Настоящая работа была выполнена при следующих обстоятельствах.
I. Ознакомление с реактивными двигателями показало, что в ближайшее время вполне возможно и необходимо использование этих двигателей на самолетах.
При обеспечении необходимых условий такие самолеты могут быть осуществлены в короткие сроки и с большим эффектом применены в войне против Германии.
В частности, в недалеком будущем будет закончен реактивный двигатель РД-1 конструкции инженера Глушко, работающий на жидком топливе. В декабре месяце с.г. РД-1 поступает на испытания. В течение I квартала 1943 г. двигатель будет отрабатываться, после чего он может быть установлен на самолет, ориентировочно 1/V - 1/VI 1943 г.
Двигатель РД-1 представляет собой агрегат, состоящий из четырех камер и турбонасоса. Тяга двигателя 1200 кг и развиваемая полезная мощность на эксплуатационных режимах полета порядка 2500-4000 л.с. Для обычных авиамоторов, с учетом к.п.д. винта, это эквивалентно 3000-6500 л.с. Вес РД-1 около 180 кг.
Необходимо отметить, что двигатель РД-1 разработан с учетом полученного ранее положительного опыта работы с двигателями такого же принципиального типа и аналогичной конструкции, что дает уверенность в его успешной сдаче в эксплуатацию.
Таково положение с реактивными двигателями на жидком топливе сегодня.
II. О применении реактивных двигателей можно сказать следующее: вполне достоверно известно, что реактивные самолеты, а также вспомогательные реактивные агрегаты и объекты за последние 8-10 лет построены и строятся буквально повсеместно, во всех странах.
В СССР, после ряда лет экспериментальных и подготовительных работ, впервые реактивный самолет, или планер с реактивным двигателем, был построен в 1936 г. по моему проекту и успешно испытан в 1938-1939 гг. (с двигателем инженера Глушко) летчиком НИИ ВВС Федоровым[1].
Эта машина весом около 700 кг, с тягой РД 150 кг была задумана как первый опыт и исключительно для экспериментальных целей.
В 1937 г. в РНИИ мною была начата работа над двухместным реактивным истребителем-перехватчиком (объект 318-РП) с полетным весом 1900 кг под РД инженера Глушко с тягой 900 кг (2500 л.с).
Эта работа не была закончена. В последнее время известен самолет БИ *, построенный инженером Болховитиновым и совершивший до сего дня один полет с работающим двигателем. Самолет БИ предположено использовать как одноместный истребитель-перехватчик. Его размах 5,5 м; площадь крыла 7 м2; полетный вес 1620 кг; вес вооружения 50-100 кг. Продолжительность полета на скорости 800 км/час - 2 мин, максимальная продолжительность полета на скоростях 550-360 км/час около 4-5 мин. Реактивный двигатель Д-1-А-1100 РНИИ, установленный на самолете БИ, дает тягу 1100 кг. Этот двигатель работает от баллонов со сжатым воздухом под давлением 150 атм. Поэтому большое количество таких баллонов приходится брать в полет на самолете БИ. Допускаемая длительность работы двигателя РНИИ очень небольшая (6 пусков, продолжительностью не более 80 сек каждый).
* Имеются некоторые данные, материалы и чертежи этого самолета.
При всех этих условиях возможная эффективная отдача этой машины очень невелика, а система топливных баков, находящихся все время под высоким давлением, и баллонов со сжатым воздухом опасна при эксплуатации боевого самолета.
Если на самолет БИ взамен двигателя РНИИ установить двигатель РД-1, то летные данные улучшатся. Однако это не позволяет использовать все возможности двигателя РД-1, так как потребная для этого переделка самолета БИ так велика, что фактически сводится к созданию машины заново.
Таково положение с применением реактивных двигателей на сегодня.
III. Несомненный интерес представляет определение реальных возможностей самолета с реактивным двигателем на жидком топливе при современном состоянии работ.
Ответ на этот вопрос могут дать выполненные с этой целью и прилагаемые ниже предварительные расчеты самолета реактивного перехватчика (РП) с двигателем РД-1.
РП предназначается для борьбы с авиацией противника в воздухе при обороне определенных пунктов - городов, укрепленных объектов и линий и т. д.
Упреждение при вылете обычных истребителей обороны для встречи противника, идущего на высоте 6-8 км со скоростью 550 км/час, составляет около 70-100 км и более (зона тактической внезапности). Для РП эта величина сокращается до 13-18 км. Резкое превосходство летных качеств позволит РП догнать и уничтожить любой современный самолет, летящий с любой скоростью, на сколь угодно большой высоте и попавший в зону его действия.
РП также может быть использован для внезапной быстрой атаки наземных целей - танков, батарей, зенитных точек противника, переправ и т. д.
Обладая весьма значительной скороподъемностью (набор высоты 10 км за 2 мин) и максимальной скоростью горизонтального полета 1000 км/час, РП сможет держать инициативу боя в своих руках, имея возможность внезапного стремительного нападения, а в случае необходимости и быстрого маневра для занятия новой исходной или более выгодной позиции и для повторного нападения.
Довольно значительная для реактивных самолетов продолжительность полета (10-18 мин при скорости 800-550 км/час и максимальная продолжительность полета 30 мин) позволит РП выполнить все эти маневры.
Во избежание ненужного экспериментирования взята обычная, хорошо изученная схема.
Было принято, что РП - одноместный самолет, моноплан с низким расположением крыла, фюзеляжем, несущим пилота, вооружение, часть баков, двигательную установку и хвостовое оперение. Шасси трехколесное, но значительно более низкое, чем обычно, вследствие отсутствия на машине винта. Трехколесное шасси обязательно необходимо как для обеспечения работы двигателя при движении самолета у земли, так и облегчения взлета и посадки подобной машины. Конструкция машины в основном деревянная (хвостовая часть фюзеляжа, несущая двигатель, из дюраля), не требующая применения никаких специальных или дефицитных материалов. Топливные баки обычного типа, сварные из алюминия.
Двигатель устанавливается в хвостовой части фюзеляжа с направлением своих сопел назад по полету. Камера двигателя с газогенераторной форкамерой, постоянно работающая, и еще одна камера расположены на хвосте фюзеляжа, а еще две камеры на крыльях с наклоном вниз на 5°.
На РП была принята установка жидкостного реактивного двигателя РД-1 со следующими основными данными:
Максимальная тяга у земли, кг Максимальная тяга на 10 км, кг Минимальная тяга, кг Расход топлива, кг/сек | 1200 1300 100 6-0,6 | Вес двигателя, кг Мидель двигателя, м2 Габариты двигателя, м | 180 0,35 0,6 X 0,8х X 1,2 |
Высотность двигателя - неограниченная. В качестве топлива используются азотная кислота (ОСТ 12467-39) и тракторный керосин. Не требуются винты и радиаторы, отсутствуют моторные вибрации.
На самолете РП ориентировочно предусмотрена установка двух пушек «ВЯ» калибром 23 мм с запасом 150 снарядов и пулемета «ВС» с запасом патронов. В перегруженном варианте возможна подвеска реактивных снарядов калибра 82 мм - 6 шт.
Отличительной чертой самолета РП и реактивного двигателя является доступность в изготовлении, а также малая трудоемкость, обусловливаемая их сравнительной простотой, небольшим габаритом и весом. Основные агрегаты самолета - крыло, фюзеляж и оперение - деревянной конструкции, что облегчает как изготовление их, так и обеспечение материалом.
Изготовление двигателя РД-1 в сильной мере упрощается отсутствием коленчатых валов, кривошипно-шатунного механизма, поршневой группы, распределительных валов с приводами, картеров и других неизбежных элементов конструкции обычных двигателей. Общее количество деталей по двигателю РД-1, включая и все нормальные и крепежные детали, 800 шт. В связи с этим отпадает необходимость специального станочного оборудования авиамоторных заводов, если на них будет строиться этот двигатель.
Доступность и малая трудоемкость изготовления самолета РП и двигателя РД-1, отсутствие необходимости в винтах и радиаторах всех типов позволят в короткие сроки наладить крупносерийное производство таких машин при значительном сокращении числа кооперированных заводов - поставщиков и смежников.
Приведенные далее предварительные расчеты РП произведены на следующих основаниях.
Данные и характеристики реактивного двигателя РД-1 взяты из материалов, предоставленных ОКБ.
Основные параметры самолета выбирались на основании произведенного автором исследования выгодных размеров и соотношений для реактивных самолетов, как-то: соотношения тяги двигателя и полетного веса машины, процентного содержания топлива и величин удельных нагрузок несущей площади и размаха *. В ОКБ находятся отдельные чертежи, в частности чертежи крыла реактивного самолета-перехватчика - объект 318-РП (см. выше), которые также были использованы.
* С. П. Королев. Крылатые ракеты для полета человека. «Техника воздушного флота», № 7, 1935 г.[2]
Особо подчеркиваем, что при установлении схемы принята нормальная самолетная схема, достаточно хорошо изученная и поэтому исключающая лишние элементы неизвестности со стороны собственно самолета, что для РП, являющегося машиной совершенно нового класса, имеет немаловажное значение.
Двигательная установка расположена так: камера двигателя, имеющая газогенераторную форкамеру, и постоянно работающая еще одна камера расположены на хвосте самолета, а остальные две камеры - на крыльях. Подобное расположение, не ухудшая аэродинамику машины, удовлетворяет нужным для работы реактивного двигателя специфическим требованиям, условиям центровки самолета и общей компактности схемы.
Так как основные режимы полета РП лежат в областях, где сказывается сжимаемость воздуха, то в расчетах приняты поправочные коэффициенты с учетом числа Берстоу, увеличивающие воздушное сопротивление.
Эти данные основаны на современных материалах и опытах в области больших скоростей как в СССР, так и за границей.
Надо отметить, что при расчетах все коэффициенты, вредные площади и мидели выбирались с несколько ухудшенными значениями, для того чтобы получить реальные данные машины.
Взлет самолета РП был принят, как и для обычных самолетов, с места старта на собственном двигателе, но без применения средств для увеличения подъемной силы на взлете; использование этих вспомогательных средств будет целесообразно для уменьшения длины и времени разбега. Если также в дальнейшем (но не на первой машине) применить для взлета тележку со стартовыми пороховыми ракетами, то, значительно облегчая взлет, можно получить экономию топлива до 10%, а также экономию в весе самого шасси. Это мероприятие улучшит качества машины и увеличит продолжительность полета.
Вес самолета выбирался по возможности наименьшим, что всегда целесообразно при начале работ в новой области, с точки зрения осуществления меньшей машины. Это не всегда выгодно с точки зрения получения оптимальных данных. Поэтому были просчитаны варианты РП с полетным весом 2150 и 2500 кг с одним и тем же двигателем РД-1.
Летные качества РП в обоих случаях сравнивались. Вариант более тяжелой машины, несколько теряя свои качества при наборе высоты, имеет большую возможную продолжительность полета при тех же значениях максимальных и крейсерских скоростей и малый разбег. Весовой баланс в этом случае менее напряженный, а компоновка более рациональная и перспективная. В случае второго варианта, несмотря на больший вес, удельные нагрузки получились меньше; машина будет более летучей и маневренной.
Самолет РП является оригинальной конструкцией, не дублирующей как самолет БИ инженера Болховитинова, так как РП обладает существенно лучшими летно-тактическими качествами, так и другие известные типы самолетов-истребителей.
В результате, хотя данные расчеты и схемы носят предварительный характер, тем не менее полученные материалы позволяют с достаточной достоверностью судить о качествах и возможностях самолета-перехватчика с реактивным двигателем.
Предпочтение следует отдать второму варианту с полетным весом 2500 кг, размахом 7,2 м и площадью крыльев 13 м2.
Предлагаемый самолет-перехватчик РП с реактивным двигателем РД-1 является представителем нового класса сверхскоростных высотных истребителей.
РП обладает исключительно высокими летными и тактическими качествами и мощным вооружением, что при сравнительно большой для реактивных машин продолжительности полета позволит ему решать многие, недоступные для винтомоторных самолетов, тактические задачи.
РП может догнать и уничтожить любой современный скоростной самолет, летящий на сколь угодно большой высоте и попавший в зону его действия.
Малая трудоемкость и доступность в изготовлении самолета РП и двигателя РД-1 позволят в короткие сроки наладить выпуск машин для использования в идущей войне.