Сделано в СССР. Альтернативные истребители И-16

Данная статья является продолжением статьи «Сделано в СССР. Уловка 22. Альтернативный истребитель ВТ-22» и выполнена в соавторстве с уважаемым коллегой товарищем Суховым, которого я искренне благодарю за идеи, понимание, терпение и визуальную часть.

Разработка

После участия Николая Николаевича Поликарпова в создании скоростного истребителя И-6 (ВТ-22) и последовавшего за этим освобождения он, возглавив собственное конструкторское бюро, продолжил работы по совершенствованию концепции скоростного истребителя-моноплана со свободнонесущим крылом. В руководимом Николаем Николаевичем КБ было разработано множество вариантов совершенствования ВТ-22 от умеренных до самых радикальных. Общим во всех проектах было использование радиального двигателя и убирающихся основных стоек шасси. К одному из радикальных вариантов склонялся и сам Николай Поликарпов. По его представлению это должен был быть чрезвычайно компактный истребитель с длиной фюзеляжа в районе 6 метров и задней центровкой (29-30%), которая должна была обеспечить истребителю возможность

«развернуться вокруг телеграфного столба».

Однако проведенные в аэродинамической трубе ЦАГИ испытания моделей различных вариантов истребителя-моноплана показали, что версия, которой отдавал предпочтение Н. Н. Поликарпов, обладает чрезвычайно малым диапазоном центровок, а изменения масс, связанные с возможными заменой двигателя, установкой дополнительного оборудования и усилением вооружения, могут привести к нежелательным последствиям. Исследования показали, что при значениях центровки 32-33% САХ у самолета с убранным шасси при пикировании будет начинаться так называемая «зона полной неустойчивости», в которой истребитель станет практически неуправляемым.

Несмотря на результаты исследований и сообщений в авиационной печати о катастрофе созданного по той же концепции гоночного самолета Model Z Николай Николаевич настаивал на выбранном им варианте, но в дело вмешался случай в виде присланного со стороны председателя партийной организации конструкторского бюро – ветерана двух войн (империалистической и гражданской), горячей точки (борьба с басмачами в Туркестане), хорошего хозяйственника, знатока пиротехники и обращения с взрывчатыми веществами, тонкого психолога и просто сотрудника ОГПУ, честного коммуниста, хладнокровного, изобретательного и отважного человека, способного быстро и точно оценить людей по достоинству и понять, на что они способны. Федор Иванович смог убедить Поликарпова в ошибочности выбранном им концепции:

«Николай Николаевич, долг революционный нас обязывает делать самолет не под Чкалова и Громова, а под рядовых летчиков. Пилотов с уровнем подготовки как у Валерия Павловича у нас в стране раз-два и обчелся, пилотов средней квалификации много и потому надо проявить сознательность — создавать самолет под них».

В результате Николай Николаевич Поликарпов был вынужден наступить на горло собственной песне и дать указание начать проектирование скоростного истребителя-моноплана с усовершенствованной по сравнению с ВТ-22 аэродинамикой и более передней центровкой в районе 25-27% САХ, обеспечивавшей простоту полета.

Помимо внедрения в конструкцию ЦКБ-12 – такое обозначение было присвоено проекту в КБ Н. Н. Поликарпова – механизма уборки основных стоек шасси новый истребитель внешне отличался от ВТ-22 более эффективным вертикальным оперением, надвижным фонарем кабины пилота и меньшими габаритными размерами.

Длина самолета была уменьшена на 390 мм (с 7980 мм до 7590 мм), размах крыла на 290 мм (с 10 240 мм до 9950 мм), площадь крыла на 1,16 м² (с 17,64 м² до 16,48 м²). Другими изменениями в конструкции крыла были выбор аэродинамических профилей с меньшей относительной толщиной и схема его соединения с фюзеляжем. Если у ВТ-22 крыло состояло из небольшого центроплана, изготовленного как единое целое с монококовым фюзеляжем, и двух отъемных консолей, то у ЦКБ-12 размах центроплана был значительно увеличен. Так же как у ВТ-22, механизация крыла ЦКБ-12 состояла из зависающих элеронов.

Принципиальным новшеством ЦКБ-12 стали убирающиеся в центроплан крыла основные стойки шасси, для чего самолет был оснащен механизмом их уборки в направлении оси фюзеляжа. Впрочем, сами убирающиеся стойки (две трехстержневые пирамиды) и механизм уборки были примитивным: механизм подъема при помощи наматываемого на барабан троса. Механический подъемник располагался в правой части кабины пилота, и для уборки стоек последнему необходимо было совершить 42-46 оборотов.

В качестве силовой установки предусматривался заключенный в капот НАКА двигатель «Райт-Циклон» Ф-3 (Wright Cyclone SGR-1820-F-3), переговоры о покупке лицензии на который велись в Северо-Американских Соединенных Штатах с руководством компании Wright. В качестве альтернативы был разработан вариант под отечественный 480-сильный двигатель М-22, который в целях ускорения работ был заключен в кольцо Тауненда бóльшего по сравнению с ВТ-22 размаха. Вооружение должно было состоять из двух пулеметов ШКАС с боезапасом по 900 патронов на ствол. Поскольку синхронизаторы для ШКАСов еще разработаны не были, то пулеметы были расположены в крыле вне зоны ометания воздушного винта.

Проект был представлен на рассмотрение начальнику ВВС Якову Алкснису и был им одобрен. В ноябре 1933 года был осмотрен и утвержден макет, и было одобрено изготовление двух прототипов: ЦКБ-12 с двигателем М-22 и ЦКБ-12бис с импортным 710-сильным двигателем «Райт-Циклон» Ф-3.

Испытания прототипов и проблемы организации серийного производства

ЦКБ-12, оснащенный двигателем М-22, выкатили из заводского цеха 28 декабря 1933 года. Первый полет он совершил 30 декабря, управлял им Валерий Чкалов. На следующий день началась программа заводских испытаний. Первоначально ЦКБ-12 был оборудован лыжным шасси, но затем после наступившей оттепели прототип получил колеса.

Первоначальные летные испытания ЦКБ-12 с убранными основными стойками предоставили крайне разочаровывающие результаты. Если с управляемостью и устойчивостью машины было все в порядке (по словам Валерия Павловича самолет чутко откликался на изменения ручки и педалей и на нем можно было летать с брошенной ручкой управления), то с охлаждением двигателя и с летными характеристиками были серьезные проблемы.

В горизонтальном полете на высоте 1000 метров ЦКБ-12 разогнался лишь до 303 км/ч, а на 5000 метрах – до всего лишь 287 км/ч! Это лишь ненамного превышало скорость ВТ-22 с тем же 480-сильным двигателем. Правда, это достигалось не на максимальном режиме работы двигателя, поскольку он уже на 85% мощности начинал перегреваться. В конструкторском бюро перепроверяли собственные расчеты и расчеты ЦАГИ, пытаясь найти ошибку, но судьбу самолета решила счастливая случайность.

В роли коллективного Deus ex machina выступили летчик-испытатель и парторг КБ, которые в кабине самолета и на упавшей на землю тени машины обнаружили небольшие колебания обшивки крыла. По общему предложению Чкалова и Сухова листами дюралюминия было покрыто крыло от передней кромки до первого лонжерона. В последующих за этим полетах Валерию Чкалову на высотах 1000 и 5000 метров удалось разогнаться до 332 и 311 км/ч соответственно. После этого в принципе неплохого для машины с маломощным двигателем результата Федор Иванович настоял на дюралюминиевой обшивке всего крыла и фиксированных частей хвостового оперения [1] и удалении переразмеренного обтекателя, ухудшавшего охлаждение двигателя и создававшего дополнительное сопротивление. Результатом этих работ стало достижение прототипом ЦКБ-12 скоростей 365 (у земли) и 343 км/ч (на высоте 3000 метров).

После столь впечатляющего увеличения скорости хвостовое оперение и крыло второго прототипа ЦКБ-12бис получили дюралюминиевую обшивку, и в конце января 1934 года самолет с невысотным двигателем 710-сильным двигателем «Райт-Циклон» Ф-2 [2] и трехлопастным винтом «Гамильтон-Стандарт» совершил свой первый полет. В начале февраля ЦКБ-12бис с двигателем «Райт-Циклон» Ф-3 на высоте 3000 метров сумел разогнать ЦКБ-12бис до скорости 453 км/ч.

проекции второго прототипа истребителя ЦКБ-12бис

изометрия второго альтернативного истребителя ЦКБ-12бис

После завершения заводских испытаний, во время которых было уделено значительное внимание силовой установке (с охлаждением двигателя и связанной с ним формой капота НАКА особых проблем не было), испытаний в Качинской авиашколе и в НИИ ВВС, устранения замечаний по конструкции и вооружению ЦКБ-12 был запущен в серийное производство под обозначением И-16. Головным заводом серийного производства истребителей был назначен горьковский авиазавод №21 им. Енукидзе (с 1935 года им. Серго Орджоникидзе); первые машины оснащались двигателями М-22 и двухлопастными винтами изменяемого на земле шага В-22.

проекции истребителя И-16 одной из первых серий. От второго прототипа ЦКБ-12бис он отличался установкой двигателя М-22 и двухлопастным винтом изменяемого на земле шага В-22

изометрия истребителя И-16 одной из первых серий. От второго прототипа ЦКБ-12бис он отличался установкой двигателя М-22 и двухлопастным винтом изменяемого на земле шага В-22

Если в ходе испытаний механизм уборки шасси работал как часы, то в заводских условиях, когда у станков стояли не опытные спецы с 20-30-летним стажем, а вчерашние крестьяне, качество сильно упало. Так, например, механизм уборки основных стоек шасси постоянно заедал и отказывал, и предъявленные к сдаче в самолеты немилосердно браковались приемщиками. Один раз дошло до того, что Федор Иванович всерьез рассматривал поездку в Горький, чтобы личным примером и наградным наганом научить «горьковских рукожопов» культуре производства. Впрочем, этого, к счастью, не понадобилось.

По предложению нижегородских инженеров А. А. Боровкова и И. Ф. Флорова установить неубирающиеся стойки, покрытые обтекателями типа «штаны». В КБ откликнулись на предложение горьковчан и подвергли модификации первый прототип ЦКБ-12, шасси которого лишились боковых подкосов.

проекции и изометрия первого прототипа истребителя ЦКБ-12; на самолете вместо убирающихся основных стоек шасси установлены закрытые «штанами» фиксированные стойки. Сама машина уже лишилась ярко-красной окраски и несла на себе стандартный армейский камуфляж. Обтекатель втулки вновь возвращен на место

Испытания данного варианта были проведены в КБ и затем в НИИ ВВС, где самолет получил положительную оценку. Самолет в «штанах» имел более высокую устойчивость на фигурах при выполнении пилотажа, кроме того, налицо было снижение полетного веса. В выводах по результатам испытаний указывалось, что выпускать самолеты в таком виде целесообразно. По результатам испытаний командующий ВВС Яков Алкснис рекомендовал машину к серийному производству [3].

На заводе №21 была изготовлена небольшая серия истребителей И-16 с неубирающимися основными стойками шасси. Некоторые из них участвовали в воздушных парадах над Красной площадью и попали в кинохронику, что впоследствии позволило ряду зарубежных историков авиации утверждать, что И-16 представляет собой нелицензионную копию американского истребителя Boeing P-26.

действия авиации в возможном конфликте между СССР и Японией на Дальнем Востоке в представлении американского художника из журнала «Flying Aces» за декабрь 1938 года. Обратите внимание на истребители И-16, получившие черты американского истребителя Boeing P-26

В следующем 1935 году, после того как проблемы с механизмом уборки шасси были устранены, заводчане под руководством все того же дуэта Боровкова и Флорова смогли наладить надежную работу кинематики механизма уборки, и в серийное производство вновь пошли машины с убирающимся шасси.

Следует сказать, что если на боевых вариантах неубирающиеся стойки шасси были кратким эпизодом, связанным с борьбой за достижение приемлемой культуры производства, то на учебных модификациях «ишака» заключенные в «штаны» основные стойки шасси стали мейнстримом до самого окончания выпуска машин данного типа.

проекции и изометрия учебно-тренировочного истребителя УТИ-2 (учебный И-16 с М-22) первой серии с обтекателями винта, «доставшимися в наследство» от ВТ-22

Вариант 1936 года

В конце того же года конструкция истребителя подверглась первой серьезной модификации. В 1934 году в СССР в серийное производство были запущены двигатели М-25 и М-25А. Первоначально они предназначались для установки на истребители-бипланы И-15 (И-16 должны были оснащаться менее мощными М-22), но объемы выпуска «двадцать пятых» постоянно росли, и очередь на оснащение мощными авиамоторами, наконец, дошла и до И-16. Помимо замены силовой установки на более мощную и связанной с этим капотировкой двигателя, у «ишака» была изменена конструкция крыла: размах элеронов был уменьшен, они перестали быть зависающими и в состав механизации были введены взлетно-посадочные щитки. С новой силовой установкой И-16 вновь преодолел 400-километровый рубеж и на высоте 2900 метров разогнался до 477 км/ч.

Вооружение осталось прежним, но теперь положение пулеметов было изменено. Первоначально ШКАСы, установленные в крыльях, давали при стрельбе много отказов. Причина заключалась в том, что конструкторы самолета установили пулемет в перевернутом положении – так оказалось удобнее его конструктивно увязать в тесном пространстве крыла. Сложная механика, находясь «вверх ногами», давала сбои, оружейники, опомнившись, запротестовали, но дело было сделано и И-16 так и летали с капризным вооружением. На данной модификации этот недостаток устранили и ШКАСы, установленные «правильно», работали более надежно.

Вариант 1937 года

Следующий 1937 год был связан с разработкой новой модификации истребителя И-16. Целью изменений было повышение летных характеристик самолета и устранение замечаний летного состава, которые накопились во время эксплуатации истребителя.

В первую очередь изменения коснулись силовой установки: машина получила новый более мощный двигатель М-25В, вращавший В-25 [4] – трехлопастный винт изменяемого на земле шага. Капот двигателя теперь не выступал за обводы остальной части фюзеляжа, для чего прототип самолета получил накладки на фюзеляж (у серийных истребителей диаметр фюзеляжа был увеличен). Помимо этого капот двигателя получил створки охлаждения типа «юбка» [5] и расположенные внутри капота новые жалюзи защиты двигателя от переохлаждения.

Кабина пилота также претерпела изменения. Вызывавший постоянные нарекания сложный надвижной фонарь кабины был заменен на фонарь с ветровым козырьком, состоящим из плоских деталей, и сдвигающейся назад подвижной центральной частью. Вместо прицела ОП-1 машина получила расположенный внутри кабины коллиматорный прицел ПАК-1. Вооружение было усилено и состояло из четырех 7,62-мм пулеметов ШКАС (на машинах некоторых серий в крыле вместо пулеметов устанавливались 20-мм пушки ШВАК).

Также было обращено внимание на крыло, недостаточная прочность которого вызывала постоянные нарекания. Конструкция крыла была дополнительно усилена: была увеличена частота нервюр, а обшивка «кессона», образованного передним лонжероном, носками нервюр и самой обшивкой, была утолщена. Помимо усиления цельнометаллических консолей для условий военного времени были разработаны равнопрочные цельнодеревянные консоли с фанерной обшивкой толщиной 2,5 мм и цельнодеревянное хвостовое оперение. Данные консоли были изготовлены и испытаны; во время тестирования были зафиксировано лишь небольшое превышение массы по сравнению с оригинальным цельнометаллическим [6]. Документация по цельнодеревянным консолям и оперению была срочно доставлена в Испанию, где было развернуто производство истребителей И-16.

проекции истребителя И-16 образца 1937 года. Истребитель вместо крыльевых пулеметов получил две 20-мм пушки ШВАК. Установка надвижного фонаря сыграла злую шутку: многие летчики опасались заклинивания в воздухе подвижной части фонаря и зачастую снимали ее с машины. На данных рисунках представлен один из таких истребителей


изометрия истребителя И-16 образца 1937 года

Несмотря на рост массы, связанный с большей мощностью вооружения и установкой на самолет дополнительного оборудования, увеличение мощности двигателя и совершенствование аэродинамики способствовали росту максимальной скорости до 482 км/ч. В том же году И-16 обр.1937 года были запущены в серийное производство и вместе с и-16 обр.1936 года стали самыми массовыми советскими истребителями. Часть самолетов (в том числе и с пушечным вооружением) воевала в гражданской войне в Испании и сражалась в тебе Китая и на начальном этапе конфликта на реке Халхин-Гол [7].

[1] крыло истребителей И-16 имело дюралево-полотняную обшивку: у И-16 тип 5 и тип 6 листами дюралюминия крыло покрывалось до первого лонжерона; у И-16 тип 10 – передняя верхняя часть крыла покрывалась дюралюминием до 44,5% длины хорд, передняя нижняя часть – до 14,5% длин хорд, остальная часть крыла покрывалась полотном. Впервые частичное покрытие полотном было выполнено на втором прототипе ЦКБ-12бис с двигателем «Райт-Циклон» Ф-2, который после этого показал максимальную скорость 437 км/ч на высоте 3000 метров (РеИ)
[2] установлен из-за отсутствия двигателя «Райт-Циклон» Ф-3. На втором прототипе ЦКБ-12бис двигатель «Райт-Циклон» Ф-3 установили после испытаний в Крыму (РеИ). Тогда же машина получила капот тоннельного типа с каплевидными вырезами по типу капота Уоттера (эмигранта Михаила Ваттера) и двухлопастный металлический винт В-22 с изменяемым на земле шагом (РеИ). В данной АИ прототип ЦКБ-12бис останется с капотом НАКА (АИ)
[3] Алкснис рекомендовал машину доводить и в дальнейшем испытать в строевых частях, чем все и ограничилось, поскольку кинематика системы уборки основных стоек шасси силами коллектива завода №21 была доведена. В последующем она действовала практически безотказно и без изменений просуществовала на всех типах И-16 до прекращения производства (РеИ)
[4] нелицензионная копия установленного на ЦКБ-12бис винта Hamilton Standard (АИ)
[5] створки охлаждения типа «юбка» испытывались в 1937 году на И-16 с двигателем М-25В (РеИ)
[6] «… в 1942 году, на авиазаводе №163 в Иркутске для истребителя И-16 были разработаны цельнодеревянные крылья и хвостовое оперение. Новосибирский филиал ЦАГИ провел статические испытания этих деревянных конструкций. Новое крыло, обшитое полностью 2,5 мм фанерой, при равной прочности весило 65 кг, что всего на 3 кг превышало вес прежнего крыла. Небольшое превышение веса имелось и у деревянного оперения по сравнению с дюралевым. В апреле 1943 года руководство завода №163 предложило возобновить производство И-16 в цельнодеревянном виде, используя при этом оснастку авиазавода №153. Однако в более высоких инстанциях идея энтузиазма не вызвала – производство истребителя И-16 безвозвратно закончилось…» Маслов М. А. «Истребитель И-16…» (РеИ)
[7] в конфликте на реке Халхин-Гол части ВВС РККА были усилены истребителями с двигателями М-62 (РеИ), только на этот раз это были другие и значительно более совершенные самолеты, о которых будет написана следующая статья (АИ)

источники вдохновения и цитат:

Маслов М. А. «Истребитель И-16. Норовистый «ишак» сталинских соколов» – М.: Коллекция, Яуза, ЭКСМО, 2011. – 176 с.
Сделано в СССР. Уловка 22. Альтернативный истребитель ВТ-22
Красноармеец Сухов — Википедия
М-25 (двигатель) — Википедия
https://vikond65.livejournal.com/628214.html