Проект реактивного барражирующего истребителя-перехватчика ЦАГИ С-1ВРДК-1
0
Продолжаю тему первых проектов реактивных самолётов СССР. Начатую статьями посвящёнными Гу-ВРД, ЛаГГ-3ВРД и Бич-26.
С-1ВРДК-1 представлял собой цельнометаллический свободнонесущий низкоплан с трапециевидным крылом с прямыми законцовками. Особенностью этого самолета было отсутствие пропеллера. Вместо него в носовой части фюзеляжа располагался осесимметричный воздухозаборник с центральным телом, в котором находилась пушка ШВАК с боезапасом 60 патронов. За входным конусом стоял четырехступенчатый осевой компрессор диаметром 1300 мм с направляющим аппаратом, приводимым во вращение звездообразным мотором М-82 с соосным редуктором. В предыдущих работах Абрамович показал, что оптимальной степенью сжатия для компрессора ВРДК является ∑=1,3 — 1,4 (когда в ЦАГИ стали известны подробности о самолете Кампини-Капрони, то стало ясно, почему этот реактивный самолет летал намного хуже поршневых – при ∑=4 мощность приводного мотора Изотта-Фраскини «Ассо» использовалась непродуктивно). После компрессора воздух обтекал цилиндры мотора, нагреваясь о них. Дополнительный нагрев давали выхлопные газы, смешиваясь с которыми воздух по двум бортовым каналам поступал в камеру сгорания в хвостовой части фюзеляжа.
В качестве горючего для реактивного двигателя использовали тот же бензин, что и для поршневого мотора. Он впрыскивался в «топку» (по терминологии тех лет) через форсунки-испарители и воспламенялся запальными свечами. Расчетный расход бензина в ВРДК составлял 1,1 кг/с, поэтому доля горючего во взлетной массе была больше, чем у традиционных истребителей того времени.
Камера сгорания представляла собой тонкостенную конструкцию, образуемую двумя соосными обечайками, между которыми имелся проток для охлаждающего воздуха. Расчетная температура горения бензо-воздушной смеси определялась равной 1500°С, что согласно расчетам руководителя группы процессов горения Д.А. Франк-Каменецкого являлось оптимальным значением. Реактивная тяга регулировалась подачей бензина, оборотами приводного мотора и продольным перемещением хвостового конуса.
Сложную задачу для конструкторов представляла собой хвостовая часть самолета, полностью занятая камерой сгорания больших размеров (ее диаметр составлял 1,5 м, длина — 4,2 м). Конструктивную схему этой части фюзеляжа в виде ажурной кольцевой фермы с несущей обшивкой разработал профессор А.Н. Путилов.
Необычным для отечественного самолетостроения тех лет было трехопорное шасси с носовой стойкой. Горизонтальное оперение располагалось над фюзеляжем на специальном пилоне, что делало хвост более жестким и исключало попадание на стабилизатор горячих выхлопных газов.
Сложности с обеспечением прочности вызвала необходимость выполнения вертикального оперения в виде двух шайб. На одноместном одномоторном самолете это смотрелось довольно странно, но В. Кузнецов опасался, что в условиях отсутствия обдувки оперения струей от пропеллера недостаточна будет эффективность органов управления. По этой же причине переразмеренным выглядит и стабилизатор.
Расчетная максимальная скорость самолета С-1ВРДК-1 составляла примерно 800 км/ч, поэтому В.А. Федулов, определявший аэродинамический облик машины в целом, выбрал для крыла профиль ЦАГИ 1В-10, имеющий меньшее волновое сопротивление, чем традиционные профили NACA. Крыло проектировалось двухлонжеронным с дополнительной стенкой. Между лонжеронами размещались топливные баки по 200 л и купола основных стоек шасси.
1 – 20-мм пушка ШВАК; 2 – патронный ящик; 3 – осевой компрессор; 4 – двигатель М-82; 5 – выхлопной коллектор; 6 – центральный бензобак; 7 – форсунки; 8 – пулемёт БС; 9 – дополнительный бензобак; 10 – пожарный кран; 11 – подвижный конус сопла.
Основной бензобак емкостью 1200 л конструкторы расположили между мотором М-82 и кабиной пилота. Дополнительный бензобак на 300 л уложили в центроплан. Общий вес горючего, таким образом, составил 1800 кг. Взлетный вес самолета должен был составить 6800 кг, из которых на конструкцию приходилось 2200 кг, силовая установка «весила» 2100 кг, причем вес собственно реактивного двигателя составлял 800 кг. Расчетная нагрузка на крыло, равная 200 кг/м2, делала самолет с ВРДК менее маневренным, чем, скажем, Ла-5 с тем же мотором, зато по скороподъемности и по разгонным характеристикам он мог намного опередить любой поршневой истребитель. На высоте 7600 м максимальная скорость получалась равной 820 км/ч, на 4500 м — около 800 км/ч. Характерной особенностью самолета с ВРДК оказалась стабильность максимальной скорости в широком диапазоне высот, в то время как на истребителе Ла-5 с таким же поршневым мотором М-82 наблюдалось ее резкое падение уже на высоте 6500 м. Лучше оказалась и скороподъемность, особенно на больших высотах, что видно на приводимом графике Vmax (H).
Достичь приемлемого взлетного веса для самолета с ВРДК можно, ограничив полет на максимальной скорости 15-20 минутами, в противном случае потребуется чрезмерно большой запас горючего. Между тем, ВРДК обладает одной очень интересной особенностью, в силу которой продолжительность нахождения в воздухе самолета с ВРДК при средних скоростях получается во много раз больше, чем при Vmax. Это связано с тем, что даже без подачи бензина в камеру сгорания создается реактивная тяга за счет использования тепла от охлаждения мотора и, главное, тепла его выхлопных газов в зоне высокого давления без компрессора. В этом случае самолет С-1ВРДК-1 может находиться в воздухе 3-3,5 часа.
Расчетные данные определили тактическое назначение самолета как барражирующего истребителя-перехватчика.
