немногочисленных газотурбинных установок Г. Хольцварта , работающих по изохорическому циклу, будущее принадлежит более лёгкому и более простому газотурбинному двигателю (ГТД), работающему по циклу с постоянным давлением сгорания.
Во-вторых, для реализации приемлемых значений КПД такого двигателя (с учётом низких значений КПД лопаточных машин того времени, особенно компрессора) температура газа перед турбиной должна быть не ниже 1400–1500 К. А в связи с отсутствием конструкционных материалов, способных нести нагрузку при столь высокой температуре, лопатки турбины должны быть охлаждаемыми.
И, наконец, главный вывод: сфера применения газотурбинного двигателя изобарического цикла может быть достаточно широкой, но прежде всего – это авиация. Благодаря малой удельной массе и возможности реализовать большую мощность в одном агрегате такой двигатель позволит значительно улучшить лётные качества самолёта (скорость и высоту полёта), чего не способен обеспечить поршневой двигатель.
Для реализации столь важных выводов предстояло найти заинтересованного “потребителя”. В 1930 г. В.В. Уваров устанавливает контакт и находит поддержку у начальника ГУАП (Главное управление авиационной промышленности) С.О. Макаровского, сумевшего оценить значение ГТД для авиации и оказавшего в работе поддержку. Расширение фронта работ требовало соответствующей материальной базы. По предложению Н.Р. Брилига, поддержанного директором Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ) профессором МВТУ Л.К. Рамзиным, работы переносятся в ВТИ, где сначала в составе Машинной лаборатории создаётся “Газовая группа”, а позднее уже самостоятельная Газотурбинная лаборатория. В силу обстоятельств, от участия в дальнейших работах отходит Н.Р. Брилинг. Последующие многолетние работы по ГТД выполняются под руководством В.В. Уварова, назначенного руководителем лаборатории и он становится и главным конструктором, и главным теоретиком, и главным идеологом-пропагандистом газотурбинного двигателя.
Одновременно В.В. Уваров продолжает педагогическую работу в МВТУ, где по его инициативе с 1931 г. сначала в качестве факультативного, а затем обязательного вводится курс “Газовые турбины”, который он сам преподаёт. Одновременно его приглашают преподавать такой же курс в Военно-воздушной академии РККА (впоследствии Военно-воздушная академия имени Н.Е. Жуковского), где также начинается подготовка военных инженеров по газотурбинной специальности.
В январе 1934 г. В.В. Уварова приглашают на НТС ЦИАМ (Центральный институт авиационного моторостроения) с докладом об авиационном турбовинтовом газотурбинном двигателе, результатах экспериментального исследования основных агрегатов и полнокомплектной малоразмерной модели ГТУ‐1, а также о разработке проекта полномасштабного турбовинтового двигателя ГТУ‐3. Работа получает высокую оценку специалистов ЦИАМ, а в положительном Заключении научно-технического совета работы по созданию ГТУ‐3 рекомендуется интенсифицировать. Газотурбинный двигатель В.В. Уварова
заинтересовал также маршала М.Н. Тухачевского, увидевшего в ГТД большое будущее для военной авиации. По его приглашению В.В. Уваров с аналогичным докладом выступил на заседании Совета труда и обороны. Турбовинтовой двигатель вызвал большой интерес у военных. Но ведущие конструкторы авиационных поршневых двигателей, приглашённые на заседание, к газотурбинному двигателю интереса не проявили. Известный конструктор авиационных дизелей А.Д. Чаромский назвал В.В. Уварова фантастом, а газотурбинный двигатель малопригодным для авиации.
При завершении проекта двигателя ГТУ‐3 возникла проблема поиска изготовителя, по понятным причинам вне предприятий авиационной промышленности. Уваров В.В. имел дар увлекать и убеждать – изготовить первый ТВД согласился Коломенский паровозостроительный завод. В 1937 г. двигатель был изготовлен. В 1938 г. начались первые его испытания. Машина пускалась легко, быстро набирала обороты, но на расчётный режим не выходила. И начался сложный процесс доводки — поиск причин отклонения от расчётных параметров, их объяснения и устранения, а также многое другое. Оказалось, что недостаточная эффективность турбины, выявленная при испытаниях ГТУ‐3, привела к пересмотру традиционного на тот период времени метода профилирования лопаток турбины. Были решены проблемы и высотного двигателя, в частности проблема рационального распределения тяги между воздушным винтом и реактивным соплом, результаты которых обобщены в работе В.В. Уварова “Характеристика газовой турбины с винтом” .
Турбореактивный двигатель.
Первый отечественный турбореактивный двигатель ТР‐1 был создан Архипом Михайловичем Люлькой. В своих расчётах он опирался на работы по воздушно-реактивному двигателю (ВРД) профессора Б.С. Стечкина, опубликованные в 1929 г.
В 1930-х гг., будучи преподавателем в Харьковском авиационном институте (ХАИ), с группой энтузиастов А.М. Люлька начал работать над проектом ТРД, так как в хоте исследовательских работ над паровой турбиной для авиации, пришли к целесообразности использования в качестве рабочего тела газов, образующихся при сгорании топлива. Учёный совет ХАИ, заслушав доклад А.М. Люльки, рекомендовал ему обратиться с полученными материалами в Москву, в Комитет по изобретениям, который через ГУАП направил его материалы в МВТУ на заключение Уварову В.В.. Он умел смотреть далеко вперёд, анализировать, просчитывать, видеть перспективу, понимать и находить актуальные, новые научные и технические решения, с большой энергией их отстаивать на любых властных уровнях. И вот в 1938 г. ему как уже авторитетному газотурбинисту и “жёсткому” оппоненту после ряда отрицательных заключений учёных-теоретиков, главных конструкторов и других специалистов на дополнительную экспертизу направляют блуждавший более полутора лет по бюрократическим коридорам проект необычного (в то время ещё мало известного) турбореактивного двигателя (по существу конкурирующий с ним, турбовинтовым двигателем, проект). Уваров бегло просмотрел толстенный трактат Люльки, потом вызвал своего заместителя Михаила Ивановича Вострикова.
– Разберись, пожалуйста, тут какая-то ерунда написана. Каково же было удивление Уварова, когда через две недели М.И. Востриков в большом смущении доложил, что “ерунды” в проекте не обнаружил! После тщательного анализа термодинамики, газодинамики, конструкции, режимных параметров двигателя В.В. Уваровым был подписан развёрнутый положительный отзыв, открывший “зелёный свет” первому отечественному турбореактивному двигателю ТР‐1.
Вот как сам Владимир Васильевич Уваров вспоминал об этом времени:
«Конечно, моё самолюбие было уязвлено, и я предложил Михаилу Ивановичу проработать проект вместе. Целых полторы недели мы сидели вдвоём над “трактатом” Люльки,
и я сумел перешагнуть через сложившееся “своё” мнение и по достоинству оценить присланный на отзыв проект. Тогда мною был написан, пожалуй, самый положительный
отзыв за всю мою жизнь. Самой интересной особенностью проекта являлось теоретически обоснованное применение относительно низких температур (700 °C) на рабочих лопатках турбины. Это было в авиационном турбостроении того времени весьма смелым подходом к проблеме применения газовой турбины в авиации».
Итак. Начало работ в СССР положено Постановлением СНК СССР № 1455/308сс от 17 сентября 1932 г. о постройке паротурбинного авиационного двигателя. Эта pабота пpоводилась в КБ пpи кафедpе авиадвигателей Хаpьковского авиационного института. КБ А.М. Люльки в 1937 году разработал проект первого в стране авиационного реактивного двигателя РТД-1 с тягой 400 кг.. (К 1941 г. он на 70% был изготовлен на Кировском заводе. Из-за войны работы приостанавливаются и возобновляются лишь в 1943 г., после формирования в ЦИАМ группы главного конструктора А.М. Люльки по разработке ТРД. Это начинание привело к созданию одного из самого успешных двигательных ОКБ СССР и первого отечественного турбореактивного двигателя ТР-1.)
Так что для создания ГТД в стране существовали все предпосылки и работы проводились примерно в одно и то же время с зарубежными аналогами.
Здесь, безусловно, для попаданца простор для корректировки РИ. Это перспектива.
4. Реактивные двигатели.
С ростом мощностей двигателей, все большее количество газов, образующихся при сжигании, участвовало в работе. Даже правильно спроектированные выхлопные патрубки поршневых двигателей давали некоторую прибавку скорости самолетам.
Развитие реактивных двигателей началось в СССР с создания научно-исследовательского и опытно-конструкторского учреждения в СССР по разработке реактивной (ракетной) техники (РНИИ). Создан в Москве согласно приказа Реввоенсовета СССР от 21.9.1933 путём слияния Газодинамической лаборатории (ГДЛ) и Группы изучения реактивного движения (ГИРД).
Одним из зачинателей создания реактивных двигателей является Игорь Алексеевич Меркулов, который работал под руководством С.П. Королева. Игорь Алексеевич был конструктором первой в мире ракеты с воздушно-реактивным двигателем (она же стала и первой советской двухступенчатой ракетой), и первых в мире авиационных прямоточных двигателей. В июле 1939 года в Наркомате авиационной промышленности состоялось заседание Технического совета. На нем был заслушан доклад Меркулова о результатах экспериментов с ПВРД на ракетах и планах дальнейших работ по их исследованию, усовершенствованию конструкции и использованию в авиации. Игорь Алексеевич выдвинул идею применять ПВРД в качестве дополнительных двигателей, смонтированных под крыльями истребителей, увеличив тем самым их максимальную скорость. Эти двигатели должны были бы включаться в работу при необходимости догнать противника или для набора большой высоты.
В короткий срок в августе 1939 года были разработаны и изготовлены для стендовых испытаний первые авиационные воздушно-реактивные двигатели. Их назвали дополнительными моторами — ДМ-1. Испытания ДМ-1 прошли успешно. В сентябре, то есть через два месяца после памятного заседания в Наркомате авиационной промышленности, ДМ-1 на стенде в Планерной без прогаров работал по полчаса (именно на это время хватало запаса сжатого воздуха для инжектирования). Вскоре был создан ДМ-2 (диаметром 400 мм, массой 12 кг), предназначавшийся для установки на самолет и проведения летных испытаний. ДМ-2 в аэродинамической трубе «продержался» уже два часа. Его стабильная работа позволила провести официальные испытания. Они состоялись 22 октября. Только после такой тщательной проверки Меркулов решает, что можно установить двигатели на самолете. Директор Воронин выделил Меркулову для испытаний прямоточных двигателей истребитель И-15бис. В начале декабря приступили к летным испытаниям. Успех пришел 13 декабря 1939 года. С этого дня двигатели работали устойчиво. А 25 января 1940 года прошли официальные летные испытания.
Только по прошествии двух с половиной лет, первые зарубежные прямоточные двигатели были испытаны в Германии профессором Е. Зенгером на самолете «Дорнье». Так, благодаря работам Меркулова, наша страна завоевала приоритет в развитии прямоточных реактивных двигателей.
В 1940 году Меркулов создает более мощный ПВРД ДМ-4 диаметром пятьсот миллиметров. Истребитель И-153 «Чайка» с этими дополнительными моторами летал быстрее в среднем на сорок километров в час.
Успешные летные испытания воздушно-реактивных двигателей привлекли внимание к ним авиационных разработчиков. В трех конструкторских коллективах Л.П. Курбалы — А.А. Боровкова, И.Ф. Флорова и А.Я. Щербакова приступили к проектированию поршневых самолетов, в которых предусматривались одновременно и установка ПВРД. Они замышлялись не как подвесные, а вписывались в конструкцию, составляя неотъемлемую часть крыла или фюзеляжа. Для этих самолетов Меркулов делает расчеты прямоточных двигателей.
Дополнительным экономическим и технологическим бонусом в использовании прямоточных реактивных и турбореактивных двигателей является использование в них вместо высокооктанового бензина более простого и дешевого в получении топлива — керосина.
Использование таких сведений попаданцу может дать реальную альтернативу в развитии авиации с применением комбинированных двигателей накануне ВОВ.
Б. Развитие истребителей по их предназначению.
1. Одномоторные легкие истребители завоевания превосходства в воздухе.
Все вышеупомянутое, относится к этому, как к наиболее важным для истребителя качествам.
2. Двухмоторные средние истребители.
Это многоцелевые истребители дальнего действия для сопровождения бомбардировщиков, высотные, ночные истребители, выполняющие авиационную разведку, атркорректировку. Наличие второго пилота позволяет применять дополнительное оборудование, в частности радиолокационные станции. Это в свою очередь позволяет более рационально организовать применение авиации в прифронтовой полосе.
В СССР — это разработанный в 1938 г. высотный истребитель ВИ-100. Самолёт должен был оснащаться мощным вооружением и летать на высоте 10 000 м со скоростью 630 км/ч. Работы велись под руководством Владимира Михайловича Петлякова.
Во время советско-финской войны начальник группы отделов Научно-испытательного института ВВС генерал С. А. Данилин, после ознакомления с работой в боевых условиях наземной РЛС ПВО «Редут» (РУС-2), поставил вопрос о возможности создания бортовой РЛС для обнаружения самолётов противника и ведения по ним прицельного огня независимо от условий оптической видимости. Специалисты ленинградского НИИ радиопромышленности подтвердили возможность создания такой станции, и под руководством А. Б. Слепушкина была начата разработка проекта под кодовым названием «Гнейс-1». В начале 1941 года опытный образец первой БРЛС был создан и устанавливался на Пе-2.
Наиболее характерный представитель этого семейства истребителей в ВВС Германии — это Мессершмитт Bf.110.
В ВВС Великобритании такой универсальной многоцелевой машиной являлся De Havilland DH.98 Mosquito.
3. Тяжелые истребители поля боя — штурмовики.
Они действуют на высотах около 500 м. и более приближены к полю боя в отличии от пикирующих бомбардировщиков. Это «летающий танк», по выражению С.В. Ильюшина с его разработкой ЦКБ-55. 5 мая 1938 г. по представлению Наркомата обороны Правительством был утвержден план опытного самолетостроения на 1938-39 гг., который предусматривал постройку на авиазаводе No. 39 двухместного одномоторного бронированного штурмовика, теперь уже под обозначением БШ-2, конструкции ОКБ С. В. Ильюшина с мотором АМ-34ФРН сразу в трех экземплярах со сроком предъявления на государственные испытания: 1-го экз. — декабрь 1938 г., 2-го — март 1939 г. и 3-го — май 39-го.
Альтернативный вариантом развития с двигателем воздушного охлаждения является штурмовик на основе Су-2 КБ Сухого П.О.
В. Развитие истребителей в схемах их конструкций.
1. К концу 30-х годов тенденции в развитии конструкций и Messershmitt Bf.109 установили классическую схему — одномоторный моноплан с низко расположенным крылом и убирающимся в полете шасси. Двигатель обдувает верхний слой обтекающего крыла воздуха, чем обуславливаются его высокие летные качества. Развитие механизации крыла свело преимущества бипланов к незначительной величине. Двухмоторные истребители с разнесенными по крыльям двигателями, несмотря на высокую энерговооруженность, проигрывали одномоторным в маневренности. Был вариант расположения двигателей в фюзеляже тандемом, обещавший при неизменном лобовом сопротивлении более высокие скоростные качества.
В СССР в интересуемый наш период — это САМ-13 Москалева. В конце 1939 года был утвержден макет САМ-13. При рассмотрении расчетов по ЛТХ самолета, основанном на продувке модели, получалась расчетная скорость близкая к 700 км/ч, которая получилась при наличии наддува и не очень больших потерь КПД заднего винта. В конце 1939 года самолет был закончен производством и весной 1940 года подготовлен для заводских летных испытаний. Заводские испытания проходили успешно, без происшествий. После рулежки и подлетов, начались испытания в воздухе. Летчик-испытатель Фиксон был доволен самолетом. По его мнению, особенно хороши были устойчивость и управляемость. Постепенно подошли к испытаниям на Vmax и фигуры высшего пилотажа. Скорость полета у Земли с выпущенными шасси оказалась в пределах 520-560 км/ч. Но поступило из Москвы распоряжение о прекращении испытаний. Далее Яковлеву, как советнику Сталина по авиации, оказался не по плечу груз ответственности.
В Нидерландах такие работы велись над истребителем Fokker D.XXIII. Они начались в конце 1937 года, причем этот самолёт создавался не на основе какой-либо отработанной конструкции, а представлял собой совершенно новую разработку. Его разработчиком был инженер Мариус Билинг. Первый полет D.XXIII состоялся 30 мая 1939 года.
В ноябре 1939 года истребитель был поставлен на испытания, которые, в основном, подтвердили правильность выбранного пути, однако многочисленные «детские болезни», на устранение которых ушло много времени, не позволили запустить истребитель в серийное производство до начала немецкого вторжения. До войны D.XXIII выполнил в 11 полетов, налетав в общей сложности 4 часа.
10 мая 1940 года был поврежден во время немецкой бомбардировки и проект был закрыт. Его наработки позднее использовались в Германии для создания Dornier Do-335 «Pfeil».
Для компоновочных схем истребителей представляет интерес необычное, революционное решение с расположением двигателя в центре масс самолета XР-39 фирмы Велл (США) и проектированием самолета вокруг мощной 37 мм пушки. Передняя стойка шасси. В разработке принимали участие: Лоуренс Д. Белл — глава фирмы, Роберт Д. Вудс — главный конструктор, его помощник — Гарланд М. Пойер. Максимальная скорость прототипа на испытаниях в первой половине 1939 г. без вооружения достигала 628 км/ч. Самолет толком не оценен в США из-за своей революционности.
Отпугивали недостатки:
1. Разбег при взлете достигал почти 700 м.
2. Штопор и плоский штопор. После отстрела боекомплекта центровка уходила назад. «Кобра» же охотно «штопорила» из-за малейшей децентровки, сваливалась в плоский штопор, из которого ее вывести было сложно.
3. Недостаточная прочность хвостовой части. Выявлялись скручивание хвостовой части фюзеляжа на участке радиолюка при резких эволюциях в воздухе, и деформация обшивки в нижней концевой части фюзеляжа.
4. При оставлении машины летчиком зачастую самолет калечил пилота хвостовым стабилизатором.
Но самолет имеет множество инноваций, выполнен на высоком техническом уровне, появился вовремя для освоения перед войной. Попаданцу имеет смысл приложить усилия для ознакомления, облета и закупки экзепляров в СССР. Желательно наладить сотрудничество с фирмой Белл, для более оперативного устранения недостатки. Возможно для их устранения потребуются такие же революционные шаги, как и сам истребитель. Например, для устранения проблем с центровкой предложить сделать крылья с изменяемой стреловидностью
2. Следующее направление — это развитие в конструкций комбинированных двигательных установок. Поршневой двигатель + прямоточный реактивный. Все предпосылки для этого были, что отмечалось выше. Так что вполне возможно было, при должных усилиях попаданца, появление к началу ВОВ такого истребителя, как Су-5.
Но, в РИ это произошло в начале 1944 г. в проекте истребителя с комбинированной силовой установкой, которая состояла из одного поршневого двигателя М-105А с воздушным винтом и дополнительного компрессорного воздушно-реактивного двигателя (ВРДК), выполнявшего функцию ускорителя.По расчетам, включение ВРДК увеличивало скорость самолета у земли на 90 км/ч, а на высоте — на 110 км/ч. Во время испытаний на высоте 4350 м была достигнута скорость 793 км/ч против расчетной — 768 км/ч. Максимальная расчетная скорость на высоте 7800 м с включением ВРДК — 810 км/ч. Логике развития в довоенный период это не противоречило.
3. Дефицит дюралюминия в СССР накладывал серьезные ограничения на создание самолетов. Основными материалами для изготовления самолетов являются дерево, сплавы алюминия, высококачественные конструкционные стали для шасси, ферменных конструкций (хромансиль).
Во второй половине 1930-х годов возможности древесины в качестве авиационного конструкционного материала оказались фактически исчерпаны — дальнейшее повышение лётных и тактико-технических характеристик боевых самолётов потребовало освоения принципиально новых материалов, имеющих более выгодное соотношение массы и прочности. Наиболее перспективные в этом отношении были высокопрочные сплавы на основе алюминия (дюралюмины). Но производство алюминия и его сплавов в стране не поспевало за быстро растущими потребностями авиации, так что наиболее массовые в советских ВВС машины в основном сохраняли цельнодеревянную или смешанную деревометаллическую конструкцию планера. Применение дюралюминия в сравнении с чисто деревянной конструкцией давало выигрыш до 40% в весе самолета. Применение бальзы, как у англичан в De Havilland DH.98 Mosquito в условиях СССР было невозможно.
Дельта-древесина. Всё это подстёгивало опытные работы по применению в авиации различных древеснослоистых пластиков, или, по терминологии второй половины 1930-х годов, «облагороженной древесины» (кроме собственно дельта-древесины к этой группе материалов относились также бакелитовая фанера, балинит и другие), имевших значительно более высокие характеристики по сравнению с обычной древесиной, но при этом сходных с ней по используемым в производстве технологическим приёмам. Процесс был разработан советским авиационным инженером Леонтием Иовичем Рыжковым в 1935 году, когда он работал на Кунцевском заводе воздушных винтов. (К 1940 году он был подробно изучен и описан во Всесоюзном институте авиационных материалов Я.Д.Аврасиным.)
Стеклопластик. Следующий композиционный материал. Основой являются стеклянные волокна или стеклоткань. В качестве связующего для стеклопластиков используют полиэфирные и эпоксидные смолы. Применяют также фенол-формальдегидные, кремнийорганические, карбамидные, фурановые и другие смолы. Переработка стеклопластиков на их основе требует высоких температур (более 170 °С) и давления (25-100 кг/см2).
Стеклопластик — материал с малым удельным весом и заданными свойствами, имеющий широкий спектр применения. Стеклопластики уступают стали по абсолютным значениям предела прочности, но в 3,5 раза легче её и превосходят сталь по удельной прочности. При изготовлении равнопрочных конструкций из стали и стеклопластика стеклопластиковая конструкция будет в несколько раз легче. Стеклопластик по удельному весу также легче алюминия.
Первым кто изобрел метод массового изготовления стекло волокон, наподобие минеральной ваты, был Джон Плэер. Который в 1870 году с использованием струи пара, усиленной подачи, смог в промышленных условиях получить первые стеклянные волокна. Патент на изобретение стекло волокнистой ткани с шелковыми переплетениями получил в конце 90-х XIX века Герман Хаммесфах. Такая ткань обладала уникальной огнестойкостью и завидной прочностью. Первый завод стеклопластика или стекло волокна появился в момент оформления патента на производство «Fiberglas» в 1936 году фирмой «Corning Glass», работавшей совместно c «Owens-llinois» (США). В 1937 году Рэй Грин создал первую композитную лодку.
Первые теоретическое разработки советских ученых в СССР по структуре стекла были начаты в начале 1930-х годов, а по стеклянной вате в 1938-1939 гг.
До 40-х годов стеклянное волокно применялось для теплоизоляционных целей и производилось по «старонемецкому способу», путём вытягивания нитей из размягчённых стеклянных штабиков.
В конце 30-ых на заводе в Биллимбаево начали производство минеральной ваты, которую изготавливали под давлением 10-12 атмосфер при нагреве 250-280 градусов (по цельсию). На Зестафонском заводе в Тбилиси вату производили путём распыления струи сжатого воздуха в 6-8 атмосфер. В это время в СССР рассматривали применение стеклоткани в качестве оболочек для дирижаблей.
В 1937 году в Государственном институте стекла была создана лаборатория по работе со стекловолокном и молодые учёные (Аслоанова, Иоффе, Черняк) занялись исследованиями этого материала. Конечно же применение стеклоткани и стекловолокон предусматривается в композиционных материалах. Это:а) Фенопласты — пластмассы, получаемые при отверждении при повышенных температурах фенолформальдегидных смол в комбинации с наполнителями. Используются для получения в качестве связующего компонента в производстве наполненных пресс-композиций с различными наполнителями (целлюлоза, стекловолокно, древесная мука), древесно-волокнистых и древесно-стружечных плит, пропиточных и заливочных композиций (для фанеры, тканых и наполненных волокном материалов).
б) В 1936 Карлтон Эллис получил патент на производство полиэфирной смолы. Её также можно было смешивать со стекловолокном, чтобы получать композитные материалы. Немцы затем усовершенствовали процесс производства полиэфирной смолы и к началу 40-х обладали наиболее разработанными технологиями.
в) История эпоксидных соединений восходит к 1908 году, когда русский химик Н.А. Прилежаев открыл реакцию окисления алкенов надкислотами и образования указанных соединений. Получившийся продукт под действием отвердителей смог создавать полимеры, нашедшие применение во многих областях промышленности.
К тридцатым годам двадцатого столетия немецкий химик П. Шлак открыл возможность получения высокомолекулярных полиаминов, которые появляются при взаимодействии аминов с эпоксидными соединениями, содержащими в молекуле более одной эпоксидной группы. К тому времени в химической промышленности уже вовсю применялось патентное право, поэтому химик официально оформил свое соединение. Во второй половине тридцатых эстафету получения новых соединений перехватили швейцарцы. Так, П. Кастан создал низковязкий материал, который мог переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Ученый предложил использовать новый материал для создания зубных протезов и тому подобных материалов. Впрочем, в отличии от П. Шлака, П. Кастану не удалось запатентовать собственное изобретение. За него это сделала известная швейцарская компания Ciba.
Стеклопластики по мере разработки технологий производства призваны не заменить алюминий, а дополнить для рационального их использования, т.к. имеют сравнительно малые затраты на изготовление и не требуют высокой квалификации рабочих.
Как видим, здесь также простор для деятельности попаданца и это не противоречит логике технической эволюции.
