Николай Якубович - Самолеты Р. Л. Бартини
26 ноября 1940 года нарком Шахурин докладывал Сталину:
«В соответствии с Вашим указанием группой арестованных специалистов ‹…› ОСБ (особое бюро, больше известное как ЦКБ-29. – Н.Я.) под руководством Томашевича Д.Л. проектируется одноместный одномоторный истребитель ВИ-1 (с мотором М-105П-Ф с ТК).
ВИ-1 проектируется в двух вариантах – с гермокабиной (ГК) и без гермокабины. Оба варианта имеют общую схему… Самолеты будут отличаться только передней частью фюзеляжа».
По расчетам эти машины (с гермокабиной и без нее) могли развивать скорость 650 и 655 километров в час соответственно. На высоту 8000 метров они могли подниматься за 10 и 9,5 минут, и летать на расстояние до 1750 километров. Вооружение планировалось из 23-миллиметровой пушки и четырех пулеметов, два из которых – крупнокалиберные.
Истребитель «110»
За день до нового 1941 года вышло постановление СНК о постройке третьего экземпляра истребителя в высотном варианте с гермокабиной и двигателем М-107П, оснащенным турбокомпрессором. Этот самолет должен был развивать скорость до 670 километров в час на высоте 7000 метров и подниматься на 8000 метров за девять минут. Расчеты показали, что его дальность достигнет 1590 километров.
Спустя девять дней по приказу НКАП постройку ВИ-1, более известного как самолет «110» или И-110, возложили на завод № 156, при этом первые две машины переориентировали на двигатели М-107П. Летом 1941 года состоялась защита эскизного проекта. Впереди была постройка машины, но начавшаяся война нарушила все планы мирного времени.
Часть ЦКБ-29 эвакуировали в Омск, разместив КБ-4 в Куломзино, на другом берегу Иртыша. Впоследствии это предприятие получило обозначение завод № 289. Обустройство задержало работу по самолету «110», и срок предъявления машины на испытания сместили на июль 1942 года, при этом окончательно решили строить истребитель с перспективным, как тогда казалось, мотором М-107. Однако в этот срок не уложились, предъявив самолет военным лишь осенью 1942 года.
НИИ ВВС, где испытывался истребитель Д.Л.Томашевича, в то время находился в эвакуации в Свердловске (ныне Екатеринбург). Ведущими по машине были инженер В.Ф.Болотников и летчик- испытатель П.М.Стефановский. Вопреки ожиданиям, достигнуть заявленных данных не удалось. Самолет развивал скорость не более 610 километров в час. Это, безусловно, было больше, чем серийные отечественные машины аналогичного назначения, но явно недостаточно для двигателя М-107. Главными причинами этого были большой взлетный вес (3980 килограммов) и недостаточная (1300 лошадиных сил) мощность двигателя из-за его плохого охлаждения. И это несмотря на то, что Дмитрий Людвигович предпринял все меры для обеспечения нормальной работы мотора (в частности, И-110 отличался огромным воздухозаборником системы охлаждения двигателя).
Вслед за созданием истребителя «110» летом 1942 года в КБ-4 был разработан эскизный проект легкого и дешевого противотанкового самолета, получившего обозначение «Пегас». Самолет проходил испытания, но дальше постройки пяти опытных образцов дело не пошло. Был ли привлечен к этой работе «сотрудник» КБ-4 ЦКБ-29 Бартини неизвестно, но, полагаю, исключать это нельзя, поскольку квалифицированных специалистов в те годы катастрофически не хватало, и опыт Роберта Людвиговича мог пригодиться. В пользу этого предположения говорит и тот факт, что после закрытия ЦКБ-29, просуществовавшего до конца 1942 года, и освобождения Томашевича КБ-4, превратившееся в 4-й спецотдел НКВД, возглавил Бартини, который полностью «отмотал» свой срок и вдобавок был понижен в правах еще на пять лет.
Одновременно с участием в проектах Д.Л.Томашевича, Роберт Людвигович приступил к реализации собственных замыслов.
Концепция газодинамического единства
В 1941 году в Омске, куда был эвакуирован завод № 156 с тюремным конструкторским бюро ЦКБ-29, Бартини начал прорабатывать предложение по реактивному самолету «Р».
Если присмотреться к проектам летательных аппаратов, разработанных под руководством Роберта Людвиговича, то можно обнаружить общую черту. Начиная со «Стали-7» конструктор стремился, чтобы как можно больше агрегатов планера создавало подъемную силу при минимальном лобовом сопротивлении. В «Сталь-7» – это, прежде всего, сечение фюзеляжа, близкое к треугольному, плавно сопрягавшемуся с широким центропланом. В первом послевоенном самолете Т-117 – широкий фюзеляж, также вносил вклад в повышение аэродинамического качества. По этому же пути Роберт Людвигович пошел и в годы войны, разрабатывая проект «Р».
Для самолета «Р» была предложена несущая система, представляющая собой крыло с размещенным в нем плоским прямоточным двигателем, в камеру сгорания которого горючее и окислитель поступали в виде перегретых паров.
На старте двигательная установка работала как жидкостный реактивный двигатель (ЖРД) с подсосом воздуха, а при больших скоростях – как прямоточный воздушно-реактивный двигатель с использованием инжекции паров горючего. Проведенные опыты с инжектором такого рода подтвердили правильность предложенной концепции. По образному выражению И.А.Берлина, это была концепция «газодинамического единства планера и силовой установки».
Много лет спустя, на рубеже 1950-х – 1960-х годов, задачи тесного взаимодействия планера, силовой установки и воздушного потока, обтекающего летательный аппарат, стали доминирующими не только в работах Бартини, но и предметом других исследований, направленных на создание сверхзвуковых самолетов. Достаточно отметить такие проекты, как пассажирский самолет Ту-144, бомбардировщик-ракетоносец Ту-160, многоцелевой Т-4 ОКБ П.О.Сухого, американского ХВ-70 «Валькирия» и др. Остро этот вопрос стоит и сегодня при проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов с воздушно-реактивными двигателями, и Бартини был в этом отношении первопроходцем.
Все, кто работал в оборонных отраслях промышленности Советского Союза, знают, что информация, содержащая секретные сведения записывалась в «спецблокноты». В одном из таких блокнотов Бартини изложил суть своего предложения в «Объяснительной записке по определению летных данных самолета «Р», подготовленной во время эвакуации в Омске 21 января 1942 года: ‹
«Основная идея заключается в следующем:
1. Для рациональной компоновки реактивного двигателя с самолетом целесообразно создать машину, в которой струя двигателя и самолета взаимодействуют т[аким] о[бразом], что[бы] интерференция увеличила тягу, уменьшила сопротивление и увеличила подъемную силу.
Такая схема осуществима путем расположения вытянутой вдоль размаха выходной щели газов реактивного двигателя на верхней стороне крыла. Тогда разряжение, созданное крылом, увеличивает скорость истечения газов реактивного двигателя, обдув же верхней стороны крыла дает уменьшение сопротивления и увеличение подъемной силы.
Данное обстоятельство, а также отсутствие в инта и большое уменьшение веса машины в полете приведут к созданию самолета особой схемы.
2. Для улучшения работы воздушно-реактивного двигателя, в особенности на больших скоростях, целесообразно использовать кинетическую энергию перегретых паров топлива, вводимых в камеру сгорания. Мощность струи этих перегре-
тых паров значительна. Если, например, на взлете расход топлива 2 кг/с и скорость его паров 1220 м/с, то их мощность равна 2000 л.с., что может быть использовано для увеличения компрессии в двигателе.
Наддув может быть осуществлен двумя различными путями:
а) непосредственно струями паров топлива через инжекцию при низком КПД компрессора, но при минимальном весе механизмов;
б) с помощью аксиального нагнетателя, приводимого в движение парами топлива, при высоком КПД, но при большом весе механизмов».
Как известно, одной из трудностей при выполнении аэродинамического расчета околозвукового самолета в те годы было определение волновой составляющей лобового сопротивления. Бартини, рассчитывая аэродинамические характеристики проекта «Р», как следует из той же пояснительной записки, «определял внешнее сопротивление ‹…› с учетом влияния числа Маха на Сх (коэффициент лобового сопротивления. – Н.Я.) по эмпирическим данным…
Получен новый метод расчета тяги реактора при заданном геометрическом и термическом профиле канала. Этот метод дает более строгое решение величин, определяющих тягу, применение графического метода для решения дифференциального уравнения dV/ds упрощает технику вычисления».
В публикациях о Бартини можно прочитать, что машина «Р» была предложена по схеме бесхвостка с крылом переменной по размаху стреловидности и двухкилевым вертикальным оперением на его концах. Лично я не встречал в архивах схему этого самолета, но документы, с которыми я работал, подтверждают лишь наличие на крыле шайб (высотой 1 м) и сложную конфигурацию крыла средней относительной толщиной восемь процентов. Более того, как следует из упомянутой пояснительной записки, расчетная скорость самолета «Р» не должна была превышать 1250 километров в час на высоте 10000 метров, а продолжительность полета – 30 минут. Получается, что в январе 1941 года Бартини вполне серьезно рассматривал возможность полета со скоростью в 1,15 раза превосходившую звуковую. В то же время Роберт Людвигович очень осторожно относился к полученным результатам, и в том же документе, подстраховав себя, приписал: «Учитывая предварительный характер расчетов можно полагать, что максимальные горизонтальные скорости [будут] порядка 1000 км/ч».
