Д. Соболев - История самолётов 1919 – 1945
Лонжероны, как таковые, отсутствовали. Поверхность была покрыта обшивкой из тонкого гофрированного дюраля. Консоли крыльев соединялись с центропланом с помощью обычных гаек. Фюзеляж также имел ферменную конструкцию из дюралевых элементов, покрытых гофрированной обшивкой. Сборка деталей крыла, оперения и фюзеляжа производилась с помощью заклепок на специальных сгапелях. В целом, конструкция F-13 была, в смысле прочности, целесообразной, но в технологическом отношении довольно сложной.
Развитием F-13 стали одномоторный W-33, трехмоторные G-24, G-31 и, наконец, знаменитый Ju-52/Зт — наиболее распространенный пассажирский самолет в Европе в 30-е годы. По конструкции они были схожи с первенцем пассажирского металлического самолетостроения F-13 и отличались, в основном, размерами и числом двигателей. Создание на основе одного прототипа целых «семейств» летательных аппаратов было очень типично для металлического самолетостроения, т. к. изменение размеров при сохранении основных технологических процессов достигалось в производстве сравнительно легко.
Рис. 1.54. Конструкции планера самолета F-13
Идеи Юнкерса были подхвачены п СССР. Основоположником металлического самолетостроении в нашей стране стал Л. Н. Туполев. Надо сказать, что мысль о перспективности создании самолетов из металла была принята вначале далеко не всеми. Многие считали, что страна, обладающая огромными запасами высококачественной древесины, должна идти по пути деревянного самолетостроения, тем более, что в начале 20-х годов дюралюминий в СССР не производился [29. с. 52 |. Тем не менее Туполеву и его единомышленникам удалось убедить других в том. что будущее — за металлическими самолетами. В августе 1922 г. в СССР была выпущена первая партия отечественного дюралюминии, получившего название «кольчугалюминий», а меньше чем через два года — 26 мая 1924 г. — поднялся в воздух первый советский цельнометаллический самолет АНТ-2 — небольшой одномоторный моноплан со свободнонесущим крылом.
Надо отмстить, что развитию металлического самолетостроения в нашей стране помогло существование концессии Юнкерсом по производству металлических самолетов на заводе в Филях. Немецкие инженеры работали там в 1923–1925 гг., велась сборка двух типов военных самолетов-разведчиков: Ju-20 и Ju-21. Помогавшие им советские специалисты переняли опыт производства металлических самолетов[5]. После расторжения договора с Юнкерсом на филевском авиационном заводе (ныне это завод им. М. В. Хруничева) выпускались первые советские серийные цельнометаллические самолеты И-4, Р-3, ТБ-1, ТБ-3. АНТ-9 [31].
В 1925 г. в конструкторском бюро А. Н. Туполева создали бомбардировщик ТБ-1 (АНТ-4), появление которого оказало влияние на развитие всего самолетостроения. Как и самолеты Юнкерса, это был цельнодюралевый моноплан со свободнонесущим низкорасположенным крылом, ферменной силовой конструкцией и гофрированной обшивкой. Однако и по внешней компоновке, и по внутренней конструкции он существенно отличался от «Юнкерсов». Самолет представлял собой двухмоторный моноплан с двигателями на передней кромке крыла. Крыло имело 5 лонжеронов в виде ферм из соединенных между собой труб, стрингеры, 18 нервюр в центроплане и по 10 в каждой консоли. Если на самолетах Юнкерса конструкция крыла имела вид пространственной фермы с диагональными раскосами, в углах которых проходили трубчатые пояса, то крыло самолетов Туполева характеризовалось более технологичной конструктивно-силовой схемой с плоскими ферменными лонжеронами. Еще одно отличие заключалось в применении Туполевым разработанной им в Центральном аэрогидродинамическом институте обшивки с более крутым гофром (так называемая «волна ЦАГИ»). У потребление такой обшивки вело к некоторому увеличению лобового сопротивления, зато позволяло повысить прочность на 5–7 %, а жесткость — почти на четверть по сравнению с «волной Юнкерса» [32, с. 132].
В момент появления ТБ-1 был самым большим цельнометаллическим самолетом в мире: он имел длину 18 м, размах крыла — 28,7 м, площадь крыла — 120 м. Для уменьшения нагрузки на ручку управления летчик мог изменять в полете угол установки горизонтального стабилизатора. Топливные баки, обеспечивающие самолету дальность 1350 км, находились в центроплане крыла. Внутри фюзеляжа располагались бомбовый отсек, места для летчиков, бомбардира (он же — радист) и стрелков (на самолете имелось три подвижные турели для спаренных пулеметов Льюис). Общая численность экипажа — 5 человек.
ТБ-1 строился в серии в 1929–1932 гг. и находился на вооружении до 1936 г. Он применялся также в гражданской авиации, участвовал в арктических экспедициях. В 1929 г. на серийном ТБ-1 «Страна Советов» со снятым вооружением был выполнен перелет Москва — Петропавловск-на-Камчатке — Сиэтл — Сан-Франциско — Нью-Йорк, общей протяженностью 21242 км, из них 8000 км — над океаном (рис. 1.55). Возглавлял экипаж самолета летчик С.А.Шестаков [21, с. 118–124; 33].
ТБ-1 произвел большое впечатление на американцев, оценивших превосходство новой схемы над деревянными бомбардировщиками-бипланами. «Авиационные специалисты Америки были восхишены прекрасными формами и законченностью конструкции самолета», — писалось в газете «Нью-Йорк Таймс» от 2 ноября 1929 г. [33, с.77]. Созданный в 1932 г. фирмой Боинг двухмоторный бомбардировщик В-9 с толстым монопланным крылом имел заметное сходство с тяжелым самолетом А. Н. Туполева.
Развитием самолета ТБ-1 стал четырехмоторный ТБ-3 (АНТ-6). Самолет совершил первый полет 22 декабря 1930 г. Это был первый в мире четырехмоторный бомбардировшик- моноплан, прототип «летающих крепостей» периода второй мировой войны. По конструкции он был, в основном, аналогичен ТБ-1, но имел значительно большие размеры и вдвое большую площадь крыла. Максимальный вес самолета достигал 22000 кг, он мог брать до 5000 кг бомб. Оборонительное вооружение состояло из носовой, средней и хвостовой пулеметных турелей и двух выдвигаемых в полете подкрыльевых пулеметных башен. Из кабины в фюзеляже через боковые двери можно было попасть внутрь крыла к двигателям и дальше — к подкрыльевым пулеметным башням.
ТБ-3 строился большой серией и в 30-е годы составлял основу советской тяжелой бомбардировочной авиации. Всего советские заводы выпустили 819 самолетов [9, с. 432–433].
ТБ-1 и ТБ-3 — первые серийные многомоторные самолеты-монопланы с двигателями, расположенными вдоль размаха крыла. Эта компоновка была лучше, чем принятая Юнкерсом схема с двумя двигателями на крыльях и одним — в передней части фюзеляжа, т. к. носовой мотор ухудшал обтекаемость фюзеляжа, заслонял обзор вперед, препятствовал установке стрелкового вооружения в передней кабине на военных самолетах. Не удивительно, что примененная А. И. Туполевым схема позднее стала общепринятой при конструировании многомоторных самолетов таких, например, как знаменитые американские «летающие крепости» Боинг В-17 и Боинг В-29.[6]
Рис. 1.55. Самолет ТБ-1 «Страна Советов» в Нью-Йорке
Цельнометаллические самолеты-монопланы строили в 20-е годы и в других странах, в частности, во Франции, обладавшей большими запасами ископаемых, необходимых для производства дюраля. Так, французские фирмы Вибои Кодрон выпустили целое семейство металлических истребителей с толстым свободнонесущим крылом и гофрированной обшивкой. Упоминавшиеся выше американские пассажирские самолеты Стаут «Пульман» и Форд «Тримотор» также имели цельнодюралевую конструкцию с гофрированной обшивкой.[7] Однако, в целом, в этих странах в пекл с военное десятилетие преобладали обычные деревянные самолеты. Из-за распрост раненной там системы субсидий мало что понимающие в авиации государственные советники нередко диктовали свои решения, а авиафирмы были больше заинтересованы в поисках путей получения субсидий, чем в улучшении конструкции самолета. В 1922 г. только 2 из 45 появившихся в этом году в мире новых самолетов имели металлическую конструкцию (4,4 %›, в 1924 г. — 14 из 111 (12,6 %), в 1926 г. — 28 из 122 (39,9 %), в 1928 г., — 17 из 52 (32,7 %) [4, с. 210].
Решительный переход к цельнометаллическим конструкциям произошел только в 30-е годы. Существенной предпосылкой к этому явились результаты расследования катастрофы пассажирского трехмоторного самолета фирмы Фоккер, которая произошла в США 31 марта 1931 г. (Ажиотаж вокруг этого события во многом связан с тем, что среди погибших был любимец американской публики — знаменитый футболист Кнут Рокке). Как выяснилось, деревянный каркас крыла подгнил и сломался в полете [23, с. 22]. После этого доверие к деревянным самолетам было в значительной мере утрачено. В 1931 г. доля металлических самолетов в общем числе вновь созданных самолетов составляла уже 62 % [4, с. 210].
Основным недостатком металлических самолетов был большой вес конструкции. Один квадратный метр площади дюралюминиевого крыла пассажирского четырехмоторного моноплана весил 16 кг, а квадратный метр крыла такого же самолета из дерева и фанеры весил на 3 кг меньше. Металлический 32-местный фюзеляж имел вес 1560 кг, тогда как такой же фюзеляж из стальных труб с полотняной обтяжкой весил 1239 кг [4. с. 20–21]. В период, когда мощность авиадвигателей составляла 400–600 л.с., разница в весе в несколько сотен килограммов заметно сказывалась на грузоподъемности и летных характеристиках. Стремясь минимизировать весовые издержки, конструкторы металлических самолетов старались применять наиболее рациональную конструктивно-силовую схему, даже в ущерб обтекаемости машины. Для того, чтобы увеличить строительную высоту лонжеронов, крыло делалось с большой относительной толщиной — 18–20 %. Гофрированная обшивка могла воспринимать нагрузку на кручение даже при очень небольшой толщине дюралевого листа (0,3 мм). Это позволяло более редко располагать нервюры в крыле и стрингеры в фюзеляже. И все же такого весового совершенства, как у самолетов из традиционных материалов, достичь не удавалось — относительный вес металлической конструкции оставался на 5-10 % выше. Причина в том, что удельная прочность основного конструкционного материала деревянных самолетов — сосны — при работе на изгиб в 2 раза больше, чем у дюралюминия и в 3–5 раз больше, чем у стали [35, с. 80].
