У истоков реактивной эры
Александр Швыдкин
Быть первым всегда трудно, а догонять и наверстывать упущенное – еще труднее. Первые советские реактивные самолеты создавались в условиях, когда каждый потерянный год мог обернуться фатальными последствиями для всей страны, поэтому тщательно экспериментировать и скрупулезно вникать в суть проблемы было некогда – требовался результат. Вряд ли мы можем строго судить наших авиаконструкторов за «сырые» первые пробы. Лучше зададим себе вопрос: а возможно ли что-то подобное в наше время?
У истоков реактивной эрыУже
в 30-х годах
XX
века стало ясно, что привычный тип самолета с поршневым двигателем и воздушным
винтом приближается к пределу своих возможностей. Прирост мощности двигателя
давал результаты максимум до 700 км/ч, а для достижения более высоких скоростей
требовалось резкое увеличение массы и габаритов поршневого двигателя и
воздушного винта. Это неизбежно влекло за собой пропорциональное увеличение веса
и лобового сопротивления самолета, а эффективность воздушного винта с ростом
скорости уменьшалась. Удельная масса поршневой ВМГ достигла минимального предела
и словно «замерзла» на этом рубеже. Выход из тупика открыл реактивный двигатель
– легкий и компактный, но способный развивать огромную тягу.
27 августа 1939 г. произошло событие, ставшее прологом
нового витка в развитии авиации. Немецкий летчик-испытатель Эрих Варзиц поднял в
воздух He-178 - первый в мире самолет с
турбореактивной силовой установкой. Авиация вступила в реактивную эру. И пока в
Англии и Германии проводили опытные разработки, советская авиационная наука и
промышленность работали на ближайшую перспективу: неотвратимо надвигалась
мировая война, а готовность к ней ВВС РККА вызывала большие сомнения.
Несмотря на то, что с конца 30-х годов в СССР проводились
работы по созданию ТРД и ТВД, и даже был построен опытный образец ТРД, война и
эвакуация промышленности помешали довести работы до практического результата. К
концу Второй мировой войны положение СССР в деле создания реактивных двигателей
было удручающим, конкуренты из Великобритании, США и Германии вырвались далеко
вперед, а немецкие реактивные самолеты даже успели поучаствовать в боевых
действиях в 1944 г. Одним словом, надо было что-то делать. И срочно.
В конце войны в СССР попало достаточное количество немецких
реактивных самолетов Me-262 и He-162,
серийные турбореактивные двигатели Jumo-004 и
BMW-003, вызвавшие наибольший интерес специалистов, а
также чрезвычайно ценная техническая документация. Проведя всесторонние
исследования и испытания, советские специалисты пришли к заключению, что
немецкие двигатели Jumo-004 (тягой 900 кгс) и
BMW-003 (800 кгс) далеки от идеала: капризны,
прожорливы, имеют недостаточную тягу и мизерный ресурс – порядка 20 часов. А
главное – никакими доработками нельзя было кардинально улучшить положение,
требовались новые, более совершенные образцы. Но в сложившихся условиях не
оставалось ничего другого, как начать серийное производство трофеев, что и было
сделано: с 1946 г. Jumo-004 начали выпускать как
РД-10, а BMW-003 внедрили в производство под
обозначением РД-20, но это произошло позже.
А пока еще до окончания войны, было принято решение срочно
создавать отечественные реактивные самолеты под трофейные двигатели, вывезенные
из Германии. Соответствующее постановление ГКО вышло 9 апреля 1945 г. Времени
отводилось всего семь месяцев, и разработка пошла форсированными темпами: все
понимали важность решаемых задач и возможную меру ответственности в случае
неудачи или срыва установленных сроков. Но поначалу работа сопровождалась
трудностью в выборе схемы.
Дело в том, что газодинамические характеристики маломощных
ранних ТРД практически исключали их установку в фюзеляже из-за больших потерь во
входном канале и, особенно, выхлопной трубе. Именно это обстоятельство
обусловило размещение двигателей на крыле (Gloster «Meteor», Me-262) или над
фюзеляжем (Не-162). Лучшим реактивным самолетом того времени был Ме-262, и,
разумеется, тотчас же родилась скоропалительная идея развернуть его серийное
производство. Но, в отличие от истории с B-29/Ту-4,
окончательное решение было не в пользу немецкого самолета: при всех своих
достоинствах он был сложен в пилотировании и малоперспективен. Тем не менее, не
видя альтернативы, ОКБ П.О.Сухого и С.М.Алексеева начали разработку
двухдвигательных истребителей «К» и И-211 с размещением двигателей на крыле.
ОКБ-115
А.С.Яковлева пошло по пути создания однодвигательного самолета, поскольку
традиционная область специализации коллектива – легкие фронтовые истребители –
вряд ли могла быть совмещена в тот момент с разработкой принципиально иной
машины. Радикальной переделке решили подвергнуть Як-3, отлично зарекомендовавший
себя в боях. Тем более, что к тому времени был создан цельнометаллический
вариант истребителя, а ферменный фюзеляж «Яка» допускал переделку с минимальными
для такого случая изменениями. Ведущий конструктор нового самолета Е.Адлер долго
размышлял, куда бы «пристроить» необычный двигатель, пока не принял неожиданно
простое решение: разместить силовую установку в носовой части с таким наклоном
относительно продольной оси, чтобы реактивная струя уходила под фюзеляж.
Необходимо сразу же уточнить, что немецкое влияние на
формирование схемы будущего Як-15 абсолютно исключено, поскольку ни Яковлев, ни
Адлер не знали, что еще в 1942 г. в Германии был разработан проект подобной
переделки FW-190. Получилось, что конструкторы ОКБ-115
пришли к идее реданной схемы абсолютно независимо от немецких коллег. Несколько
позже, получив информацию о новом проекте Яковлева, к реданной схеме обратились
ОКБ А.И.Микояна и С.А.Лавочкина, причем Микоян пошел ради этого на кардинальное
изменение проекта И-300 (будущего МиГ-9), изначально разрабатывавшегося по
схеме, близкой к Ме-262.
Новый самолет получил первоначальное обозначение «Як-ЮМО». Ферменный фюзеляж
остался, в основном, неизменным, его лишь «поджали» снизу и установили новую
мотораму. Передний лонжерон крыла выполнили изогнутым в зоне центроплана, в
результате получилась арка, охватывающая двигатель. Число топливных баков
увеличили с трех до пяти: четыре в крыле и один в передней части фюзеляжа над
двигателем. Оперение в целом соответствовало Як-3, но киль несколько уширили.
Компоновка и оборудование пилотской кабины остались прежними, за исключением
фонаря: из трехсекционного он стал двухсекционным, с каплевидной сдвижной
частью. В носовой части фюзеляжа над двигателем предусмотрели установку двух
пушек НС-23К калибром 23 мм.
Испытания и доводка
Постройку первой опытной машины завершили вовремя в октябре 1945 г., причем на Як-ЮМО не было вооружения и части оборудования. Начались наземные испытания. При первом опробовании двигателя прогорела дюралевая обшивка нижней части фюзеляжа и сгорело хвостовое колесо. Самолет отправили на завод для доработок, а тем временем к 8 декабря 1945 г. была готова вторая машина, в которой устранили некоторые недостатки первой. Самолет отличался увеличенным стабилизатором и дополнительной теплозащитой фюзеляжа в виде экрана из жаропрочной стали. Хвостовое колесо заменили на стальной ролик, установили вооружение. Через пять дней летчик-испытатель М.И.Иванов начал на нем руления, пробежки и подлеты, однако вскоре этот прототип решили отправить в ЦАГИ для продувок в аэродинамической трубе Т-101. Это решение было продиктовано, главным образом, опасливым отношением к реактивной технике после серии загадочных катастроф с самолетами Ме-262 в Германии и СССР. Кроме того, угол наклона двигателя (4˚), складываясь с максимальным углом атаки, давал в сумме 16-18˚, что могло вызвать помпаж. Самолет неоднократно продували при разных режимах работы двигателя и на всех возможных сочетаниях скоростей и углов атаки. Сомнения в отношении помпажа были развеяны, но подтвердился эффект перебалансировки при изменении режима работы двигателя из-за расположения линии тяги ниже центра тяжести самолета.
Исследования Як-ЮМО в ЦАГИ продолжались до февраля 1946 г., затем истребитель снова перевезли на аэродром, где возобновились пробежки и подлеты. Особых проблем самолет не доставлял, правда, стальной хвостовой ролик при движении по бетонной полосе отчаянно громыхал и высекал искры.
9 апреля 1946 г. начались заводские испытания нового самолета, в ходе которых он получил обозначение Як-15. Первый полет Як-15 состоялся 24 апреля, в один день с МиГ-9. Первым взлетел «МиГ», а в 13 ч 56 мин летчик-испытатель М.И.Иванов поднял в воздух Як-15. Заводские испытания Як-15 шли быстро, без сюрпризов, и закончились 22 июня. В ходе испытаний самолет с взлетной массой 2570 кг развил максимальную скорость у земли 770 км/ч, а на высоте 5000 м - 805 км/ч, что на 85 км/ч больше, чем у Як-3 ВК-107А. Высоту в 5000 м истребитель набирал за 4,1 мин, но выяснилось, что выше 6000 м двигатель начинает недодавать оборотов, что сказалось на высотных характеристиках машины, да и двигатель был прожорлив, из-за чего дальность полета Як-15 составила всего 575 км. Впрочем, заданием на проектирование предусматривалась дальность 470 км.
Первое время А.С.Яковлев испытывал определенные сомнения в перспективности реактивного первенца, что стало причиной затяжки на этапе заводских испытаний и позволило конкурентам из ОКБ Микояна ликвидировать отставание. Тем не менее, результаты испытаний выглядели обнадеживающими, и Яковлев доложил в правительство о завершении разработки реактивного истребителя. Не был упущен и тактический выигрыш - два опытных самолета были готовы к указанному сроку, тогда как ОКБ П.О.Сухого и С.М.Алексеева отставали на несколько месяцев. В итоге им так и не удалось показать свои самолеты на воздушном параде в Тушино в августе 1946 г., а вот МиГ-9 и Як-15 на парад успели, хоть и не продемонстрировали высшего пилотажа – об этом тогда и речи быть не могло. Создателям Як-15 удалось преодолеть главный недостаток поршневого самолета - резкое падение тяги силовой установки с ростом скорости полета. Так, если поршневому Як-3 на скорости 600 км/ч тяги едва хватало, чтобы преодолеть аэродинамическое сопротивление, то на Як-15 она сохраняла стартовое значение и позволяла разогнать самолет до 800 км/ч. Но с другой стороны, тяга РД-10 составляла всего 900 кгс, в то время как, например, поршневой ВК-107А мощностью 1700 л.с. выдавал на старте более трех тонн. Поэтому, в сравнении с Як-3, Як-15 имел больший разбег, скромные разгонные характеристики и относительно низкую скороподъемность. И все же в целом самолет соответствовал требованиям, сформулированным в задании на проектирование.
В апреле 1947 г. завершились Государственные испытания двух серийных Як-15 с вооружением (одна пушка НС-23). Как это часто бывает, результаты Госиспытаний оказались не такими радостными, как выводы по итогам испытаний заводских. По ЛТХ Як-15 уступал не только МиГ-9, но и трофейному Ме-262. По условиям прочности максимальная скорость серийных машин на высотах до 3150 м была ограничена до 700 км/ч, а на больших высотах – до М=0,68. (Относительная толщина профиля крыла, полностью заимствованного от Як-3, была явно велика для реактивного самолета.) Неприятности доставила ненадежная силовая установка: за время испытаний на истребителях заменили три двигателя (ресурс первых РД-10 составлял всего 25 ч по формуляру, а реально - в лучшем случае 17 ч.). Время работы РД-10 на максимальном режиме составляло всего 10 мин, что негативно сказалось, прежде всего, на скороподъемности и высотных характеристиках самолета. Из-за этого не удалось снять ЛТХ во всем диапазоне высот, а потолок Як-15 оказался ниже расчетного (около 10000 м вместо 13700 м).
Были претензии и к конструкции самолета. Так, на рулении металлический хвостовой ролик передавал вибрацию на руль поворота, газовая струя от двигателя разрушала поверхность летного поля, а поднятые ею камни и бетонная крошка повреждали стабилизатор и рули высоты, при длительном рулении по снегу нижняя поверхность горизонтального оперения покрывалась ледяной коркой. Особенно досаждало задымление кабины при «длительных» (20-25 мин) полетах, возникавшее в результате пиролиза керосина и масла на горячих деталях двигателя.
В тот же период на Як-15 проводили исследования пилотажных характеристик. Надо сказать, что первым фигуры высшего пилотажа на Як-15 выполнил 31 октября 1946 г. летчик-испытатель НИИ ВВС И.П.Полунин. Это был первый в СССР пилотаж на реактивном самолете, выполненный, кстати, вопреки мнению специалистов, считавших такие полеты невозможными. Но после первого опыта военные потребовали специальных испытаний, которые провел в феврале 1947 г. летчик-испытатель ГК НИИ ВВС П.М.Стефановский. По технике пилотирования самолет оказался самым простым из всех советских реактивных истребителей того времени и был доступен для летчиков средней квалификации, освоивших поршневые «Яки». И все же военные испытатели посчитали, что новый самолет обладает недостаточными для боевой машины запасами продольной устойчивости и управляемости. Кроме того, из-за установки двигателя по реданной схеме при переходе с одного режима на другой значительно изменялись балансировочные усилия на ручке управления, а непривычно большое время приемистости РД-10 требовало более точного расчета маневров, особенно посадки. В утвержденном в мае 1947 г. заключении Акта по Госиспытаниям говорилось: «Самолет Як-15... удовлетворяет требованиям ВВС к тренировочному реактивному истребителю... Ввиду исключительно малой дальности полета - 300 км на наивыгоднейшем режиме на высоте 1000 м... доведение самолета до боевого состояния нецелесообразно, так как в этом случае ухудшаются его пилотажные качества, вследствие... значительного увеличения полетного веса за счет горючего для достижения дальности полета 800-900 км. Считать необходимым, в силу простоты конструкции, малой тяги двигателя РД-10 и простоты пилотирования, ... Як-15 модифицировать в учебно-тренировочный с двойным управлением и трехколесным шасси...».
На вооружении ВВС
На следующий день после триумфального показательного полета Як-15 и МиГ-9 на воздушном параде в Тушино в августе 1946 г. Сталин лично распорядился построить по 15 самолетов каждого типа для парада 7 ноября. Выпуск Як-15 поручили заводу № 31 в Тбилиси, который продолжал выпускать Як-3. Героическими усилиями завод выпустил малую серию Як-15 вовремя, чему во многом способствовала преемственность конструкции нового самолета с Як-3. «Парадные» Як-15 не имели оружия и бронезащиты, были оснащены неполным комплектом радиооборудования и верхним фюзеляжным топливным баком увеличенного объема (благодаря отсутствию пушек). На самолеты ставили двигатели РД-10, первые экземпляры которых собирали из трофейных деталей двигателей Jumo-004B-1. Однако из-за плохой погоды воздушная часть парада 7 ноября 1946 г. не состоялась.
Решение о развертывании полномасштабного серийного производства Як-15 было принято еще до завершения Госиспытаний. Поначалу процесс протекал под влиянием «парадной» специфики: первые 65 самолетов, поступившие в части, либо вообще не имели вооружения, либо вооружались одной пушкой. На остальных самолетах был установлен полный комплект вооружения. Не шло дело и со спарками, которых должно было быть около половины от общего числа выпущенных. Впрочем, это объяснимо. Первые Як-15 поступили на вооружение элитных авиачастей, в первую очередь – 176-го Гвардейского истребительного авиаполка, базировавшегося на подмосковном аэродроме «Теплый Стан» и постоянно привлекавшегося к участию в воздушных парадах. Главной задачей летчиков на первых порах было освоение пилотажа, а не боевое применение. Да и квалификация летного состава вполне позволяла обойтись без спарок. Все строевые летчики ВВС проходили подготовку в Горьковском центре переучивания летного состава, многие инструкторы которого участвовали в парадах наряду со своими подопечными.
Первая массовая демонстрация Як-15 состоялась 1 мая 1947 г. над Красной площадью, когда звеньями пролетели 100 реактивных самолетов (по 50 Як-15 и МиГ-9). В том же году на авиационном параде в Тушино был впервые продемонстрирован высший пилотаж на реактивных самолетах. Ко Дню авиации дважды Герой Советского Союза генерал Е.Я.Савицкий организовал пилотажную пятерку на Як-15, которую возглавил лично. В следующем году групповой пилотаж на Як-15 демонстрировала еще одна пятерка, возглавляемая Героем Советского Союза полковником П.Чупиковым.
Эксплуатация Як-15 неизбежно выявила ряд характерных недостатков: течь гидросмеси через уплотнительные манжеты амортизационных стоек шасси, обрыв отдельных нитей тросов управления рулем поворота, а также разрушение стальных рессор хвостовой опоры из-за перегрева. Но основным недостатком Як-15 все же была слишком малая дальность полета - всего 510 км при полной заправке в 590 кг (у Як-3 с мотором ВК-107А - 1060 км при запасе топлива в 350 кг). Малая дальность полета затрудняла боевое применение, но и в амплуа тренировочной машины Як-15 первое время не был востребован: в строевых полках новые реактивные самолеты стояли под чехлами, а летный состав продолжал тренироваться на поршневых истребителях. Причин опасливого отношения к новой технике было много, но среди множества субъективных была и одна явно объективная - отсутствие тормозных щитков. В пикировании Як-15 быстро разгонялся, норовя превысить допустимую скорость, а затормозить его было нечем. Но лед недоверия постепенно таял, интерес к новой технике оказался сильнее сомнений, и подготовка летного состава пошла быстрыми темпами. Самолет оказался доступен строевым летчиком и не доставил таких неприятностей, как Ме-262, МиГ-9 и ранние «Метеоры».
Согласно данным ОКБ, до 1947 г. было выпущено 280 Як-15. Серийный выпуск спарок Як-21 не состоялся, поэтому некоторое число машин было переделано непосредственно в частях. Серийные Як-15, поступившие в строевые части в 1946-1947 гг., были в основном сняты с вооружения к 1949 г. Столь непродолжительная карьера реактивного истребителя была в то время обычным делом, поэтому нужно правильно оценивать значение Як-15 в истории отечественной авиации. Достаточно было бы и того, что Як-15 удостоился чести стать первым реактивным истребителем, поступившим на вооружение советских ВВС. Именно на Як-15 впервые в СССР был выполнен «реактивный» пилотаж. Именно на Як-15 сотни летчиков начали осваивать реактивную технику (МиГ-9 не был столь прост в пилотировании и практически не применялся в качестве переходного). Да и противники по ту сторону «железного занавеса» получили досадный сюрприз, что тоже немаловажно. Так что, считать Як-15 скороспелой импровизацией было бы несправедливо. Кроме того, вряд ли руководство авиационной промышленности и командование ВВС ожидали от первых реактивных истребителей чего-то выдающегося, иначе незачем было бы подстраховываться - запускать в серию поршневые Ла-9 и Ла-11, тратить время на МиГ-13 и Су-5 с комбинированными мотокомпрессорными силовыми установками. Як-15 вполне оправдал возлагавшиеся на него надежды, ведь из всех самолетов, вступивших в конкурентную борьбу весной 1945-го, в реальной эксплуатации были только Як-15 и МиГ-9, причем последний оказался практически небоеспособным из-за помпажа обоих двигателей, возникавшего при стрельбе из неудачно расположенных пушек.
Дальнейшая эволюция
Як-15 стал родоначальником целого семейства боевых и учебно-тренировочных реактивных самолетов, поэтому справедливо было бы рассматривать его как раннюю модификацию истребителя Як-17 – более распространенного в частях и лучше освоенного в производстве и эксплуатации. К сожалению, ограниченный объем статьи не позволяет подробно описать эволюцию семейства Як-15/Як-17, придется ограничиться кратким перечислением.
Як-17-РД10 – опытный истребитель, созданный на базе Як-15. Основные отличия – более тонкое крыло ламинаризированного профиля, измененное оперение, катапультное кресло пилота и измененная схема уборки основных стоек шасси – поворотом от фюзеляжа к концам крыла. Самолет выпущен в 1946 г. в единственном экземпляре, с 3 по 6 сентября проходил наземные испытания. Не летал, серийно не строился.
Як-21 (Як-15В, Як-15УТ) – двухместный учебно-тренировочный вариант Як-15, совершивший первый полет 5 апреля 1947 г. (летчик-испытатель П.У.Фокин). Несмотря на острую потребность в реактивном УТС, Як-21 серийно не строился в связи с подготовкой к выпуску более совершенной модификации самолета.
Як-17УТИ (Як-21Т) – двухместный учебно-тренировочный вариант Як-15 с трехстоечным шасси с носовым колесом и измененным хвостовым оперением. Самолет был создан в соответствии с требованиями ВВС к реактивному учебно-тренировочному самолету и совершил первый полет 6 мая 1947 г. (летчик-испытатель Г.С.Климушкин).
Як-17 (Як-15У) – одноместный тренировочный истребитель, модификация Як-17УТИ с увеличенным на 331 кг запасом топлива за счет дополнительных ПТБ на концах крыла и вооружением из двух пушек НС-23. Первый полет 6 июня 1947 г. (летчик-испытатель Г.С.Климушкин).
В 1948-1949 гг. было выпущено 430 Як-17 и Як-17УТИ. Несмотря на то, что введение ПТБ увеличило дальность полета Як-17 ненамного – до 717 км, эти истребители активно использовались в строевых частях ВВС и ПВО. Як-17УТИ сыграли неоценимую роль при переучивании летчиков с поршневых истребителей на новые МиГ-15. Як-17 стали первыми реактивными самолетами ВВС Чехословакии и Польши, Як-17УТИ поставлялись в Чехословакию, Польшу, Румынию, Болгарию и Китай. На самолетах последних серий устанавливались двигатели РД-10А с увеличенным до 50 часов ресурсом.
Краткое техническое описание истребителя Як-15
Як-15 – однодвигательный одноместный истребитель-моноплан цельнометаллической
конструкции с низкорасположенным свободнонесущим крылом и трехопорным шасси с
хвостовой опорой. Фюзеляж представляет собой сварную ферму из хромансилевых труб
с приваренной в передней части моторамой. Обшивка дюралюминиевая, частично
выполненная в виде съемных панелей. Нижняя часть фюзеляжа за двигателем закрыта
теплозащитным экраном из жаропрочной стали. В средней части фюзеляжа оборудована
кабина летчика, закрытая двухсекционным фонарем со сдвижной задней секцией.
Летчик защищен сзади стальной бронеспинкой толщиной 8 мм. Подвижный колпак
фонаря оснащен механизмом аварийного сбрасывания. На части самолетов над
козырьком устанавливался фотокинопулемет.
Крыло неразъемное, двухлонжеронное, цельнометаллическое.
Передний лонжерон в подфюзеляжной части представляет собой арку, охватывающую
двигатель. Профиль Clark-YH относительной толщиной от 14 до 7 %. Механизация –
элероны типа «фрайз» и посадочные щитки типа «шренк» с пневмоприводом. Хвостовое
оперение свободнонесущее. Стабилизатор и киль цельнометаллические, рули
металлические с полотняной обшивкой. Управление элеронами и рулем высоты
жесткое, рулем направления – тросовое.
Основные стойки шасси с масляно-воздушной амортизацией, убираемые в крыло
посредством пневмопривода. Убираемая хвостовая опора снабжена стальным роликом и
стальным теплозащитным щитком-обтекателем. Амортизация – набор стальных рессор.
На самолете установлен по реданной схеме реактивный
двигатель РД-10 тягой 900 кгс с восьмиступенчатым осевым компрессором, шестью
прямоточными камерами сгорания и одноступенчатой осевой турбиной. Проходное
сечение реактивного сопла регулируется в зависимости от режима работы двигателя
с помощью выдвижного центрального тела конической формы. Запуск двигателя
производится с помощью небольшого двухцилиндрового двухтактного поршневого
мотора воздушного охлаждения, который, в свою очередь, запускается
электростартером или вручную. Пусковой мотор установлен под передним обтекателем
соосно с компрессором двигателя. При запуске двигатель РД-10 питается бензином,
с выходом на режим малого газа переводится на питание керосином от четырех
крыльевых и одного фюзеляжного баков. Общий запас топлива – 590 кг.
Вооружение состоит из одной или двух пушек НС-23 калибром
23 мм. Боекомплект одной пушки – 60 снарядов. Прицел – ПБП-1А, коллиматорного
типа.
