Сделано в СССР. Альтернативные истребители И-20. Часть 2 Испытания прототипов

Данная статья является продолжением статей «Сделано в СССР. Уловка 22. Альтернативный истребитель ВТ-22», «Сделано в СССР. Альтернативные истребители И-16» и «Сделано в СССР. Альтернативные истребители И-18». Перед тем как выложить статью я хочу поблагодарить уважаемого коллегу товарища Сухова за модели альтернативных истребителей, на основе которых был создан И-20, и уважаемого коллегу Евгения Аранова за консультацию по советскому авиационному вооружению времен Великой Отечественной войны.

Содержание:

Постройка прототипов была начата на опытном заводе №156 в мае 1940 года и сопровождалась вмешательством руководства НКАП. В связи с большим приоритетом и меньшей сложностью в первую очередь работы должны были вестись над самолетами для ВВС РККА: двумя летными экземплярами и одним планером для статических испытаний. Работы над морским вариантом ЦКБ-38 было решено начать после окончания работ над вариантом И-18К. Также произошли изменения в оснащении прототипов, связанные с задержками в создании двигателей и вооружения. Первый прототип ЦКБ-38-1 должен был получить двигатель М-90 и четыре 20-мм синхронизированные пушки ШВАК, второй прототип ЦКБ-38-2 вместо М-90 планировалось оснастить двигателем М-81 и двумя парами пушек: калибром 20 мм и 37 мм. Как и в случае с прототипами И-18 испытания ЦКБ-38-1 должен был проводить Валерий Чкалов, прототипа ЦКБ-38-2 – его напарник Томас Сузи.

Проблема воздухозаборника

Прежде чем перейти к рассказу о перипетиях испытаний прототипов ЦКБ-38 следует сделать небольшое отступление и рассказать о капоте. По проекту самолеты ЦКБ-38 должны были быть оснащены капотом с центральным входом, и во время постройки прототипов один из истребителей И-18 М-87 в порядке эксперимента был оснащен новомодным капотом. В ходе кратких испытаний выяснилось, двигатель начинает перегреваться уже при рулежках на земле, и в воздухе ситуация была лишь немногим лучше. В результате Николай Николаевич обратился за помощью к ЦАГИ, специалисты которого должны были решить данную проблему.

схема истребителя И-18 М-87, оснащенного капотом с центральным входом

схема окраски истребителя И-18 М-87, оснащенного капотом с центральным входом

В отношении использования на ЦКБ-38 капота с центральным входом (воздухозаборником) вопрос прояснился далеко не сразу. К аэродинамическим исследованиям в трубах ЦАГИ Т-101 и Т-104 макета истребителя, на котором оборудовали такой капот, приступили лишь в сентябре 1940 года. Испытывались различные варианты капота с центральным входным отверстием, диаметром 380, 450 и 500 мм, два варианта всасывающих патрубков – наружный и внутренний. Определялись аэродинамические параметры капота и мотора, распределение воздушного давления на различных участках силовой установки.

Проведенные испытания показали, что использование капота с центральным воздухозаборником целесообразно на скоростях полета от 700 до 850 км/ч. Помимо этого наблюдались большие потери воздушного напора во входной части и излишнее сопротивление на максимальной скорости полета, при этом невозможно было обеспечить полноценное охлаждение двигателя на земле при проведении рулежки и совершении взлета. Отчасти применение центробежного вентилятора могло решить проблему охлаждения двигателя на взлете и избежать потерь давления на входе в полете. Для этого варианта удалось определить оптимальный размер входного отверстия, который составил 0,24 м².

Все результаты исследований в ЦАГИ были окончательно готовы в феврале 1941 года. Впрочем, интерес к оригинальному изобретению на тот момент снизился, и на практике капоты с центральным входом не использовались.

Проблемы с двигателями

Постройка прототипа ЦКБ-38-1, получившего капот НАКА, была завершена в июле 1940 года. Хотя к этому моменту с комбината № 150 были получены воздушные винты для обоих прототипов, с главным конструктором моторного завода №29 Туманским продолжалась переписка о срочной подготовке работоспособного двигателя М-90. Мотористы обещали поставить двигатель с ресурсом 20 часов в самые краткие сроки. В мае состоялся первый запуск М-90, и двигатель наработал на стенде 10 часов.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-90 и капотом НАКА

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-90 и капотом НАКА

Однако из-за многочисленных сложностей, сопутствующих созданию новой техники, двигатель М-90 был доставлен лишь в конце августа 1940 года. К большому сожалению это авиамотор сломался, проработав всего лишь два часа. В течение этого времени машина совершила лишь небольшой подскок и рулежки по взлетной полосе. В день поломки двигателя Чкалов должен был выполнить небольшой полет, но во время разбега произошли заклин двигателя и отказ тормозов. ЦКБ-38-1 выкатился за пределы взлетно-посадочной полосы и, свалившись в ограждавшую поле канаву, скапотировал. К счастью, пилот отделался лишь ссадинами, а машина получила незначительные повреждения.

схема окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-90 и капотом НАКА

Пока шла переписка между Москвой и Запорожьем относительно причин поломки [4] двигатель был снят с самолета и передан в ЦАГИ для установки на макет и отработки капота с центральным входом, а сам самолет был поставлен на прикол. К этому времени был изготовлен второй прототип ЦКБ-38-2. Пока машины стояли в ожидании моторов, маслорадиаторов и вооружения (обещанных Шпитальным 37-мм пушек) в конструкторском бюро в соответствии с устным предложением наркома авиационной промышленности А. И. Шахурина работали над переделкой ЦКБ-38-1 под двигатель М-71.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-2 с двигателем М-81; крыльевые пушки не установлены

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-2 с двигателем М-81; крыльевые пушки не установлены

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-2 с двигателем М-81; крыльевые пушки не установлены

Двигатель М-81 также поступил в ОКБ с большим опозданием – 7 декабря и этот авиамотор, как писал Николай Николаевич, был

«с негодным валом».

Тем не менее, мотор был приведен в порядок и установлен на втором экземпляре самолета, после чего 11 января 1941 года прототип ЦКБ-38-2 совершил первый полет. Всего Томас Сузи выполнил 16 полетов, в которых выяснилось, что мотор трясет. Замерить максимальную скорость удалось только у земли. Она оказалась равной 495 км/ч, т.е. близка к расчетной – 500 км/ч. Характеристики устойчивости и управляемости, пилотажные и взлетно-посадочные свойства были высокими.

схема окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-2 с двигателем М-81; крыльевые пушки не установлены

Наркомат авиационной промышленности приказал полеты прекратить, так как доводкой М-81 решили не заниматься. 16 февраля 1941 года был получен первый мотор М-71, но, как писал Николай Поликарпов Яковлеву в письме на Наркомат

«… с пониженной на 15% мощностью и увеличенным на 13% весом»,

который установили на первом прототипе ЦКБ-38-1. 15 марта ОКБ получило второй М-71 с номинальной мощностью, но весом 1079 кг вместо проектных 975 кг. Его установили на втором прототипе вместо М-81.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-71

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-71

вариант окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-71

В начале апреля 1941 года состоялся первый полет ЦКБ-38-1 с М-71, закончившийся вынужденной посадкой на своем аэродроме из-за раскрутки винта до 2500 оборотов; раскрутка произошла вследствие плохой работы регулятора Р-7. Попытка отладить мотор вместе с представителями завода №19 и замена трех регуляторов результата не дали. Особенно много нареканий было на карбюратор К-70, и, в конце концов, его признали непригодным, требующим замены на беспоплавковый. В своем письме в наркомат Николай Николаевич писал:

«… все два экземпляра самолета ЦКБ-38 не летают и абсолютно не ясно, когда будут доведены … моторы до состояния, позволяющего хотя бы с минимальным риском проводить испытания самолета.

Вследствие указанного положения с моторами М-90, М-81 и М-71, спроектированные и построенные нами самолеты ЦКБ-38 почти год ожидают возможности начать испытания… Полтора года тому назад мы ставили вопрос о необходимости приобретения моторов «Пратт и Витней» или 18-цилиндрового Райта, но положительно этот вопрос так и не разрешился, ибо была надежда на скорый выход наших новых моторов М-90, М-81, М-71…

Прошедший год показал, что положение не изменилось, или скорее ухудшилось, так как наших моторов, отработанных и надежных нет, а время ушло. Придавая весьма большое значение истребителю с мотором воздушного охлаждения и учитывая неизбежную длительность доводки моторов 90 и 71, мы вновь ставим вопрос о целесообразности и необходимости приобретения доведенных моторов, в частности, несколько моторов БМВ-801, а впоследствии и их постройку. Просим Ваших распоряжений».

Ситуация с мощными двигателями воздушного охлаждения была настолько серьезной, что в конце 1940 года в НКАП всерьез рассматривался вопрос об организации на заводе №19 параллельно с производством моторов воздушного охлаждения М-62 и М-62ИР производство моторов жидкостного охлаждения М-105. В отношении же собственных разработок предлагалось:

«В 1941 году мотор М-81 на заводе №19 не производить. Производство мотора М-71 ограничить доведением его до госиспытаний и выпуска малой серии в опытном цехе в количестве 20 штук».

В декабре 1940 года вместо М-105 было решено освоить на заводе №19 выпуск моторов конструкции А. А. Микулина АМ-35А для обеспечения массового производства истребителя И-19, считавшегося тогда (судя по запланированному объему выпуска на 1941 год) самым перспективным.

Не секрет, что производство моторов жидкостного охлаждения и моторов воздушного охлаждения требует существенно различного оборудования. Поэтому перепрофилирование завода требовало серьезных затрат – полной замены специального станочного парка. Мало того, вернуться в последующем на выпуск моторов воздушного охлаждения было бы проблематично. Перед КБ Швецова вплотную замаячила перспектива остаться не у дел.

Главной ставкой Аркадия Швецова становился пока еще «не засвеченный» официально мотор М-82. Вышедший на заводские стендовые испытания в 1940 году он не избежал проявления некоторых «детских болезней», но благодаря настойчивой конструкторской доводке к весне 1941 года был создан его улучшенный вариант М-82А (заводское обозначение) и одновременно были завершены проектные работы по двигателю М-72. Данный авиамотор представлял собой вариант двигателя М-71 с уменьшенным до 155 мм ходом поршня и увеличенном число оборотов, благодаря чему на взлете М-72 должен был развивать 2000 л.с., на высоте 2250 метров – 1750 л.с. и на высоте 5025 метров – 1680 л.с. [1]. К этому времени и вопрос выполнения приказа о перепрофилировании завода также встал ребром.

Спасти ситуацию смог секретарь Пермского обкома ВКП(б) Н. И. Гусаров – бывший выпускник МАИ и авиационный инженер. Благодаря его настойчивости 4 мая он и главный конструктор Швецов были приняты Сталиным, и в результате непростого разговора смогли убедить главу Советского государства в необходимости оставить на заводе №19 производство мотора М-82 и продолжить работы по М-72. Результаты этого разговора были оформлены постановлениями правительства, и 13 мая 1941 года вышел в свет приказ НКАП №438 «О выпуске моторов М-82 на заводе №19», в котором завод №19 освобождался от производства моторов АМ-35А и в текущем году должен был в выпустить 1500 двигателей М-82 и провести заводские стендовые испытания двигателя М-72.

Второе дыхание

В начале июня опытный завод №156 получил один экземпляр двигателя М-82А, который был установлен на прототип И-18, который до этого был оснащен двигателем М-89. В конце месяца опытный завод КБ Поликарпова получил еще четыре мотора М-82А. С получением двигателей были проведены мероприятия по установке их на прототипы ЦКБ-38-1 и ЦКБ-38-2.

Но перед тем как перейти рассказу о летных испытаниях прототипов ЦКБ-38 следует сделать небольшое отступление и рассказать о том, что было с прототипами в период с декабря 1940 года по июль 1941 года. Несмотря на то, что самолеты остались без работающих моторов, работы по ним продолжились.

Перед тем как на прототип ЦКБ-38-2 должны были быть установлены две авиационные пушки пониженной баллистики ШФК-37, были проведены наземные стрелковые испытания на дополнительно изготовленном комплекте консолей крыла, в котором были сделаны изменения под размещение магазина (Шпитальный свое обещание не выполнил и пушку под ленточное питание не сделал). Наземные испытания завершились неудачей: после нескольких выстрелов были обнаружены серьезные повреждения консолей (у одной даже был сломана стенка лонжерона). Помимо этого пушки ШФК-37 работали ненадежно – средний процент настрела боекомплекта, приходящийся на один отказ, составил всего 54%. То есть почти каждая вторая очередь пушек ШФК-37 сопровождалась отказом хотя бы одной из них.

После починки консолей и усиления их конструкции были установлены полученные немного спустя 23-мм пушки Волкова-Ярцева, которые продемонстрировали более надежную работу и хотя и значительную, но все же меньшую отдачу. Затем были проведены наземные стрелковые испытания прототипа ЦКБ-38-2 с новыми консолями и с парой крыльевых пушек ВЯ-23, показавшие удовлетворительную кучность стрельбы.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-2 с двигателем М-82А и пушками ВЯ-23

схема окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-2 с двигателем М-82А и пушками ВЯ-23. После начала войны на самолет был нанесен камуфляж

После установки двигателей М-82А с трехлопастными винтами АБВ-118-А-Д, балласта (разница между М-82А и ожидавшимся М-72) и синхронизированного вооружения (на прототип ЦКБ-38-1 четыре пушки ШВАК, на прототип ЦКБ-38-2 – две пушки ШВАК) Чкаловым и Сузи были выполнены программы летных испытаний прототипов ЦКБ-38. Летные испытания показали, что в плане устойчивости и управляемости первый прототип ЦКБ-38-1 находится на уровне предыдущих машин КБ Николая Поликарпова. У второго прототипа ЦКБ-38-2 в связи с установкой тяжелых пушек ВЯ-23 запас продольной устойчивости был меньше, а техника пилотирования строже, но в целом в пределах нормы. Элементы механизации крыла, создававшие столько проблем пилотам «восемнадцатых», работали штатно и без каких-либо замечаний, усилия на органах управления были в норме.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-82А

схема окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-1 с двигателем М-82А. После начала войны на самолет был нанесен камуфляж

Несмотря на большие по сравнению с И-18 М-82 размеры и массу максимальные скорость 4550 метров на высоте прототипы ЦКБ-38 на высоте смогли разогнаться до 605 и 570 км/ч соответственно, что было немногим хуже показателя более легкой машины. У земли максимальные скорости прототипов составили 525 и 500 км/ч. Пикировали прототипы ЦКБ-38 устойчиво, штопорные характеристики были хорошими, а горизонтальная маневренность ЦКБ-38-1, несмотря на возросшую удельную нагрузку на крыло, была лишь немногим хуже маневренности И-18 М-82 с установленным цельнодеревянным крылом. Маневренность более тяжелого ЦКБ-38-2 была определенно хуже: он медленнее набирал высоту, а на горизонталях по меткому замечанию Томаса Сузи был

«поворотлив как кирпич».

Стрелковые испытания в воздухе выявили мало чего нового по сравнению с наземными испытаниями. Уменьшенный запас продольной устойчивости и усложнение техники пилотирования оснащенного пушками ВЯ-23 прототипа ЦКБ-38-2 в сочетании с недостаточной жесткостью крыльевых пушечных установок, с сильной отдачей самих пушек и проблемами с работой электроспуска приводили к тому, что Томас Сузи в одной очереди мог использовать не более одного-двух снарядов. После того как на опытном заводе №156 на прототипе ЦКБ-38-2 были увеличены жесткость установки и отлажена работа электроспуска крыльевых пушек, самолет был испытан, и по словам Томаса Сузи

«можно было вести прицельный огонь длинными очередями. Отдача почти не влияла на точность стрельбы, но скорость заметно снижалась».

После проведения заводских испытаний прототипы были отправлены в НИИ ВВС, военные летчики-испытатели которого подтвердили характеристики, снятые Чкаловым и Сузи. Несмотря на недостаточную скорость машина, оснащенная четырьмя пушками ШВАК, была серьезным противником Bf 109F – самых современных вражеских истребителей, действовавших на восточном фронте. В свою очередь самолет с двумя пушками ШВАК и ВЯ не оставил бы никаких шансов вражеским бомбардировщикам. Прототипы ЦКБ-38 были рекомендованы к принятию на вооружение (после устранения указанных комиссией мелких замечаний), однако этого сделано не было. В тяжелейший 1941 год, когда немцы с большими кровью и напряжением сил были остановлены у предместий Риги, у Витебска, в превращенном в развалины Киеве и в низовьях Днепра [2], требовалось как можно большее производство уже освоенных машин, и более легкий И-18 М-82, развивавший немного большую скорость и, что было более важно, имевший лучшую скороподъемность, был для ВВС РККА более предпочтительным вариантом.

Теоретически в серийное производство мог быть запущен ЦКБ-38-2 в качестве носителя тяжелого пушечного вооружения и ночного истребителя-перехватчика тяжелых бомбардировщиков. Однако для установки двух 23-мм пушек лучше подходили двухмоторные машины, которые при схожей маневренности обладали большими скоростями и дальностями полета. Кроме того основу бомбардировочной авиации противника составляли не скоростные высотные He 177, армад которых столь опасались в командовании ВВС РККА и для противодействия которым создавались высотные истребители И-19, а ветераны Испании He 111 и многоцелевые Ju 88 и Do 215, для уничтожения которых хватало одной-двух 20-мм пушек ШВАК истребителей И-17 (мотор-пушка), И-18 и И-19 (две синхронные пушки), переведенных в части ПВО.

В марте 1942 года прототипы ЦКБ-38 были возвращены на опытный завод №156, где шла доводка третьего и четвертого прототипов ЦКБ-38-3 и ЦКБ-38-4, в конструкции которых были отражены опыт испытаний прототипов ЦКБ-38-1 и ЦКБ-38-2 и учтены изменения, внесенные в конструкцию И-18 М-82. В первую очередь изменения коснулись силовой установки: была создана новая моторная рама, рассчитанная исключительно на двигатели типа М-72, и по типу И-18 М-82 в корневой части консоли крыла был размещен воздухозаборник нагнетателя. Также изменения коснулись и фюзеляжа: был удален «горб», являвшийся наследием палубного варианта, и, как и на И-18 М-82, по результатам опыта боев был удален гаргрот и внедрен стеклянный фонарь кругового обзора. В феврале 1942 года в Москву из Перми были присланы три авиамотора с заявленным ресурсом 50 часов. Даже с очень сырыми двигателями (в среднем М-72 недодавал 100-150 л.с.) на высоте 5000 метров прототипы показали скорость около 635 км/ч.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-3 с двигателем М-72А и четырьмя синхронными пушками ШВАК

схема окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-3 с двигателем М-72А и четырьмя синхронными пушками ШВАК

В апреле из Перми были доставлены прошедшие государственные испытания двигатели М-72А с бóльшим ресурсом. Моторы имели гораздо большую надежность и развивали полную мощность, что позволило провести полный цикл заводских летных испытаний, во время которых прототип ЦКБ-38-4, вооружение которого было уменьшено до двух пушек ШВАК, на расчетной высоте разогнался до 650 км/ч.

схема прототипа истребителя ЦКБ-38-4 с двигателем М-72А и двумя синхронными пушками ШВАК

схема окраски прототипа истребителя ЦКБ-38-4 с двигателем М-72А и двумя синхронными пушками ШВАК

Прототипы были вновь переданы в НИИ ВВС, испытания которые вновь рекомендовали принять на вооружение и запустить в серийное производство. В выводах отчета по результатам испытаний говорилось

«1. Переход с других самолетов истребительного типа на самолет ЦКБ-38 прост и не вызывает никаких трудностей для летчиков.
2. Самолет в полете управляем легко, очень устойчив и без особых капризов.
3. Выполнение взлета и посадки исключительно простое.
4. Достоинством самолета является исключительно высокая маневренность на вертикалях, благодаря хорошей скороподъемности, что дает возможность вести воздушный бой с истребителями противника, что не всегда возможно на самолетах И-17 М-105 и И-18 М-87.
5. В горизонтальной скорости ЦКБ-38 имеет большое преимущество, по сравнению с самолетами отечественного производства, а также с самолетами противника… Скорость по горизонту от эволютивной до максимальной самолет развивает очень быстро, т.е. имеет хорошую приемистость.
6. Фигуры высшего пилотажа выполняет легко, быстро и энергично, аналогично И-18 М-82…

Считаю, что самолеты ЦКБ-38 с мотором М-72, с вооружением 2 и 4 синхронные пушки «ШВАК», отвечает всем требованиям для ведения боевой работы… ЦКБ-38 является лучшим самолетом истребительного типа по своей простоте в управлении, по скорости, маневру (особенно на вертикали), по вооружению и живучести».

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

[1] в реальности такого мотора не было, и он является авторским допущением, позаимствованным у уважаемого коллеги vasia23 (АИ). Сам же двигатель М-71 до состояния, пригодного к эксплуатации, был доведен в послевоенное время (РеИ)
[2] в данной АИ, как и во всех моих других АИ, посвященных Великой Отечественной войне, РККА встретила противника отмобилизованной, с оптимальной на тот момент (т.е. соответствующей уровню подготовки командного состава) организационно-штатной структурой бронетанковых соединений и со ставкой на авианосцы, а не на крупные артиллерийские корабли (АИ)

Источники вдохновения и цитат:

Маслов М. А. «Роковой истребитель Чкалова. И-17, И-180, И-185. Самая страшная катастрофа сталинской эпохи» – М.: Коллекция, Яуза, ЭКСМО, 2007. – 96 с.
Поликарпов И-185 — Уголок неба
М-71 (двигатель) — Википедия
Поршневой авиационный двигатель М-90
АШ-82 — Википедия
«История как капуста или «Пушечная драма авиации Красной Армии»»

В заключение традиционная подборка цветных профилей