ПОРШНЕВЫЕ ИСТРЕБИТЕЛИ С.А. ЛАВОЧКИНА С РЕАКТИВНЫМИ УСКОРИТЕЛЯМИ

Окончание. Начало в № 3-4/97.

Алексей ФОМИЧЕВ

Эксперименты с установкой воздушно-реактивных двигателей на поршневые истребители начались еще в предвоенные годы. В 1939 г. на совещании Технического совета НКАП конструктор И.А. Меркулов выдвинул предложение об использовании ПВРД в сочетании с собственной ВМГ самолета для увеличения его максимальной скорости. Работы велись при поддержке директора завода № 1 НКАП П.А. Воронина (с 1940 г. - заместитель наркома авиационной промышленности). В августе того же года появился первый ПВРД Меркулова из серии ДМ ("дополнительный мотор") - ДМ-1 с диаметром 240 мм, а в декабре на истребитель И-15 бис установили два ДМ-2 с диаметром 400 мм. На этой машине с декабря 1939 г. по май 1940 г. летчики-испытатели П.Е. Логинов, А.В. Давыдов и Н.А. Сопоцко совершили 54 полета. При собственной скорости самолета 315 км/ч ускорители давали прирост в среднем 15 км/ч. В сентябре 1940 г. летные испытания прошел И-153 с ДМ-2 (летчики-испытатели П.Е. Логинов, А.В. Давыдов и А.И. Жуков) и показал средний прирост скорости при включении ПВРД - 30 км/ч. Менее чем через месяц на испытания вышел И-153 с усовершенствованными двигателями ДМ-4. 27 октября на нем на высоте 2000 м был получен прирост в 51 км/ч. Однако расход бензина у ПВРД оказался существенно большим, чем у поршневых моторов, и у ДМ-4 достигал 20 кг/мин.

В январе 1941 г. в письме на имя И.В. Сталина нарком А.И. Шахурин докладывал: "Кратковременное использование ВРД дает возможность самолету получить преимущество в бою за счет максимальной скорости, что позволяет догнать противника или уйти от него.. В настоящее время высокий расход топлива ВРД не позволяет еще говорить о непосредственном применении его на боевых самолетах. Потребуется доработка двигателя, для чего в ЦАГИ организуется специальная группа по изучению проблемы реактивного двигателя. Кроме того, для проведения дальнейших конструкторских экспериментальных работ по развитию ВРД и его применению намечено организовать опытную базу по герметическим кабинам и реактивным двигателям в про мышленном здании бывшей суконной фабрики, занимаемой в данное время домом инвалидов-хроников около станции Владыкино под Москвой".

В 1940-1941 гг. проводились работы по установке ВРД на опытный истребитель Боровкова и Флорова БоФ-1 (И-207 № 3) и на Як-1. На И-207 было совершено около 20 полетов с включенными ПВРД (ДМ-4). Параллельно эти конструкторы проектировали истребитель с мотором М-71 и двумя ПВРД ДМ-12. По расчетам прирост скорости от включения ускорителей достигал 100-150 км/ч при продолжительности их функционирования 20 минут. Работы по Як-1 с ПВРД, обещавшего дать десятиминутный прирост скорости приблизительно в 100 км/ч, развития не получили. Годом позже Яковлев спроектировал истребитель Як-7Р с одним ЖРД Д-1А-1100 Л.С. Душкина и двумя ПВРД ДМ-4, но реализовать его не удалось. В 1944 г. на поршневой истребитель Як-7Б установили двигатели ДМ-4с, и на этом самолете летчик-испытатель С.Н. Анохин совершил несколько полетов, получив максимальный прирост скорости от включения двух ПВРД - 53 км/ч на высоте 2340 метров.

Наибольший объем работ по установке воздушно-реактивных двигателей на поршневые самолеты был произведен на истребителях С.А. Лавочкина.

В августе 1942 г. летные испытания прошел ЛаГГ-3 № 31213173 с двумя прямоточными двигателями ВРД-1 конструкции НИИ ГВФ и ИХФ (их создатель М.М. Бондарюк тогда был начальником ОКБ-3 НИИ ГВФ). Целью испытаний являлась оценка эффективности и эксплуатационных качеств ВРД-1, представленных в двух вариантах: нормальном (диаметр входа 140 мм, общая длина 2150 мм, вес 16 кг) и форсированном (диаметр входа 170 мм, общая длина 1900 мм, вес 16 кг). Двигатели крепились к плоскостям самолета возле второй нервюры. Подача топлива в них производилась при помощи бензонасоса БНК-10, установленного на правом приводе синхронизатора мотора. От нагнетателя мотора отбирался воздух для распыла и частичного испарения бензина.

Перед началом летных испытаний на земле произвели татировку истечения топлива. Провели огневые испытания ВРД-1, в которых для создания скоростного напора впереди испытуемого самолета устанавливается ЛаГГ-5. Двигатель на земле удалось запустить только два раза, но из-за неравномерности и небольшой скорости обдувающего потока выводы о работе ВРД-1 сделать не удалось.

Первый полет ЛаГГ-3, состоявшийся 5 августа, посвятили проверке крепления ПВРД. Затем в шести последующих провели отработку подачи горючего, регулировку состава смеси и системы зажигания, проверку запуска и работы ВРД-1 на различных высотах и скоростях. В семи полетах исследовались пусковые качества и эффективность двигателей, а также была определена потеря максимальной скорости при наличии и отсутствии обтекателей узлов подвески. Всего до 16 августа на ЛаГГ-3 с ВРД-1 летчик-испытатель капитан Мишенко совершил 14 полетов.

Полученный абсолютный прирост максимальной скорости (по отношению к скорости полета с выключенными ПВРД) на высоте 1500 м составил 12-15 км/ч. Сами двигатели вместе с обтекателями узлов подвески имели большое аэродинамическое сопротивление и снижали максимальную скорость на 35-40 км/ч. Хотя процесс горения в ВРД-1 не отрегулировали, полученный прирост скорости от расчетной величины отличался незначительно. Согласно проведенным расчетам при полете Лагг-3 № 31213173 с мотором М-105ПФ увеличение максимальной скорости от включения ускорителей должно было составить 23 км/ч на высоте 4000 метров и 17 км/ч на высоте 1500 м для нормального варианта и, соответственно, 49 и 40 км/ч - для форсированного. Правда, последний вариант из-за недостаточной производительности насоса ВНК-10 не испытывался.

По результатам летных испытаний сделали заключение: "Необходимо форсировать работы по улучшению режима горения, запуску на больших высотах, автоматическому регулированию состава смеси и конструированию рациональных форм подвески и ВРД, обеспечивающих более органическую связь с самолетом". Отчет о проведении первого летного испытания ЛаГГ-3 с ВРД-1 в настоящее время хранится в научно-технической библиотеке НЦ им. М.В. Келдыша.

М.М. Бондарюк продолжал работы над созданием авиационных прямоточных двигателей, и в 1944 г. появился ПВРД-430 (диаметр 430 мм) с тягой 170 кгс у земли. В марте 1946 г. на 301-м заводе выполнили эскизный проект опытного самолета С.А. Лавочкина "120" с двумя такими двигателями. Однако затем выбор пал на четырехпушечный истребитель "126". Этот самолет, доработанный под установку двух дополнительных двигателей ПВРД-430, получил заводской индекс "164".

На обеих консолях крыла возле нервюры № 2 установили четыре легкосъемных узла крепления ускорителей, между крылом и корпусом двигателя - металлические обтекатели, а на левой консоле над ПВРД-430 - приемник давления. Дополнительно были усилены узел крепления стабилизатора и лонжерон руля высоты. Внутри кабины разместили оборудование, связанное с работой ускорителей. На место двух пушек - левой и крайней правой, боекомплектов и патронных ящиков к ним установили агрегаты управления и питания системы ПВРД.

На летно-испытательной станции завода № 301 в период с 26 июня по 4 сентября 1946 г. прошли совместные заводские испытания самолета "164". Их целью являлось получение исходных данных для определения эффективности работы и эксплуатационных качеств ускорителей. Летчики-испытатели завода А.В. Давыдов и А.А. Попов совершили 34 полета (29 и 5 соответственно) общей продолжительностью двенадцать с половиной часов на высотах 200, 500, 1000, 2000, 3000 и 4800 метров. В тридцати полетах включались ПВРД и в сумме проработали в воздухе 46 минут. Из всех 110 включений ускорителей в 20 происходили отказы зажигания, основной причиной которых стали неполадки в системах зажигания и топливоподачи. Только в одном случае отказ произошел, когда обе эти системы были исправны. Анализ причин этих отказов показал, что к ним приводил либо перегар бабины, либо нештатная работа пусковой форсунки, связанная с ее засорением или с нарушением регулировки дросселя.

Полученная на испытаниях максимальная скорость полета с работающими ПВРД составила 694 км/ч на высоте 2340 метров и 663 км/ч на высоте 1235 м. Прирост скорости, соответственно, был равен 109 и 104 км/ч, что совпадало с расчетными данными и свидетельствовало о хорошей работе двигателей. Однако ускорители имели большое аэродинамическое сопротивление, и это приводило к ухудшению летных характеристик. В итоге, прирост скорости относительно самолета, необорудованного ускорителями, на указанных высотах составил только 64 км/ч и 62 км/ч. При условии улучшения аэродинамики подвески ускорителей и отработанной регулировке подачи горючего на полностью установившейся скорости прирост скорости самолета "164" на высоте 2000 метров на отрезке 10-15 км можно было довести до 75-80 км/ч, а на высоте 5000 метров - до 90-100 км/ч.

Техника пилотирования этого самолета на взлете, при наборе высоты и на горизонталях, по мнению ведущего летчика-испытателя А.В. Давыдова, существенно не отличалась от техники пилотирования обычного серийного истребителя С.А. Лавочкина. Исключение составлял взлет, который продолжался несколько дольше и требовал большей длины разбега (приблизительно на 100-125 метров).

Использование в качестве ускорителей ПВРД давало ряд преимуществ по сравнению с ЖРД: меньшее время на подготовку двигателей к полету, работа ускорителей на том же топливе, что и основной мотор, отсутствие на борту такого агрессивного вещества как азотная кислота, возможность производить многократные включения и выключения ускорителей в полете и легкосъемность их подвески. В дополнение ко всему перечисленному, ПВРД-430 оказались очень просты в эксплуатации и в аэродромном обслуживании.

Истребитель "138" с ПВРД-430 (1947г.)

На основании результатов испытаний рекомендовалось по устранении выявленных дефектов установить ПВРД-430 на самолет "130" с большим запасом горючего и после проведения заводских испытаний предъявить его на государственные. Так в плане работ на 1947 г. появился новый опытный самолет "138". Он был создан на базе серийного истребителя Ла-9 и оснащен двумя дополнительными ПВРД-430, каждый из которых крепился под крылом на трех регулируемых узлах.

В связи с установкой ускорителей с Ла-9 сняли крайнюю правую пушку с питанием, снабдив его оборудованием, предназначенным для обслуживания и управления ПВРД.

Два построенных самолета "138" и "138Д" в феврале 1947 г. вышли на заводские испытания. Всего 1'138"-й совершил 20 полетов, а "138Д" - тридцать восемь; однако задание удовлетворительно выполнено только в десяти. В 19 случаях причиной его невыполнения стали неполадки в дополнительных двигателях. Их надежную работу смогли обеспечить лишь на высотах до 3000 метров, где прирост максимальной скорости по отношению к серийному Ла-9 составил около 60 км/ч и наблюдалось значительное возрастание высотности ВМГ.

Из-за низкой надежности ПВРД-430 работы по самолету "138" приостановили, как считалось, до поступления доведенных двигателей, надежно работающих во всем диапазоне рабочих высот и скоростей. Но оказалось - насовсем.

Еще одним типом двигателей, который устанавливался на поршневые самолеты С.А. Лавочкина, были пульсирующие воздушн'о-реактивные двигатели (ПуВРД) Д-10 и Д-13, разработанные на заводе № 51 НКАП под руководством главного конструктора В.Н. Челомея. В ноябре 1945 г. работы по оснащению Ла-7 двумя Д-10 тягой по 200 кгс каждый были закончены, а в конце лета 1946 г. эта машина прошла летные испытания. Самолет пилотирозал летчик 51-го завода Н.В. Гаврилбв. Результаты испытаний подтвердили расчетные данные и даже превзошли их. Скорость полета Ла-7 за счетработы ПуВРД на высоте 3000 м возросла на 119 км/ч, что на 29 км/ч превышало расчетное значение; при полете на высоте 800 метров с задросселированным до 600 мм.рт.ст. мотором возросла на 193 км/ч. Однако из-за того, что предельная скорость самолета с работающими ускорителями была ограничена 630 км/ч, Д-10 работали не на режиме оптимальной тяги и полный прирост скорости Ла-7 при включении этих двигателей получить не удалось. После годичной эксплуатации на основании ремонтного бюллетеня 15 октября 1946 г, самолет к полетам не допустили. Для дальнейших испытаний было рекомендовано использовать цельнометаллический Ла-9. В том же году по распоряжению М.В. Хруниче-ва Д-10 установили на три УТИ-Ла-7 и подготовили их к участию в первомайском параде. И самолеты, и двигатели прошли испытания в полете, но поучаствовать в параде УТИ-Ла-7 все-таки не пришлось.

Для Ла-9 в конструкторском бюро В.Н. Челомея ПуВРД Д-10 модифицировали в двигатель Д-13. Ему придали более совершенную форму, улучшили конструкцию диффузоров и клапанных коробок. Топливо для Д-13, подававшееся в него под большим давлением, использовали то же самое, что и для мотора АШ-82ФН. 28 мая 1947 г. завод № 51 получил задание на установку этих двигателей на двенадцать серийных истребителей Ла-9, предназначенных для участия в параде в День авиации 1947 г.

Двигатели Д-13 прошли в июле 1947 г. заводские стендовые испытания. Ими оборудовали серийный Ла-9 постройки 21-го завода, для чего на заводе № 51 усилили крыльевые нервюры самолета, к которым крепилась балка подвески двигателя, и крепление законцовки горизонтального оперения, установили более прочную заднюю стяжную ленту капота мотора с дополнительным ее креплением и новый триммер руля высоты. Топливную систему Ла-9 доработали с учетом питания двух ПуВРД. Оставив две пушки из четырех, снизили тем самым полетный вес, убрали весь боекомплект и бронеспинку, для смещения центровки самолета вперед на картере редуктора укрепили груз весом 60 кг. В кабине пилота установили дополнительные приборы.

В августе 1947 г. начались заводские испытания Ла-9 с двигателями Д-13, в ходе которых основное внимание было обращено на ПуВРД - надежность их запуска и нормальную работу на всех режимах полета. На параде 30 августа 1947 г. этот самолет вместе с двенадцатью другими Ла-9 с Д-13 на высоте около 100 м пролетел над аэродромом в Тушино. Пилотировавшие их летчики-испытатели ГК НИИ ВВС были награждены орденами СССР.

В ноябре 1947 г. заводские испытания прервали и Ла-9 с Д-13 передали в ГК НИИ ВВС для проведения на нем специальных летных испытаний по определению прироста горизонтальной скорости полета за счет работы двух ПуВРД.

Недоведенность двигателей и необходимость обеспечения прочности самолета вновь привели к ограничениям в скорости и высоте полета Ла-9 с работающими ПуВРД. Поэтому определение максимальной горизонтальной скорости производились при полностью открытых боковых створках капота мотора, что, однако, сказывалось только на абсолютных величинах горизонтальных скоростей и позволяло определить их прирост за счет работы ускорителей.

С 21 ноября 1947 г. по 13 января 1948 г. было произведено десять полетов Ла-9 общей продолжительностью 4 часа 11 минут. Каждый из Д-13 наработал по 27 минут.

Результаты специальных летных испытаний оказались далеко не блестящими. Прирост фактической максимальной горизонтальной скорости самолета за счет работы Д-13, хотя и составил 127 км/ч, но при сравнении с максимальной скоростью этого же Ла-9 без ПуВРД он оказался равен всего 70 км/ч. Максимальная горизонтальная скорость Ла-9 из-за установки Д-13 уменьшилась на 42 км/ч и еще 15 км/ч "дали" сами балки подвесных двигателей с обтекателями, то есть полное снижение скорости составило приблизительно 57 км/ч. Таким образом, полученный прирост скорости оказался чуть большим, чем на самолете, оборудованном ПВРД. Другого ожидать и не следовало: ведь уже при скорости полета с числом М = 0,4-0,5 (приблизительно 490-610 км/ч у земли) из-за значительно меньшего расхода воздуха ПуВРД начинает уступать ПВРД по лобовой тяге.

По шуму и вибрациям пульсирующие двигатели превосходили все остальные виды ВРД. В книге М.С. Арлазорова "Фронт идет через КБ" приводятся воспоминания В.А. Кривякина: "Это были удивительно громкие двигатели. Я в жизни не слыхал такого адского шума. Когда при подготовке к параду машины с пульсирующими ВРД прошли над территорией завода, казалось, что начинается светопредставление…". В свою очередь немцы - пионеры в области боевого применения летательных аппаратов с такими двигателями - очень долго мучились с воздействием вибрации на приборы крылатой ракеты R-103 (V-1), зачастую приводившей к выходу их из строя. Опытный самолет Ме-328 в первом же полете в июне 1944 г. разрушился из-за очень сильной вибрации, вызванной работой ПуВРД As-014. Значительные вибрации и сильный шум способствовали увеличению утомляемости летчика. Техника пилотирования самолета Ла-9 с ПуВРД по сравнению с серийными Ла-9 также несколько ухудшалась: слегка увеличивался разбег и чтобы достичь необходимой скорости для перевода самолета на набор высоты его необходимо было выдерживать над землей более длительное время; на вертикальных фигурах Ла-9 с дополнительными ПуВРД быстрее терял скорость; горизонтальные выполнял вяло. Во время испытаний оба Д-13, как правило, одновременно не включались и часто происходило произвольное отключение одного из них. Перечисленные недостатки при малом приросте максимальной горизонтальной скорости и очень большим расходом топлива (470 кг/т), позволили сделать вывод о нецелесообразности использования Д-13 на серийных истребителях Ла-9.

Эксперименты с установкой ускорителей с ЖРД, ПВРД и ПуВРД на поршневые самолеты показали, что эти дополнительные реактивные двигатели не позволяют довести скорости истребителей до тех значений, которые соответствовали новым временам в авиации. Чаще всего ускорители превращались лишь в дополнительный источник неприятностей, с лихвой перекрывавших небольшой и кратковременный прирост максимальной скорости полета. Единственным выходом было создание самолетов с ТРД.