Д. А. Соболев
История самолетов 1919 — 1945
ГЛАВА 1. САМОЛЕТОСТРОЕНИЕ 1920-х И НАЧАЛА 1930-х ГОДОВ
Первая мировая война послужила мощным стимулом к развитию авиастроения во всем мире. Уже в первые месяцы боевых действий самолет показал себя как высокоэффективный вид военной техники, и правительства воюющих стран стали выделять большие средства на развитие авиации. Всего за время войны было построено около 200 тыс. самолетов. К 1918 г. в авиапромышленности работало 700 тыс. человек [1, с. 40]. Самолетостроение стало крупной отраслью индустрии.
Что представлял собой «типичный» самолет образца 1918 г.? Это был биплан со стойками и проволочными растяжками между крыльями. Такая пространственная конструкция обеспечивала эффективное восприятие сил, действующих на крыло, и обладала высокой прочностью при сравнительно малом весе. Фюзеляж также имел ферменную конструктивно-силовую схему.
Основным материалом, из которого делали самолеты, было дерево. Потом его обтягивали полотном, а последнее покрывали лаком, чтобы обеспечить влагостойкость и воздухонепроницаемость обшивки.
В качестве силовой установки использовали двигатели внутреннего сгорания мощностью 200–400 л. с. На истребителях часто устанавливали более легкий двигатель воздушного охлаждения, самолеты-разведчики и бомбардировщики обычно снабжали двигателями водяного охлаждения, отличающимися большей мощностью и экономичностью.
Скорость самолетов периода первой мировой войны не превышала 200 км/ч, а совершенству аэродинамических форм летательных аппаратов не уделялось особого внимания. Самолеты имели открытые пилотские кабины, неубираемое шасси, много других выступающих в поток частей: нагрузка на крыло составляла 30–40 кг/м². коэффициент лобового сопротивления — 0, 05-0, 06.
11 ноября 1918 г. германское командование подписало акт о капитуляции. Окончание войны прервало напряженную гонку вооружений. По условиям Версальского мирного договора (1919 г.) Германии было запрещено иметь военную авиацию, а бывшие у нее военные самолеты уничтожили (рис. 1.1) [2]. Австро-Венгерская империя распалась на несколько самостоятельных государств. В России произошла революция, и последовавшие за ней гражданская война и развал экономики приостановили развитие авиации в этой стране. Что касается авиапромышленности Франции, Англии, США и Италии, то наличие у этих стран огромного количества самолетов и двигателей вызвало застой в авиастроении. Существующие самолеты (а их имелось около 85 тысяч) распродавались по цене, во много раз меньшей их себестоимости и наладить выпуск новых типов самолетов в этих условиях было почти невозможно. Авиапроизводство упало в десятки раз. Многие крупные авиационные фирмы были вынуждены искать работу в новых областях или объявили себя банкротами.
Рис. 1.1. Уничтожение запаса пропеллеров в Германии. 1919 г.
Еше одной проблемой на пути развития авиации был поиск новых областей применения самолетов. После ужасов кровопролитных сражений 1914–1918 гг. начало новой войны казалось невозможным и бюджеты на военные нужды резко сократили. Применение авиации для коммерческих целей было новой и, учитывая дорогостоимость и не очень высокую надежность самолетов, непростой задачей.
В сложившихся к концу 1910-х голов неблагоприятных условиях для развития авиации многие авиафирмы пошли по простейшему пути: занялись совершенствованием наиболее удачных образцов самолетов периода первой мировой войны. Этот «эволюционный» подход был характерен для развития авиации на протяжении более, чем десяти лет.
Совершенствование конструкции самолетов образца первой мировой войны в первое послевоенное пятнадцатилетие
Развитие самолетов-бипланов в первые 15 послевоенных лет удобно проследить на основе сравнения типичных военных самолетов конца первой мировой войны и 20-х — начала 30-х годов: истребителя, разведчика и бомбардировщика.
На рис. 1.2 изображены схемы одноместных истребителей с двигателем воздушного охлаждения Сопвич «Снайп» и И-5 конструкции Н. Н. Поликарпова. Первый из этих самолетов появился в 1918 г. и был последним образцом знаменитых истребителей английской фирмы Сопвич периода первой мировой войны с ротативным двигателем Бентли BR-2. Всего было построено около полутора тысяч «Снайпов». И-5, снабженный стационарным двигателем воздушного охлаждения «Бристоль Юпитер-4»(1930 г.), стал первым советским массовым истребителем; было построено 803 самолета. В конструкции обоих самолетов широко применялась древесина, обшивка — преимущественно полотняная.
Рис. 1.2. Схемы истребителей Сопвич «Снайп» и И-5
Как видно из чертежей, общая компоновка самолета-истребителя за двадцатые годы практически не изменилась. Это по-прежнему — биплан со стойками и растяжками между крыльями, с неубирающимися шасси и открытой кабиной летчика. Основными тенденциями в развитии аэродинамической схемы были замена крыльев равного размаха и площади схемой полутораплан (верхнее крыло больше нижнего) и применение только одной пары стоек между крыльями. Распространение полуторапланной схемы было вызвано желанием улучшить обзор из кабины, а увеличение толшины профиля, и, следовательно, прочности крыла позволило уменьшить чисто межкрыльевых стоек. С годами увеличивались длина и вес самолета, что объясняется возросшими габаритами двигателей и необходимостью увеличения объема топливных баков в связи с ростом мощности силовых установок.
Наиболее существенным изменением явилась замена ротативного мотора стационарным двигателем воздушного охлаждения. Применение ротативных двигателей на ранней стадии развития авиации связано с тем, что двигатель с вращающимися цилиндрами лучше охлаждается в полете. Однако особенности конструкции такого мотора не позволяли сильно увеличивать мощность: под действием центробежных сил появлялись трудности с подачей смазки, возросший гироскопический момент начал влиять на управляемость самолета. Проблема надежного охлаждения была решена применением алюминиевых головок цилиндров, что улучшало теплоотдачу.
Одним из наиболее распространенных авиационных двигателей стал английский 9-цилиндровый звездообразный Бристоль «Юпитер», первые образцы которого (1921 г.) имели мощность 425 л.с. при 1700 об/мин. Он применялся на многих английских самолетах, по лицензиям производился в СССР, Франции. Германии, Чехословакии. Японии, Польше. Причиной популярности двигателя был его малый удельный вес и, что также немаловажно, учитывая проблемы производства и сбыта авиатехники после первой мировой войны, сравнительно небольшая стоимость.
Для лучшего охлаждения цилиндров их обычно не закрывали капотом. Вызывающие завихрения потока головки цилиндров были причиной большого лобового сопротивления самолетов. Тем не менее скорость истребителей продолжала постепенно возрастать. Это достигалось повышением мощности мотора и увеличением нагрузки на крыло. Остальные характеристики — скороподъемность, маневренность, время полета, огневая мощь — практически не изменились. Это свидетельствует о том, что в 20-е и даже в начале 30-х годов самолет-истребитель остался примерно таким же, как в годы мировой войны. Увеличению скорости и полезной нагрузки авиаконструкторы были обязаны, главным образом, успехам двигателестроения.
* Год выпуска прототипа — DH-9
** Размах верхнем крыла/размах нижнего крыла
Конечно, нс следует считать, что все истребители строились по одной и той же схеме. То, о чем говорилось выше — это лишь характерный пример. В условиях конкурентной борьбы многочисленных самолетостроительных фирм были неизбежны различные конструкторские подходы. Рассмотрим кратко наиболее известные истребители 20-х и начала 30-х годов.