Рождение турбореактивной авиации

Турбореактивная авиация зародилась в годы Второй мировой войны, когда в постоянной погоне за скоростью потребовалось принципиально новое техническое решение, поскольку винтомоторная авиация достигла предела своих возможностей — скорости около 850 км в час.

Первым серийным турбореактивным самолётом был немецкий истребитель «Мессершмитт». Дальнейшее развитие этого типа истребителей привело к появлению в Советском Союзе МиГов, а в США — «сейбров». С появлением МиГ-15 турбореактивные истребители приблизились к звуковому барьеру.

Одновременно реактивные двигатели пришли в гражданскую авиацию. Их массовое применение существенно сократило время перелёта между городами, странами и континентами. Мир стал ещё меньше, если судить о расстоянии по времени, затрачиваемом на дорогу. Сверхзвуковые лайнеры Ту-144 и «Конкорд» были способны (если бы могли нести требуемый запас топлива) облететь земной шар за 16 часов. Впрочем, судя по тому, что дорогие «конкорды» не прижились, человечество устраивают околозвуковые скорости.

В реактивных МиГах, Яках, «лавочкиных», «глостерах» и «локхидах» конца войны и первых послевоенных лет ещё сохранялись многие черты поршневых самолётов. Облик будущих сверхзвуковых машин в них можно было увидеть, только обладая достаточно богатым воображением и конструкторским чутёем.

Для английского истребителя-перехватчика Глостер G.41 «Метеор» его создатели выбрали классическую схему с двумя двигателями на крыле — тогда ещё не было турбореактивного двигателя (ТРД) достаточной мощности. Фактически по аэродинамической схеме он был идентичен созданному на год ранее немецкому перехватчику Ме-262. Создатели обеих машин не избежали традиционной инерции мышления и разместили ТРД на консолях крыла так, как будто это были обычные поршневые двигатели. Последние нельзя было расположить ближе к фюзеляжу — мешали их воздушные винты. Такая компоновка практически избавляет конструкторов от забот, связанных с разработкой нестандартного воздухозаборника и подводом большой воздушной массы к компрессору ТРД, но создаёт большие проблемы лётчикам в полете при отказе одного из двигателей. Им и так на первых порах хватало трудностей с управлением этими принципиально новыми и необычными машинами, а тут ещё надо было бороться с большим разворачивающим моментом, который создавался тягой одного двигателя и лобовым сопротивлением отказавшего. Надо добавить, что надёжностью первые ТРД явно не отличались. Пожары и отказы для них были довольно обычным явлением (ресурс немецкого двигателя ЮМО-004, стоявшего на Ме-262, не превышал 2 часов). К тому же два таких массивных «нароста» на крыле снижали его так называемое критическое число М.

Более прогрессивное решение выбрали американцы. На своём Р-59 «Эйркомет» они расположили двигатели под крылом, но вплотную к фюзеляжу.

24 апреля 1946 года в воздух поднялись два первых советских истребителя с турбореактивными двигателями — МиГ-9 и Як-15. Первый некоторое время состоял на вооружении советских ВВС, а второй использовался в основном в качестве учебно-тренировочного самолёта.

В отличие от своих зарубежных коллег Артём Иванович Микоян предложил совершенно оригинальную компоновку, которая впоследствии стала классической. Оба двигателя расположили в фюзеляже, вплотную друг к другу. Соответственно оба воздухозаборника устроили в носовой части фюзеляжа, а выхлопные сопла под его хвостовой балкой. При таком решении крыло получалось аэродинамически чистым и «работало» наиболее эффективно. К тому же на его задней кромке, помимо элеронов, установили щитки и закрылки. Это позволило добиться хороших взлётно-посадочных характеристик при высокой для того времени удельной нагрузке.

Первым испытателем реактивного МиГа (И-300) стал известный лётчик А. Н. Гринчик. Он погиб в одном из последующих полётов. Его истребитель неожиданно перевернулся на высоте несколько сот метров и устремился к земле. Причины катастрофы точно установить не удалось. Продолжил испытания М. Л. Галлай, позже к нему присоединился Г. М. Шиянов. Оценка, которую дал новому истребителю его испытатель М. Галлай, была более чем отличной для принципиально новой машины, какой и был МиГ-9: «...надёжный, хорошо управляемый, доступный для лётчика средней квалификации».

Судьба МиГ-9 и Як-15 довольно типична для боевых реактивных самолётов первого поколения. Созданные в чрезвычайно сжатые сроки, эти машины быстро пошли в серийное производство и поступили на вооружение. И хотя уже в 1947–1948 годах появились новые МиГ-15 и Ла-15 со стреловидными крыльями, «прямокрылые» МиГ-9 и Як-15 успели сказать своё слово в истории авиации.

Новая техника — новые проблемы. И у рядовых лётчиков, и у испытателей первые реактивные машины не вызвали сначала никакого доверия. Слишком уж непривычными казались эти стремительные безвинтовые самолёты. Положение усугубляли нередкие, без видимых причин, отказы двигателей и катастрофы, в которых гибли лётчики и машины. Особенно скверной репутацией у них пользовался немецкий истребитель-перехватчик Ме-262. Нашими войсками в конце войны были захвачены образцы секретной немецкой техники, документы, кино— и фотоматериалы.

Документальные кадры кинохроники зафиксировали не только испытания самолётов и ракет, но и многочисленные случаи аварий и катастроф. Ме-262, например, неожиданно переходили в пикирование и со страшным воем врезались в землю. Лётчики, имевшие в своём распоряжении радиосвязь, ни разу не смогли при этом передать, что случилось. Облёт трофейных реактивных самолётов советскими лётчиками лишь подтвердил это. А. Г. Кочеткову, например, испытание Ме-262 на высоте 11 000 м на предельную скорость также едва не стоило жизни.

Только недюжинная сила помогла ему, удерживая колоссальным напряжением ручку управления одной рукой, перенести левую на сектора управления двигателями и убрать обороты. Кстати, там же находилась и кнопка включения передатчика радиостанции. Возможно, немецким пилотам действительно просто не хватало силы и выдержки, чтобы укротить свои вышедшие из повиновения машины?

В самом конце государственных испытаний Кочеткову преподнёс один из «сюрпризов» и отечественный МиГ-9. Вылетев на отстрел пушек в воздухе, лётчик-испытатель вернулся на аэродром сразу с двумя остановившимися движками. Они заглохли после первых выстрелов пушек. Сначала конструкторы грешили на пороховые газы, которые могли вызвать недостаток кислорода для «воздухолюбивых» ТРД. Но потом выяснилось, что причина кроется не в химии, а в аэродинамике. Горячие струи пороховых газов, возникавшие перед воздухозаборниками осевых компрессоров, меняли картину обтекания их передних лопаток. В результате на них срывался воздушный поток, начиналась сильная вибрация, и двигатель «захлёбывался» из-за так называемого помпажа. Но и с ним вскоре удалось справиться. МиГ-9, несмотря на пока ещё подмоченную репутацию всех реактивных машин, поступил на вооружение советских военно-воздушных сил.

Непривычность первых реактивных истребителей, их «склонность» к сюрпризам заставили конструкторов ввести для них серьёзные ограничения. Запрещалось превышать скорость, составляющую более 75–85% от скорости звука, выполнять высший пилотаж. Поэтому истребители, став скоростными, как бы лишились одного из своих основных боевых качеств — маневренности. Лётчики выполняли лишь простые фигуры: виражи, восьмёрки, боевые развороты, горку, спирали. Не было надежды и на двигатели. На первых опытных машинах устанавливались трофейные ЮМО, которые в дальнейшем (на серийных истребителях) сменили более надёжные отечественные РД-10 и РД-20. Наши двигателисты сумели устранить часть недостатков, с которыми немецкие конструкторы просто не успели разобраться в условиях жёсткого лимита военного времени.

Но так долго продолжаться не могло, и 25 февраля 1947 года П. Стефановский впервые выполнил высший пилотаж на реактивном Як-15. Этот самолёт выбрал сам испытатель. По сути, это был хорошо знакомый всем и испытанный в боях истребитель Як-3, только вместо поршневого на нем установили турбореактивный двигатель. До 19 февраля П. Стефановский выполнил 16 полётов — никаких замечаний. Вслед за Як-15 по той же программе и с тем же успехом он «прогнал» МиГ-9. За эти полёты его наградили орденом Красного Знамени.

Вслед за испытателями высший пилотаж на реактивных истребителях начали осваивать и строевые лётчики. Реактивные машины были «реабилитированы», но лишь наполовину. Ограничения по скорости для них остались.

Преодолев 700-километровый скоростной рубеж, лётчики столкнулись с непонятным, а потому тем более опасным явлением. Истребители последних модификаций на больших скоростях вдруг выходили из-под контроля. Нос машины внезапно «тяжелел», и, вопреки усилиям пилотов, истребители переходили в неуправляемое пикирование, сопровождавшееся сильной вибрацией. Испытатели первых моделей «Лайтнингов» докладывали об аналогичных явлениях, возникавших при пикировании на высоте 7 500 метров и скорости, превышающей 560 км/ч. Так продолжалось, пока не уменьшалась высота полёта.

Всё это свидетельствовало, что авиация уже вплотную подошла к так называемому «звуковому барьеру», возникающему при отношении скорости полёта к скорости звука (число Маха — М), близкому к 1. Причём на высоте, где звук распространяется существенно медленнее (в стратосфере 295 м/с, а в более плотных слоях атмосферы 340 м/с), лётчики столкнулись с грозным явлением раньше. Но в любом случае, начиная с М = 0,7–0,75, в зависимости от профиля крыла и формы других частей машины, появляются местные потоки воздуха, скорость которых превышает скорость звука на данной высоте. Число М, при котором наблюдается это явление, называется критическим. В месте, где скорость потока начинает превышать звуковую, возникает скачок (волна) уплотнения воздуха, который приводит к появлению дополнительного сопротивления — волнового.

К 1947 году конструкторы уже знали о сжимаемости воздуха на околозвуковых скоростях, смещении «центра давления» к задней кромке и одном из способов борьбы с этими явлениями — использовании крыльев с более тонким относительным профилем. Однако таким образом можно было лишь оттянуть «волновой кризис», а не преодолеть его. Каким бы тонким ни делали крыло конструкторы, все равно наступал момент, когда самолёт начинала затягивать в пикирование неудержимая сила. Чтобы справиться с этим явлением, учёные и конструкторы вновь взялись за эксперименты в аэродинамических трубах и испытания новых летательных аппаратов с необычными крыльями.

Интересно, что ещё задолго до конца сороковых годов многие конструкторы разрабатывали проекты сверхзвуковых самолётов. В них они предвосхитили решения, которые ещё только предстояло найти создателям реальных реактивных машин.

Так, в 1934 году А. С. Москалёв предложил эскизный проект истребителя «Сигма» со скоростью полёта 1 000 км/ч. Самолёт имел схему чистого треугольного летающего крыла малого удлинения. Была даже построена его уменьшенная копия, которая успешно летала. Правда, двигатель был маломощным (140 л. с.), и наблюдалось необычное поведение машины при посадке и взлёте. Лётчикам приходилось переводить самолёт на непривычно большие углы атаки — 22°. Лишь спустя годы такая особенность скоростных машин стала привычной и уже не вызывала у лётчиков неприятных чувств...

1941–1944 годы

Блокада Ленинграда

1943 год

Открытие внутриядерной энергии