Д. Соболев - История самолётов 1919 – 1945
Вместе с тем, немцы, как и советские конструкторы, не имели в своем распоряжении топлив с таким высоким октановым числом как в Англии или США; основной немецкий „истребительный“ двигатель DB-605 выпускался в двух вариантах: для горючего с ОЧ=87 и с ОЧ=96. Поэтому возможности повышения мощности за счет увеличения давления нагнетания были ограничены. Для улучшения высотно-скоростных характеристик самолета немецкие конструкторы применили весьма оригинальный метод — впрыск в нагнетатель закиси азота, являвшейся мощным окислителем и позволявшей компенсировать нехватку кислорода на большой высоте (система GM-1). Резервуары с закисью азота находились в баллонах за кабиной летчика, система подачи окислителя — вытеснительная, с помощью сжатого воздуха.
Чтобы форсировать мощность на небольших высотах, была разработана система впрыска водо-метаноловой смеси (MW-50). Так как давление в двигателе при этом сильно возрастало, форсаж мог быть включен на время не более 10 минут. Перед повторным включением требовался, как минимум, 5-минутный перерыв. Надо также отметить, что при использовании форсажа резко сокращался ресурс работы двигателя. Так, свечи зажигания в этом случае приходилось заменять через каждые 15–20 часов.
Указанные способы повышении мощности давали значительный эффект. Благодаря подаче закиси азота DB-605 сохранял мощность 1250 л.с. на высоте 8500 м. а форсирование мотора путем впрыска водо-метаноловой смеси увеличивало мощность у земли с 1475 до 1800 л.с. Однако и весовые издержки были немалыми: только одна система GМ-1 весила 180 кг [12]. По этой причине аппаратура GМ-1 и MW-50 применялась всегда по отдельности, в зависимости от того, предполагаются ли бои на большой высоте или вблизи земли.
Вовремя первой мировой войны подавляющее большинство европейских истребителей имело звездообразный двигатель воздушного охлаждения. В рассматриваемый же период, наоборот, в Англии, Германии и СССР конструкторы истребителей отдавали предпочтение двигателям водяного охлаждения. Они имели меньшие поперечные размеры, чем „звезда“, а в развале блока цилиндров можно было установить пушку, стреляющую через ось пропеллера.
Замена двигателя водяною охлаждения на звездообразный с воздушным охлаждением на истребителях Лавочкина в 1942 г. (ЛаГГ-3 — Ла-5) была вынужденной мерой. Как уже отмечалось, цельнодеревянный „ЛаГГ“ оказался слишком тяжелым для стандартного советского „истребительного“ мотора М-105. Более мощных серийных двигателей водяного охлаждения в СССР в то время не имелось, поэтому С.А.Лавочкин решился на установку 14-цилиндровой „двойной звезды“ М-82, имевшей номинальную мощность 1330 л.с. на высоте 2000 м и взлетную мощность 1700 л.с. Сложность такой модификации усугублялась тем, что по размерам новый двигатель выходил за габариты фюзеляжа, а переделка всего самолета под двигатель означала бы длительную задержку в выпуске, что в то напряженное время являлось недопустимым. Выход был найден в установке второй (несиловой) обшивки по бортам фюзеляжа, сглаживающей разницу в размерах двигателя и планера самолета.
Эксперимент оказался удачным. Благодаря приросту мощности максимальная скорость самолета Ла-5 (рис. 4.10) возросла примерно на 50 км/ч, значительно улучшились характеристики приемистости, скороподъемности и вертикальной маневренности. В следствии меньшей уязвимости двигателя воздушного охлаждения (отсутствует радиатор» его живучесть была выше, чем у двигателя водяного охлаждения, что благоприятно сказалось на живучести самолета в целом. Из «лакированного гроба», как называли летчики «ЛаРГ». самолет превратился в один из лучших истребителей второй мировой войны.
Рис. 4 10. Истребитель Ла-5
В целом, в результате модификации силовых установок истребителей их максимальная мощность за годы войны возросла в среднем почти в два раза. Это было достигнуто повышением их литровой мощности и. в меньшей степени, увеличением рабочего объема (табл. 4.5). Наиболее форсированными по оборотам и наддуву были двигатели фирмы «Роллс-Ройс». Это неудивительно, т. к. за основу силовой установки «Спитфайров» были взяты двигатели «Роллс-Ройс» для гоночных «Супсрмаринов»
Таблица 4.5. Развитие некоторых параметров двигателей истребителей «Спитфайр», «Мессершмитт», «Як» и «Ла» 18; 11:401Другим важным направлением в улучшении скоростных качеств истребителей являлось усовершенствование их аэродинамики.
Этот путь, в принципе, был более рациональным, т. к. повышение мощности вызывало увеличение веса, расхода топлива, усиление нежелательного реактивного момента и др. Улучшение же форм самолета давало «чистый плюс».
Сложность заключалась в том, что к началу второй мировой войны внешние формы летательных аппаратов, рассчитанных на скорости 500–600 км/ч, были близки к совершенству. Оставалось идти по пути мелких аэродинамических усовершенствований, заключавшихся в устранении или улучшении формы небольших выступающих в поток деталей, лучшей внутренней герметизации планера и т. д.
Важнейшую роль в деле аэродинамического «облагораживания» самолетов сыграло создание натурных аэродинамических труб. В трубе Т-101 ЦАГИ в годы войны были исследованы все основные типы серийных самолетов (рис. 4.11). Более двадцати моделей военных самолетов прошли испытания в натурной аэродинамической трубе в исследовательском центре Ленгли в США. При этом использовалась следующая методика: с летательного аппарата снимались или тщательно закрывались обтекателями выступающие в поток детали (радиаторы, вооружение, антенны и др.), герметизировались все щели и после этого замерялся коэффициент лобового сопротивления «идеального» самолета. Затем поэтапно убирали обтекатели или устанавливали ранее снятые агрегаты и замеряли долю отдельных элементов в общем сопротивлении самолета. Если эта доля была значительной, изыскивались способы перекомпоновки данного агрегата для улучшения обтекаемости [13, с. 110].
Рис. 4. 11. Ла 5 в аэродинамической трубе ЦАГИ
Отдельные доработки приводили, казалось бы, к незначительному эффекту, однако в сумме эти изменения дали существенное улучшение аэродинамики и заметный прирост скорости. Тщательное усовершенствование серийного самолета нередко создавало больший эффект, чем разработка новой машины.
Для подтверждения сказанного приведу два примера. Уборка в полете хвостового колеса шасси у истребителя «Спитфайр» дала прирост скорости в 8 км/ч, улучшение формы кока винта — 6 км/ч, применение щитков ниш уборки шасси — 5 км/ч, изменение формы антенны — 1 км/ч, устранение аэродинамических компенсаторов на элеронах — 10 км/ч, замена плоского лобового стекла выпуклым — 10 км/ч, изменение конструкции выхлопных насадок двигателя — 6 км/ч, улучшение отделки внешней поверхности самолета — 14 км/ч, изменение формы законцовок крыла — 1,5 км/ч, усовершенствование формы обтекателя зеркала заднего вида — 1,5 км/ч 114]. Суммарное увеличение скорости составило 63 км/ч.
Результаты изучения самолета Лa-5 в ЦАГИ в 1942 г. дали следующий эффект: за счет улучшения внутренней герметизации (капот, противопожарная перегородка и др.) скорость машины возросла на 12,1 км/ч, внешней герметизации (швы капота, створки и т. д.) — на 11,7 км/ч, закрытия ниш шасси — на 6,2 км/ч, усовершенствования формы фонаря кабины — на 2,7 км/ч, уменьшения щелей на органах управления — на 2,3 км/ч; итого удалось добиться увеличения скорости на 35 км/ч [15, с. 66]. Большой эффект был достигнут и на модификации Ла-7. Как следует из рис. 4.14 г, благодаря лучшей аэродинамике его максимальная скорость на номинальном режиме была на 25–30 км/ч больше, чем у Ла-5ФН, при одинаковой мощности двигателей. В целом же только за счет аэродинамических усовершенствований скоростные характеристики истребителей Ла-5 (Ла-7) возросли на 60–65 км/ч, что равноценно результатам, полученным на «Спитфайре». Такой прирост скорости эквивалентен увеличению мощности мотора более чем на треть, причем без увеличения веса самолета [16, с. 18].
Рис. 4.12. Истребитель Мессершмитт Bf. 109F
Улучшение аэродинамики «Мессершмитта» за первые два года войны можно проследить при сравнении моделей Bf. 109Е (см. рис. 3.36) и Bf. 109F (рис. 4.12). Как видно из фотографий, на модификации «F» конструкторы значительно увеличили размеры кока винта, более обтекаемым стал капот двигателя, радиаторы глубже «утопили» в крыле, закруглили законцовки крыла, убрали подкос к горизонтальному оперению. Это, наряду с 10-процентным повышением мощности двигателя, дало прибавку в скорости примерно на 50 км/ч. В последующие годы модернизация истребителя происходила, в основном, за счет увеличения мощности силовой установки.
