Владимир Иванов «Каким в идеале мог быть И-16»

Предисловие от doktorkurgan: в майском номере журнала «Авиация и космонавтика» есть занятная статья, в котором рассматривается тема, дорогая сердцу многих альтернативщиков авиационно-заклепочного вероисповедания, а именно — как можно было бы модернизировать И-16 так, чтобы он соответствовал реальным потребностям ВВС РККА начала войны. Итак, сперва сама статья, а потом мое довольно обширное послесловие.

Анализ развития техники прошедших эпох часто осложняется не только недостатком информации, но и не всегда взвешенными оценками исследователей, на которые потом ссылаются последующие поколения. Это высказывание в полной мере относится и к истории отечественной авиации. Например, к истории знаменитого истребителя Н.Н. Поликарпова И-16. Авиаконструктор и историк авиации В.Б.Шавров в своей известной книге [1] выразил мнение, что к началу Великой Отечественной войны самолёт исчерпал все ресурсы для дальнейшего развития, так как его полетный вес вырос почти до 2000 кг, поэтому последовательная установка всё более и более мощных моторов (730, 750, 900 и 1000 л.с.) не приводила к существенному росту летных характеристик. Точка зрения авторитетного историка авиации получила широкое распространение и многие последующие исследователи, как само собой разумеющееся, ссылаются на неё, ни в коей мере не подвергая её сомнению (см., например, [2]). Но тогда как объяснить мнение бывшего начальника НИИ ВВС генерал-майора А.И. Филина, считавшего в 1939 году, что И-16 не исчерпал резервов развития, что при относительно небольших доработках его скоростные характеристики могут быть не хуже, чем у «Мессершмитта»?
Почему первые лётчики, удостоенные в годы Великой Отечественной войны высокого звания «Герой Советского Союза», воевали именно на истребителях И-16, как и первые полки, ставшие гвардейскими? Почему ВВС фронтов и флотов в своих отчётах «ВВС за год войны», направленных руководству летом 1942 года считали лучшими нашими истребителями Як-1 и И-16? Почему лётчики даже в конце 1942 года требовали восстановить производство истребителя этого типа? Как известно, истребитель И-16 окончательно сложился в своём «классическом» воплощении к 1937 году. Наиболее ярким представителем этого семейства являлся И-16 тип 10 с мотором М-25В. Модификация с двумя крыльевыми пушками получила обозначение тип 17. Кроме пушек тип 17 от типа 10 других отличий не имел. После смены мотора на М-62 появился тип 18. Его пушечная модификация обозначалась как тип 27. С мотором М-63 строились И-16 тип 24, тип 28 с крыльевыми пушками и тип 29 с крупнокалиберным пулеметом.

Отметим, что аэродинамика самолета от типа 10 до всех последующих типов оставалась практически неизменной. Характеристики И-16 тип 10, 17 и 24 представлены в таблицах 1-3, составленных по данным работ [1, 6].

Из таблицы 2 следует, что максимальные скорости горизонтального полёта И-16 тип 10 определялись не на максимальном (паспортном) режиме работы мотора при 2100 об/мин, а на более низких оборотах, то есть, мотор не добирал мощности. Причинами могут быть как низкое качество конкретного мотора, установленного на самолёте, так и недостаточная квалификация лётчиков-испытателей.

А имелся ли у И-16 резерв  для своего развития? Документов по этой проблеме немного. Для достоверной оценки возможности развития истребителя остаётся путь математического моделирования, намеченный в работах таких выдающихся учёных, как В.Ф. Болховитинов и В.С. Пышнов [3-5].

Недавно такие исследования на основании отработанных методик [7, 9] были проведены. В полном объеме они были представлены в сборнике «Легенды и мифы авиации» №8 Результаты расчётов подтверждают мысль НИИ ВВС о недостаточном к.п.д. ВМГ истребителя И-16. Если к.п.д. ВМГ И-16 тип 5 с М-25 (712 л.с.) достигал 78%, то с М25А (730 л.с.) он составлял 75%, понижаясь с каждой новой модификацией мотора. Одна из причин этого явления состоит в том, что вместе с лицензией на производство мотора Райт «Циклон» (М-25) был закуплен и соответствующий винт Гамильтон «Стандарт». Для следующих модификаций мотора винты больше не закупались, а приспосабливались уже имеющиеся. Рост мощности модификаций М-25 в основном происходил за счёт повышения чисел оборотов и давления наддува. У нас проектирование новых винтов не поспевало за развитием моторостроения. Отметим, что в Германии к.п.д. ВМГ превышал 75% и доходил до 82%. [8]

Начальник НИИ ВВС генерал-майор А.И. Филин считал, что для государства экономически выгодно вложить относительно небольшие деньги в разработку нового винта для И-16 с мотором М-63 с к.п.д. ВМГ у земли не ниже 75%, выгладить заголовник фюзеляжа и установить закрытую кабину, крыльевые пушки, облагородить капот мотора. Новая модификация могла бы оставаться на вооружении ещё года три, пока не будут отработаны и доведены до надлежащей надёжности новые типы истребителей. Оценим эту возможность.

Примем взлетный вес самолёта равным 2100 кг . Предварительная оценка показала, что коэффициент сопротивления при нулевом угле атаки можно снизить на 15% при реализации мероприятий по улучшению самолета, намеченных А.И. Филиным. Проведенные недавно математические вычисления дали результаты, сведенные в таблицу 4.

Как видим, получался добротный истребитель, превосходивший до высот 6000 м немецкий Мессершмитт Bf 109E, в том числе по вертикальной маневренности, и не уступавший последующему Bf 109F. Лётные характеристики могли быть повышены за счёт установки редукторного мотора М-63, его форсированного варианта или других моторов мощностью не менее 1100 л.с. (М-88, М-89, М-82) По указанию А.И. Филина было выдано задание на разработку такого самолёта КБ серийного завода №21.

В отчёте Военного представительства на заводе №21 за 1939 год, подписанного военным инженером 1 ранга Белоусовым, говорится:

«1. … Постановка на И-16 мотора М-64 или М-63 с удлиненным валом, создание нового удобообтекаемого капота, подбор винта и ряд других мероприятий могут вывести И-16 на уровень современных серийных истребителей.

Во всяком случае, пока опытные образцы самолетов еще в стадии освоения и проектирования, такой модернизированный И-16 можно было бы быстро ввести в производство и получить большое их количество, так как И-16 освоен заводом хорошо.

2. В случае создания такого мотора, а, следовательно, и самолета, не будет целесообразно вводить в серию И-180 как самолет, почти не превышающий модернизированный И-16, но зато совсем неосвоенный производством и конструктивно недоработанный» [10].

Стоит ли говорить, что прототипы новых истребителей И-21, И-26, И-301, И-200 были отработаны ещё хуже.

Но в 1939 году пала Испанская республика. Нападением на Польшу началась Вторая мировая война.

На этом фоне неудачи нашей авиации воспринимались болезненно. Оргвыводы делались скоропалительно, без должного профессионального анализа. Рефреном звучало: «На Западе самолеты, а особенно истребители, лучше потому, что используют моторы водяного охлаждения. Применение моторов воздушного охлаждения ошибочно». Виновником «тупикового курса» был объявлен Поликарпов. Его постепенно перестали приглашать в Кремль на совещания по авиационным вопросам. Советником Сталина по авиации стал А.С. Яковлев. Процитируем страницы воспоминаний этого яркого конструктора и неоднозначного человека: «Уже с начала лета 1939 года Сталин меня стал вызывать для консультации по авиационным делам. Первое время меня смущали  частые вызовы в Кремль для доверительного обсуждения важных вопросов, особенно когда Сталин прямо спрашивал: – Что вы скажете по этому вопросу, как вы думаете? Он иногда ставил меня в тупик, выясняя мнение о том или ином работнике.

Видя мое затруднительное положение, смущение и желая ободрить, он говорил: – Говорите то, что думаете, и не смущайтесь – мы вам верим, хотя вы и молоды. Вы знаток своего дела, не связаны с ошибками прошлого и поэтому можете быть объективным больше, чем старые специалисты, которым мы очень верили, а они нас с авиацией завели в болото. Именно тогда он сказал мне: – Мы не знаем, кому верить» [11].
Да, Поликарпову верить перестали. Перестали верить и генералу А.И. Филину, репрессировав его в 1940 году.

Сменилось руководство наркомата авиационной промышленности. Оно сразу же сделало энергичный крен в сторону производства моторов жидкостного охлаждения, стараясь загрузить ими максимально возможное число заводов.

«Это была, безусловно, ошибка наркомата», – уже позже, спустя десятилетия после войны, признал нарком А.И. Шахурин. – «При выдаче заданий на проектирование самолетов перед войной чрезмерно увлекались двигателями водяного охлаждения, поскольку такой двигатель давал меньшее лобовое сопротивление. Видимо, немецкий самолет Мессершмитта с подобным двигателем стоял у многих перед глазами» [12].
Руководство ВВС также каялось в своих грехах, но продолжали настаивать на исключительных преимуществах моторов с водяным охлаждением. В «Докладе о состоянии Военных воздушных сил Красной Армии», направленному руководству страны в 1940 году, начальник ВВС Смушкевич и комиссар Агальцов писали: «… По скоростям наши серийные самолеты отстали от самолетов передовых капиталистических стран (Англия, Германия)…

Причины этого отставания:

а) Руководство ВВС (Лактионов, Агальцов, Смушкевич) проглядели, своевременно не заметили и не сигнализировали о быстром развитии авиации передовых капиталистических стран (Германия, Англия). Основываясь на испанском опыте, неправильно взяли упор главным образом на воздушный мотор, в то время как на Западе с мотором жидкостного охлаждения истребительная авиация сделала большие успехи. б) Консерватизм и торможение старым руководством Наркомата авиационной промышленности развития новых образцов самолетов…».

Под сильным давлением лиц, обладающих «административным ресурсом», были приняты решения прекратить производство истребителей с моторами воздушного охлаждения и ускоренно внедрять в серию с моторами жидкостного.

По этой причине прекратили доработку истребителя И-28 и внедрение в серию И-180. На Поликарпова, проектировавшего перспективный И-185 с выдающимися лётными характеристиками, но с мотором воздушного охлаждения, смотрели как на ретрограда.

Неудивительно поэтому, что когда к главному конструктору завода № 21 М.М. Пашинину поступил запрос от ГУ ВВС КА представить заключение и расчеты по вопросу установки моторов М-63 или М-64 (форсированный вариант М-63, планировался с взлетной мощностью 1200-1300 л.с., реально на испытаниях выдал 1100 л.с. — прим. doktorkurgan) с удлиненным валом на самолет И-16 с нормальным к.п.д. винтомоторной установки, улучшенной аэродинамикой и максимальной скоростью 530-550 км/ч, его ответ, датированный июлем, был отрицательным [13]: во-первых, ввиду существующей общей тенденции перехода на моторы жидкостного охлаждения, во-вторых, потому, что появление в серии такого И-16 делало серийную постройку его истребителя И-21 проблематичной.

В итоге в СССР в спешном порядке в серию внедрялись сырые, недоведённые машины. Почти год многие авиазаводы работали вполсилы, недодав боевой авиации тысячи боевых самолётов. И когда началась война, мы с лихвой кровью расплатились за ошибки военного и политического руководства.

Собственно говоря, вот такая вот статья.

А теперь мои субьективные соображения, и некоторые аналогии. Если вкратце — овчинка не стоила выделки.

Если подробнее:

1. Помимо использования двигателя с редуктором, а также ВИШ, улучшенного капотирования (что в отношении И-16 довольно сомнительно), и, от себя добавлю, неплохо бы еще систему запуска двигателя за счет сжатого воздуха, потребовалось бы еще как минимум фанерная обшивка плоскостей, что влечет за собой мероприятия по усилению центроплана. Все эти действия ведут к увеличению массы пустого самолета — стало быть надо усиливать шасси. Растет взлетная масса — растет нагрузка на двигатель. К чему это приводит — смотрим на эпопею с истребителем ЛАГГ-3. Кстати, в реале новое крыло с фанерной обшивкой для И-16 разрабатывали, но внедрять посчитали нецелесообразным.
2. Улучшение аэродинамики на 15% (как выходит по проекту) — это слезы на фоне изначально большого лобового сопротивления.
3. Т.о., за счет всех мероприятий имеем в серии истребитель с максималкой около 500 км/ч, невысотным мотором, плохо разгоняющимся в пикировании — большой привет вертикальной маневренности.
4. И, до кучи, перепроектирование И-16 в данном случае плавно переходит в проектирование фактически нового истребителя — большой привет технологам на заводах,  большой привет производственным планам, и.т.д., и.т.п.

КМК, ситуацию могло бы исправить проектирование нового истребителя непосредственно под мотор М-63 с нуля параллельно с его-же испытаниями (зима 1938-39 гг.). Проблема в том, что при таких раскладах лучше было бы проектировать истребитель под мотор М-103 — ТТХ, скорее всего, были бы поинтереснее.

Ну и немного аналогий. В США в 1938 году на вооружение был принят неплохой истребитель Р-36А фирмы Кертисс. С двигателем  Pratt & Whitney R-1830-13 Twin Wаsp взлетной мощностью 1050 л. с.  он имел максимальную скорость 501 км/ч. Его самые продвинутые версии с  двигателями, соответственно двухрядным Twin Wаsp R-1830-17 (Р-36 С) либо с однорядным Wright R-1820-G205A Cyclone (экспортные французские Hawk 75 A-4, аналогичные «Mohawk» IV британского заказа) мощностью до 1200 л.с. достигли максималки 520 км/ч — и об этом факте чуть ниже я еще упомяну.

Так вот, с учетом появившейся информации о ТТХ новых истребителей с V-образными двигателями водяного охлаждения ( германского Bf-109 Е, британского «Спитфайра»), в рамках конкурса на новый истребитель для авиационного корпуса армии США, фирмой Кертисс была предпринята попытка модернизации исходного варианта истребителя Р-36 с сохранением прежнего двигателя, но улучшенной аэродинамикой, известен он как XP-42. Далее цитирую сайт айрвар:

При создании опытного истребителя P-42 компания Curtiss использовала планер P-36A четвертой серии (серийный номер 38-004), в носовой части которого был размещен 1200-сильный (882 кВт) двухрядный радиальный двигатель Pratt & Whitney R-1830-31 Twin Wasp. В передней части картера двигателя был размещен удлиненный вал, вращавший трехлопастный винт. Вся эта конструкция была тщательно закапотирована, а винт был оснащен обтекателем с большим конусом. Охлаждающий воздух поступал к мотору через большой воздухозаборник, расположенный ниже обтекателя винта. На верхней части капота была размещен воздухозаборник для нагнетателя двигателя. Из моторного отсека горячий воздух выводился через обычные управляемые створки, расположенные по периметру задней части капота как на обычных радиальных двигателях.

…Достаточно большой совкообразный воздухозаборник, расположенный ниже пропеллера, и направляющий желоб внутри капота не смогли обеспечить подачу двигателю (и особенно его задним цилиндрам) достаточного количества воздуха. Во время еще наземных испытаний и последовавших взлетов температурный датчик находился у опасной красной черты. Во время горизонтального полета первый и единственный невооруженный XP-42 за счет значительного износа двигателя смог разогнаться до скорости 554 км/ч.

…Немного позднее к тестированию машины подключился Национальный консультативный комитет по воздухоплаванию (NACA – National Advisory Committee for Aeronautics), но улучшений не было. Был уменьшен обтекатель втулки винта, увеличен и перемещен воздухозаборник двигателя. В конечном итоге был уменьшен расположенный внутри капота вал и удален совкообразный воздухозаборник, вместо которого был установлен обычный круглый. В конце концов, на XP-42 был опробован классический капот с уменьшенным конусом и «манжетами», устанавливавшиеся для принудительного охлаждения на лопасти винта около кока.

В качестве иллюстрации, для сравнения, приведу всю линейку, от Р-36С до последней версии ХР-42 (для удобства сравнения некоторые фотографии отзеркалены):

Р-36С

Первый вариант ХР-42

Доработанный вариант ХР-42

Окончательный вариант ХР-42. Его максимальная скорость составила 507 км/ч.

Т.о., максимально облагороженный с аэродинамической точки зрения самолет обеспечил значительный прирост максимальной скорости, но эксплуатировать его было невозможно. А тот вариант, который мог быть реально принят на вооружение, не имел преимуществ перед серийной версией.

В итоге имеем хороший пример попытки натянуть сову на глобус.

А вот созданный на базе модели 75 истребитель Р-40 с двигателем водяного охлаждения. Как пишут, опять-же, на айрваре «…ХР-40 получил планер Р-36 от шпангоута перед кабиной и до кончика хвоста практически без изменений. Без изменений остались крылья, хвостовое оперение и шасси» , правда потребовалось серьезно поработать над размещением радиатора системы охлаждения, но в итоге получили самолет с максимальной скоростью 575 км/ч. с двигателем Allison V-1710-33, взлетной мощностью 1150 л/с.

Таким образом, на мой сугубо субьективный взгляд, смысла в том, чтобы модернизировать И-16 в период 1939-40 гг. не было. Более рациональным решением было бы параллельная разработка перспективного истребителя для ВВС РККА под моторы М-87 и М-103 с началом работ не позднее 1938-го и переходом в серии на М-88 и М-105 соответственно не позднее конца 1939-го.

PS: относительно этого момента «…Под сильным давлением лиц, обладающих «административным ресурсом», были приняты решения прекратить производство истребителей с моторами воздушного охлаждения » — замечу, что на период 1940-41 гг. практически во всех странах-участниках Второй Мировой основную тяжесть боев вынесли на себе именно истребители с моторами водяного охлаждения; машины с двухрядными «звездами» мощностью свыше 1500 л.с.  реально в массовую серию пошли с 1942 года (германский Фокке-Вульф-190 участвовал в воздушных боях над Ла Маншем с июля 1941-го, но в гомеопатических количествах в рамках войсковых испытаний, все это время на нем доводили до ума мотор; массово использоваться начал с 1942-го )  — собственно, когда новые моторы довели до ума. Нюансов там хватало, можете погуглить, например, тему потшипников, использовавшихся на двигателях Pratt Whitney ХR-2800-17 Double Wasp.

Ссылки:

1. 1. 1. http://www.airwar.ru/enc/fww2/hawk75.html
      2. http://www.airwar.ru/enc/fww2/p42.html
      3. http://www.airwar.ru/enc/fww2/p40.html

Статья Владимира Иванова из журнала «Авиация и космонавтика» №5 за 2022 г. (электронная версия приобретена на сайте https://techinformpress.ru/ — ни фига не реклама).

Для заставки использован фрагмент оформления обложки романа Комбата Наитова «Ретроград-2», исздательство АСТ.

Не обошлось без помощи гугла и википедии.