«На мирно спящих аэродромах…» Разгром 1941 года - читать онлайн

2.1. Скорость полета и удельная нагрузка

Самолеты летают по воздуху. Воздушные шары, наполненные легким газом, плавают в воздухе – как поплавок в воде. Парашюты и осенние листья медленно опускаются на землю, опираясь на воздух. А самолеты непрерывно «наезжают» на воздух своими крыльями, установленными под небольшим углом к вектору скорости воздушного потока. Этот угол в аэродинамике называется «угол атаки» – выражение, очень любимое журналистами. Нам же с Вами важно понять и запомнить, что «угол атаки» – это вовсе не угол наклона траектории полета по отношению к горизонту (т. е. не угол пикирования или кабрирования), а угол наклона крыла к невидимому и абстрактному «вектору скорости потока». (См. рис. 1)

Рис. 1

Наука гласит, что самолет летает потому, что на нижней поверхности крыла создается зона повышенного давления, благодаря чему на крыле возникает аэродинамическая сила, направленная перпендикулярно крылу вверх. Для удобства понимания процесса полета эту силу раскладывают по правилам векторной алгебры на две составляющие: силу аэродинамического сопротивления X (она направлена вдоль воздушного потока) и подъемную силу Y (перпендикулярную вектору скорости воздуха). (См. рис. 2).

Первый вывод из вышесказанного: за все хорошее приходится платить, и в этом смысле законы аэродинамики ничем не отличаются от законов жизни. За подъемную силу приходится «платить» сопротивлением. Причем, за большую подъемную силу приходится платить особенно большим сопротивлением. Т. е., если при полете на «спокойном» крейсерском режиме сопротивление составляет примерно одну десятую от подъемной силы, то при полете на больших углах атаки (на которых и создается максимально возможная подъемная сила) сопротивление может вырасти до одной четвертой подъемной силы.

Рис. 2

Интуитивно понятно, что аэродинамические силы зависят от площади крыла, угла атаки, плотности воздуха и скорости потока воздуха (для современного самолета, скорость которого значительно больше скорости ветра, за скорость потока можно принять скорость движения самолета относительно воздуха, каковая в случае горизонтального полета совпадает со скоростью полета относительно земли). Наука утверждает, что эта зависимость (как и большинство фундаментальных законов природы) выражается предельно простой формулой:

Зависимость подъемной силы от площади крыла (S) и плотности воздуха () прямо пропорциональная. Т. е. сделали крыло в два раза больше – получайте в два раза большую подъемную силу, поднялись на большую высоту, где плотность воздуха в два раза меньше, чем у земли, – все аэродинамические силы уменьшились вдвое и т. д. Влияние формы профиля крыла и текущего значения угла атаки выражается в безразмерном коэффициенте Су.

Зависимость аэродинамических сил от скорости потока – квадратичная. Скорость выросла в два раза – сопротивление выросло в четыре раза, скорость увеличилась в три раза – сопротивление уже в девять раз больше и т. д. Это, наверное, самое главное из того, что «должен знать каждый». По крайней мере, каждый, кто хочет при случае поговорить о проблемах военной авиации.

Квадратичный характер зависимости подъемной силы от скорости объясняет многое из того, что мы знаем и видим. Вот, например, летит по экрану телевизора американская «крылатая ракета». Из сигарообразного фюзеляжа торчат в стороны два крохотных узеньких крылышка. И с такими несерьезными крылышками «ракета» (точнее говоря – беспилотный самолет) летит сотни километров и не падает. Почему? Большая скорость (порядка 250 метров в секунду), возведенная «в квадрат», позволяет создать достаточную подъемную силу даже на таком маленьком крыле. «Крылатая ракета» является примером предельно «однорежимного» самолета. Все скорости: «взлетная», крейсерская, максимальная для нее равны. А как же спроектировать нормальный самолет, которому надо взлетать с земли и у которого максимальная скорость значительно больше взлетной? Например – типичный современный истребитель взлетает на скорости 250 км/час и разгоняется в воздухе до скорости 2500 км/час. Десять «в квадрате» равняется сто. Этот бесспорный факт приводит нас к мысли о том, что необходимое для полета на максимальной скорости крыло могло бы быть в сто раз меньше по площади, чем «взлетное» крыло. Или, другими словами, крыло при полете на максимальной скорости превращается в лишнюю обузу, которая мало того что имеет вес, но еще и создает огромное дополнительное сопротивление.

Надеюсь, читатель уже требует объяснений. В самом деле – что такое «большое крыло»? Большое – это сколько? Например, крыло площадью 18,3 кв. м – это «большое» или «маленькое» крыло?

Давайте посчитаем. Крыло именно такой площади имели три истребителя, стоявшие на вооружении германской авиации: «Фоккер» D-1 (Первая мировая война), «Фокке-Вульф» -190 D (Вторая мировая война), «Старфайтер» F-104 G («холодная война» 60-х годов). Максимальный взлетный вес этих самолетов составлял соответственно 586, 4840 и 13 170 кг. Соответственно, у «Фоккера» на каждом метре крыла «висело» 32 кг веса самолета, у «Фокке-Вульфа» – 264 кг, а у «Старфайтера» – 720 кг. Этот параметр – «удельная нагрузка на крыло» – и является количественной мерой понятия «большое или маленькое» крыло. Слова «большое крыло» соответствуют технически грамотному выражению «малая удельная нагрузка».

А теперь самый интересный вопрос: почему бы нам не сделать самолет с маленьким крылом (с большой удельной нагрузкой), да и взлетать со скоростью если и не равной, то хотя бы близкой к максимальной? Ведь мощный турбореактивный двигатель на самолете уже стоит, и разогнать самолет до большой скорости он в принципе может. Увы, не все так просто. Во-первых, для разгона до скорости «всего лишь» в 1000 км/час потребуется бетонная взлетная полоса длиной в несколько десятков километров. Самое же главное заключается в том, что самолету с людьми надо не только взлететь в воздух, но еще и сесть на землю. И мощнейший двигатель, и огромную полосу сделать можно. Дорого, но можно. А вот «встретиться» с жесткой землей на скорости 1000 км/час и при этом не разбиться вдребезги – нельзя. Лучше и не пробовать. Практика показала, что посадочная скорость 270–330 км/час является пределом возможного даже для летчика с многолетней подготовкой, сажающего самолет на идеально гладкую «бетонку». А вот тому, что называется «крылатая ракета», ни взлетать, ни садиться не надо: запускают ее с самолета-носителя, который уже летит на огромной скорости, и чем сильнее она врежется во вражеский объект – тем хуже для него…

Все, что мы уже изучили, мы учили не зря. Теперь Вы уже можете разобраться в том, почему «безнадежно устаревшие» советские истребители «не могли догнать» немецкий бомбардировщик.

Тонкое с виду крыло является главным источником аэродинамического сопротивления. Парадоксально, но это именно так. Соответственно, увеличение удельной нагрузки (т. е. уменьшение площади крыла) является одним из самых эффективных способов достижения большой скорости полета. Для иллюстрации этого вывода стоит привести один хрестоматийно известный, пример. Гоночный самолет «Супермарин» S-6B, установивший в 1931 году мировой рекорд скорости, был… поплавковым гидросамолетом! Аэродинамическое сопротивление двух огромных (длиной с фюзеляж) поплавков с подкосами и расчалками не помешало разогнать самолет до скорости 655 км/час, что вдвое превышало скорость серийных истребителей того времени. У этого чуда техники было два объяснения: феноменальный мотор «Роллс-Ройс» и очень высокая для той эпохи удельная нагрузка на крыло – 178 кг/кв. м. А для того, чтобы самолет с таким «маленьким крылом» мог взлететь и успешно приземлиться, конструктор Реджинальд Митчелл (будуший создатель легендарного «Спитфайра») выбрал схему гидросамолета, который и садится на «мягкую» воду, и разгоняется на «взлетной полосе» практически неограниченной длины…

Военная авиация начиналась с удельной нагрузки 30–40 кг на квадратный метр и крыла, форма профиля которого обеспечивала коэффициент подъемной силы 0,7–1,0. При таких параметрах для отрыва от земли требовалась скорость порядка 80 – 100 км/час. Такая небольшая взлетная скорость делала возможным эксплуатацию самолетов с простейших грунтовых аэродромов, а требования к максимальной скорости полета были тогда очень скромными: летает быстрее паровоза, и ладно. Затем, на рубеже 20 – 30-х годов появились технические и тактические предпосылки к значительному увеличению удельной нагрузки.

Технические состояли главным образом в том, что были разработаны, испытаны и внедрены в практику разнообразные «средства механизации крыла»: закрылки и предкрылки. (См. рис. 3)

Рис. 3

Эти устройства позволяли кратковременно (на момент взлета-посадки) увеличить кривизну профиля крыла, увеличить площадь крыла (выдвижные закрылки) и максимально допустимый по условиям срыва потока угол атаки (этот эффект обеспечивают предкрылки). (См. рис. 4)

Рис. 4

Все эти меры в совокупности позволили увеличить коэффициент подъемной силы до 2–2,5 единицы. Соответственно, даже при сохранении взлетной скорости не более 100 км/час стал возможным рост удельной нагрузки на крыло с 30–40 до 120–130 кг/кв. м. Затем к техническим усовершенствованиям добавилось изменение взглядов военного руководства на тактику применения боевой авиации. Для бомбардировщиков с радиусом действия в 500—1500 км перестало быть необходимым базирование на грунтовых аэродромах в непосредственной близости от линии фронта. Дальние бомбардировщики могли вылетать на задание с небольшого числа крупных аэродромов, расположенных в глубоком оперативном тылу и оборудованных бетонными взлетно-посадочными полосами большой (1–2 км) длины. Бетонная полоса сделала возможным увеличение безопасной посадочной скорости до 130–150 км/час. С учетом квадратичной зависимости подъемной силы от скорости полета такой рост допустимой посадочной скорости теоретически позволял увеличить удельную нагрузку до 200–250 кг/кв.м.

Практически так «далеко» дело зашло не сразу, но уже во второй половине 30-х годов в серийное производство были запущены бомбардировщики с удельной нагрузкой 140–160 кг/кв. м, (немецкий «Дорнье-17», советский «ДБ-3», английский «Бленхейм», итальянский «Савойя-Маркетти-79»). И это, как показала практика, было только началом процесса неуклонного роста удельной нагрузки. Немецкий «Юнкере-88» и советский «Пе-2» уже в первых своих модификациях имели удельную нагрузку 190 кг/кв. м, а закончили мировую войну бомбардировщики (советский «Ту-2» и американский В-26) с удельной нагрузкой 230–250 кг/кв. м и максимальной скоростью полета, соответственно, 547 и 510 км/час.

Законы аэродинамики не знают таких слов, как «истребитель», «бомбардировщик», «штурмовик»… Самолет с «большим крылом» (малой удельной нагрузкой) обладает большим сопротивлением. Вот почему истребители (не «безнадежно устаревшие советские», а все истребители того периода) с удельной нагрузкой в 100–140 кг/кв. м потеряли способность догнать бомбардировщик. Правда, за счет значительно большей, нежели у бомбардировщика, тяговооруженности (сила тяги винтомоторной установки, поделенная на вес) лучшие истребители 30-х годов (советский «И-16», американский «Р-36», французский «MC-406», немецкий «Bf-109D») преодолевали аэродинамическое сопротивление «большого крыла» и разгонялись до скорости 460–500 км/час, в то время как максимальная скорость немецкого «Юнкерса» 88 А-1 не превышала отметку в 460 км/час. Но – небольшое (на 30–40 км/час) превосходство в скорости далеко не всегда позволяет догнать бомбардировщик противника (простейший расчет, который читатель может произвести самостоятельно, показывает, что при обнаружении вражеского бомбардировщика на дальности в 5 км «время догона» составит в этом случае 9 минут, а «дистанция догона» – 70 км).

Все это просто и понятно. Странно на первый взгляд другое – что же мешало конструкторам истребителей увеличить удельную нагрузку в той же мере, в какой это было сделано на бомбардировщиках? Это простой вопрос, но для ответа на него нам придется разобраться в том, как самолеты поворачиваются в воздухе.

2.2. Тяговооруженность и маневренность

Широко распространенное заблуждение состоит в том, что самолет поворачивается в воздухе при помощи хвоста, точнее – при помощи руля направления, расположенного на вертикальном оперении. Хвост для самолета есть вещь наиважнейшая (обеспечивает устойчивость вообще и поддержание необходимого угла атаки в частности), но развороту в горизонтальной плоскости он мало чем помогает. Самолет летает благодаря крылу и разворачивается при помощи все того же крыла.

Прежде всего, мы должны вспомнить два параграфа из школьного курса физики: движение по окружности (даже если оно происходит с постоянной линейной скоростью) является движением с ускорением (центростремительным), а любое движение с ускорением возможно только под воздействием силы. Ускорение прямо пропорционально силе (сие есть второй закон Ньютона), следовательно, если мы желаем двигаться с большим центростремительным ускорением (т. е. и лететь быстро, и разворачиваться круто), необходимо приложить большую силу. Где же ее взять? Тяга двигателя? Нет, это не самая большая сила, имеющаяся в нашем распоряжении на борту самолета. Даже у современных истребителей тяга двигателя составляет порядка 70–80 % от взлетного веса самолета. Самой большой силой является подъемная сила крыла, которая может быть и в пять, и десять раз больше веса самолета! А для того, чтобы подъемная сила «затащила» самолет в разворот, надо всего лишь накренить самолет в сторону предполагаемого разворота. (См. рис. 5)

Таким образом, разворот начинается с крена, причем весьма глубокого, после чего горизонтальная проекция подъемной силы (на рис. 5 она обозначена буквой N) начинает искривлять траекторию полета, и самолет начинает выполнять разворот (вираж). Для того чтобы разворот был крутым, т. е. происходил с малым радиусом и за минимальное время, подъемная сила, которую может развить крыло, должна быть как можно больше, и вот для этого-то удельная нагрузка на крыло истребителя должна быть как можно меньше (т. е. для хорошей маневренности нужно «большое крыло»).

Рис. 5

Рост подъемной силы немедленно вызывает увеличение аэродинамического сопротивления.

Причем (как мы уже отмечали выше) прирост сопротивления будет особенно большим тогда, когда для получения большой подъемной силы мы выходим на режим полета с максимальными углами атаки. (См. рис. 6)

Рис. 6

Чтобы избежать или хотя бы ослабить этот эффект, нужно еще на этапе проектирования дать самолету «большое» крыло (малую удельную нагрузку). И в любом случае для того, чтобы преодолеть возросшее сопротивление, потребуется перевести двигатель на режим максимальной тяги (максимальной мощности). В конце концов может наступить такой момент, при котором крыло еще способно увеличивать подъемную силу, но тяги двигателя уже не хватает для преодоления все возрастающего сопротивления. Вот почему для высокой маневренности нужно не только большое крыло, но и большая тяго (энерговооруженность

В цифрах это выглядит так. На предельно больших углах атаки сила аэродинамического сопротивления достигает примерно одной четвертой подъемной силы. Соответственно, если при этом крыло может развить подъемную силу, в шесть раз превышающую вес самолета (перегрузка 6 единиц), то для преодоления возросшего сопротивления потребуется двигатель с тягой, в полтора раза (!!!) превышающей вес самолета (тяговооруженность 1,5 единицы). Такая тяговооруженность при использовании поршневых двигателей внутреннего сгорания была абсолютно недостижима, поэтому ограничение маневренных возможностей самолета тягой двигателя (точнее говоря – тягой винтомоторной установки) было наиболее характерным для истребителей 30-х —40-х годов.

Типовым значением располагаемой перегрузки было в то время 2–3 единицы. В более понятных категориях – перегрузке в 2,9 единицы соответствует выполнение виража радиусом 300 м за 21 секунду при постоянной скорости полета 90 м/сек (324 км/час). Эти цифры выбраны не случайно, они фактически точно соответствуют параметрам самых массовых истребителей Второй мировой войны.

Новая эпоха, открывшаяся с появлением турбореактивного двигателя с форсажной камерой, сделала более распространенным случаем ограничение маневренности параметрами аэродинамики крыла. Огромная тяга реактивного двигателя позволяет преодолевать растущее аэродинамическое сопротивление, но и возможности роста подъемной силы крыла не безграничны. При углах атаки более 15–20 градусов прирост подъемной силы сначала замедляется, а затем происходит самое страшное из того, что заложено природой в аэродинамику самолета, – срыв потока. Воздушный поток отрывается от верхней поверхности крыла, и подъемная сила скачкообразно падает до нуля. Срыв потока по самой сути своей есть процесс неуправляемый и стихийный, он никогда не произойдет одновременно и равномерно на левом и правом крыле. Поэтому срыв приводит не просто к «просадке» самолета, а к беспорядочному крену и вращению. В самом худшем случае беспорядочное вращение превращается в «штопор», выйти из которого не удается вплоть до встречи с землей…

Всевозможные и труднообъяснимые даже для профессионалов аэродинамические ухищрения позволяют в ряде случаев оттянуть наступление срыва до очень больших углов атаки (20–30 град.). В сочетании с огромной тяговооруженностью современных истребителей это позволяет довести располагаемую перегрузку (отношение подъемной силы к весу) до 9 и более единиц. В результате современный российский истребитель «МиГ-29», несмотря на очень высокую (по меркам 40-х годов) удельную нагрузку на крыло (443 кг/кв. м), выполняет установившийся вираж за 15,3 секунды – быстрее, чем любой истребитель Второй мировой войны (за исключением нашего «И-16»). Такая вот получается «перекличка поколений»…

Проблема, однако, в том, что летать с такими перегрузками может далеко не каждый летчик. Перегрузка приводит к отливу крови из головы в ноги (связанные с этим ощущения на авиационном сленге называются «очи черные»). Кратковременная потеря сознания возникает уже при перегрузке в 4–5 единиц. Специальные противоперегрузочные костюмы, кислородная маска, наклоненное до положения «полулежа» кресло, специальные тренировки позволяют летчику управлять самолетом даже при перегрузке в 7–8 единиц. Но это – предел. Дальнейшее продвижение по пути все больших и больших располагаемых перегрузок возможно только на беспилотных аппаратах, примером чего могут служить некоторые типы ракет класса «воздух – воздух», способные кратковременно маневрировать с чудовищной перегрузкой в 35 единиц!

Подведем некоторые итоги. Мы уже знаем, с чего надо начинать «осмотр» таблички с тактико-техническими характеристиками самолета. Удельная нагрузка и тяговооруженность – вот два главных параметра, определяющих облик самолета и свидетельствующих о замысле и квалификации его (самолета) создателей. К слову говоря, много ли Вы, уважаемый читатель, видели книг, в которых эти параметры указаны?

Наиболее сложным и противоречивым является выбор удельной нагрузки. Хотим летать быстро – нужно уменьшать площадь крыла (увеличивать удельную нагрузку), хотим крутить виражи «вокруг телеграфного столба» – нужно большое крыло, развивающее большую подъемную силу, т. е. минимальная удельная нагрузка. Для самолета-истребителя задача становится почти неразрешимой: истребителю нужна и большая скорость, и большая маневренность. Несколько смягчить это противоречие возможно только за счет увеличения тяго (энерговооруженности. Причем большая тяга двигателя нужна не только для того, чтобы преодолеть резко возрастающее на вираже аэродинамическое сопротивление крыла. Она позволяет обеспечить высокие разгонные характеристики и большую вертикальную скорость, которые также являются неотъемлемой составляющей многогранного понятия «маневренность». Но тут возникает следующая проблема.

2.3. Пламенный мотор

Для создания качественно нового истребителя с большей скоростью и достаточной маневренностью нужен был не просто двигатель с большей мощностью (тягой), а качественно новый двигатель со значительно большей удельной мощностью (мощность, деленная на вес двигателя). Или, другими словами, нужен был двигатель, который при прежнем весе развивал бы большую мощность. Радикально решить эту задачу удалось только в эпоху реактивной авиации.

Ситуация же в конце 30-х годов сложилась такая, что конструкция поршневого авиамотора была уже доведена до совершенства, а удельная мощность моторов истребителей нового «скоростного» поколения была примерно одинаковой и уже достигла технически возможного предела. Оставался на тот момент лишь один, последний неиспользованный резерв – выхлопная труба.

В выхлопную трубу вылетает до 40 % энергии сгорающего в двигателе топлива. Если использовать эту энергию, заставив раскаленные выхлопные газы вращать турбину, а на ось этой турбины поставить компрессор, нагнетающий избыточный воздух в цилиндры мотора, то все параметры двигателя заметно улучшатся. В начале 40-х годов решить эту задачу практически – не в штучных экспериментальных образцах, а в серийном производстве – не удалось никому, кроме американцев. Т. е. «приводные» центробежные нагнетатели стояли на всех без исключения авиамоторах рассматриваемого периода, но для вращения компрессора приходилось отбирать мощность с вала двигателя. Другими словами – увеличение высотности покупалось за счет снижения полезной мощности на винте, в полном соответствии с принципом «вытянул хвост-голова увязла». Стоит отметить, что американский Госдепартамент по достоинству оценил уникальное достижение своих инженеров и запретил продавать самолеты с турбокомпрессорной установкой даже ближайшим союзникам!

Еще одной проблемой, связанной с двигательной установкой боевого самолета, был выбор между использованием моторов «жидкостного» или «воздушного» охлаждения.

Кавычки стоят совсем не случайно. Любой авиамотор, в том числе и так называемый двигатель «жидкостного охлаждения», охлаждается воздухом. Больше некуда сбросить образующееся при работе мотора тепло, кроме как в окружающую атмосферу. Вот только сброс этот организован по-разному. В двигателе «воздушного охлаждения» тепло непосредственно уносится набегающим потоком воздуха с ребристой поверхности головок цилиндров, при этом для большей эффективности обдува цилиндры располагаются поперек потока, а сам мотор собран в виде многолучевой «звезды». В двигателе так называемого «жидкостного охлаждения» цилиндры расположены в ряд, один за другим вдоль потока; тепло первоначально «снимается» омывающей блок цилиндров охлаждающей жидкостью, которая затем прокачивается насосом через обдуваемый воздухом радиатор.

Авиация начиналась с использования моторов «воздушного охлаждения» – простых, легких и надежных (нет радиатора, нет трубопроводов, нет насоса прокачки жидкости, которые могут сломаться или дать течь). Затем, в погоне за все большей и большей скоростью, конструкторы всего мира обратились к двигателю «жидкостного охлаждения». В самом деле, вытянутый в длину рядный двигатель входит в воздух «как нож в масло», в то время как радиальная «звезда» воздушного охлаждения превращает фюзеляж самолета в тупоносое бревно. Казалось бы, преимущества мотора «жидкостного охлаждения» для снижения аэродинамического сопротивления очевидны и бесспорны: девять цилиндров радиальной «звезды» имеют гораздо большую площадь поперечника, нежели те же девять цилиндров, но выстроенные в ряд вдоль потока. Увлечение двигателем «жидкостного охлаждения» стало повальным, а характерный «остроносый» фюзеляж – обязательной приметой скоростного истребителя нового поколения.

Американский истребитель «Хоук» Р-36 с двухрядным двигателем

Скоро, однако же, конструкторам пришлось убедиться в том, что в погоне за модой они многое упустили из виду. Во-первых, 9—12 цилиндров в один ряд не выстроишь. Мощные двигатели «жидкостного охлаждения» стали двухрядными, с расположением двух блоков цилиндров в виде латинской буквы «V». Кроме того, в поршневом двигателе есть немало других агрегатов, которые навешиваются на блок цилиндров и увеличивают площадь поперечного сечения. С другой стороны, разработчики двигателей «воздушного охлаждения» научились делать мотор в виде двух «звезд», расположенных одна задругой, и при этом обеспечивать достаточный обдув головок второго ряда цилиндров.

В результате цилиндров стало больше («двойные звезды» делали 14– или даже 18-цилиндровыми), но при этом сами цилиндры стали короче, а общий диаметр двигателя – меньше. Так, например, радиальный двигатель воздушного охлаждения АШ-82 при рабочем объеме 41,2 литра имел диаметр 1,26 метра, а рядный двигатель жидкостного охлаждения AM-35 с объемом 46,6 литров имел ширину 0,876 м и высоту 1,09 м. Чуда, как видим, не произошло, площадь поперечника радиального двигателя все равно оказалась больше площади поперечного сечения V-образного двигателя «жидкостного охлаждения», но эта разница была отнюдь не девятикратной.

Самое же главное заключалось в том, что почти вся экономия сопротивления, достигнутая за счет использования двигателя «жидкостного охлаждения», теряется в радиаторе. Законы физики отменить невозможно, охлаждение двигателя «жидкостного охлаждения» по сути своей остается воздушным, поэтому площадь теплопередачи радиатора должна была быть ничуть не меньшей, чем совокупная площадь оребрення цилиндров радиальной «звезды». Точнее говоря, площадь оребрения «воздушника» может быть даже значительно меньшей. Почему? Теплоотдача зависит от разности температур. Допустимая температура двигателя воздушного охлаждения определяется физико-химическими параметрами моторного масла и может достигать 200 и более градусов. А вот максимально допустимая температура двигателя «жидкостного охлаждения» ограничена температурой закипания этой самой жидкости, т. е. уровнем в 110–120 градусов (с применением в качестве охлаждающей жидкости не воды, а этиленгликоля).

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…