Как закалялась «сталь». Скоростные истребители Бартини Сталь-6 и Сталь-8. СССР
Данный в ряде моментов спорный материал Ивнамина Султанова выкладывается на сайт в продолжение темы, поднятой в статье “Гонка за призраком скорости. За год до «Спитфайра»“.
Кто раньше всех задумал «складывать ноги» после отрыва самолета от земли — этот вопрос оставим археологам. А вот в Советском Союзе идею убираемого шасси, и к тому же с одним колесом, предложил итальянец Роберто Бартини. Объявленный в розыск как антифашист, он был вынужден покинуть родину и в 1924 году получил подданство СССР.
30 апреля 1930 года инженер Роберт Людвигович Бартини предложил руководству Центрального конструкторского бюро авиационной промышленности (ЦКБ), куда его направили из армии, создать скоростной самолет, лишенный каких бы то ни было надстроек на внешней оболочке. Авиапроект был рассмотрен и принят. Однако до реализации было еще далеко. Во-первых, автор проекта, хоть и член компартии, но итальянской, а стало быть, ни до каких секретных достижений авиапрома его (на всякий случай) допускать не следовало. Во-вторых, большинство создателей самолетов того времени не верило в «заморскую утопию» и не желало делиться с иностранцем своим опытом и кадрами. Оригинальный замысел талантливого авиаконструктора повис на волоске.
На помощь пришли начальник ВВС Петр Иванович Баранов вместе с начальником вооружений РККА Михаилом Николаевичем Тухачевским. Они пристроили изобретателя у заместителя начальника Главного управления ГВФ Якова Яновича Анвельта в СНИИ (завод № 240) главным конструктором, где в 1932 году начаты проектные работы по самолету «Сталь-6». Занимаясь выпуском рабочих чертежей и разработкой совершенно новой технологии производства своей машины, Бартини уже меньше летает, чем в недалеком прошлом, когда он служил военным летчиком на Ходынском научно-опытном аэродроме.
Сталь-6
«Сталь-6», хотя и не имел вооружения, считался экспериментальным истребителем и получил в Управлении ВВС шифр «ЭИ». На нем проходили проверку многие элементы новизны, снижающие аэродинамическое сопротивление и повышающие культурный уровень заводской технологии. Так, внутрь аппарата были убраны летчик, не имеющий выпуклого фонаря кабины, шасси, закрываемое щитком после уборки, а также водо- и маслорадиаторные устройства. Остальные элементы «начинки» аппарата, которым положено быть внутри, упоминания не требуют.
Спору нет — пилоту трудно следить за окружающей обстановкой, находясь «замурованным» под обшивкой самолета. Поэтому на взлете и посадке летчик сам поднимал себя вместе с сиденьем над контуром фюзеляжа, но не так, как это умел барон Мюнхаузен, а с помощью тросовой лебедки и стопорного механизма. Прозрачная крышка фонаря, вписанная в обводы фюзеляжа, при этом сдвигалась вперед и давала возможность наследному барону Роберто Лодовико Орос ди Бартини, а затем и другим летчикам, высовывать полголовы наружу и соображать, где земля, а где заветное посадочное «Т»: для взлета и приземления это было приемлемо, так как скорость набегающего потока невелика, 100—120 км/ч. А вот, например, 400 км/ч на «Стали-6» получить было бы затруднительно при традиционной открытой кабине и неубираемом шасси. Для бокового обзора возможности были как у любого обычного самолета (без подъемного сиденья).
Среди разновидностей убираемого шасси, известных сегодня, одноколесное шасси Бартини является беспрецедентным. К оси колеса (800×200 мм) справа и слева сходились две опоры, фюзеляжные заделки которых были разнесены по продольной оси самолета. Стойка с резиновым пластинчатым амортизатором подвешивалась к кронштейну замоторной рамы № 1, а подвеска второй опоры осуществлялась к узлу соседней рамы № 2. По виду сбоку правая опора была позади левой и представляла собой ломающийся подкос с механическим замком на шарнире перелома. Тросовая проводка перед уборкой ноги освобождала этот замок и складывала подкос одновременно с подъемом колеса в нишу фюзеляжа, образованную сварным колпаком из АМЦ, между педалей летчика. Нижняя створка перед этим открывалась и впускала колесо внутрь вместе со стойкой и подкосом, а ось колеса, поднимаясь, захлопывала створку за собой. Такие створки, закрывающие нишу шасси на стоянке и в полете, с легкой руки Бартини получили название щитков типа «войдите». Выпуск шасси происходил за счет собственного веса с последующей дотяжкой его тросом до конечного положения, пока не щелкнет выпрямившийся подкос. Вместо хвостового колеса под рулем поворота была плавно вписана в обводы защитная пята с внутренним амортизатором. Боковые вспомогательные стойки, складываемые в полете под законцовки крыла, поддерживали машину на стоянке, в начале разбега и в конце пробега после посадки.
Схемы самолета Сталь-6
Конструкция самолета смешанная. В фюзеляже сварной ферменный каркас из хромомолибденовых труб. Обшивка носовой части из альтмага, шассийный отсек по бортам был закрыт гофрированными панелями. Хвостовая часть фюзеляжа обшивалась фанерой.
На самолете был установлен V-образный мотор «Конкверрор» — американской фирмы Кертисс. Применение этого двигателя означало заведомое обречение самолета на бесперспективность. Таких моторов у нас не строили, поэтому, лишенный возможности выбора силовой установки, конструктор был вынужден делать чисто опытный аппарат с надеждой на светлое будущее в случае феерической удачи.
И самолет удался! Он обладал летными данными, на голову превышающими характеристики любого отечественного истребителя. Кроме всего вышесказанного, этому способствовало применение испарительно-конденсационной системы охлаждения мотора с крыльевыми пароконденсаторами. Конденсатором являлась двойная обшивка, крыла от нижней полки переднего лонжерона, далее через носок по всей верхней стороне до узлов навески элеронов. Конструкция крыла преимущественно сварная на точечной и роликовой электросварке с применением пайки в заделках двойной обшивки для герметизации. При работе мотора кипящая вода поступала в полость между обшивками крыла и, сконденсировавшись на большой внутренней поверхности в 12,37 м², помпой подавалась обратно в двигатель. Особенно эффективно испарительная система работала в полете на большой скорости, при мощной конвективной теплоотдаче. Длительные газовки мотора на стоянках были нежелательны.
Сечения самолета Сталь-6
Пояса лонжеронов крыла выполнялись из пучков труб стали ХМА. От корня консолей жесткость поясов уменьшалась ступенчато, от семи трубок диаметром 16,5 мм, через три такие же трубки на половине размаха и до одной диаметром 18 мм к законцовкам. Ферменные нервюры крыла и оперения были сделаны из гнутых профилей стали Энерж-6 переменной толщины по размаху. Элероны, закрылки и рули имели каркас из листовых профилей и перкалевую обшивку. Конструктор старался во всем снизить вес. В результате самолет получился очень легким, всего 1080 кг, чему в немалой степени способствовало применение одноколесного шасси. При взлете и посадке элероны «зависали» на 5° вместе с отклонением закрылков. Управление рулями высоты имело устройство для изменения передаточного числа, которое летчик устанавливал вручную для регулирования усилий на ручке при изменении скоростного напора. Это устройство вскоре было забыто и возродилось вновь как изобретение ЦАГИ, спустя десять лет.
Газовки, руления и пробежки по аэродрому были назначены на 7 октября 1933 года. При первом же энергичном разгоне летчик-испытатель Андрей Борисович Юмашев почувствовал легкость управления самолетом, который «сам запросился в воздух». Пилот не препятствовал «желанию» машины и взял ручку на себя… Так состоялся незапланированный первый полет. После посадки он получил «разгон» от Бартини за самовольство, а заводские испытания были продолжены. В одном из полетов Юмашев впервые в СССР превысил значение скорости в 400 км/ч, а на другой день была достигнута скорость 420 км/ч. Успех был несомненным.
Напомним, что основной истребитель ВВС РККА того времени — И-5 «выдавал» всего 280 км/ч, а первый вариант знаменитого И-16 (с мотором М-22), поднявшийся в воздух спустя два месяца, удалось разогнать лишь до 359 км/ч.
Сталь-6
Получив результаты испытаний, Тухачевский созвал расширенное совещание представителей ВВС, Главного управления авиационной промышленности и ответственных исполнителей СНИИ ГВФ, причастных к выпуску «Стали-6». Сбор состоялся в помещении главного управления Военно-Морского Флота (Главвоенмор). Конструкторы из НИИ авиапромышленности, заранее ознакомленные с новыми тактико-техническими требованиями, в которых для истребителей задавалась максимальная скорость 400–450 км/ч, высота полета 8–10 тыс. метров, были крайне удивлены и, вооружившись «вескими» доводами о несостоятельности таких данных, жаждали утереть нос зарвавшимся заказчикам.
Совещание вели Наркомвоенмор Ворошилов и Наркомтяжпрома Орджоникидзе, которому на правах главка подчинялось управление авиапрома. Начальник ВВС Я. И. Алкснис во вступлении огласил желанные цифры. Далее последовал обстоятельный доклад представителя авиационной промышленности А. А. Микулина, пытавшегося доказать невозможность достижения на истребителе скорости 400 км/ч. Докладчик привел статистику и теоретические выкладки, подкрепленные наглядной агитацией (плакаты, графики и номограммы), чем заслужил аплодисменты всех недовольных «сумасбродными» ТТТ. В ответ Тухачевский представил отчет о заводских летных испытаниях самолета «Сталь-6» и поднял перед собравшимися конструктора этой машины комбрига Р. Л. Бартини. В отчете значилась скорость 420 км/ч. Скептики и недоброжелатели были повержены.
Для пущей уверенности участники совещания договорились о проведении государственных испытаний, которые для экспериментальной машины были в общем-то не обязательны. Предварительный облет «Стали-6» произвел Петр Михайлович Стефановский 8 июня 1934 г. В НИИ ВВС самолет был передан 17 июня, и первый этап испытаний завершился к 4 сентября. За шесть полетов ведущий летчик Стефановский и пилот Н. В. Аблязовский обнаружили, что при скоростях более 300 км/ч самолет сильно затягивает в левый крен. Скорости более 365 км/ч получить не удалось, так как усилий летчика едва хватало на сохранение горизонтального полета, а запас мощности был еще приличный. Взлет и посадка проходили нормально. 13 июля Стефановский посадил самолет с убранным шасси из-за неправильного сигнала контрольной лампочки в кабине. После небольшого ремонта испытания были продолжены, однако вскоре — снова прерваны в связи с «неудовлетворительным состоянием материальной части».
Из заключения НИИ ВВС:
«Испытание показало совершенно недопустимое пренебрежительное отношение ГУ ГВФ к такому важному объекту, как самолет «Сталь-6». Через 15 месяцев после выхода на аэродром он оказался совершенно недоделанным…»
В ходе доработок на самолет установили привычный выступающий за верхний контур фюзеляжа фонарь кабины, козырек которого имел клиновидное остекление. Сиденье летчика было сделано неподвижным (законтренным в верхнем положении). Из чисто экспериментальной машины «Сталь-6» постепенно превращался в истребитель. Аппарат из СНИИ ГВФ был вновь представлен на госприемку. 6 августа 1934 года Стефановский достиг значения максимальной скорости, полученного ранее Юмашевым, — 420 км/ч, несмотря на ухудшение аэродинамики выступающим фонарем. При этом пилот утверждал, что после регулировки мотора и вывода его на максимальную мощность «Сталь-6» сможет летать быстрее на 25-30 км/ч.
Тем временем конструкторские бюро Н. Н. Поликарпова, Д. П. Григоровича и П. О. Сухого в течение года выпустили новые истребители, которые соответствовали свежим тактико-техническим требованиям. В конце ноября 1933 года задание на истребитель получил и сам Бартини, персонально от наркома тяжелой промышленности.
Истребитель, называвшийся «Сталь-8» (шифр ВВС — И-240), строился особняком в отгороженном цехе завода № 240. По аэродинамической компоновке он был почти идентичен «Стали-6», отличаясь более крупными размерами в связи с использованием нового французского мотора «Испано-Сюиза» 12 мощностью 860 л.с. и цельнометаллической конструкцией. Технология производства во многом была отработана на предыдущем типе. Разумеется, по требованию военных на «Стали-8» появился фонарь для головы летчика, выступающий над фюзеляжем. При неподвижном двугранном козырьке крышка фонаря могла быть сдвинута вперед и за счет сквозного потока воздуха под ней не имела тенденции к самопроизвольному «захлопыванию» в полете (чем отличались все фонари, сдвигаемые вперед). Только летчик мог задвинуть прозрачный колпак назад при закрытии кабины. «Хитрый» фонарь отработали на полноразмерном макете, а масштабная модель (1:5) проходила продувки в аэродинамической трубе Академии воздушного флота им. Н. Е. Жуковского.
Истребитель был вооружен двумя синхронными пулеметами ШКАС, установленными на моторе с патронными ящиками над нишей колеса. Водяной радиатор — в крыле, как у прототипа, а масляный радиатор был устроен в корневой зоне крыла под правым зализом стыка с фюзеляжем. Внешними формами истребитель Бартини создает впечатление, что он был разработан не в 1934 году, а лет пять-десять спустя. Настолько совершенной была его аэродинамика. «Сталь-8» и по расчетным данным вполне соответствовал периоду второй мировой войны. На высоте 3000 м его максимальная скорость должна была составлять 630 км/ч, практический потолок — 9000 м при взлетном весе в полторы тонны.
Эти цифры вполне оправданы, если учесть, что самолет был выполнен очень чисто, с минимальными отклонениями от теоретических контуров, значительно меньшими, чем в серийном производстве. «Сталь-8» был первым в СССР цельнометаллическим самолетом на роликовой и точечной сварке. Фюзеляж — монокок с пустотелыми листовыми профилями П-образного сечения. Крыло двухлонжеронное с задней стенкой. Лонжероны и нервюры — сварные трубчатые фермы. Обшивка крыла — альтмаг, внутренняя — толщиной 0,8 мм, наружная — 0,5 мм. По всему размаху конденсатора к задней стенке крыла навешивались четыре секции элеронов, которые на взлете, посадке и при виражах выполняли бы функцию закрылков. Управление элеронами и рулями поворота — тросовое. Руль высоты отклонялся в ответ на движения ручки пилота посредством жестких трубчатых тяг. В цепи продольного канала управления был устроен механизм изменения угла отклонения руля высоты в зависимости от скорости полета.
Два бензобака емкостью 175 л, сваренные из электрона, были размещены в корневых зонах консолей крыла. Чечевицеобразный маслобак, также сварной конструкции, своей верхней стороной вписывался в наружный контур фюзеляжа перед кабиной. В полете, особенно на больших скоростях, маслобак также охлаждается потоком.
Схемы самолета Сталь-8 (сверху-справа показан Сталь-6)
У талантливого конструктора творения не могут быть ординарными. Бартини не пользовался распространенными профилями для крыльев и хвостового оперения. Его высоконесущие профили были в полтора-два раза более эффективными по аэродинамическому качеству и значительно устойчивее по срывным характеристикам при больших значениях углов атаки. В совершенстве владея математическим аппаратом, Роберт Людвигович применял его для аналитического определения дужек профилей! Если многие специалисты составляли очертания крыльевого профиля графическими сопряжениями отрезков кривых (как правило, эллипсов или парабол), то Бартини находил линии, соответствующие таким зависимостям, что на стыке двух сопряженных кривых их функции не терпели бы разрыва вплоть до производных второго порядка. И воздушный поток чувствовал филигранную плавность очертаний и расступался… с наименьшим сопротивлением. Каким еще должен быть подлинно научный подход к делу, которое для Бартини было воистину любимым!
Сечения самолета Сталь-8
Сперва расчеты, потом плазовая увязка… Вот, если бы заводская технология не была бы тормозом прогресса! Вот если бы не командно-административный режим…
К великому сожалению, И-240 закончен не был, и его постройка прекратилась в конце 1934 года примерно на 60% стадии готовности. Главному управлению ГВФ он не был нужен, а ГУАП также не имело его в плане опытного строительства и не желало иметь. Кроме того, сильны были конкуренты, сделавшие И-16, И-14, ИП-1, а уязвимость пароконденсаторной системы охлаждения в воздушном бою или от зенитного огня действительно снижала боеспособность «Стали-8». Были намечены мероприятия по повышению живучести системы разделением конденсатора на отсеки при автономной циркуляции антифриза, но ГУ ГВФ, по невыясненному пока поводу, прекратило финансирование работ…
Бартини построил в СНИИ ГВФ еще два необычных самолета: двухмоторный пассажирский «Сталь-7» для конкурса на лучший скоростной транспортный самолет и дальний арктический разведчик «ДАР» по заказу Главсевморпути. «Сталь-7» был обладателем неофициального мирового рекорда скорости, установленного в августе 1939 года уже без главного конструктора. 14 февраля 1938 года Роберт Людвигович Бартини был арестован как «агент итальянской разведки»… Авиационная деятельность «Леонардо да Винчи XX века», как называют Р. Л. Бартини сегодня, не кончилась, но без малого 17 лет конструктору пришлось провести в неволе.
источник: Ивнамин Султанов «Как закалялась «сталь». Скоростные истребители Бартини» // Крылья Родины 02-1995
