Дмитрий Соболев - Экспериментальные самолёты России. 1912-1941 гг.
Специальный движитель может быть 3-х различных типов:
а). Реактивный движитель ракетного типа…
б). Или реактивный движитель может состоять из паровой турбины.
в). Наконец — для движителя может быть использован нормальный мотор, изменённый таким образом, чтобы он сохранял свою мощность на высоте, т. к. разрежённый воздух стратосферы недостаточен для правильной карбюрации и полного сгорания горючего в цилиндре обычного авиационного мотора.
Из этих трёх решений последнее решение, хотя и является паллиативным, т. к. позволяет достигнуть высоты полёта лишь в пределах до 15–18 км, однако на настоящей стадии техники является единственно реальным. Первые два решения находятся в настоящее время лишь в состоянии лабораторных опытов. Поэтому Конструкторский Отдел (КО) и Бюро Новых Конструкций (БНК) ЦАГИ пошли при осуществлении построения стратосферного самолёта в направлении реализации третьего пути решения вопроса.
Сохранение мощности мотора может быть получено путём построения мотора внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Однако реализация такого мотора представляет настолько значительные механические трудности, что такого рода решения в настоящее время приходится признать нереальными.
Поэтому остаётся второй путь — постановка на моторах импеллеров (нагнетателей. — Д.С.), назначение которых состоит в том, чтобы, засасывая большие количества разрежённого воздуха, сжимать его примерно до атмосферного давления и при этом давлении подавать в мотор. Таким образом, для полёта в стратосферу требуется специальный высотный мотор с сильным импеллером.
Следует отметить, что современные импеллеры на своё вращение поглощают достаточно большую мощность, а именно на высоте 15 км до 40–50 % мощности мотора. Последнее условие и ограничивает применение мотора с импеллером высотой лишь примерно до 18 км.
Изучение характеристических винтов, употребляемых в авиации, показывает, что их коэффициент полезного действия быстро убывает с высотой. Так как тяга винта пропорциональна массе воздуха, протекающей через площадь, ометаемую винтом, то отсюда легко заключить, что всякое уменьшение этой массы соответствует уменьшению тяги винта и, следовательно, уменьшению его коэффициента полезного действия, тем более значительному, чем более воздух будет разрежён. Наиболее простым средством здесь является, по-видимому, постановка винта регулируемого переменного шага во время полёта.
Второй способ получения решения вопроса, вытекающий из изучения характеристических кривых винтов, заключается в построении винта, могущего менять с высотой свою скорость вращения при сохранении скорости вращения мотора, что может быть достигнуто с помощью установки коробки скоростей.
Третьим обстоятельством, с которым мы встречаемся в стратосферном полёте, является сохранение жизни лётчика и возможность для него нормально работать в удобных условиях на большой высоте. Организм человека может существовать более или менее нормально до высот в 6–7 км. На высотах от 6 до 12 км жизнь может быть поддержана добавочным кислородным питанием. Выше 12 км давление настолько мало, что человеческий организм погибает. Поэтому для осуществления стратосферного полёта необходима особая герметическая кабина, в которой поддерживается необходимое давление, вводится кислород, обеспечивающий дыхание лётчику, и удаляется углекислый газ, выделяемый при дыхании. Чрезвычайно низкие температуры от -50 до -70 °C в стратосфере создают также ряд трудностей, а именно, явление обмерзания, замерзания смазки органов управления, необходимость отепления кабины. Однако эти трудности при современном состоянии техники могут быть разрешены»[162].
Помимо Конструкторского отдела и Бюро новых конструкций ЦАГИ проектированием стратопланов занимались в Военно-воздушной академии и в НИИ Гражданского воздушного флота. В отличие от высотных самолётов ЦАГИ, эти стратопланы должны были иметь по два двигателя и были рассчитаны на достижение высот 16–18 км (расчётный потолок самолётов ЦАГИ составлял около 15 км)[163].
Проект стратосферного самолёта БНК-4, созданный под руководством С.А. Лавочкина в 1932 г., предусматривал размещение двухместной гермокабины в передней части фюзеляжа. За кабиной устанавливался двигатель М-17 и паровая турбина, обеспечивающая наддув силовой установки с помощью двухступенчатого центробежного нагнетателя. Воздушный винт — с гидравлическим приводом от мотора. Оперение вынесено на балках, шасси — убирающееся в полёте. Конструкция самолёта цельнометаллическая с двойной обшивкой верхней поверхности крыла для конденсации выходящего из турбины пара. Расчётные характеристики: площадь крыла — 45 м2, полётный вес — 2300 кг, мощность двигателя — 500 л. с., максимальная скорость на высоте — 400 км/ч, потолок — 14 500 м, продолжительность полёта — 2 часа. Проект был отклонён в 1933 г. из-за чрезмерной новизны конструкции и опасности вибраций балочного хвостового оперения.
РГАЭ. Ф. 8328. Оп. 1. Д. 702. Л. 7-10Велись также переговоры с «Юнкерсом» о совместном продолжении работ по экспериментальному самолёту Ju 49 и даже прорабатывался заказ в Германии трёхместного стратоплана военного назначения с рабочей высотой полёта 15 км. Приход Гитлера к власти поставил крест на этих планах.
Пришлось опираться на собственные силы. Из всех проектов выбор пал на стратоплан Конструкторского отдела ЦАГИ, на базе которого было создано Бюро особых конструкций (БОК) под руководством старшего инженера ЦАГИ Владимира Антоновича Чижевского. В коллектив бюро входили инженеры Н.Н. Каштанов, В.И. Лапчинский, В.Г. Флоров и др. «Бюро Особых Конструкций является объединяющим и руководящим органом ЦАГИ по всем вопросам, возникающим в связи с осуществлением поступающих новых идей технической мысли и изобретений, относящихся к области исследовательской или опытно-производственной работы ЦАГИ, но не укладывающихся в рамки плановой работы отдельных Отделов ЦАГИ», — сказано в Положении о БОК от 27 января 1931 г.[164]
Но немногочисленному коллективу БОК был не под силу столь широкий круг задач, и там сосредоточились на стратосферных полётах. В 1932 г. под руководством Чижевского была изготовлена герметическая гондола экипажа стратостата «СССР-1», 30 сентября 1933 г. осуществившего полёт на рекордную высоту 19 тыс. м. Теперь дело было за стратопланом.
Создание самолёта, получившего обозначение СС («стратосферный самолёт»), а позднее БОК-1, велось по постановлению Комитета Обороны от 4 июля 1932 г. Так как конструктивные требования к высотным и дальним самолётам близки (большой размах крыла, невысокая нагрузка на крыло, хорошее аэродинамическое качество), по схеме СС был похож на строящийся в ЦАГИ моноплан «Рекорд дальности» (АНТ-25), но имел меньшие размеры. Принципиальными новшествами являлось применение гермокабины и высотной силовой установки. По предварительным оценкам, при моторе М-34 с двухступенчатым нагнетателем конструкции Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) самолёт должен был иметь потолок 16 км, максимальную скорость на этой высоте 300 км/ч, дальность полёта— 1100 км. Срок готовности — 4-й квартал 1933 г.
В справке о состоянии работ на 1 октября 1932 г. сказано: «Приступлено к сдаче в производство чертежей отъёмной части крыла. Закончен расчёт хвостовой части фюзеляжа и начинается конструктивная разработка. Закончен расчёт герметической кабины (2-й вариант) и разрабатывается её конструкция.
При осуществлении этого проекта имеются трудности следующего порядка.
1. Отсутствие готового высотного мотора. Вопрос импеллера — новый вопрос и требует большой работы по его осуществлению.
2. Отсутствие винта с поворотными лопастями. Необходимо решить задачу поворотной втулки к мотору М-34. Новизна вопроса и отсутствие опыта у нас требует специальных больших экспериментальных работ.
3. Отсутствие достаточного количества работников, что задерживает темп работ»[165].
В.А. Чижевский у гондолы стратостата СССР-1.
К постройке самолёта приступили в конце 1932 г. на заводе опытных конструкций ЦАГИ, но уже в феврале следующего года производство перевели на московский авиазавод № 39, где незадолго до этого изготовили гермокабину стратостата «СССР-1». Туда же, на завод № 39, перебрался коллектив БОК.
Большую часть приборного оборудования для БОК-1 приобрели за границей, на это было выделено 15 тыс. золотых рублей. Обсуждался вопрос о заказе у французской фирмы «Рато» турбонагнетателей — устройств, основанных на использовании турбины, вращающейся в потоке выхлопных газов. В отличие от обычных нагнетателей с приводом от двигателя, турбонагнетатель почти не потреблял мощности, однако вращающаяся со скоростью до 25 тыс. оборотов в минуту и раскаляющаяся в потоке горячих газов до температуры 800 °C крыльчатка требовала специальных конструкционных материалов, которые ещё не были созданы. Из-за ненадёжности турбин «Рато» и отсутствия собственных наработок пришлось отказаться от этой идеи.
