И-21 (ЦКБ-32)
Истребитель
Разработчик: ОКБ Ильюшина
Страна: СССР
Первый полет: 1936
Шел 1935-й. В мире было относительно спокойно, настораживал лишь приход к власти в Германии национал-социалистов с их бредовыми идеями относительно будущего устройстваЕвропы. Это обстоятельство не могло не настораживать политиков и военных. И правительства европейских государств не жалели средств на совершенствование боевой техники. Не остался в стороне и Советский Союз. 26 ноября заместитель директора авиационного завода №39 Леонтьев направил начальнику Управления ВВС Красной Армии Алкснису письмо следующего содержания: "Завод №39 направляет Вам эскизный проект самолета И-21 (М-34ФРН) на утверждение. Вместе с тем сообщаю, что макет самолета готов, прошу о рассмотрении его макетной комиссией в ближайшее время".
Спустя четыре дня командующий ВВС утвердил "Заключение по боевой схеме одноместного истребителя с мотором М-34ФРН - специальный, конструкции завода №39, бригады инженера Ильюшина". В документе констатировалось, что "в основном, самолет удовлетворяет предъявленным техническим требованиям, по скорости даже превосходит последние на 40-50 км; в отношении же дальности - требованиям не удовлетворяет. Вместо 1000 км, расчетная дальность самолета на небольшой скорости (270 км/ ч) равна 766 км, при крейсерской же скорости 480 км/ч, дальность снижается до 460 км/ч". Вывод был кратким:
"1 .Боевую схему самолета - утвердить.
2. Обзор для летчика и удобство его размещения проверить на макете.
3. Считать необходимым, увеличить емкость бензиновых баков настолько, чтобы самолету была обеспечена дальность полета 600 км на крейсерской скорости 480 км/ч".
Оперативность, проявленная при рассмотрении документов, дает основание предполагать, что ВВС не случайно проявляли особый интерес к проекту.
В мае 1935-го на Центральном аэродроме имени М.В.Фрунзе в Москве состоялся смотр достижений авиационной промышленности и военно-воздушных сил, на котором присутствовали руководители партии и правительства во главе со Сталиным, высший командный состав Красной Армии, главные конструкторы и руководители авиапрома. Гостям продемонстрировали советские боевые самолеты. Среди присутствующих находился и начальник Центрального конструкторского бюро и одновременно руководитель третьей бригады ЦКБ завода №39 Ильюшин. Впоследствии, об итогах этого смотра в объяснительной записке к эскизному проекту И-21 он написал: "2 мая 1935 года на параде военно-воздушных сил на аэродроме имени Фрунзе товарищем Сталиным была поставлена задача авиационным конструкторам: дать в 1935 году самолет со скоростью 600км/ч. Приступив немедленно к исполнению поставленной задачи и проведя ряд обстоятельных исследований, нами было обнаружено, что осуществление самолета с такой скоростью возможно не только в виде рекордного, но и в виде боевого одноместного истребителя с четырьмя пулеметами ШКАС или с двумя пушками ШВАК". (Эти орудия появились лишь в 1936-м - Прим.ред.).
Задача, поставленная первым секретарем ЦК ВКП(б), как всегда, требовала беспрекословного и оперативного исполнения. Однако для нас наиболее интересным в выше приведенной цитате является другое. Ильюшин подтверждает возможность создания высокоскоростного самолета "не только в виде рекордного, но и боевого истребителя". Подобное высказывание с большой степенью вероятности позволяет утверждать, что в тот момент Сталин имел в виду создание именно рекордного самолета. Общеизвестны его повышенный интерес к установлению новых советских рекордов и глубокая осведомленность в области развития и достижений мировой авиации.
Достаточно вспомнить полное гордости и надежд письмо начальника Главного управления авиационной промышленности (ГУАП) Королева, направленное Сталину 1 октября 1934-го: "Доношу, что истребитель И-16 завода №39 с мотором "Райт-Циклон" дал скорость 430 км/ч на высоте 3000 м, поставив нас на первое место в мире по истребителям". И, словно перечеркивающая все, резолюция: "Тов.Королев! Мировой рекорд скорости не 430 км, а 500 км, осуществленный уже в Англии и, может быть, и во Франции. До "первого места в мире" еще далеко...". И.Сталин.
Каковы же были действительные достижения? "...План опытного самолето- и моторостроения, утвержденный Советом Труда и Обороны в июле 1932-го, авиапромом не выполнен", - отмечалось в июньском 1933-го постановлении Реввоенсовета СССР. Подобная ситуация создавала серьезную угрозу быстрого технического отставания находящихся на вооружении советских военно-воздушных сил самолетов от материальной части ВВС наших вероятных противников.
К началу второй пятилетки самолетостроительные заводы страны выпускали истребители И-4, И-5, И-7, созданные еще в 1929-1931-х годах и имевшие скорости 250-290км/ч, тогда как этот же параметр заграничных машин уже приближался к 400км/ч. Моторы с наддувом, установленные на иностранных самолетах, существенно увеличивали их скорость на боевых высотах, повышали скороподъемность и практический потолок. В то же время наши моторостроительные заводы еще не могли создать надежный отечественный высотный двигатель даже в опытном образце.
Сложившееся положение явилось прямым следствием недостаточно четкой и расбалансированной работы конструкторских групп, приводящей к значительным ошибкам и изменениям в чертежах; производственной небрежности заводов, выпускавших недоработанную продукцию; плохого качества материалов и полуфабрикатов, поставляемых авиапрому; низкого уровня научно-исследовательских работ, особенно в области авиационных материалов и проведения статических и динамических испытаний. Но, прежде всего, отставание СССР в моторостроении определялось объективными историческими причинами. Не надо забывать, что эта отрасль машиностроения опиралась на богатый многолетний опыт создания и производства сначала автомобильных, а затем и первоклассных авиационных двигателей. Первый же отечественный маломощный авиационный мотор М-11 удалось довести до серийного производства только в конце 1920-х. Но ведь для создания самолетов с летно-техническими характеристиками, не уступавшими таковым у иностранных машин, требовались моторы совершенно иного класса.
В создавшейся обстановке принимается решение о закупке лицензий на производство лучших зарубежных моторов. Одновременно разворачиваются работы по доводке и совершенствованию мощного отечественного двигателя водяного охлаждения М-34, для которого разрабатываются редуктор и приводной центробежный нагнетатель. Предпринятые шаги открыли новые возможности в отечественном моторостроении и позволили решительно повысить технические требования к производству двигателей. Освоение производства лицензионных моторов, получивших обозначения М-25 (625 л.с.), М-85 (850 л.с.), М-100 (860 л.с.) и форсирование отечественного М-34РН позволили приступить к проектированию нового поколения советских самолетов. Однако наличие мощных моторов было далеко не единственным условием успешного создания новых скоростных машин. Постепенно менялись взгляды на тактику воздушного боя. Военно-воздушным силам требовались истребители, обладающие большими скоростями, скороподъемностью и потолком, но эти качества могли быть достигнуты только за счет некоторого ухудшения маневренности в горизонтальной плоскости.
Начиналась упорная и длительная борьба за снижение лобового сопротивления самолета, выдвинувшая целый ряд новых проблем по улучшению аэродинамических форм, введению в конструкцию новых типов капотов и систем охлаждения двигателей, закрытых фонарей кабин летчиков, убирающегося шасси, посадочных щитков и др. Господствующей схемой самолета становился свободнонесущий моноплан с увеличенной нагрузкой на крыло, требующей некоторого ужесточения норм прочности.
Маневренный воздушный бой на виражах постепенно начинал уступать место скоростному бою на вертикалях, получившему свое окончательное утверждение в годы войны. Решение этих вновь возникших задач дало возможность сделать значительный рывок вперед и создать в 1933-1934-х годах первые советские скоростные истребители-монопланы конструкции А.Туполева (И-14), Н.Поликарпова (И-16) и Д.Григоровича (ИП-1), со скоростью от 360 до 450 км/ч. Внедрение этих машин в серийное производство велось параллельно с введением различных эксплуатационных и производственных улучшений. Опытные самолеты второй пятилетки по своей конструкции еще не предусматривали возможности массового изготовления, по-прежнему основываясь на полукустарной технологии, и поэтому чрезвычайно медленно и трудно внедрялись в производство.
Повышение летных данных и, в первую очередь, скорости, выдвинуло дополнительные требования к аэродинамике, прочности, лабораторным экспериментам и натурным испытаниям. Разработали новые нормы прочности, создали методы расчета вибраций, исследовали скоростные профили и вопросы штопора. Особое внимание уделялось дальнейшему снижению аэродинамического сопротивления. В этой связи начинает проявляться повышенный интерес к рядным двигателям водяного охлаждения, имевших меньшую площадь поперечного сечения, чем у моторов с воздушным охлаждением при почти одинаковой мощности. В распоряжении советских конструкторов к середине 1930-х имелось два таких мотора: отечественный М-34ФРН, еще не окончательно доведенный, но зато имеющий мощность 1200-1250 л.с., и лицензионный М-100 («Испано-Сюиза» 12 gbrs) в 860 л.с.
Следует отметить, что еще в конце 1934-го конструкторская группа Поликарпова, оптимально соединив воедино высокие технические данные одного из лучших в то время зарубежных двигателей водяного охлаждения "Испано-Сюиза" и прекрасную аэродинамику планера, выпустила еще один скоростной истребитель-моноплан И-17 с расчетной скоростью 500 км/ч. Однако досадные ошибки, допущенные при проектировании, и неприятности во время летных испытаний не позволили запустить ее в серийное производство, несмотря на то, что работы по доводке нескольких экземпляров этого самолета продолжались около четырех лет. Тем не менее на нем впервые в Советском Союзе применили и изучили схему скоростного моноплана с пушкой, стреляющей через полый вал редуктора двигателя.
Развернувшиеся в бригаде Ильюшина сразу после майского праздника работы по скоростному истребителю И-21, имевшему заводское обозначение ЦКБ-32, велись в двух направлениях и были четко сформулированы главным конструктором в его объяснительной записке к эскизному проекту: "Мы считаем, что боевой истребитель имеет полноценность только в том случае, если его большая скорость дополнена двумя не менее важными данными: вооруженностью и эксплуатационной надежностью".
Вооружение И-21 по тем временам было мощным. Одновременно разрабатывалось два варианта оружия, один из которых предусматривал установку четырех пулеметов ШКАС калибра 7,62 мм в крыле вне зоны, ометаемой винтом, с боезапасом по 500 патронов на ствол. В перегрузочных вариантах на самолете допускалось размещение радиостанции и четырех бомб калибра 10 кг или двух выливных авиационных приборов ВАП-6 или четырех бомб калибра 25 кг. Во втором варианте самолет комплектовался двумя крыльевыми пушками ШВАК с боезапасом по 125 патронов на каждую. Дополнительно в перегрузочных вариантах могли размещаться радиостанция или еще 150 патронов. Стрелковое и пушечное вооружение проектировалось таким образом, чтобы обеспечить наикратчайший путь боеприпасов от самой дальней точки патронных ящиков до приемника оружия. На И-21 этот путь не превышал 1,15 м. Такой подход к проектированию стрелково-пушечных установок гарантировал их безотказную работу и не снижал темпа стрельбы. При проектировании выяснилось, что для боевого истребителя достижение скорости 600 км/ч возможно только с использованием мотора М-34ФРН при условии внесения в него целого ряда существенных изменений. Во-первых, требовалось уменьшить площадь его миделя, во-вторых, осуществить доработки, позволявшие получить нормальную центровку самолета. Дело в том, что М-34 создавался для тяжелых машин и имел довольно значительную массу. При установке его на небольшой одноместный истребитель возникали трудности с центровкой.
По просьбе Ильюшина моторостроительный завод №24 выпустил всю необходимую конструкторскую документацию и обязался передать заводу №39 два специальных модифицированных двигателя мощностью 1275 л.с. на высоте 2200 м. На них предусматривалось поменять местами бензо- и водонасосы топливной и охладительной систем, сдвинуть маслоотстойник на 150 мм назад, изменить местоположение динамо, на 200 мм удлинить носок картера и сделать скос на его передней нижней части, установив редуктор без понижения оборотов. Одновременно требовалось пропустить через картер герметичную стальную трубу квадратного сечения для прохода переднего лонжерона крыла и обеспечить работу первого мотора на пароводяном (испарительном) охлаждении. Для этого установить две помпы для откачки сконденсированного пара, а второй - подготовить для работы с этиленгликолевым охлаждением. Срок передачи двигателей устанавливался 1 января и 1 декабря 1936-го.
Выбирая для самолета этот мотор, конструкторы учитывали не только его технические характеристики. Принятое решение Ильюшин обосновал следующим образом: "До настоящего времени для улучшения летных данных наших боевых самолетов мы вынуждены были применять моторы иностранных конструкций ("Испано-Сюиза", "Райт-Циклон", "Гном-Рон" и др.) и таким образом, один из главнейших элементов, определяющих самолет, был иностранным. В данный момент и этот последний элемент является советской конструкцией и советского производства, при этом, что чрезвычайно важно, он по своим техническим данным стоит выше, чем любой иностранный мотор. Таким образом, мы имеем в нашей стране все необходимые и достаточные технические элементы для создания боевых самолетов, по своим данным стоящих выше заграничных. Ни с какими другими моторами нельзя получить такой скорости для боевого истребителя".
На первый взгляд может показаться странной установка на моторе редуктора, в котором обороты коленчатого вала и втулки воздушного винта не менялись. Однако это позволило получить прекрасную форму носовой части фюзеляжа и, как следствие, малый коэффициент ее лобового сопротивления. Кроме того, редуктор дал возможность при прочих равных условиях применять воздушный винт с большим на 500 мм диаметром при очень низком шасси. Масса редуктора по замыслу конструкторов должна была с лихвой компенсироваться малым сопротивлением фюзеляжа и уменьшением массы шасси. Еще в марте 1935-го ГУАП обязал все заводы Глававиапрома, разрабатывавшие новые опытные самолеты под М-34, в обязательном порядке предусмотреть вариант испарительного охлаждения. Пять месяцев спустя в приказе начальника ГУАП Королева уже сообщалось об удовлетворительном завершении работ по переводу мотора на испарительное охлаждение и об успешном заграничном опыте по использованию этой системы на последних типах военных самолетов.
В этом же приказе директорам заводов и ЦАГИ предлагалось "в целях выявления преимуществ М-34 с испарительным охлаждением" перед обычным водяным, еще раз срочно проработать вопрос "о его применении на самолетах, на которых можно получить наибольший эффект от такого типа охлаждения". Однако уже летом следующего года постановлением правительства авиапрому решительно предложили переходить на этиленгликолевое охлаждение авиационных двигателей.
Не эти ли руководящие документы сыграли решающую роль при выборе системы охлаждения на И-21? Ведь ее разрабатывали именно в этих вариантах. Какие же выгоды сулили конструкторам столь настойчиво рекомендуемые системы? Известно, что сопротивление находящегося в потоке радиатора значительно уменьшает скорость самолета, поэтому исследованию путей уменьшения этого "вредного" параметра уделялось большое внимание. Первая из вышеупомянутых систем позволяла полностью устранить, а вторая - значительно снизить сопротивление радиатора за счет меньшей площади его охлаждающей поверхности. Если в обычных системах водяного охлаждения, имеющих температурный режим ниже 100° С, килограмм воды при нагреве на 10° С забирает от стенок цилиндров 10 калорий тепла, то при испарительном охлаждении, при котором вода в рубашках цилиндров мотора доводится до кипения, испарение того же количества воды уносит от двигателя уже 540 калорий. Образовавшийся пар, конденсируясь в плоских радиаторах, образованных двойной работающей обшивкой крыла, возвращается в двигатель для повторения цикла.
Существовало мнение, что при любом повреждении крыльевого радиатора мотор не выйдет из строя, т.к. количество циркулирующей в системе в виде пара воды составляет лишь 2% от ее общего объема, и расход пара, выходящего через пробоину, можно легко компенсировать водой из расходного бачка. Применение для охлаждения моторов высококипящих жидкостей (например, технический этиленгликоль с точкой кипения около 150° С), за счет увеличения их температуры в радиаторе до 125° С позволяло уменьшить охлаждающую площадь последнего почти в два раза. Платой за эти достижения была обязательная модификация моторов водяного охлаждения, предназначенных для работы с новыми системами.
Упорное стремление уменьшить потери скорости решило вопросе выборе типа охлаждения для первого опытного экземпляра И-21 в пользу испарительного. Во всем диапазоне скоростей горизонтального полета, от минимальной до максимальной, охлаждение двигателя должен был обеспечивать крыльевой радиатор, расположенный по верхней поверхности центральной части крыла. Для режимов руления и набора высоты на самолете установили выдвижной радиатор. Обосновывая принятое решение, Ильюшин писал: "Зная, что существующие крыльевые радиаторы с большим количеством соединений являются сложными по своей конструкции и монтажу, исключая возможность массовой эксплуатации, мы приняли все меры к тому, чтобы сделать его простым по конструкции, а, следовательно, удобным и надежным в эксплуатации". Какова же была конструкция будущего самолета? Свободнонесущий моноплан со стреловидным по передней кромке крылом, цельнометаллический, с убирающимся шасси и закрытой кабиной летчика с открывающимися в обе стороны дверками.
Истребитель имел минимальные размеры, а специальные исследования, проведенные в ходе проектирования, позволили получить мидель фюзеляжа лишь на несколько процентов больше поперечного сечения двигателя. При этом сохранились отвечавшие существовавшим нормам габариты кабины летчика (длина 1400 мм, ширина 800 мм), обеспечивавшие его достаточно удобное размещение. В конструкции планера широкое применение нашли каленые хромансилевые трубы, использованные в лонжеронах крыла и фюзеляжа, моторной рамы. Менее нагруженные элементы планера выполнялись из дюраля, за исключением полотняной обшивки рулей. Большое внимание уделили повышению прочности и жесткости основных узлов и сочленений. Самолет отличался очень низким шасси и простой кинематической схемой уборки и выпуска с помощью масляно-пневматической системы. Строили две машины. На первой из них применили испарительную систему охлаждения, двигатель второго самолета должен был охлаждаться этиленгликолем. Многочисленные проблемы, имевшие место при проектировании и изготовлении самолета, срыв заводом №24 срока поставки двигателя привели к значительной задержке окончания его постройки. В отчете завода №24 за 1936-й сообщалось: "Основная задача, поставленная перед заводом по опытному моторостроению в 1936 году - форсирование мотора М-34 и связанная с этим модификация. Решение этой задачи усложнилось требованиями, предъявляемыми опытными организациями к производству нескольких видов форсированных моторов применительно к разным типам запроектированных опытных самолетов (ТБ-7, ДБ-А, И-21 и др.). Вследствие чего завод, помимо разрешения проблемы модификации и форсирования мотора, должен был увеличить количество типов двигателей, намеченных к производству, и заняться доводкой каждого из них в отдельности".
Возникшие трудности учли в плане опытного строительства самолетов на 1936-й и 1937-й годы. Установленный ранее срок начала государственных испытаний И-21 в августе 1936-го перенесли на год. К сожалению, пока не найдено документов, удостоверяющих точную дату первого полета истребителя И-21. Большинство авторов имеющихся по этому вопросу публикаций считают, что он состоялся в конце 1936-го. В докладе же заместителя наркома оборонной промышленности Кагановича, подготовленного в марте 1937-го в качестве отчета о выполнении плана опытного строительства авиации за 1936-й отмечалось: "Построен и передан на заводские испытания (...) истребитель И-21 со скоростью, доходящей до 600 км/ч". Для всех других опытных самолетов, указанных в этом докладе, приводятся даты начала и конца заводских или государственных испытаний. Можно привести один из приказов по авиапрому, датированный 2 апреля 1937-го. В перечне работ, которые требовалось закончить до 15 мая 1937-го, есть пункт: "...по заводу №39 - закончить летные испытания мотора М-34ФРН на самолете конструкции Ильюшина". Таким образом, первый полет летчик-испытатель Коккинаки выполнил скорее всего в начале 1937-го.
Первые же полеты самолета показали несовершенство и неспособность системы охлаждения обеспечить нормальный температурный режим мотора. Несмотря на огромные усилия, попытка приспособить путем весьма существенных конструктивных доработок тяжелый и крупногабаритный двигатель М-34 для легкого скоростного истребителя успехом, к сожалению, не увенчалась. Существенное улучшение аэродинамики самолета, весьма успешное решение многих проблем, касавшихся его конструкции, вооружения и эксплуатационной надежности, не помешали Ильюшину принять смелое и радикальное решение: прекратить испытания и дальнейшую работу по этой машине.
Время моторов, работающих с испарительным охлаждением, уходило в прошлое. В плане развития опытного самолетостроения в третьей пятилетке говорилось: "Получить в 1939-1940 годах на практических боевых одноместных скоростных истребителях максимальную скорость, достигающую 600-650 км/ч на высоте 6000-7000 метров".
Тактико-технические характеристики
Размах крыла, м10.00
Длина, м8.37
Высота, м3.30
Площадь крыла, м218.16
Масса, кг
пустого самолета1680
нормальная взлетная2125
топлива150
Тип двигателя
ПД М-34ФРН, л.с1275
Максимальная скорость , км/ч>620
Практическая дальность, км766
Скороподъёмность, м/мин1316
Практический потолок, м12000
Экипаж,чел1
Вооружение:две крыльевые 20-мм пушки ШВАК (по 125 патронов)
Поиск ЛА по алфавиту

АвиаТОП Сайт - участник рейтинга Военных сайтов (раздел - авиация) Маленький щёччик =)
Hosted by uCoz