Экспериментальный, первый истребитель-перехватчик с ЖРД - жидкостно-реактивным (ракетным) двигателем.
Конструкторы самолета БИ - инженеры Александр Яковлевич Березняк и Алексей Михайлович Исаев - сотрудники ОКБ В.Ф. Болховитинова. Березняк был начальником бригады механизмов, Исаев - двигателей. Ранней весной 1941 г. они по своей инициативе начали разработку эскизного проекта истребителя нового типа - с ЖРД, обещавшего скорость 800 км/ч и более.
В 1940 г. они посетили Реактивный научно-исследовательский институт, где познакомились с конструктором-двигателистом Леонидом Степановичем Душкиным, который руководил работами над ЖРД для стартового ускорителя реактивного истребителя «302», создававшегося тогда в институте.
Уже на этапе эскизного проектирования им удалось решить ряд технических задач. Самолет А.Я.Березняка и А.М.Исаева первоначально проектировался под двигатель с тягой 1400 кгс и с турбонасосной подачей топлива в камеру сгорания, но затем с целью сокращения времени создания самолета более сложная, тяжелая и нуждавшаяся в доводке турбонасосная подача топлива была заменена более простой и доведенной вытеснительной подачей с использованием сжатого до 145-148 атм воздуха из бортовых баллонов емкостью 115 л. За счет этого предполагалось уменьшить размеры машины, улучшить ее разгонные характеристики. Этот вариант самолета с двигателем Д-1А стал основным и получил обозначение «БИ»; он выполнялся по обычной в то время схеме одноместного свободнонесущего низкоплана в основном деревянной конструкции.
С началом войны они предложили Болховитинову подать проект постановления. Было послано письмо от РНИИ и завода, которое подписали 7 участников, в том числе конструкторы самолета Березняк и Исаев, конструктор двигателя Душкин, директор завода Болховитинов и главный инженер института Костиков. Письмо было отправлено 9 июля 1941 г., и вскоре все были вызваны в Кремль. Предложение было одобрено, принято, А.И.Шахуриным и А.С.Яковлевым был составлен проект постановления, которое через несколько дней (в августе) было утверждено. Постановлением ГКО, подписанном Сталиным, КБ Болховитинова поручалось в кратчайший срок (35 дней, вместо трех месяцев, как хотели А.Я.Березняк и А.М.Исаев) создать истребитель-перехватчик с ЖРД, а НИИ-3 во главе с А.Г.Костиковым - двигатель РДА-1-1100 для этого самолета. На его основе был уточненный приказ по НКАП.
В задачу КБ Болховитинова входило создание топливных баков и системы питания ЖРД по принципиальной гидравлической схеме НИИ-3, а задачей КБ Душкина (в составе НИИ-3) было обеспечение переменного режима работы двигателя от 400 до 1100 кг тяги при многократном запуске.
Все ОКБ Болховитинова было объявлено «на казарменном положении», работали не выходя с завода месяц и десять дней. К 1 сентября первый экземпляр самолета был отправлен на испытания в НКАП. Строили самолет почти без детальных рабочих чертежей, вычерчивая в натуру на фанере его части, по плазам. Это облегчалось малыми размерами самолета.
На аэродроме были прежде всего начаты пробежки и подлеты на буксире, а силовая установка еще отрабатывалась. Здесь было много новизны и трудностей, особенно с азотной кислотой, разъедавшей баки и проводку. Требовался ряд мер по технике безопасности из-за вредности для человека даже паров азотной кислоты, были случаи ожогов. Но с этим удалось более или менее справиться.
Дефицит времени заставил отрабатывать двигатель сразу по самолетной схеме на стенде в КБ Болховитинова, минуя этап автономных испытаний двигателя. Эти испытания начались уже в сентябре 1941 года. В основном доводилась надежность системы запуска двигателя.
По требованию заместителя наркома авиационной промышленности по опытному самолетостроению А.С.Яковлева, планер самолета «БИ» был подготовлен к исследованиям в натурной аэродинамической трубе ЦАГИ. Продувки «БИ» проводились под руководством Г.С.Бюшгенса и А.Л.Райха. Сразу после завершения аэродинамических исследований начались летные испытания самолета «БИ» в планерном варианте на буксире за самолетом Пе-2. Летчик Борис Николаевич Кудрин в 15 полетах снял все основные летные характеристики «БИ» на малых скоростях. Испытания подтвердили, что все аэродинамические данные самолета, характеристики устойчивости и управляемости соответствуют расчетным. До эвакуации большего сделать не удалось.
16 октября 1941 г. руководство приняло решение об эвакуации КБ и завода Болховитинова на Урал. На следующий день стенд был демонтирован, вся материальная часть и документация отправлены в Свердловск (Екатеринбург). Туда же в 20-х числах октября были эвакуированы НИИ-3 вместе с КБ Душкина.
После перебазирования на Урал работы над созданием самолета БИ продолжились в декабре 1941 года в небольшом поселке Билимбай (60 км от Екатеринбурга). КБ и заводу Болховитинова была отведена территория разрушенного временем литейного завода, где в чрезвычайно трудных условиях и в короткий срок были выполнены восстановительные работы. Для продолжения отработки самолетной двигательной установки на берегу прилегающего к заводу водоема, на бывшей плотине, построили фанерную времянку, в которой разместили стенд-люльку. От РНИИ испытаниями руководил Палло, а от ОКБ - Росляков.
Вместо заболевшего летчика-испытателя Б.М.Кудрина командование ВВС направило капитана Григория Яковлевича Бахчиванджи.
20 февраля 1942 года при запуске двигателя на испытательном стенде, несмотря на грамотные действия Бахчиванджи, произошел... взрыв. Струя азотной кислоты под давлением облила лицо и одежду Арвида Палло. При взрыве головка двигателя сорвалась с креплений, пролетела между баками азотной кислоты, ударилась о бронеспинку сиденья пилота и сорвала крепежные болты. Бахчиванджи ударился головой о доску приборов.
В марте 1942 года стенд был восстановлен, в систему питания ЖРД были внесены изменения. На летном экземпляре двигателя провели контрольные гидравлические и 14 огневых испытаний, из которых 3 заключительных провел Г.Я.Бахчиванджи. 25 апреля самолет был переправлен из Билимбая в Кольцово (НИИ ВВС). 30 апреля провели 2 контрольных запуска двигателя (первый - Палло, второй - Бахчиванджи). Начались работы по подготовке БИ к полету.
Для первого полета истребителя «БИ» (иногда обозначавшегося как БИ-1) была создана Государственная комиссия под председательством В.С.Пышнова. В комиссию вошли также В.Ф.Болховитинов, начальник НИИ ВВС П.И.Федоров, ведущий инженер по самолету «БИ» от НИИ ВВС М.И.Таракановский, ведущий инженер по двигателю А.В.Палло. Ведущим летчиком был назначен летчик-испытатель НИИ ВВС Г.Я.Бахчиванджи.
Первый полет на истребителе «БИ» летчик Г.Я.Бахчиванджи выполнил 15 мая 1942 г. Взлетная масса самолета в первом полете была ограничена 1300кг, а двигатель отрегулирован на тягу 800 кгс. Полет продолжался 3 мин 9 с. Самописцы зафиксировали максимальную высоту полета 840 м, скорость 400 км/ч, скороподъемность - 23 м/с. В послеполетном донесении летчик-испытатель отмечал, что полет на самолете «БИ» в сравнении с обычными типами самолетов исключительно приятен: перед летчиком нет винта и мотора, не слышно шума, выхлопные газы в кабину не попадают; летчик, сидя в передней части самолета, имеет полный обзор передней полусферы и значительно лучший, чем на обычном самолете, обзор задней полусферы; расположение приборов и рычагов управления удачное, видимость их хорошая, кабина не загромождена; по легкости управления самолет превосходит современные ему истребители.
По оценке Государственной комиссии - «Взлет и полет самолета БИ-1 с ракетным двигателем, впервые примененным в качестве основного двигателя самолета, доказал возможность практического осуществления полета на новом принципе, что открывает новое направление развития авиации». Этот полет был первым в мире полетом истребителя-перехватчика с ЖРД, спроектированным для выполнения задач, присущих этому классу самолетов, и соответствующим образом вооруженным. За рубежом к маю 1942 г. летали только экспериментальные самолеты с ЖРД без вооружения (Хейнкель 176 и DFS 194 - прототип ракетного истребителя Мессершмитт 163В, Gloster G.40 (Англия)).
В связи с износом конструкции планера первого опытного самолета (главным образом от воздействия паров азотной кислоты) последующие летные испытания самолета «БИ» проводились на втором (БИ-2) и третьем опытных самолетах, отличавшихся от первого только наличием лыжного шасси. Одновременно было принято решение начать постройку небольшой серии самолетов «БИ-ВС» для их войсковых испытаний. От опытных самолетов «БИ-ВС» отличались вооружением: в дополнение к двум пушкам под фюзеляжем по продольной оси самолета перед кабиной летчика устанавливалась бомбовая кассета, закрытая обтекателем. В кассете размещалось десять мелких бомб массой по 2,5 кг, обладавших большой взрывной силой. Предполагалось, что эти бомбы будут сбрасываться над бомбардировщиками, идущими в боевом строю, и поражать их ударной волной и осколками.
Второй полет опытного самолета «БИ-2» состоялся 10 января 1943 г. За короткий срок на нем были выполнены четыре полета: три летчиком Г.Я. Бахчиванджи и один (12 января) летчиком-испытателем К.А.Груздевым. В этих полетах были зафиксированы наивысшие летные показатели самолета «БИ» - максимальная скорость до 675 км/ч (расчетная 1020 км/ч на высоте 10 000 м), вертикальная скороподъемность 82 м/с, высота полета 4000 м, время полета 6 мин 22 с, продолжительность работы двигателя 84 с.
В полете Груздева при выпуске шасси перед посадкой оторвалась одна лыжа, но он благополучно посадил самолет. В воспоминаниях А.В.Палло имеется колоритное высказывание Груздева после полета на БИ: «И быстро, и страшно, и очень позади. Как черт на метле».
Полет на БИ был труден и не только от непривычки. Сесть на нем можно было только после выработки горючего, неприятно было соседство с азотной кислотой под большим давлением, иногда прорывавшейся наружу через стыки проводки, а то и через стенки трубок и баков. Эти повреждения приходилось все время устранять, что сильно задерживало полеты, продолжавшиеся всю зиму 1942-1943 гг.
Шестой и седьмой полеты выполнялись Г.Я.Бахчиванджи на третьем опытном самолете (БИ-3). Задание летчику на седьмой полет, состоявшийся 27 марта 1943 г, предусматривало доведение скорости горизонтального полета самолета до 750 - 800 км/ч по прибору на высоте 2000 м. По наблюдениям с земли, седьмой полет, вплоть до конца работы двигателя на 78-й секунде, протекал нормально. После окончания работы двигателя самолет, находившийся в горизонтальном полете, опустил нос, вошел в пикирование и под углом около 50° ударился о землю. Комиссия, расследовавшая обстоятельства катастрофы, в то время не смогла установить подлинные причины перехода в пикирование самолета «БИ». Но в своем заключении она отмечала, что еще не изучены явления, происходящие при скоростях полета порядка 800-1000 км/ч. По мнению комиссии, на этих скоростях могли появиться новые факторы, воздействующие на управляемость, устойчивость и нагрузки на органы управления, которые расходились с принятыми в то время представлениями, а следовательно, остались неучтенными.
В 1943 г. в эксплуатацию была пущена аэродинамическая труба больших скоростей Т-106 ЦАГИ. В ней сразу же начали проводить широкие исследования моделей самолетов и их элементов при больших дозвуковых скоростях. Была испытана и модель самолета «БИ» для выявления причин катастрофы. По результатам испытаний стало ясно, что «БИ» разбился из-за неучтенных при проектировании самолета особенностей обтекания прямого крыла и оперения на околозвуковых скоростях и возникающего при этом явления затягивания самолета в пикирование, преодолеть которое летчик не мог.
После гибели Г.Я.Бахчиванджи недостроенные 30 - 40 самолетов «БИ-ВС» были уничтожены, но работы по этой теме продолжались еще некоторое время. С целью изучения возможности увеличения продолжительности полета ракетного истребителя-перехватчика типа «БИ», составлявшего всего 2 мин, в 1943-1944 гг. рассматривалась модификация этого самолета с прямоточными воздушно-реактивными двигателями на концах крыла. На шестом экземпляре (БИ-6) установили 2 ПВРД. Самолет испытали в натурной аэродинамической трубе ЦАГИ Т-101 весной 1944-го, но дальше трубных экспериментов дело не пошло. Была попытка - незавершенная - на одном из самолетов сделать кабину герметической путем оклейки всех швов резиновыми полосками.
В январе 1945 г., по возвращении в Москву, на самолете «БИ» с лыжным шасси и двигателем РД-1 А.М.Исаева, являвшимся развитием двигателя Д-1А-1100, летчик Б.Н.Кудрин выполнил два полета. В одном из этих полетов при взлетной массе самолета 1800кг и скорости 587 км/ч вертикальная скорость «БИ» у земли составила 87 м/с. При полетах БИ-7, отличавшегося от остальных БИ формой зализов крыла и наличием на моторных капотах обтекателей дугового пускача, возникла вибрация и тряска хвостового оперения. Чтобы выяснить причины этих явлений, по аналогии с компоновкой БИ-7 были модифицированы БИ-5 и БИ-6. В марте - апреле 1945 года проводились их летные испытания в планерном варианте (т.е. без включения ЖРД). В качестве буксировщика использовался бомбардировщик B-25J. БИ-5 испытывался с лыжным шасси, а БИ-6 - с обычным колесным. Никакой тряски или вибрации на них выявить не удалось. Судя по всему, эти полеты были последними для истребителей БИ, так как вскоре работы по данной тематике свернули. Для проведения различных испытаний было построено 9 самолетов «БИ».
Стало ясно, что самолет БИ как истребитель принят быть не может из-за чрезмерно малой продолжительности полета, что не покрывалось полуторакратным перевесом в скорости. Самолет БИ послужил для накопления опыта в подобного рода работах - в других проектах истребителей с ЖРД и в установках ЖРД на поршневых самолетах в качестве временных ускорителей полета.
КОНСТРУКЦИЯ. Самолет имел необычно малые размеры: размах крыла 6,48 м, длину 6,4 м и площадь крыла всего 7,0 м2. Двигатель Д-1А-1100 Леонида Степановича Душкина и Владимира Аркадьевича Штоколова с практически достигнутой к этому времени тягой 1100 кгс.
Конструкция самолета - цельнодеревянная. Фюзеляж - фанерный монокок, оклеенный полотном.
Крыло - многолонжеронное с фанерной обшивкой, оперение - также, фанера в 2 мм. Рули и элероны с полотняной обшивкой. Баки-баллоны - сварные из хромансиля. Шасси с колесами малых размеров - 500х150 мм, убираемое пневматически в крыло в направлении оси самолета. Практически испытания проводились в значительной степени зимой - на лыжах, которые убирались. Крыло - кессонное - между двумя коробчатыми лонжеронами сплошная толстая несущая обшивка, образованная полками десятка промежуточных более легких лонжеронов. Для уменьшения посадочной скорости на задней кромке крыла на участке между бортом фюзеляжа и небольшим элероном (лишь на 1/3 полуразмаха крыла) устанавливались посадочные щитки Шренка с углом отклонения 50°. Хвостовое оперение нормальное, стабилизатор расчален к фюзеляжу и килю. Небольшие круглые «шайбы» вертикального оперения на концах стабилизатора были установлены уже после постройки опытного самолета в процессе аэродинамических и летных испытаний по предложению И. Ф. Флорова. Элероны, рули и закрылки имели металлический каркас, обшитый полотном. Костыль - неориентирующийся, убираемый в подфюзеляжный киль. Общее конструктивное и производственное выполнение было среднее, встречались и непрочные места (из-за спешки).
Внутри нижней передней части фюзеляжа располагались два воздушных и два керосиновых баллона. За кабиной летчика размещались баллоны с азотной кислотой и воздухом. Масса различного оборудования - около 20 кг.
Кабина летчика имела бронезащиту из передней бронеплиты и бронеспинки толщиной 5,5 мм. Две пушки ШВАК-20 (с 45 снарядами каждая) были установлены перед кабиной летчика в верхней части фюзеляжа на деревянном лафете под съемной (на замках) крышкой. Самолет по вооружению был полноценным истребителем: было электроуправление огнем, пневматическая перезарядка, была кассета для мелких бомб общей массой до 38,4 кг.
ЖРД Д-1А-1100 устанавливался в хвостовой части фюзеляжа. Топливо - тракторный керосин, а в качестве окислителя применялась концентрированная 96-98%-ная азотная кислота, которые подавались в двигатель под давлением воздуха из бортовых баллонов (на 1 кг керосина приходилось 4,2кг окислителя). Двигатель расходовал 6кг керосина и кислоты в секунду. Общий запас топлива на борту самолета, равный 705 кг, обеспечивал работу двигателя в течение почти 2 мин. Расчетная взлетная масса самолета «БИ» составляла 1650 кг при массе пустого 805 кг.
