История самолётов 1919 – 1945 - Д. Соболев

Очень большое внимание улучшению аэродинамического совершенства истребителей уделял коллектив Л.С.Яковлева. Как уже отмечалось, из-за отсутствия высокооктанового горючего и сверхжаропрочных материалов возможности форсирования двигателей M-105 были ограничены, и основные надежды приходилось возлагать на уменьшение аэродинамического сопротивления самолета и его взлетного веса.

Лучшим серийным истребителем Яковлева был Як-3 (рис. 4.13). А.С.Яковлев писал: «При разработке этого самолета проводилось коренное усовершенствование аэродинамики и тщательная ревизия всех деталей. Увеличение производства цветного металла в стране позволило тяжелые деревянные лонжероны крыла заменить дюралевыми. Маслорадиатор перенесли из-под фюзеляжа в крыло, а водорадиатор предельно утопили в фюзеляж, улучшили форму кабины, сделали убирющимся костыльное колесо. Площадь крыла уменьшилась с 17,15 до 14,85 м²» [18,с.81]. По оценке известного аэродинамика В.С.Пышнова, лобовое сопротивление Як-3 по сравнению с Як-1 уменьшилось на 20 % [19, с. 54].

Рис. 4.13. Истребитель Як-3

Рис. 4.14 Высотно-скоростные характеристики истребителей «Спитфайр» (А). «Мессершмитт» (Б), «Як» (В) и «ЛаГ Г»/«Ла» (Г) [8; 17]

Благодаря повышению мощности и высотности силовой установки и уменьшению лобового сопротивления истребителей их высотно-скоростные характеристики значительно улучшились. Как видно из рис. 4.14, скорость самолетов на малых и средних высотах возросла в среднем на 100–120 км/ч. Наибольшей скоростью на больших высотах (8-10 км) обладали «Спитфайры», что объясняется их более совершенной системой наддува с двухступенчатым нагнетателем и системой промежуточного охлаждения смеси. На Восточном фронте, в отличие от Западного имеющего четкую линию фронта, бои между самолетами происходили на сравнительно небольшой высоте (обычно до 4.500 м), поэтому на советских истребителях стояли менее высотные моторы. Немцы, вынужденные вести боевые действия как вблизи земли, так и на больших высотах — при отражении налетов англо-американских бомбардировщиков. применяли на «Мессершмиттах» систему впрыска закиси азота для улучшения высотности двигателя.

Увеличение веса силовой установки и рост аэродинамических нагрузок из-за возросших скоростей привели к необходимости усиления конструкции планера самолета. На истребителе «Спитфайр» Мк.21 даже пришлось полностью заменить крыло, т. к. прежняя конструктивно-силовая схема при малой относительной толщине профиля уже не обеспечивала требуемой жесткости, были случаи реверса элеронов. С ростом взлетной массы приходилось также усиливать шасси. Из-за большого скоростного напора применяемую ранее полотняную обшивку на рулевых поверхностях и задней части фюзеляжа заменили на жесткую — фанерную (на «Яках») или дюралевую (на «Спитфайре»).

Чтобы избежать увеличения веса, на последних моделях «Спитфайра», отличающегося крылом малой толщины, дюралюминиевые лонжероны заменили на стальные. Это позволило сохранить и даже уменьшить относительный вес конструкции — с 0,33 на Mk.l до 0,29 на Мк.21 [14,с.771].

Еще большими резервами для модернизации располагали советские самолетостроители. В конструкции первых «Яков» и «ЛаГГов» широко применялось дерево и полотно. В начале войны это решение вполне себя оправдало, так как позволило после эвакуации в трудных производственных условиях наладить массовый выпуск истребителей из доступных материалов, в обстановке острого дефицита алюминиевых сплавов. Однако при схеме свободнонесущий моноплан с относительно тонким крылом деревянные силовые конструкции проигрывали в отношении веса по сравнению с металлическими. Поэтому, когда советская промышленность, благодаря созданию новых предприятий на востоке страны и помощи союзников, вновь начала массовый выпуск алюминиевых сплавов, на самолетах стали более широко использовать металл. В 1942 г. тяжелые и громоздкие сосновые коробчатые лонжероны крыла истребителя «Як» заменили на металлические — с дюралюминиевой стенкой и стальными полками. В результате этого вес конструкции крыла уменьшился на 79 кг, внутри появилось дополнительное пространство, позволившее увеличить объем крыльевых топливных баков [9, с. 194]. В 1943 г. такое же изменение претерпело крыло истребителя Лавочкина.

Обратный процесс — замена дюралюминия деревом — происходил в конце войны на «Мессершмиттах». Изнуренная бомбардировками и лишившаяся источников бокситов германская индустрия уже не могла удовлетворять требованиям авиапромышленности. Поэтому на последней модели «Мессершмитта» — Bf.109K — задняя часть фюзеляжа и оперение были выполнены из дерева. Технологию производства самолета максимально упростили с расчетом на его массовый выпуск руками малоквалифицированных рабочих, в основном женщин и подростков. Вообще ситуация с авиацией в Германии в последние месяцы войны во многом напоминает положение в этой области в СССР во второй половине 1941 — начале 1942 гг.

Иногда истребители специально приспосабливали для выполнения той или иной боевой задачи, которая ранее не ставилась. Например, когда в 1943 г. началось наступление советских войск, для их поддержки и сопровождения бомбардировщиков стало необходимым повысить дальность полета истребителей. В результате появились специальные варианты самолета Як-9 с увеличенными запасом топлива и дальностью. Так как все топливо сумели разместить во внутренних баках, модификация не вызвала роста аэродинамического сопротивления и скорость уменьшилась мало (табл. 4.6). В Англии и США для повышения дальности истребителей широко применялись подвесные сбрасываемые в полете топливные баки.

Выпускались также специальные высотные варианты истребителей, использовавшиеся в ПВО для борьбы с высоколетяшими вражескими бомбардировщиками и разведчиками. Немцы, как отмечалось, использовали для повышения высотности «Мессершмиттов» впрыск закиси азота в двигатель. Расход окислителя составлял 3,3 кг/мин, емкость бака — 115 л.

Высотные варианты «Спитфайров» (они обозначились буквами HF, от «high- altitude fighter» — «высотный истребитель») отличались двигателем с более высокой степенью наддува, специальным 4-лопастным пропеллером фирмы Ротол и увеличенным на метр размахом крыла. Для обеспечения приемлемых условий для летчика набольших высотах конструкторы применили герметизированную кабину, давление в которой на высоте 12000 м соответствовало давлению на 8-километровой высоте над уровнем моря [14].

Первый высотный «Спитфайр», HF.VI, появился в английских ВВС в 1941 г. Его потолок составлял около 12000 м. Впоследствии на вооружение поступили модификации HF.VII. HF.VIII, HF.IX и др. Их максимальная высота полета уже превышала 13000 м.

В СССР во время войны также работали над специальным высотным самолетом для системы ПВО. Он был необходим для противодействия разведчику Ju-86R, регулярно появлявшемуся над Москвой. Очень большая высота полета (12–13 км) делала этот разведчик неуязвимым для обычных истребителей.

За основу высотного перехватчика был взят истребитель Як-9. Двигатель М-105П оснастили двухскоростным двухступенчатым нагнетателем конструкции Доллежаля, для уменьшения веса самолета облегчили вооружение, оставив только пушку. Данная модификация получила обозначение Як-9ПД.

Попытка перехвата, предпринятая 2 июня 1943 г., оказалась безуспешной: высота 11650 м, достигнутая Як-9ПД, не позволила «достать» немецкий разведчик [21, с.123]. После дополнительных мер по уменьшению взлетного веса самолета до 2500 кг, увеличению числа оборотов нагнетателя и установке нового винта с более широкими лопастями потолок самолета достиг 13100 м. Для лучшей работы двигателя его оборудовал и системой впрыска водо-спиртовой смеси, увеличили теплоотдачу радиатора. Недостатком самолета являлось отсутствие на нем гермокабины (в СССР надежных гермокабин для истребителей в то время еше не было). Из-за этого летчик, даже с кислородной маской, не мог долго находиться на высотах, близких к потолку машины. Человек с его физиологическими особенностями становился препятствием на пути развития летательных аппаратов.

Любое улучшение характеристик самолета бессмысленно, если его вооружение неадекватно требованиям фронта. Неэффективность пулеметов винтовочного калибра ‹7,6–7,9 мм) против самолетов с бронезашитой пилота и протектированными баками выявилась уже в начале войны. Кроме того, с ростом скорости полета во время боя противник находился под прицельным огнем все более короткое время и, следовательно, все меньше пуль достигало цели. Даже восьми 7,7-мм пулеметов «Спитфайра» оказалось недостаточно.