скачать книгу бесплатно
Весьма весомым (6 тонн взлетного веса) подтверждением всему вышесказанному стал американский истребитель P-47D «Тандерболт». Огромный тупорылый «кувшин» (так его называли летчики) с двухрядной «звездой» воздушного охлаждения имел коэффициент аэродинамического сопротивления меньший (!!!), чем у остроносого «Мессершмитта», и, развивая на большой высоте скорость в 690 км/час, «Тандерболт» стал одним из самых быстрых поршневых истребителей Второй мировой войны.
До самого конца войны «спор» между радиальными и рядными моторами так и не был разрешен. Англичане отвоевали с 1939-го по 1945-й годы исключительно на истребителях с моторами жидкостного охлаждения, японцы – воздушного. ВВС США, Германии и СССР закончили мировую войну, имея на вооружении пару истребителей (один с радиальным, другой – с рядным двигателем): «Тандерболт» и «Мустанг», «Фокке-Вульф» и «Мессершмитт», «Ла» и «Як». Все американские бомбардировщики были оснащены только двигателями воздушного охлаждения, почти все немецкие и английские – жидкостного. Советская авиация в конце войны имела на вооружении два типа бомбардировщика с моторами воздушного охлаждения («ДБ— Зф» и «Ту-2»), но самым массовым был легкий бомбардировщик «Пе-2» с двигателем жидкостного охлаждения…
2.4. Уравнение существования
Мы подошли к самому главному. Главным для понимания процесса проектирования самолета является закон природы, который в авиации получил изящное название «уравнение существования». Этот закон (подобно II закону термодинамики) имеет множество совершенно непохожих друг на друга формулировок. Например: «невозможно изменить вес любой составляющей самолета (двигатель, планер, топливо, шасси, вооружение) без того, чтобы для сохранения исходных летных характеристик не пришлось изменить вес всех остальных компонентов». Например, дополнительная пушка весом в 50 кг потребует (если мы хотим сохранить исходную тяговооруженность и связанные с ней разгонные и маневренные характеристики) небольшой «добавки» мощности двигателя. Чуть более мощный двигатель будет и несколько тяжелее. Для него потребуются более тяжелый винт и лишние литры топлива (если мы хотим сохранить исходную дальность и продолжительность полета). Потяжелевший самолет потребует усиления конструкции шасси, а для сохранения исходной удельной нагрузки на крыло потребуется увеличить площадь крыла, что приведет к росту аэродинамического сопротивления, для преодоления которого (если мы хотим сохранить максимальную скорость исходного самолета) придется увеличить мощность двигателя, который станет еще тяжелее…
Закончится ли в конце концов эта «цепная реакция». Да. Чем? Появлением нового самолета, в котором относительные доли веса каждого агрегата в общем весе самолета останутся точно такими же, как и раньше, но весь самолет в целом станет тяжелее. Это еще одна возможная формулировка «уравнения существования».
Поясним сказанное простым, но при этом вполне реалистичным числовым примером. Предположим, что на неком «исходном самолете» был двигатель мощностью в 1000 л.с. и две пушки общим весом 100 кг, при этом вес пушек составлял 4 % от общего веса (т. е. самолет весил 2,5 тонны). Добавка третьей пушки весом в 50 кг (при сохранении всех летных параметров исходного самолета!) приведет к появлению нового самолета, в котором вес пушек по-прежнему будет составлять 4 % от общего веса, но этот новый самолет будет иметь вес в 3,75 тонны и потребует двигатель мощностью в 1500 л.с. (по умолчанию мы предполагаем, что вес мотора, его мощность и тяга винтомоторной установки связаны прямой пропорциональной зависимостью). Хорошо, если двигатель такой единичной мощности существует. В противном случае создать трехпушечный самолет (при сохранении всех летных параметров исходного) не удастся, так как установка двух моторов (по 750 л.с. каждый) на крыло радикально меняет аэродинамику (большее сопротивление) и маневренность (больший момент инерции и снижение угловой скорости крена).
Заслуживает внимания и удивительно малая доля вооружения в общем весе истребителей начала Второй мировой войны.
«Веллингтон»
Стремление к невозможному, т. е. желание сохранить высокую горизонтальную маневренность (на уровне лучших бипланов середины 30-х годов) и при этом добиться скорости, значительно превосходящей скорость новейших бомбардировщиков, потребовало значительного увеличения тяговооруженности, т. е. использования все более и более мощных моторов. Вес винтомоторной группы дошел до половины от веса пустого самолета, и истребитель превратился в «мотор с крыльями», где не осталось места для того главного, ради применения которого истребитель и взлетает в небо, – вооружения. Двигатель «съел» самолет…
Надеюсь, что все это не слишком сложно. Из «уравнения существования» следует множество интересных выводов. В частности, на каждом определенном этапе развития техники соотношение относительного веса планера, двигателя, топлива, полезной нагрузки у самолетов с одинаковыми летными характеристиками (скорость, дальность, скороподъемность, располагаемая перегрузка) будет почти одинаковым.
Возьмем, например, бомбардировщик, способный переместить 1 тонну бомб на расстояние в 2–3 тысячи километров с крейсерской скоростью 300–360 км/час. Этим требованиям в конце 30-х годов отвечали английский «Веллингтон», немецкие «Хейнкель-111» и «Юнкерс-88», советский «ДБ-Зф», итальянский «Савойя-Маркетти-79». Внешне это очень разные самолеты, с разным числом и типом охлаждения двигателей, разными аэродинамическими и конструктивно-силовыми схемами, сделанные из различных материалов и по-разному вооруженные.
Но – доля веса топлива в нормальном взлетном весе выражается весьма сходными цифрами: 21,2 %, 27,6 %, 27,6 %, 32,5 %, 24,8 %. Из общего ряда, как видно, выпадают два самолета: «Веллингтон» (21,2 %) и «ДБ-Зф» (32,5 %). Но это как раз тот случай, когда «исключения подтверждают правило». «Веллингтон» летал медленнее всех (крейсерская скорость всего 290 км/час), потому и расходовал топливо экономичнее, а «ДБ-Зф» имел значительно большую дальность полета (до 3300 км).
Вернемся теперь к сравнению параметров истребителей. Относительный вес конструкции (планер + двигатель + шасси) на протяжении всей войны практически не изменился, и у трех десятков самых разных по характеристикам и внешнему виду истребителей укладывался в диапазон 74–82 % от общего взлетного веса самолета. Другими словами, на топливо и полезную нагрузку оставалось порядка 18–26 % от взлетного веса. Например, вес конструкции истребителя «Мессершмитт» «Bf-109»Е-3 составлял 2016 кг; полезная нагрузка (592 кг, или 22,8 % от взлетного веса) состояла из топлива и масла (330 кг), вооружения с боеприпасами (172 кг), летчика с парашютом (90 кг).
А теперь сравним весовые характеристики «Мессершмитта» серии Е (один из самых легких истребителей начала войны) с весом самого тяжелого одномоторного истребителя конца войны.
История создания и боевого применения американского «Тандерболта» (вес пустого 4452 кг, нормальный взлетный вес 5961 кг) может послужить отличной иллюстрацией сразу нескольких основополагающих правил самолетостроения. Высокая удельная нагрузка (214 кг на кв. м) позволила самому тяжелому истребителю Второй мировой стать одновременно и рекордсменом скорости. Четвертая часть от 6 тонн взлетного веса американского истребителя составляет 1500 кг, но летчик, пилотирующий 6-тонный самолет, ничуть не толще и не тяжелее других. Вместе с парашютом он весит не более 100 кг. В результате на вооружение, приборное оборудование и топливо в «Тандерболте» остается 1400 кг – в три раза больше, чему «мессера» серии Е.
Вот поэтому на борту «Тандерболта» мы и обнаруживаем 6 или 8 крупнокалиберных пулеметов с огромным боекомплектом (в перегрузочном варианте – до 3400 патронов); в кабине летчика – полный комплект всевозможного оборудования (от писсуара до автопилота и средств радионавигации); за спиной пилота – мощное бронирование, под ногами – совершенно уникальная стальная «лыжа», сберегающая жизнь летчика при вынужденной посадке на фюзеляж. Для штурмовки наземных целей «Тандерболт» мог поднять 900 кг бомб и 10 ракет калибра 127 мм (это соответствует боевой нагрузке двух наших штурмовиков «Ил-2»). Максимальная дальность полета в 3780 км (с подвесными баками) позволяла сопровождать любой бомбардировщик, даже тот, который в Германии или СССР назывался бы «дальним».
Таким образом, огромные усилия американских ученых и инженеров, создавших для «Тандерболта» двигатель с турбонаддувом единичной мощностью в 2300 л.с., были потрачены не зря. Они позволили создать одноместный одномоторный самолет, который при вполне приемлемых летных характеристиках (и даже рекордной скорости) имел взлетный вес в 6 тонн. Большой взлетный вес (а значит, и большой вес полезной нагрузки) позволил создать на базе этого самолета высокоэффективную многоцелевую систему вооружения, способную на огромных пространствах выполнять самые разнообразные боевые задачи.
Шеститонный самолет и двигатель мощностью в 2300 л.с. – это не только огромное достижение конструкторской мысли. Это еще и огромные финансовые затраты, огромный расход топлива на каждый вылет. Нельзя ли решить задачу проще и дешевле? «Уравнение существования» подсказывает несколько возможных путей. Во-первых, всегда можно «купить» рост одних характеристик ценой снижения других. Вернемся к примеру с установкой дополнительной третьей пушки на легкий истребитель весом в 2,5 тонны. Совсем необязательно запускать «цепную реакцию» роста абсолютного веса всех агрегатов самолета. Самый простой и быстрый способ – залить в топливный бак на 50 кг бензина меньше. При этом сохранятся все летные характеристики исходного самолета. Кроме одной – дальности полета. Приемлемая ли это цена за увеличение огневой мощи вооружения? В ряде случаев – да. А если далеко летать не надо, то можно и часть приборного оборудования снять, а за счет экономии веса «купить» дополнительный боекомплект.
Есть и гораздо лучший способ разумного использования «уравнения существования». Совсем необязательно улучшать одни параметры ценой ухудшения других. Можно (и нужно) пойти другим путем. 50 и более кг веса можно сэкономить за счет снижения веса конструкции. Так как вес планера (фюзеляж, крыло, хвостовое оперение) составлял для истребителей эпохи Второй мировой войны порядка 35–40 % веса пустого самолета, то даже самое скромное облегчение конструкции позволяло найти «лишние» 2–3 % веса, позволяющие очень заметно увеличить полезную нагрузку.
«Самое главное глазами не увидишь». Эти слова знаменитого летчика, писателя и философа А. Экзюпери очень точно отражают главные проблемы и возможности в проектировании самолета. Выбор оптимальной конструктивно-силовой схемы, тщательная проработка конструкции каждого узла и детали, создание высокопрочных материалов – вот те невидимые постороннему глазу усилия, которые в конечном итоге и определяют летные характеристики самолета. Удивительно, но факт: скучный сопромат (занудное учение о прочности гаек, болтов, стержней и оболочек) оказался по меньшей мере столь же важен, как и все красоты аэродинамики.
Приведем еще один показательный пример. На рубеже 30 – 40-х годов разрабатывался и поступал на вооружение ВВС ведущих стран мира ряд истребителей с двигателями мощностью 1050–1100 л.с. При почти одинаковых мощности двигателя и максимальной скорости вес этих самолетов оказался очень даже разным (см. Таблица 1).
Таблица 1
Причем нельзя сказать, что малый вес конструкции лидеров был «куплен» ценой снижения мощности вооружения. По такому параметру, как «вес секундного залпа», поликарповский «И-180» был равен «Томахоуку» (1,86 кг/сек и 1,84 кг/сек) и превосходил «Спитфайр» (1,86 против 1,52 у английского «огневержца»). Что же касается тихоходного французского «Блоха», то на нем было установлено самое мощное и поэтому самое тяжелое среди всех вышеперечисленных истребителей вооружение (две пушки «Испано-Сюиза» 20 мм и два пулемета 7,7 мм, вес секундного залпа 3,2 кг/сек).
Приведенную выше таблицу не стоит рассматривать как «рейтинг квалификации конструкторов», хотя, конечно же, вес конструкции пресловутых «истребителей новых типов» («ЛаГГ-3» и «Як-1») впечатляет. Самое главное глазами не увидишь. Избыточный вес конструкции «ЛаГГа» – это, скорее всего, результат прискорбной торопливости в стремлении выполнить «задание Партии и Правительства» на технологиях и оборудовании мебельной фабрики (к сожалению, это не шутка). Низкий вес конструкции «И-180» и «Блоха» свидетельствует не только о высокой квалификации разработчиков, но и о несомненных преимуществах легкого двигателя воздушного охлаждения. Большой вес конструкции «Томахоука», возможно, объяснялся не ошибками весового проектирования, а большими запасами прочности планера. Такое предположение (точный ответ требует серьезного анализа, выходящего за рамки задач данной главы) может объяснить факт превращения тяжелого и маломаневренного «топора» в истребитель-бомбардировщик, который по весу бомбовой нагрузки (450 кг) и дальности полета (1127 км) почти не уступал советскому двухмоторному фронтовому бомбардировщику «Пе-2».
2.5. Стальные руки-крылья
Вышеизложенное представляет собой тот minimum minimorum, разобравшись в котором даже неспециалист сможет в дальнейшем осмысленно читать и понимать популярную книжку по истории авиации. Большее для таких целей и не требуется. В любом случае – обсуждение сугубо специальных производственно-технологических вопросов является в данном случае излишним. И я не стал бы утомлять читателей очередной порцией неудобоваримой технической терминологии, если бы несмолкаемый хор агрессивно-невежественных разглагольствований на тему «фанерных советских самолетов» не делал необходимыми некоторые дополнительные пояснения.
Даже на фоне многих других заведомо ложных измышлений про «техническую отсталость» сталинской империи бредовые рассуждения про «фанерные самолеты, горевшие, как свечи» поражают своей редкостной абсурдностью. Начнем с того, что именно Советская Россия (хотя она и не была родиной слонов) является пионером цельнометаллического самолетостроения. В августе 1922 года в СССР была выпущена первая партия отечественного дюралюминия. 24 мая 1924 года совершил первый полет первый советский цельнометаллический самолет «АНТ-2».
В следующем, 1925 году конструкторское бюро А.Н. Туполева создает тяжелый бомбардировщик «ТБ -1». Не говоря уже о множестве новаторских конструктивных решений, определивших магистральный путь развития военной авиации на многие годы вперед, «ТБ-1» по своим размерам был больше любого металлического самолета своего времени. Наконец, 22 декабря 1930 года совершил свой первый полет первый в мире тяжелый четырехмоторный бомбардировщик – цельнометаллический «ТБ-3» («АНТ-6»). По взлетному весу (20 т) и весу бомбовой нагрузки (5 т) этот самолет 1930 года превосходил основные типы серийных бомбардировщиков Германии конца Второй мировой войны. Цельнометаллический гигант выпускался большой серией (всего было построено 819 «ТБ-3»), и на его базе в СССР (опять-таки впервые в мире) была создана стратегическая авиация как особый вид вооруженных сил.
Разумеется, без воровства западных (немецких в данном случае) технологий дело не обошлось. А.Н. Туполев не был первым. Первым был все-таки Г. Юнкере. Но в разгромленной и разграбленной по Версальскому договору Германии развернуться Юнкерсу не дали. Зато руководство Советской России предложило гениальному немецкому инженеру щедрый контракт и огромный завод в Филях (будущий авиазавод № 22). Чертежи и техдокументацию с концессионного завода «тайно изъяли» (такой термин использован в донесении чекистов на имя наркома обороны Ворошилова), потом переманили на работу в Союзе ведущих специалистов фирмы Юнкерса, после этого и договор с Юнкерсом досрочно разорвали. Он даже пытался судиться – но это смешно. Большевики и без решения продажного буржуазного суда знают, что они всегда правы… Да, методы, при помощи которых сталинская империя заняла лидирующие позиции в мировом авиастроении, не были правовыми. Но мы в этой главе обсуждаем не методы, а результаты. Результаты были следующие:
– истребитель «И-16» Фюзеляж цельнодеревянный: оболочка, выклеенная из березового шпона («шпон» – это тонкий деревянный лист; иногда шпон называют «однослойной фанерой»), общей толщиной 2,5–4 мм, подкрепленная деревянными рамными шпангоутами, лонжеронами и стрингерами из сосновых реек. Центроплан крыла: лонжероны ферменные, сваренные из стальных труб; нервюры ферменные из дюралевых профилей; обшивка – дюралевый лист. Отъемные части (консоли) крыла: лонжероны балочные со стальными полками и дюралевой стенкой; обшивка – полотно;
– истребитель «И-153». Фюзеляж: сварная пространственная ферма из стальных труб с дюралевыми поперечными шпангоутами; обшивка – полотно. Силовые элементы крыльев (это был самолет схемы биплан) цельнодеревянные; обшивка крыла – фанера или полотно, расчалки между крыльями – стальная лента;
– истребитель «МиГ-3». Фюзеляж разъемный. Передний отсек: пространственная ферма, сваренная из стальных труб; обшивка – съемные дюралевые панели. Хвостовой отсек: оболочка, выклеенная из пяти слоев березового шпона, подкрепленная стрингерами из соснового бруса и шпангоутами коробчатого сечения из бакелитовой фанеры. Центроплан крыла цельнометаллический, полки главного лонжерона стальные, все остальные силовые элементы дюралевые. Консоли крыла цельнодеревянные: главный лонжерон из «дельта-древесины» (разновидность многослойной высокопрочной фанеры), стенки нервюр из бакелитовой фанеры, обшивка – пять слоев березового шпона;
– ближний бомбардировщик «Су-2». Фюзеляж деревянный: оболочка из бакелитовой фанеры, подкрепленная деревянными шпангоутами и стрингерами. Крыло цельнометаллическое: лонжероны балочные со стальными полками и дюралевой стенкой; обшивка из дюралевого листа;
– фронтовой бомбардировщик «СБ». Фюзеляж цельнометаллический: оболочка из дюралевых листов толщиной 0,5–1,0 мм, подкрепленная штампованными из дюраля шпангоутами. Крыло цельнометаллическое: лонжероны центроплана ферменные, сваренные из стальных труб, лонжероны консолей крыла – балочные; обшивка из дюралевого листа;
– дальний бомбардировщик «ДБ-Зф» Фюзеляж цельнометаллический: оболочка из дюралевых листов толщиной 0,6 мм, подкрепленная дюралевыми шпангоутами коробчатого сечения и стрингерами U-образного сечения. Крыло цельнометаллическое: лонжероны балочные со стальными полками и дюралевой стенкой, обшивка из дюралевого листа толщиной 0,6 мм;
– скоростной бомбардировщик «Пе-2» Фюзеляж цельнометаллический: толстая оболочка из дюралевого листа толщиной 1,5–2 мм, подкрепленная штампованными дюралевыми шпангоутами, стрингеров нет. Крыло цельнометаллическое: лонжероны балочные со стальными полками и дюралевой стенкой; нервюры штампованные из дюралевого листа; обшивка из дюралевого листа 0,6 мм;
Уважаемый читатель, если Вы это прочитали, то я восхищаюсь Вашим терпением и прошу Вас еще раз перечитать весь список внимательно. В нем перечислены практически все основные типы боевых самолетов советских ВВС, вступившие в войну утром 22 июня. Где же здесь фанерные самолеты? Все двухмоторные бомбардировщики цельнометаллические; легкий одномоторный бомбардировщик «Су-2» и все истребители – смешанной конструкции (хотя фанера, наряду с дюралем, деревом и сталью, в них тоже встречается).
Уяснив фактическое положение дел, постараемся теперь разобраться в его причинах и последствиях. Для начала – пару слов про «горящие свечи». Попробуйте зажечь кусок фанеры. Проявите настойчивость. Если Вам удастся добиться результата, пробегитесь с этим «факелом» со скоростью 100 метров в секунду. Это очень скромно – бомбардировщики Второй мировой войны имели крейсерскую (не максимальную!) скорость в 300–350 км/час (т. е. 83–97 м/сек). На таком «ветру» никакая фанера, никакое дерево гореть не будут. Горит в горящем самолете топливо – сотни (а то и тысячи) литров авиационного бензина. При скорости набегающего потока воздуха в 500–700 км/час горящий бензобак падающего самолета превращается в некое подобие «паяльной лампы», в факеле которой горит даже дюраль (к слову говоря, алюминий является великолепным горючим, входящим, как основной компонент, в боевые зажигательные смеси: пирогель и термит). Способность самолета преодолеть ПВО противника и при этом не сгореть зависит от множества причин (некоторые из них мы обсудим в следующих главах), но уж никак не от материала обшивки.
Далее. Никакой защиты для самолетных «внутренностей» дюралевая обшивка не создает. Самое малое, с чем приходится встретиться самолету в воздушном бою, это пуля из пулемета винтовочного (7,62-мм) калибра. Бронебойная пуля такого калибра пробивает 5–7 мм обычной (не броневой) стали. Тонкую (1–2 мм) дюралевую обшивку она просто «не заметит». Крупнокалиберный (12,7-мм) авиационный пулемет «БС» – стандартное вооружение советских истребителей и бомбардировщиков времен войны – на дистанции 200 м пробивал броневой лист толщиной 15 мм. Крупнокалиберный пулемет – это еще далеко не «вершина» авиационных вооружений; бывали и пушки, и хорошо еще, если «всего лишь» 20-миллиметровые… Фанера, полотно, дюралевый лист, лист папиросной бумаги, тонкий стальной лист в равной мере не создавали никакой преграды для поражающих элементов авиационного и/или зенитного вооружения. Самая минимальная защита (способная остановить мелкие осколки зенитных снарядов и пули ружейного калибра) требовала применения броневой стали толщиной 8—10 мм.
С обшивкой такого веса ни один самолет той эпохи не смог бы подняться в небо…
Невероятную живучесть невежественного бреда про «убогие фанерные самолеты» объяснить доводами разума трудно. Может быть, она поддерживается «практическим опытом» – каждый знает, что стальная труба крепче деревянного черенка лопаты, каменный забор прочнее деревянного штакетника… Все это чистая правда, но применительно к авиации сравнивать можно только силовые элементы РАВНОГО ВЕСА. Т. е. стальной рельс надо сравнить не с доской от забора, а с качественным (без единого сучка) деревянным брусом такого сечения, при котором вес бруса станет равен весу рельса. Вот это бревно и желательно попробовать сломать ударом кулака или ноги. А еще лучше-головы… После этого навсегда запомнится то, что по удельной прочности качественная авиационная сосна превосходит углеродистую сталь, примерно равна дюралю и уступает только высокопрочной легированной стали.
Если же говорить серьезно, то выбор материала является вторичным по отношению к выбору конструктивно-силовой схемы. Это очень интересная тема, но объяснить ее «на пальцах», без формул и чертежей, достаточно сложно. Для некоторого представления приведем два примера: байдарка и яйцо. Байдарка представляет собой каркас из легких дюралевых трубок, на который надевается тканевая обшивка. Обшивка отделяет воду от туриста, прочность же конструкции обеспечивается каркасом. Ткань можно и вовсе снять – каркас от этого не станет менее прочным; на нем можно будет сидеть или использовать его в качестве мостика через ручей. По науке это называется «пространственная ферма с неработающей обшивкой».
В яйце нет никакого каркаса. Прочность – причем весьма высокую – обеспечивает одна только скорлупа. Главным условием сохранения прочности является устойчивость (неизменность формы) оболочки. Пока внутри скорлупы есть содержимое («подкрепленная тонкостенная оболочка») сломать яйцо в кулаке сможет только очень сильный человек. Пустую скорлупу («неподкрепленная оболочка») сломает даже ребенок.
«Москито»
Яйцо и байдарка – два диаметрально противоположных полюса; реальные конструктивно-силовые схемы фюзеляжа и крыла самолета могли быть и ферменными (каркас из тонких труб, обтянутых полотном), и оболочечными (толстая «работающая» обшивка с небольшим числом подкрепляющих шпангоутов), и смешанными (относительно тонкая обшивка с большим числом продольных лонжеронов/стрингеров и поперечных шпангоутов). Выбор конструктивно-силовой схемы предопределяет и оптимальный набор материалов. Жесткую ферму удобнее всего сварить из стальных труб и обтянуть полотном. Работающую оболочку с минимальным числом подкрепляющих элементов лучше выклеить из древесного шпона (тонкая дюралевая, тем паче – стальная, оболочка равного веса окажется настолько тонкой, что произойдет местная потеря устойчивости). Смешанная конструкция крыла предполагает использование высокопрочных стальных продольных элементов (полки лонжеронов) в сочетании с подкрепленной нервюрами относительно тонкой дюралевой оболочкой.
Есть и множество других, порой – весьма неожиданных, конструктивных схем. Известным каждому специалисту примером такой необычной схемы является конструкция английского (строго говоря, делали его в Канаде) бомбардировщика «Москито». Самый скоростной бомбардировщик Второй мировой войны (максимальная скорость 670 км/час на высоте 8,5 км) был цельнодеревянным. Фюзеляж этого изумительно красивого двухмоторного самолета по своей конструктивно-силовой схеме максимально приближался к яйцу, только «скорлупа» его была не простая, а трехслойная: между двумя слоями тонкой фанеры был вклеен толстый слой бальзы. Бальза – это что-то вроде пробки, только прочнее и легче. В конечном итоге цельнодеревянный самолет отличился самым низким уровнем потерь в Королевских ВВС – в 26 255 боевых самолетовылетах от огня немецких зениток и истребителей было безвозвратно потеряно всего 196 самолетов, т. е. вероятность благополучного возвращения на родной аэродром составляла для экипажа «Москито» 99,25 %. Остается только добавить, что такая фантастическая живучесть была достигнута на самолете, лишенном всякого оборонительного вооружения!
Ярким, ослепительно ярким и оглушительно громким примером использования дерева в конструкции боевого самолета стал немецкий ракетный истребитель «Мессершмитт» «Ме-163». Эта чудо-машина благодаря использованию ракетного двигателя с тягой 1700 кгс обладала совершенно феноменальной скоростью (955 км/час) и скороподъемностью (80 м/сек). При этом крыло и вертикальное оперение (горизонтального не было вовсе) самого быстрого истребителя Второй мировой войны были цельнодеревянными…
И тем не менее в конце 40-х годов дерево навсегда ушло из конструкции боевых самолетов.
Но вовсе не потому, что дюралевые самолеты горели менее ярким пламенем. Можно назвать три основные причины этого явления. Первая – технологическая. Работать с деревом невероятно сложно. Стальной рельс можно изготовить литьем, прокаткой, ковкой. Дюралевый профиль такого сечения (по науке он называется «двутавр») получают прокаткой или прессованием. Достаточно один раз отладить технологию и изготовить соответствующую оснастку – и профиль можно «гнать» миллионами метров. А как сделать деревянный двутавр? Вырезать из бруса, отправив при этом 90 % дерева в стружку? Собрать из трех частей? Как и чем их соединить? Склейка занимает много времени и не слишком надежна; сборка на шурупах крайне трудоемка; шуруп является концентратором напряжений и приводит к растрескиванию дерева…
Невозможно даже сравнить сложность, длительность и трудоемкость выклейки многослойной фанерной скорлупы и формовку дюралевого листа (одно движение плунжера гидропресса). Склейка требует строжайшего соблюдения требований по температурному режиму, влажности и запыленности помещения, подготовке поверхностей; наконец, склейка и сушка требуют времени. Клеи (смолы), используемые при изготовлении фанеры, дороги, являются продуктом сложного химического производства, а в условиях войны и блокады они могут оказаться недоступными (именно эта беда и произошла в СССР с производством дельта-древесины).
Неустранимым недостатком дерева как конструкционного материала является нестабильность и непредсказуемость его физико-механических свойств. Прессованный профиль, изготовленный по одной технологии из алюминия одной плавки, будет иметь неизменную прочность. Для большей уверенности можно провести выборочный контроль нескольких образцов из большой партии. Ста одинаковых деревьев в природе не бывает, хуже того, не бывает даже двух одинаковых сосен, хотя бы они и росли на одной делянке. При работе с деревом надо учесть и возраст, и место произрастания, и влажность, и направленность волокон – причем по каждой отдельной заготовке…
Вторая причина отказа от дерева в самолетостроении – экономическая. Долговечность деревянного самолета в условиях российского климата исчисляется, строго говоря, одним сезонным переходом от зимы к лету. После этого его уже надо сушить, проверять, вымерять все возможные деформации крыла и оперения (не будем забывать о том, что, например, изменение установочного угла горизонтального оперения всего на 2–3 градуса приведет к полному изменению всех параметров устойчивости и управляемости). В ту эпоху, когда смена типов истребителей происходила каждые год-два, с этим еще как-то мирились. Но истребитель типа «Тандерболта» стоил уже 80 тысяч долларов (дорогих долларов 1944 года!), и выбрасывать каждый год столь дорогостоящую технику не мог себе позволить никто.
Последнюю точку в истории деревянных самолетов поставил размер. Да, габариты тоже имеют значение. Где найти такую сосну, из которой можно было бы выпилить лонжерон крыла бомбардировщика «В-29» (размах крыла 43 метра)? Мертвый металл окончательно вытеснил живое дерево из конструкции самолетов, но старые мастера еще долго помнили то время, когда в заводском цеху благоухали запахи хвойного леса…
Глава 3
Самая главная авиация
В предыдущей главе мы кратко и весьма упрощенно рассмотрели некоторые вопросы, возникающие при проектировании самолета. В этой главе мы, столь же кратко и бегло, рассмотрим несравненно более сложный вопрос: какими тактико-техническими характеристиками должен обладать самолет, на базе которого строится некая боевая система? Этот вопрос не только самый сложный, но и самый важный. История авиации переполнена примерами того, как ошибка в формулировании требований технического задания приводила к появлению великолепного самолета, который никому и ни за чем не нужен. А для того, чтобы правильно сформулировать требования к боевому самолету, необходимо максимально точно спрогнозировать характер боевых действий будущей войны, «увидеть» поле боя и понять, какие задачи на нем (над ним) может решить проектируемая система вооружений.
Обзор проблем и решений, которые возникли на рубеже 30-х – 40-х годов, мы начнем с рассмотрения задач самой главной составляющей Военно-воздушных сил. Это, конечно же, бомбардировочная и штурмовая (сейчас их объединяют под общим названием «ударная авиация»). Именно тяжелый, часто неуклюжий и неповоротливый бомбовоз выполняет основную задачу войны – уничтожает живую силу, боевую технику, центры управления и связи противника, разрушает его экономику и транспортную систему, подрывает моральный дух населения. Именно бомбардировщик делает то главное дело, для которого и созданы Военно-воздушные силы. И хотя истребителям досталась (по крайней мере – в СССР) большая часть славы, фильмов, песен и орденов, хотя именно к грациозному и стремительному истребителю по сей день прикован неослабевающий интерес любителей военной истории, истина заключается в том, что истребитель – это всего лишь только один из инструментов противодействия бомбардировщикам противника.
С самого начала (т. е. с конца Первой мировой войны) начался долгий и трудноразрешимый спор о том, что именно должно стать главным объектом, по которому наносятся бомбардировочные удары: промышленные предприятия и политические центры в глубоком тылу противника, или:
– районы сосредоточения, транспортные узлы и базы снабжения войск в оперативном тылу, или
– вражеские войска на поле боя.
Конечно, хорошо было иметь авиацию, которая способна одинаково успешно решать все эти задачи (да еще и десяток других задач), но такое производственное перенапряжение может разрушить собственную экономику безо всякого участия противника (примерно по такой схеме и рухнула советская экономика, не выдержавшая в конце концов тот темп гонки вооружений, который задала ей «неизменно миролюбивая» советская внешняя политика). Так что приходилось выбирать и концентрировать главные усилия на том, что признано главным.
Удивительно, но факт – совершенно гипертрофированные представления о возможности достижения стратегических целей войны усилиями одной только дальнебомбардировочной авиации возникли уже в то время, когда «тяжелый» бомбардировщик представлял собой нелепую многокрылую каракатицу, обладающую скоростью и грузоподъемностью легкого современного грузовичка типа «Газели». Еще до окончания Первой мировой войны американский генерал Спаатс (в будущем – один из создателей и руководителей ВВС США) представил военному кабинету доклад, в котором утверждалось, что в ближайшем будущем «действия с воздуха, влекущие за собой опустошение территории противника и разрушение промышленных и административных центров… могут стать основными, а действия армии и флота – вспомогательными и подчиненными». В те же времена (в 1920 году) итальянский военный теоретик Дуэ написал известную фразу о том, что в современную эпоху сухопутная армия превращается во «вспомогательное средство, используемое для транспортных целей и оккупации территории».
Пока на Западе велись дискуссии и строились фантастические планы, в Советском Союзе был построен, испытан и запущен в серийное производство четырехмоторный «ТБ-3». При полете на предельную дальность в 2500 км бомбовая нагрузка этого самолета составляла 2 тонны.
В 1931 году КБ Туполева получило задание на проектирование еще более тяжелого шестимоторного бомбардировщика «ТБ-4». При взлетном весе 33 тонны он должен был пролететь 2000 км с грузом в 4 тонны.
Отдадим должное советскому военному руководству – от использования «летающей баржи» с максимальной скоростью 200 км/час и потолком 3 км в качестве стратегического бомбардировщика оно своевременно отказалось, и «ТБ-4» в серию не пошел. В техническом задании 1934 года (в соответствии с которым и был спроектирован легендарный «ТБ-7») акценты были решительно смещены: бомбовая нагрузка при максимальной дальности 3000 км была снижена до 2 тонн, зато требовалось достижение максимальной скорости в 400 км/час и потолка 12 км. За этими изменениями технического задания стояло пришедшее наконец понимание того важнейшего факта, что самолет, способный переместить «из пункта А в пункт Б» несколько тонн груза, – это еще совсем не «дальний стратегический бомбардировщик». Даже если расстояние от пункта А до пункта Б и исчисляется тысячами километров.
Прежде всего отметим, что в условиях противодействия противника долететь до «пункта Б», да еще и вернуться назад, возможно только при наличии мощной системы активной и пассивной защиты. На этом вопросе стоит остановиться подробнее. У бомбардировщика два врага: зенитки и истребители противника. Способов противодействия-гораздо больше.
Активная оборона состоит в том, что экипаж бомбардировщика ведет огонь по атакующим истребителям противника, бомбит (а при полете на малых высотах и обстреливает из пулеметно-пушечного вооружения) позиции зенитной артиллерии. Возможности активной обороны многократно возрастают, если в дело включается фактор взаимодействия. Уже простое массирование численности бомбардировщиков и построение плотных боевых порядков позволяет встречать вражеские истребители сосредоточенным огнем из сотен стволов. Еще более эффективной становится активная оборона (правда, в этом случае само слово «оборона» становится несколько неуместным), если тяжелые бомбардировщики взаимодействуют с истребителями и скоростными тактическими бомбардировщиками. В таком случае авианалет превращается в сложную, многозвенную операцию, в ходе которой одна группа истребителей «расчищает воздух» над объектом бомбового удара, вторая – блокирует аэродромы, на которых базируются истребители противника, и не дает им подняться в воздух, тактические бомбардировщики с бреющего полета наносят стремительный удар по позициям зенитной артиллерии противника, и вот только после всего этого в небе над объектом появляется армада тяжелых бомбардировщиков, сопровождаемая еще одной группой истребителей.
Внимательный читатель должен был уже заметить подмену: определение «дальний» мы исподволь заменили на «тяжелый» бомбардировщик. Что, разумеется, совсем не одно и то же.
Просто такая организация взаимодействия, которая описана выше, была возможна только при нанесении ударов по ближним оперативным тылам противника. Практически именно так союзники и бомбили объекты в Северной Франции уже с середины 1941 года. Значительно сложнее, а то и вовсе невозможно, было прикрыть истребителями дальние бомбардировщики при многочасовых рейдах в глубину вражеской территории. Мешало все то же «уравнение существования».
Физика не знает таких слов, как «истребитель» или «бомбардировщик». Самолет с большой дальностью полета должен иметь относительный вес топлива порядка 30–35 %. С учетом значительно более высоких (в сравнении с маломаневренным бомбардировщиком) требований к прочности планера и мощности мотора относительный вес конструкции истребителя будет никак не ниже 60–70 %. Что же остается на летчика и вооружение? В лучшем случае – 5 % от взлетного веса. А для того, чтобы в эти 5 % «вместились» вооружение, боекомплект и приборное оборудование, взлетный вес дальнего истребителя сопровождения должен быть не менее 5–6 тонн. Для того же, чтобы 5-тонный самолет мог вести воздушный бой с легкими вражескими истребителями, ему потребуется энерговооруженность характерная именно для истребителя, а не для «летающей баржи», т. е. 350–450 л. с. на тонну веса. В абсолютных величинах это означает потребность в двигателе единичной мощностью порядка 2 тыс. л. с.
В результате такого простейшего расчета мы пришли к довольно точному описанию одного из самых известных истребителей сопровождения – американского «Мустанга» Р-51 D: вес пустого 3232 кг, взлетный (без подвесных баков) – 4581 кг, вес топлива – 800 кг, мощность двигателя – 1700 л. с. В такой конфигурации самолет обладал приемлемой для истребителя энерговооруженностью (371 л.с. на тонну веса), но, увы, недостаточной для сопровождения дальних бомбардировщиков дальностью – всего 1528 км. С двумя подвесными баками по 416 л каждый дальность возрастала до 3700 км, относительный вес топлива становился вполне «правильным», т. е. возрастал до 28 % от взлетного веса, но при этом энерговооруженность снижалась до уровня 323 л. с. на тонну. В полноценный истребитель «Мустанг» превращался только после выработки топлива и сброса подвесных баков.
«Мустанг» серии D – это 1944 год. В 30-е годы ничего подобного не было и быть не могло, так как единичная мощность лучших авиационных моторов не превышала тогда 800– 1000 л с. Две ведущие авиационные державы Европы – Англия и Франция – даже не предпринимали серьезных попыток создать истребитель сопровождения большой дальности. Не лучше обстояли дела и в авиации Италии и Японии. Немецкий двухмоторный «стратегический истребитель» «Me-110» оказался слишком тяжелым (взлетный вес 6740 кг) для двух двигателей мощностью по 1100 л.с. каждый; низкая энерговооруженность усугублялась неизбежным недостатком двухмоторной схемы – низкой угловой скоростью крена из-за большого разноса масс от продольной оси (два двигателя по 700 кг каждый на крыльях). Самый же главный недостаток заключался в том, что дальность полета (909 км при запасе топлива во внутренних баках 1268 л) совершенно не соответствовала поставленной задаче. Был, правда, разработан вариант «Me-110 D» с дополнительным несъемным баком и общим запасом топлива более 4000 л, но летные данные этого монстра оказались настолько низкими, что от такого «истребителя» люфтваффе отказалось.
В Советском Союзе предпринимались значительные усилия для создания дальнего истребителя сопровождения. Отсутствие двигателя большой единичной мощности заставляло пойти по «немецкому следу», т. е. проектировать двухмоторный истребитель. Перед самой войной начались летные испытания двух самолетов. Истребитель Грушина «Гр-1» с двумя двигателями жидкостного охлаждения АМ-37 (1400 л.с.) при взлетном весе 7650 кг имел дальность полета 1890 км. Истребитель Таирова с двумя двигателями воздушного охлаждения М— 89 (1350 л.с.) при взлетном весе 6626 кг имел дальность более 2000 км. Однако начавшаяся война, гибель Таирова в авиакатастрофе, ненадежность экспериментальных моторов (ни АМ-37, ни М-89 так никогда и не были запущены в серийное производство) не позволили довести работу над этими самолетами до завершения.
Теперь мы можем вернуться к обсуждению проблем дальне-бомбардировочной авиации. Как мы уже выяснили, реального истребителя сопровождения ни у Германии, ни у ее противников и союзников в Европе не было. Дальний бомбардировщик, залетевший в глубокий тыл противника, должен был рассчитывать только на себя, т. е. на мощь своего оборонительного вооружения и на средства пассивной защиты.
Многогранное понятие «пассивная защита» включает в себя множество различных аспектов. Прежде всего – тактика применения, т. е. способность «не попасться на глаза» противнику, что достигалось большой высотой полета, организацией налетов ночью, в облаках, в тумане. Практика боевого применения показала, что потери в ночных рейдах были очень низкими (до 1–2 % от числа самолетовылетов). Правда, и точность ночного бомбометания выражалась в похожих цифрах. Другими словами, ночные бомбардировки позволяли лишь неприцельно высыпать бомбовый груз на огромную площадную цель (крупный город). Здесь мы еще раз сталкивается с удивительной взаимосвязанностью всех составляющих авиационной системы вооружений. Радиолокационный бомбардировочный прицел, появившейся в конце Второй мировой войны, стал – как это ни парадоксально звучит – самым надежным средством пассивной защиты бомбардировщика, т. к. позволил бомбить ночью, из-за облаков, но при этом с достаточно высокой точностью.
В конце 30-х годов ничего подобного «в металле» не было, и для эффективной прицельной бомбардировки приходилось летать днем, ниже облачности, а то и вовсе на бреющем полете.
Потребовалось внести серьезные изменения в конструкцию самолета, позволяющие ему выдержать многочисленные попадания осколков зенитных снарядов и при этом не загореться, не взорваться, не рассыпаться в воздухе, а дотянуть до своего аэродрома. Назовем лишь наиболее значимые технические решения:
– использование многомоторной схемы, позволяющей продолжать полет при выходе из строя одного или даже двух двигателей;
– отказ от использования двигателей жидкостного охлаждения (которые выходят из строя после первой же пробоины в радиаторе или трубопроводах);
– использование «самозатягивающихся» протестированных бензобаков (внутренняя поверхность баков выстилается многослойным «пакетом» из резины различных сортов, при этом внутренние слои обладают способностью расширяться при контакте с бензином и таким образом закрывать, «затягивать» пробоины от пуль и осколков);
– наддув свободного объема в бензобаках и вокруг них инертным (т. е препятствующим горению) газом (обычно использовался азот или охлажденные выхлопные газы двигателя);
– бронирование наиболее ответственных агрегатов;
– дублирование наиболее ответственных систем (проводка управления рулями, гидравлика, системы электроснабжения);
– использованием «самовыпускающихся» шасси (определенная компоновка отсека позволяет выпустить шасси даже при отказе механизмов, только за счет веса и скоростного напора воздуха);
– высокая по прочности и рациональная компоновка конструкции, позволяющая сохранить жизнь экипажа при вынужденной посадке на фюзеляж.
Все эти мероприятия не решили, однако, задачу создания боевого самолета, способного выдержать прямое попадание зенитного снаряда или снаряда авиационной пушки среднего калибра. Нет такого протектора, который мог бы «затянуть» метровую пробоину в бензобаке, образованную взрывом осколочно-фугасного снаряда калибра 37 мм. Никакая бронеспинка летчика «не держала» прямое попадание бронебойного снаряда калибра 20 мм. Бронированный же хотя бы на уровне легкого танка или броневика самолет не смог бы взлететь в воздух.
Правда, и вероятность прямого попадания неуправляемого зенитного снаряда в цель, движущуюся со скоростью по меньшей мере 100 м/сек (360 км/час), была ничтожно мала. Даже если зенитчики с абсолютной точностью определят высоту, дальность и скорость цели, если баллистический вычислитель точно определит упрежденную точку наведения, а наводчик направит ствол орудия в эту точку с абсолютной точностью; если снаряд покинет ствол орудия со скоростью, абсолютно точно соответствующей табличным значениям, – снаряд в цель, скорее всего, не попадет. Зенитному снаряду предстоит лететь несколько десятков секунд (и чем выше находится бомбардировщик, тем больше это время), а за это время небольшое (случайное или преднамеренное) изменение скорости и/или направления полета самолета приведет к уходу цели из расчетной точки стрельбы на сотни метров. Фактически зенитная артиллерия могла вести лишь заградительный огонь, создавая на пути движения бомбардировщика облако осколков.
Противостоять осколкам снарядов средства и системы «пассивной обороны» могли. Защитить бомбардировщик от истребителей, вооруженных крупнокалиберными пулеметами и тем более пушками, – нет. Истребитель ведет огонь с близкой дистанции (в пределе ограниченной лишь риском столкновения, т. е. порядка 50—100 метров). Стреляя из 3–6 автоматических «стволов», промахнуться с 50 метров по бомбардировщику с размахом крыльев 20–30 метров трудно. Десятка прямых попаданий 20-мм снарядов или 3–4 снарядов среднего калибра (30–37 мм) обычно хватало для уничтожения любого бомбардировщика. Соответственно, шанс на выживание при встрече с истребителями противника могли дать только средства активной обороны.
«В-17»
Не отвлекаясь на обсуждение экзотических, но так и не пошедших в серию проектов (противоистребительные гранаты, неуправляемые ракеты, воспламеняющиеся в воздухе аэрозоли), сразу же перейдем к реальным средствам активной обороны, т. е. к оборонительному стрелковому вооружению бомбардировщиков. Лучшим из лучших была знаменитая американская «летающая крепость» «В -17». Очень мощное вооружение (заднюю полусферу могли одновременно обстреливать 4 стрелка из 7 крупнокалиберных пулеметов, и это не считая двух бортовых стрелков) было дополнено протектированием бензобаков, бронированием (27 бронеплит, защищающих экипаж и наиболее уязвимые агрегаты; общий вес брони на последних модификациях доходил до 900 кг), оригинальной конструкция крыла, выдерживающей сильнейшие повреждения.
И даже всего этого оказалось мало. Два печально знаменитых рейда в глубину Германии (17 августа и 14 октября 1943 года), когда при попытке разбомбить подшипниковые заводы в Швейнфурте и Регенсбурге 120 самолетов (каждая пятая из числа принявших участие в налете «крепостей») были сбиты, а почти половина уцелевших нуждалась в длительном ремонте, убедили американское командование в том, что без истребительного прикрытия дальний бомбардировщик бомбить днем не может. Даже если назвать его «летающей крепостью» и оснастить дюжиной крупнокалиберных стволов. Истребитель быстрее и маневреннее бомбардировщика, неподвижно закрепленные в его фюзеляже или крыльях пушки могут обладать гораздо большей мощью и дальнобойностью; пилот истребителя сам выбирает направление и момент входа и выхода из атаки. В результате огневую дуэль в паре бомбардировщик – истребитель чаще всего выигрывает последний.
Вывод из всего сказанного достаточно прост: если даже 27 – тонная «летающая крепость» «В-17» с ее мощнейшим вооружением оказалась «ограниченно годной», то 10—12-тонные двухмоторные «Юнкерсы», «Хейнкели», «Веллингтоны» и «ДБ-3» тем более не могли быть использованы в качестве дальних дневных бомбардировщиков. Две-три огневые точки, оснащенные пулеметами винтовочного калибра, не могли обеспечить сколь-нибудь надежную защиту от атак истребителей. Практическая дальность боевого применения этих бомбардировщиков определялась не теми цифрами, которые красуются во всех «табличках» (1700 км у «Юнкерса» «Ju-88», 2700 км у «Хейнкеля» Не -111, 3300 км у «ДБ-Зф», 4100 км у «Ер-2»), а радиусом действия истребителей сопровождения, т. е. двумя-тремя сотнями километров!
Такой вывод подтверждается и всем ходом боевых действий лета – осени 1941 года. Москва находится на расстоянии 1000 км от Бреста, Ленинград – 750 км от Восточной Пруссии. Если верить «табличкам», немцы могли начать бомбардировки советских столиц уже с первых дней войны. Но они почему-то отказались от таких, чрезвычайно эффективных с точки зрения получения морально-политических выгод, действий. Массированные налеты на Москву и Ленинград начались лишь во второй половине июля 1941 года, только после того, как аэродромы базирования немецкой авиации оказались под Псковом и Вязьмой, т. е. на расстоянии 200–250 км от объекта бомбометания.
Мы начали эту главу вполне обоснованным заявлением о том, что главным видом военной авиации являются бомбардировщики. Закончим мы ее констатацией того факта, что только при условии надежного прикрытия собственными истребителями бомбардировщик эпохи Второй мировой войны мог эффективно выполнять свои задачи, т. е. бомбить объекты противника прицельно, со средних и малых высот днем.
Глава 4
Воздушные рабочие войны
В предыдущей главе мы обсудили задачи, которые могла решать бомбардировочная авиация, и обсудили некоторые тактико-технические характеристики, которые были для этого необходимы. В данной главе мы рассмотрим реальные технические параметры реальных боевых машин. Фактически главные европейские державы вступили во Вторую мировую войну с тремя типами бомбардировщиков:
– двухмоторный «дальний»;
– двухмоторный «скоростной»;
– легкий одномоторный.
