Опытный истребитель И-21. СССР

Данный материал выкладывается на сайт в продолжение темы, поднятой в статье «Гонка за призраком скорости. За год до «Спитфайра»».

Шел 1935-й. В мире было относительно спокойно, настораживал лишь приход к власти в Германии национал-социалистов с их бредовыми идеями относительно будущего устройства Европы. Это обстоятельство не могло не настораживать политиков и военных. И правительства европейских государств не жалели средств на совершенствование боевой техники.

Не остался в стороне и Советский Союз. 26 ноября заместитель директора авиационного завода №39 Леонтьев направил начальнику Управления ВВС Красной Армии Алкснису письмо следующего содержания:

«Завод №39 направляет Вам эскизный проект самолета И-21 (М-34ФРН) на утверждение. Вместе с тем сообщаю, что макет самолета готов, прошу о рассмотрении его макетной комиссией в ближайшее время».

Спустя четыре дня командующий ВВС утвердил «Заключение по боевой схеме одноместного истребителя с мотором М-34ФРН — специальный, конструкции завода №39, бригады инженера Ильюшина».

В документе констатировалось, что

«в основном, самолет удовлетворяет предъявленным техническим требо­ваниям, по скорости даже превосходит последние на 40-50 км; в отношении же дальности — требованиям не удовлетворяет.

Вместо 1000 км, расчетная дальность самолета на небольшой скорости (270 км/ч) равна 766 км, при крейсерской же скорости 480 км/ч дальность снижа­ется до 460 км».

Вывод был кратким:

«1. Боевую схему самолета — утвердить.

2. Обзор для летчика и удобство его размещения проверить на макете.

3. Считать необходимым увеличить емкость бензиновых баков настолько, чтобы самолету была обеспечена дальность полета 600 км на крейсерской скорости 480 км/ч».

Оперативность, проявленная при рассмотрении документов, дает основание предполагать, что ВВС не случайно проявляли особый интерес к проекту.

В мае 1935-го на Центральном аэродроме имени М. В. Фрунзе в Москве состоялся смотр дости­же­ний авиационной промышленности и военно-воздушных сил, на котором присутствовали руко­во­ди­тели партии и правительства во главе со Сталиным, высший командный состав Красной Армии, главные конструкторы и руководители авиапрома.

Гостям продемонстрировали советские боевые самолеты. Среди присутствующих находился и начальник Центрального конструкторского бюро и одновременно руководитель третьей бригады ЦКБ завода №39 С. В. Ильюшин. Впоследствии, об итогах этого смотра в объяснительной записке к эскизному проекту И-21 он написал:

«2 мая 1935 года на параде военно-воздушных сил на аэродроме имени Фрунзе товарищем Сталиным была поставлена задача авиационным конструкторам: дать в 1935 году самолет со скоростью 600 км/ч. Приступив немедленно к исполнению поставленной задачи и проведя ряд обстоятельных исследований, нами было обнаружено, что осуществление самолета с такой скоростью возможно не только в виде рекордного, но и в виде боевого одноместного истребителя с четырьмя пулеметами ШКАС или с двумя пушками ШВАК».

Задача, поставленная первым секретарем ЦК ВКП(б), как всегда, требовала беспрекословного и оперативного исполнения. Однако для нас наиболее интересным в выше приведенной цитате является другое.

Ильюшин подтверждает возможность создания высокоскоростного самолета

«не только в виде рекордного, но и боевого истребителя».

Подобное высказывание с большой степенью вероятности позволяет утверждать, что в тот момент Сталин имел в виду создание именно рекордного самолета. Общеизвестны его повышенный интерес к установлению новых советских рекордов и глубокая осведомленность в области развития и достижений мировой авиации.

Достаточно вспомнить полное гордости и надежд письмо начальника Главного управления авиа­ци­онной промышленности (ГУАП) Королева, направленное Сталину 1 октября 1934-го:

«Доношу, что истребитель И-16 завода №39 с мотором «Райт-Циклон» дал скорость 430 км/ч на высоте 3000 м, поставив нас на первое место в мире по истребителям».

И, словно перечеркивающая все, резолюция:

«Тов. Королев! Мировой рекорд скорости не 430 км, а 500 км, осуществленный уже в Англии и, может быть, и во Франции. До «первого места в мире» еще далеко… И. Сталин.«

Каковы же были действительные достижения?

«…План опытного самолето- и моторостроения, утвержденный Советом Труда и Обороны в июле 1932-го, авиапромом не выполнен»,

— отмечалось в июньском 1933-го постановлении Реввоенсовета СССР. Подобная ситуация созда­вала серьезную угрозу быстрого технического отставания находящихся на вооружении советских военно-воздушных сил самолетов от материальной части ВВС наших вероятных противников.

К началу второй пятилетки самолетостроительные заводы страны выпускали истребители И-4, И-5, И-7, созданные еще в 1929–1931-х годах и имевшие скорости 250–290 км/ч, тогда как этот же параметр заграничных машин уже приближался к 400 км/ч.

Двигатели с наддувом, установленные на иностранных самолетах, существенно увеличивали их скорость на боевых высотах, повышали скороподъемность и практический потолок. В то же время наши моторостроительные заводы еще не могли создать надежный отечественный высотный двигатель даже в опытном образце.

Сложившееся положение явилось прямым следствием недостаточно четкой и расбалансированной работы конструкторских групп, приводящей к значительным ошибкам и изменениям в чертежах; производственной небрежности заводов, выпускавших недоработанную продукцию; плохого каче­ства материалов и полуфабрикатов, поставляемых авиапрому; низкого уровня научно-исследо­ва­тель­ских работ, особенно в области авиационных материалов и проведения статических и дина­мических испытаний.

Но, прежде всего, отставание СССР в моторостроении определялось объективными историческими причинами. Не надо забывать, что эта отрасль машиностроения опиралась на богатый многолетний опыт создания и производства сначала автомобильных, а затем и первоклассных авиационных двигателей.

Первый же отечественный маломощный авиационный мотор М-11 удалось довести до серийного производства только в конце 1920-х. Но ведь для создания самолетов с летно-техническими харак­теристиками, не уступавшими таковым у иностранных машин, требовались моторы совершенно иного класса.

В создавшейся обстановке принимается решение о закупке лицензий на производство лучших зарубежных моторов. Одновременно разворачиваются работы по доводке и совершенствованию мощного отечественного двигателя водяного охлаждения М-34, для которого разрабатываются редуктор и приводной центробежный нагнетатель.

Предпринятые шаги открыли новые возможности в отечественном моторостроении и позволили решительно повысить технические требования к производству двигателей. Освоение производства лицензионных моторов, получивших обозначения М-25 (625 л.с.), М-85 (850 л.с.), М-100 (860 л.с.) и форсирование отечественного М-34РН позволили приступить к проектированию нового поколения советских самолетов.

Однако наличие мощных моторов было далеко не единственным условием успешного создания новых скоростных машин. Постепенно менялись взгляды на тактику воздушного боя. Военно-воздушным силам требовались истребители, обладающие большими скоростями, скоро­подъ­ем­ностью и потолком, но эти качества могли быть достигнуты только за счет некоторого ухудшения маневренности в горизонтальной плоскости.

Начиналась упорная и длительная борьба за снижение лобового сопротивления самолета, выдви­нувшая целый ряд новых проблем по улучшению аэродинамических форм, введению в конструкцию новых типов капотов и систем охлаждения двигателей, закрытых фонарей кабин летчиков, убираю­щегося шасси, посадочных щитков и др. Господствующей схемой самолета становился свободно­несущий моноплан с увеличенной нагрузкой на крыло, требующей некоторого ужесточения норм прочности.

Маневренный воздушный бой на виражах постепенно начинал уступать место скоростному бою на вертикалях, получившему свое окончательное утверждение в годы войны.

Решение этих вновь возникших задач дало возможность сделать значительный рывок вперед и создать в 1933-1934-х годах первые советские скоростные истребители-монопланы конструкции А. Н. Туполева (И-14), Н. Н. Поликарпова (И-16) и Д. П. Григоровича (ИП-1), со скоростью от 360 до 450 км/ч. Внедрение этих машин в серийное производство велось параллельно с введением различных эксплуатационных и производственных улучшений.

Опытные самолеты второй пятилетки по своей конструкции еще не предусматривали возможности массового изготовления, по-прежнему основываясь на полукустарной технологии, и поэтому чрез­вычайно медленно и трудно внедрялись в производство.

Повышение летных данных и, в первую очередь, скорости, выдвинуло дополнительные требования к аэродинамике, прочности, лабораторным экспериментам и натурным испытаниям. Разработали новые нормы прочности, создали методы расчета вибраций, исследовали скоростные профили и вопросы штопора.

Особое внимание уделялось дальнейшему снижению аэродинамического сопротивления. В этой связи начинает проявляться повышенный интерес к рядным двигателям водяного охлаждения, имевшим меньшую площадь поперечного сечения, чем у моторов с воздушным охлаждением при почти одинаковой мощности.

В распоряжении советских конструкторов к середине 1930-х имелось два таких мотора: отечест­венный М-34ФРН, еще не окончательно доведенный, но зато имеющий мощность 1200–1250 л.с., и лицензионный М-100 («Испано-Сюиза» 12 gbrs) в 860 л.с.

Следует отметить, что еще в конце 1934-го конструкторская группа Н. Н. Поликарпова, оптимально соединив воедино высокие технические данные одного из лучших в то время зарубежных двига­телей водяного охлаждения «Испано-Сюиза» и прекрасную аэродинамику планера, выпустила еще один скоростной истребитель-моноплан И-17 с расчетной скоростью 500 км/ч.

Однако досадные ошибки, допущенные при проектировании, и неприятности во время летных испытаний не позволили запустить ее в серийное производство, несмотря на то, что работы по доводке нескольких экземпляров этого самолета продолжались около четырех лет. Тем не менее на нем впервые в Советском Союзе применили и изучили схему скоростного моноплана с пушкой, стреляющей через полый вал редуктора двигателя.

Развернувшиеся в бригаде Ильюшина сразу после майского праздника работы по скоростному истребителю И-21, имевшему заводское обозначение ЦКБ-32, велись в двух направлениях и были четко сформулированы главным конструктором в его объяснительной записке к эскизному проекту:

«Мы считаем, что боевой истребитель имеет полноценность только в том случае, если его большая скорость дополнена двумя не менее важными данными: вооруженностью и эксплуатационной надежностью».

Вооружение И-21 по тем временам было мощным. Одновременно разрабатывалось два варианта оружия, один из которых предусматривал установку четырех пулеметов ШКАС калибра 7,62 мм в крыле вне зоны, ометаемой винтом, с боезапасом по 500 патронов на ствол. В перегрузочных вариантах на самолете допускалось размещение радиостанции и четырех бомб калибра 10 кг или двух выливных авиационных приборов ВАП-6 или четырех бомб калибра 25 кг.

Во втором варианте самолет комплектовался двумя крыльевыми пушками ШВАК с боезапасом по 125 патронов на каждую. Дополнительно в перегрузочных вариантах могли размещаться радио­станция или еще 150 патронов.

Стрелковое и пушечное вооружение проектировалось таким образом, чтобы обеспечить наикрат­чайший путь боеприпасов от самой дальней точки патронных ящиков до приемника оружия. На И-21 этот путь не превышал 1,15 м. Такой подход к проектированию стрелково-пушечных установок гарантировал их безотказную работу и не снижал темпа стрельбы.

При проектировании выяснилось, что для боевого истребителя достижение скорости 600 км/ч возможно только с использованием мотора М-34ФРН при условии внесения в него целого ряда существенных изменений.

Во-первых, требовалось уменьшить площадь его миделя, во-вторых, осуществить доработки, позволявшие получить нормальную центровку самолета. Дело в том, что М-34 создавался для тяжелых машин и имел довольно значительную массу. При установке его на небольшой одно­местный истребитель возникали трудности с центровкой.

По просьбе Ильюшина моторостроительный завод №24 выпустил всю необходимую конструк­тор­скую документацию и обязался передать заводу №39 два специальных модифицированных двигателя мощностью 1275 л.с. на высоте 2200 м.

Компоновка первого варианта И-21

На них предусматривалось поменять местами бензо- и водонасосы топливной и охладительной систем, сдвинуть маслоотстойник на 150 мм назад, изменить местоположение динамо, на 200 мм удлинить носок картера и сделать скос на его передней нижней части, установив редуктор без понижения оборотов.

Одновременно требовалось пропустить через картер герметичную стальную трубу квадратного сечения для прохода переднего лонжерона крыла и обеспечить работу первого мотора на паро­водяном (испарительном) охлаждении. Для этого установить две помпы для откачки сконден­си­ро­ванного пара, а второй — подготовить для работы с этиленгликолевым охлаждением. Срок передачи двигателей устанавливался 1 января и 1 декабря 1936-го.

Выбирая для самолета этот мотор, конструкторы учитывали не только его технические харак­те­ри­стики. Принятое решение Ильюшин обосновал следующим образом:

«До настоящего времени для улучшения летных данных наших боевых самолетов мы вынуждены были применять моторы иностранных конструкций («Испано-Сюиза», «Райт-Циклон», «Гном-Рон» и др.) и таким образом, один из главнейших элементов, определяющих самолет, был иностранным.

В данный момент и этот последний элемент является советской конструкцией и советского производства, при этом, что чрезвычайно важно, он по своим техни­ческим данным стоит выше, чем любой иностранный мотор.

Таким образом, мы имеем в нашей стране все необходимые и достаточные технические элементы для создания боевых самолетов, по своим данным стоящих выше заграничных. Ни с какими другими моторами нельзя получить такой скорости для боевого истребителя».

На первый взгляд может показаться странной установка на моторе редуктора, в котором обороты коленчатого вала и втулки воздушного винта не менялись. Однако это позволило получить прекрасную форму носовой части фюзеляжа и, как следствие, малый коэффициент ее лобового сопротивления.

Кроме того, редуктор дал возможность при прочих равных условиях применять воздушный винт с большим на 500 мм диаметром при очень низком шасси.

Масса редуктора по замыслу конструкторов должна была с лихвой компенсироваться малым сопро­тивлением фюзеляжа и уменьшением массы шасси.

Схема первого варианта И-21

Еще в марте 1935-го ГУАП обязал все заводы Глававиапрома, разрабатывавшие новые опытные самолеты под М-34, в обязательном порядке предусмотреть вариант испарительного охлаждения. Пять месяцев спустя в приказе начальника ГУАП Королева уже сообщалось об удовлетворительном завершении работ по переводу мотора на испарительное охлаждение и об успешном заграничном опыте по использованию этой системы на последних типах военных самолетов.

В этом же приказе директорам заводов и ЦАГИ предлагалось

«в целях выявления преимуществ М-34 с испарительным охлаждением»

перед обычным водяным, еще раз срочно проработать вопрос

«о его применении на самолетах, на которых можно получить наибольший эффект от такого типа охлаждения».

Однако уже летом следующего года постановлением правительства авиапрому решительно пред­ложили переходить на этиленгликолевое охлаждение авиационных двигателей.

Не эти ли руководящие документы сыграли решающую роль при выборе системы охлаждения на И-21? Ведь ее разрабатывали именно в этих вариантах.

Какие же выгоды сулили конструкторам столь настойчиво рекомендуемые системы?

Известно, что сопротивление находящегося в потоке радиатора значительно уменьшает скорость самолета, поэтому исследованию путей уменьшения этого «вредного» параметра уделялось большое внимание.

Первая из вышеупомянутых систем позволяла полностью устранить, а вторая — значительно снизить сопротивление радиатора за счет меньшей площади его охлаждающей поверхности.

Если в обычных системах водяного охлаждения, имеющих температурный режим ниже 100°С, кг воды при нагреве на 10°С забирает от стенок цилиндров 10 калорий тепла, то при испарительном охлаждении, при котором вода в рубашках цилиндров мотора доводится до кипения, испарение того же количества воды уносит от двигателя уже 540 калорий. Образовавшийся пар, конденсируясь в плоских радиаторах, образованных двойной работающей обшивкой крыла, возвращается в двига­тель для повторения цикла.

Существовало мнение, что при любом повреждении крыльевого радиатора мотор не выйдет из строя, т.к. количество циркулирующей в системе в виде пара воды составляет лишь 2% от ее общего объема, и расход пара, выходящего через пробоину, можно легко компенсировать водой из расходного бачка.

Применение для охлаждения моторов высококипящих жидкостей (например, технический этилен­гликоль с точкой кипения около 150°С), за счет увеличения их температуры в радиаторе до 125°С позволяло уменьшить охлаждающую площадь последнего почти в два раза. Платой за эти дости­же­ния была обязательная модификация моторов водяного охлаждения, предназначенных для работы с новыми системами.

Упорное стремление уменьшить потери скорости решило вопросе выборе типа охлаждения для первого опытного экземпляра И-21 в пользу испарительного.

Во всем диапазоне скоростей горизонтального полета, от минимальной до максимальной, охлаж­де­ние двигателя должен был обеспечивать крыльевой радиатор, расположенный по верхней поверх­ности центральной части крыла.

Для режимов руления и набора высоты на самолете установили выдвижной радиатор. Обосновывая принятое решение, Ильюшин писал:

«Зная, что существующие крыльевые радиаторы с большим количеством соеди­нений являются сложными по своей конструкции и монтажу, исключая возможность массовой эксплуатации, мы приняли все меры к тому, чтобы сделать его простым по конструкции, а, следовательно, удобным и надежным в эксплуатации».

Какова же была конструкция будущего самолета? Свободнонесущий моноплан со стреловидным по передней кромке крылом, цельнометаллический, с убирающимся шасси и закрытой кабиной лет­чика с открывающимися в обе стороны дверками.

Истребитель имел минимальные размеры, а специальные исследования, проведенные в ходе проектирования, позволили получить мидель фюзеляжа лишь на несколько процентов больше поперечного сечения двигателя. При этом сохранились отвечавшие существовавшим нормам габариты кабины летчика (длина 1400 мм, ширина 800 мм), обеспечивавшие его достаточно удобное размещение.

Cхемы первого варианта И-21

В конструкции планера широкое применение нашли каленые хромансилевые трубы, использо­ван­ные в лонжеронах крыла и фюзеляжа, моторной рамы. Менее нагруженные элементы планера выполнялись из дюраля, за исключением полотняной обшивки рулей.

Большое внимание уделили повышению прочности и жесткости основных узлов и сочленений. Самолет отличался очень низким шасси и простой кинематической схемой уборки и выпуска с помощью масляно-пневматической системы.

Строили две машины. На первой из них применили испарительную систему охлаждения, двигатель второго самолета должен был охлаждаться этиленгликолем.

Схемы первого варианта И-21

Схемы второго варианта И-21

Многочисленные проблемы, имевшие место при проектировании и изготовлении самолета, срыв заводом №24 срока поставки двигателя привели к значительной задержке окончания его постройки.

варианты окраски первого и второго варианта И-21 (Й.Гатьял/Авико Пресс)

В отчете завода №24 за 1936-й сообщалось:

«Основная задача, поставленная перед заводом по опытному моторостроению в 1936 году — форсирование мотора М-34 и связанная с этим модификация.

Решение этой задачи усложнилось требованиями, предъявляемыми опытными организациями к производству нескольких видов форсированных моторов применительно к разным типам запроектированных опытных самолетов (ТБ-7, ДБ-А, И-21 и др.).

Вследствие чего завод, помимо разрешения проблемы модификации и форси­рования мотора, должен был увеличить количество типов двигателей, намеченных к производству, и заняться доводкой каждого из них в отдельности».

варианты окраски первого и второго варианта И-21 (Й.Гатьял/Авико Пресс)

Возникшие трудности учли в плане опытного строительства самолетов на 1936-й и 1937-й годы. Установленный ранее срок начала государственных испытаний И-21 в августе 1936-го перенесли на год. К сожалению, пока не найдено документов, удостоверяющих точную дату первого полета истребителя И-21.

Большинство авторов имеющихся по этому вопросу публикаций считают, что он состоялся в конце 1936-го. В докладе же заместителя наркома оборонной промышленности Кагановича, подготов­лен­ного в марте 1937-го в качестве отчета о выполнении плана опытного строительства авиации за 1936-й, отмечалось:

«Построен и передан на заводские испытания (…) истребитель И-21 со скоростью, доходящей до 600 км/ч».

Для всех других опытных самолетов, указанных в этом докладе, приводятся даты начала и конца заводских или государственных испытаний.

Можно привести один из приказов по авиапрому, датированный 2 апреля 1937-го. В перечне работ, которые требовалось закончить до 15 мая 1937-го, есть пункт:

«…по заводу №39 — закончить летные испытания мотора М-34ФРН на самолете конструкции Ильюшина».

Таким образом, первый полет летчик-испытатель В. К. Коккинаки выполнил скорее всего в начале 1937-го.

Художественное представление полета первого варианта И-21 (Й.Гатьял/Авико Пресс)

Первые же полеты самолета показали несовершенство и неспособность системы охлаждения обеспечить нормальный температурный режим мотора.

Несмотря на огромные усилия, попытка приспособить путем весьма существенных конструктивных доработок тяжелый и крупногабаритный двигатель М-34 для легкого скоростного истребителя успехом, к сожалению, не увенчалась.

Художественное представление полета второго варианта И-21 (Й.Гатьял/Авико Пресс)

Существенное улучшение аэродинамики самолета, весьма успешное решение многих проблем, касавшихся его конструкции, вооружения и эксплуатационной надежности, не помешали Ильюшину принять смелое и радикальное решение: прекратить испытания и дальнейшую работу по этой машине.

Художественное представление полета второго варианта И-21 (Й.Гатьял/Авико Пресс)

Время моторов, работающих с испарительным охлаждением, уходило в прошлое. В плане развития опытного самолетостроения в третьей пятилетке говорилось:

«Получить в 1939–1940 годах на практических боевых одноместных скоростных истребителях максимальную скорость, достигающую 600–650 км/ч на высоте 6000-7000 метров».

Техническая конференция 1933 г. по двигателем и их системам охлаждения

В декабре 1933 года по инициативе НИИ ВВС и Военно-Воздушной академии в Москве состоялась техническая конференция, рассмотревшая проблемы, связанные с конструкцией и эксплуатацией авиационных двигателей.

В представленных докладах отмечалась, что современное моторостроение пока не позволяет безоговорочно отдать предпочтение одному из имевшихся типов систем охлаждения авиа­двига­телей.

Дело заключалось в том, что при мощностях двигателей до 400 л.с. воздушное охлаждение в те годы полностью вытеснило жидкостное, тогда как в диапазоне мощностей 450–650 л.с. эти системы имели примерно одинаковое распространение. В двигателях с большей мощностью уже безраз­дельно господствовали жидкостные системы.

Докладчики подчеркивали, что сложность выбора системы охлаждения и, как следствие, самого двигателя, связана с необходимостью ее оценки по совокупности требований, предъявляемых к данному типу самолета и установленному на нем двигателю.

В частности, при сравнительной оценки систем охлаждения, они должны рассматриваться и сравниваться с нескольких позиций.

Во-первых, с точки зрения интенсивности и равномерности охлаждения двигателя и вытекающих отсюда возможностей его дальнейшего форсирования.

Во-вторых, с точки зрения аэродинамического сопротивления и массы силовой установки.

В-третьих, следует учитывать эксплуатационные возможности элементов, входящих в конструкцию этих систем и, наконец, необходимо принять во внимание условия, налагаемые системами охлаж­дения на конструкцию самого двигателя и самолета в целом.

Количество отводимого от двигателя тепла определяется максимальным температурным режимом, в котором работают детали двигателя. В свою очередь, допустимые температуры деталей зависят от термостойкости их материалов. Кроме того, температура деталей, соприкасающихся с внутрен­ней полостью цилиндра, оказывает влияние на рабочий процесс двигателя и, в первую очередь, на детонацию, ограничивая повышение наддува, степень сжатия при заданной марке топлива.

Особо отмечалось, что надежно работающие двигатели воздушного охлаждения, обладая меньшей массой по сравнению с двигателями водяного охлаждения, во многих случаях имеют более высокие эксплуатационные и технические характеристики.

Этот вывод подтверждался все нарастающим выпуском подобных двигателей за рубежом и быстрым возрастанием их мощности.

Конференция констатировала явное отставание нашей моторной промышленности и научно-исследовательских организаций в этой области и призвала сконцентрировать внимание на создании мощных двигателей с воздушным охлаждением.

Наряду с этим отмечалось, что эксплуатационные и технические характеристики двигателей с жидкостным охлаждением, имевших гораздо большую мощность и меньший мидель, могли бы быть значительно улучшены при использовании новых специальных типов охлаждения, недавно появив­шихся за рубежом.

Отвод тепла в окружающую среду с двигателей водяного охлаждения связан с необходимостью размещения на самолете радиаторов – устройств для теплообмена с подводом к ним достаточного количества атмосферного воздуха. Это приводит к увеличению массы и аэродинамического сопро­тивления силовой установки и, естественно, всего самолета в целом.

С увеличением скоростей полета радиатор становится серьезной помехой. Поэтому совершенство­вание систем охлаждения двигателей оказывается в центре внимания конструкторов мирового авиа- и моторостроения.

Исследовательские работы и многочисленные испытания, проведенные в Европе и Америке, привели к новым инженерным решениям.

Были разработаны новые варианты системы жидкостного охлаждения с использованием вместо воды высококипящих жидкостей и пароводяной суспензии.

Применение для охлаждения двигателей систем такого типа давало возможность сохранить достоинства водяного охлаждения в части отсутствия местных перегревов и хорошего контроля теплового состояния двигателя, снизив одновременно сопротивление и массу силовой установки.

Известно, что количество тепла, отдаваемого единицей площади поверхности радиатора, пропор­ци­онально разности температур радиатора и охлаждающего воздуха.

Повышая температуру радиатора, можно сократить его поверхность и тем самым уменьшить массу и потери на воздушное сопротивление.

С этой целью для охлаждения двигателей применили жидкости, кипящие при более высокой температуре, чем вода. Наиболее подходящим для этой цели оказался этиленгликоль. Бесцветная и очень гигроскопичная жидкость, на практике содержащая 8% воды, имела точку кипения 150°С и замерзала при минус 28°С.

Основным преимуществом этиленгликолевого охлаждения стала возможность значительного повышения температуры жидкости в радиаторе до 120-130°С. Такая температура позволяла сократить габариты радиатора и его воздушное сопротивление на 50% по сравнению с водяным охлаждением. Скорость полета при этом увеличивалась на 2-4%.

Выявились и отрицательные стороны этой системы охлаждения. Металлы, соприкасавшиеся с этиленгликолем, сильно коррозировали. Он легко просачивался через мельчайшие неплотности и разъедал дюрит. Повышенная температура в системе приводила к термическому перенапряжению двигателя, что снижало его мощность на 5-6%.

Еще одним вариантом жидкостной системы стало пароводяное (испарительное) охлаждение, в котором основным источником отвода тепла от двигателя стало парообразование.

Вода в рубашках цилиндров доводилась до кипения и образовывала с паром пароводяную суспензию с температурой 100°С, которая поступала в сепаратор. Там пар отделялся от воды и направ­лялся в крыльевой радиатор (в данном случае — конденсатор).

В конденсаторе пар, охлаждаясь потоком воздуха, превращался в воду и насосом двигателя возвращался в рубашку для повторного цикла.

Конденсатор, выполненный в виде двойной обшивки крыла, имел нулевое аэродинамическое сопротивление. Благодаря своей упругости, пар осуществлял в открытом (то есть сообщающемся с атмосферой) конденсаторе автоматическую регулировку охлаждения.

При переводе двигателя на полный газ или при ухудшении обдува объем пара увеличивался и паровая подушка в конденсаторе, расширяясь, вытесняла воздух.

При уменьшении нагрузки объем пара уменьшался. Его место занимал воздух, выключая ставшую ненужной часть конденсатора.

Испарительные системы охлаждения требовали значительно меньшего запаса воды и обеспечи­вали увеличение скорости полета до 8% при существенном уменьшении массы охлаждающей установки.

Небольшие объемы пара и конденсата, находившиеся в системе и имевшие более низкое по сравнению с атмосферным давление, дали повод для распространенного в то время мнения, что при повреждении конденсатора пар не будет выходить из возможных пробоин или будет выходить в очень небольшом количестве.

Дальнейшие испытания не оправдали этих надежд. Поэтому в Англии, на родине испарительного охлаждения, к концу 30-х годов резко сократилось число самолетов, оборудованных этой системой.

В заключительной резолюции конференции было записано:

«…моторы водяного охлаждения, вытесняемые из области мощностей, переходят в область еще больших мощностей и не надо надеяться, что в ближайшие три года появятся новые моторы с мощностью до 1500 л.с.

Конкуренция заставляет совершенствовать эти моторы. Сейчас нужно вести работы по гликолевому и испарительному охлаждению, по созданию новых конструкций, не уступающим западным образцам».

Вместо проведения всесторонних испытаний и выявления технологических и эксплуатационных достоинств и недостатков новых систем, в течение 1935-1936 годов появились взаимоисключающие приказы о переводе отечественного авиа- и моторостроения сначала на пароводяное, а затем полностью на гликолевое охлаждение двигателей.

Затраченные усилия и огромные средства оказались напрасными. В СССР так и не появилось ни одного серийного самолета, оборудованного подобными системами.

ТТХ:

© Е. Черников, К. Удалов

источники:

• http://www.airwar.ru/enc/fww2/i21ckb32.html
  
• часть схем и текста взяты из статьи Евгения Черникова «Драматический эпизод борьбы за скорость» // Крылья Родины 07-2000