Як-3. Истребитель «Победа»

Глава 1 ЯК-1М «МОСКИТ»

История создания Як-3 (не путать с опытным истребителем И-30 образца 1941 года, имевшим второе такое же обозначение), одного из лучших (по летным данным) истребителей Второй мировой, началась осенью 1942 года, когда был предложен облегченный вариант Як-1М «Москит» с мотором М-106П. Помимо этого, к самолету примерили двигатели: М-105ПФ и М-107А.

Согласно проекту Як-1М с М-106П еще сохранял планер серийного Як-1 с гаргротом за кабиной летчика. Затем проект существенно переработали, взяв за основу фюзеляж серийного Як-1, отличавшийся лишь узлами крепления нового туннеля водорадиатора и пулемета БС.

Крыло заимствовали от Як-9, уменьшив его размах до 9,2 метра и габаритную площадь — до 14,7 м² (при этом удельная нагрузка на крыло не превышала аналогичный параметр истребителя Як-9 с тем же вооружением). Относительная толщина профиля у законцовок несущей поверхности составила 7 %.

Конструкция шасси сохранилась, как и у Як-1, и отличалась лишь увеличенным ходом амортизации. Из-за этого пришлось детали амортизационной стойки заимствовать у истребителя Як-7. Костыль — убирающийся — был целиком взят с Як-1.

Небольшие отличия были и в системе управления самолетом: так, педали опустили на 50 мм, изменили расположение тяг к рулю высоты.

Оперение сохранилось от Як-1, за исключением того, что передние лонжероны стабилизатора и киля присоединили к передним ребрам обтекателей, которые стали работать как продолжение лонжеронов.

По расчетам, полетный вес не должен был превышать 2650 кг, и с форсированным мотором М-105ПФ новый истребитель мог развить максимальную скорость 630–640 км/ч.

Вооружение сократили до минимума: мотор-пушка МП-20 (120 патронов) и синхронный крупнокалиберный пулемет БС (200 патронов), расположенный слева над двигателем.

Як-1М создавался в соответствии с решением Государственного Комитета Обороны (ГКО) от 9 декабря 1942 года, но не с двигателем М-106П, к тому времени успешно выдержавшим стендовые испытания, а с М-10бск, оснащенным двухскоростным нагнетателем. При этом ожидалось, что максимальная скорость (этот параметр тогда считался одним из главных для истребителя) возрастет до 670 км/ч на высоте 5500 метров.

Но двухскоростной М-10бск своим появлением запаздывал, и моторостроители предъявили односкоростной двигатель М-106-1ск, который осенью 1942 года установили на Як-9 (дублер опытного истребителя Як-7ДИ с мотором М-105ПФ). Однако заводские испытания самолета Як-9 с М-106-1ск, начавшиеся в ноябре 1942 года, выявили серьезные дефекты двигателя.

Як-1М изготовили в полном соответствии с постановлением ГКО и приказом наркома авиапромышленности к 15 февраля 1943 года, но обещанный мотор так и не появился, и вместо него пришлось использовать испытанный в боях М-105ПФ. Правда, ожидать от него существенного улучшения летных данных не приходилось, и тогда А. С. Яковлев направил В. Я. Климову запрос о возможности форсирования двигателя путем увеличения наддува, на что главный конструктор двигателя ответил:

«На Ваш запрос <…> сообщаю: на основании испытаний моторов М-106, наддув на первой скорости <…> М-105ПФ может быть поднят до 1100 мм.

А на второй скорости из-за свойств топлива (из-за недостаточных антидетонационных свойств бензина 4Б-78. — Прим. авт.) наддув следует поставить 1050 мм с нормальным допуском.

Для возможности работы на разных наддувах нами спроектировано, испытано и облетано дополнительное устройство к регулятору наддува…»

Так была решена важнейшая задача на пути создания будущего Як-3 — увеличение мощности двигателя, реализованное в М-105ПФ2 (ВК-105ПФ2). Сразу следует оговориться, что инициатива Яковлева самым благоприятным образом отразилась на летных данных не только самолетов ОКБ-115, но и на истребителях С. А. Лавочкина и бомбардировщиках В. М. Петлякова.

Первый полет машины (летчик-испытатель П. Я. Федрови и ведущий-инженер М. А. Григорьев) состоялся 28 февраля 1943 года. Заводские испытания и доводка Як-1М с серийным двигателем М-105ПФ (без форсирования по наддуву до 1100 мм рт. ст.) и с винтом ВИШ-61П, по меркам военного времени, продолжались довольно долго — свыше трех месяцев, и лишь 7 июня самолет передали в НИИ ВВС. Ведущими по машине были летчик-испытатель А. Г. Прошаков и инженер А. Т. Степанец.

В ходе испытаний, завершившихся 22 июля, была получена скорость у земли 545 км/ч, а на высоте 4450 м — 632 км/ч, дальность на наивыгоднейшем режиме — 845 км, время выполнения виража на высоте 1000 метров — 15–17 секунд. По сравнению с серийным Як-1 № 2985 саратовского авиазавода пустой опытный Як-1М полегчал на 282 кг. Вес горючего сократили на 35 кг, а взлетный уменьшился на 245 кг. При этом при одинаковой мощности двигателя максимальная скорость у земли возросла на 37 км/ч, а на высоте — на 62 км/ч.

После получения разрешения В. Я. Климова на форсирование мотора по просьбе А. С. Яковлева в НИИ ВВС увеличили наддув М-105ПФ до 1100 мм рт. ст. путем регулировки РПД, но только на первой скорости нагнетателя. При этом рычаг переключения скоростей нагнетателя закрепили в положении «Первая скорость». Испытания, завершившиеся в августе того же года, подтвердили возможность форсирования двигателя и установки его на самолеты.

В сентябре 1943 года построили второй опытный экземпляр Як-1М «Дублер» с форсированным мотором М-105ПФ с индивидуальными реактивными выхлопными патрубками и винтом ВИШ-105СВ-01 диаметром 3 метра. Новый винт отличался от серийного ВИШ-105СВ более легкой втулкой и измененным «махоустойчивым» профилем на концах лопастей.

1 — входные отверстия тоннелей маслорадиатора;

2 — всасывающие патрубки нагнетателя;

3 — слив бензина из коллекторов нагнетателя;

4 — заслонка маслорадиаторов;

5 — водорадиатор.

Рычаги управления винтом и газом двигателя разметили параллельно, что позволяло одним движением устанавливать необходимый режим работы силовой установки. Сняли храповик для запуска от автостартера, что не только облегчило машину, но и снизило ее аэродинамическое сопротивление. За время испытаний «Дублера» механизм винта ВИШ-105СВ-01 работал удовлетворительно, раскрутки и забросов оборотов винта выше допустимых не наблюдалось.

По сравнению с первым прототипом в крыле «Дублера» разместили четыре (вместо двух) протектированных топливных бака, изолированных от кабины пилота герметизированными перегородками, что повлекло за собой установку двух дополнительных металлических нервюр. Одновременно в консольных баках установили механические бензиномеры вместо электрического, находившегося в расходном баке. Четыре бака вмещали 275 кг горючего, что было на 5 кг больше по сравнению с предшественником. Емкость расходного бака уменьшили с 30 до 10 кг. Кроме этого, самолет был оборудован системой нейтрального газа 1-й зоны, работавшей с использованием выхлопных газов двигателя. Несмотря на протектирование и установку системы нейтрального газа, военные все же сочли защиту баков недостаточной.

В связи с установкой нового водорадиатора изменили четвертую раму каркаса фюзеляжа. Упростили мотораму и изменили спецферму для крепления второго пулемета БС.

Полотняную обшивку фюзеляжа заменили 2-мм фанерной и установили сдвижную часть фонаря кабины летчика с устройством аварийного сброса, заимствованным с английского «Спитфайра».

Помимо этого, весовой компенсатор руля высоты перенесли из его передней кромки внутрь фюзеляжа. Одновременно облегчили амортизационные стойки основных опор, уменьшив их диаметр. Автоматический стопор хвостового колеса связали с рулем высоты жесткой тягой, а управление им осуществлялось через роликовый механизм, профилированный наконечник и тросик.

Изменилась и бронезащита летчика. Бронеспинку толщиной 8,5 мм укоротили до плеч пилота, изменив форму изгиба в горизонтальной плоскости. Боковые края спинки, в отличие от прежних, на расстоянии 100–150 мм резко загнуты вперед, что обеспечивало лучшую защиту летчика в горизонтальной плоскости сзади.

1 — заслонки маслорадиатора открыта полностью (215 мм);

2 — заслонка водорадиатора открыта полностью (270 мм).

Заголовник из прозрачной брони крепился в специальной металлической раме, которая, в свою очередь, крепилась к бронеспинке. Это позволило разгрузить прозрачную броню от напряжений, свойственных предыдущей конструкции.

С левой стороны пилота на борту расположили подлокотники толщиной 3,5–4 мм, длиной 500 мм и высотой 100 мм. Защита головы летчика спереди и сзади-сверху отсутствовала. В целом броня на самолете защищала пилота лишь от пуль калибра 6–8 мм.

Два 9-дюймовых маслорадиатора типа «05» заменили одним ОП-555, что потребовало изменения схемы маслопитания и соответствующего туннеля. Вместо водорадиатора ОП-492 установили ОП-554, геометрию тоннеля которого выполнили с учетом последних рекомендаций ЦАГИ. В связи с установкой автоматического регулятора температуры двигателя АРТ-41 с соответствующим индикатором на приборной доске пилота сняли штурвал механического управления заслонкой водорадиатора.

1 — антенна радиостанции;

2 — антенный изолятор;

3 — приемник воздушного давления;

4 — остекление аэронавигационного огня.

Усилили вооружение, введя дополнительный синхронный пулемет БС (общий боезапас 300 патронов), а мотор-пушку МП-20 заменили облегченной ША-20М (110 патронов) того же калибра, но не проходившую государственные испытания. Кольцевой прицел с мушкой заменили коллиматорным ПБП-1а.

Приемник связной радиостанции РСИ-4 вынесли из кабины, расположив за изголовьем летчика, кнопку «прием — передача» — на секторе газа. Антенна стала двухлучевой, без мачты. Были и другие, более мелкие изменения, благоприятно сказавшиеся на эксплуатационных качествах машины.

В результате всех доработок удалось облегчить истребитель (сохранив его вес на уровне первого прототипа Як-1М) за счет уменьшения габаритов водорадиатора на 30 кг, нового винта — на 10 кг и амортизационных стоек шасси — на 8 кг. Снятие храповика сэкономило 3 кг, а замена весовой компенсации руля высоты — 4 кг. Пушка ША-20 полегчала на 26 кг, а крыло — на 14 кг. Сократился на 6 кг и запас масла.

6 октября 1943 года «Дублер» передали на государственные испытания в НИИ ВВС. Ведущими по машине были инженер Г. А. Седов и летчик А. Г. Прошаков. В течение восьми дней (с 7 октября) военные испытатели выполнили 24 полета, налетав 17 часов 55 минут.

1 — входное отверстие тоннеля маслорадиатора;

2 — всасывающий патрубок нагнетателя;

3 — масляный фильтр МФ-105;

4 — дренаж суфлернаго бачка;

5 — суфлерный бачок.

Отзыв ведущего летчика-испытателя был столь восторжен, что его следует привести почти полностью:

«По расположению оборудования кабина самолета максимально приближается к стандартной, что создает большие удобства летчику. Установка автомата регулировки температуры воды освобождает внимание летчика и позволяет увеличить максимальную скорость <…>, особенно при низкой температуре наружного воздуха.

Обзор из кабины во все стороны хороший, но козырек сферической (формы несколько искажает видимые через него предметы…

На рулежке самолет прост: с застопоренным хвостовым колесом устойчиво рулит, даже при сильном боковом ветре. Установка полуавтоматического стопора костыля <…> облегчает рулежку по сравнению с серийными самолетами „Як“.

На взлете самолет аналогичен серийным самолетам „Як“, но набирает скорость и отрывается быстрее. На разбеге имеется незначительная тенденция к развороту вправо, но <…> легко парируется левой ногой… Траектория набора высоты круче, нежели у серийных самолетов.

В горизонтальном полете самолет устойчив: нагрузки на руль глубины легко снимаются триммером на всем диапазоне скоростей…

1 — пульт управления приемником РСИ-4;

2 — микротелефонный щиток;

3 — пульт управления автоматом температуры водорадиатора;

4 — кислородный присосок;

5 — лампа (УФО).

1 — электрощиток;

2 — лампа (УФО);

3 — кнопка „передача“ радиостанции на секторе газа.

Самолет Як-1М „Дублер“, так же как и опытный экземпляр <…>, обладает превосходной горизонтальной и особенно вертикальной маневренностью; максимальная скорость значительно увеличилась по сравнению с серийными самолетами „Як“.

Весь высший пилотаж самолет выполняет энергично и легко, с небольшими нагрузками на органы управления; на вираже <…> устойчив. При скорости 360–380 км/ч время выполнения одинарного виража на высоте 1000 метров составляет 16–17 секунд. Перекладывание из виража в вираж легкое.

Техника выполнения боевого разворота такая же, как на серийных самолетах „Як“, но нагрузки на рули меньше. При скорости ввода 560 км/ч с начальной высоты 1000 метров и скорости вывода самолет выполняет боевой разворот за 20 секунд и набирает <…> высоту 1250–1300 метров.

Переворот также выполняется, как на серийных самолетах „Як“. При скорости ввода 270 км/ч с начальной высоты 1500 метров самолет теряет 450–500 метров. Самолет выполняет фигуры высшего пилотажа в большом диапазоне скоростей. Например, петлю можно выполнять при начальной скорости от 450 до 550 км/ч и набор высоты при этом составляет соответственно от 0 до 450 метров.

Наивыгоднейшая скорость планирования равна 220 км/ч. Траектория планирования и профиль посадки практически такие же, как у подобных самолетов „Як“. На посадке самолет прост и не боится перетягивания ручки. На пробеге <…> устойчив, тенденции к разворотам и рысканию не имеет. Тормозить на пробеге можно несколько энергичней, чем на <…> Як-1, но при резком торможении самолет имеет тенденцию к поднятию хвоста».

Як-1М «Дублер» облетали командир 69-го краснознаменного иап Герой Советского Союза подполковник Л. Л. Шестаков, летчики-испытатели Ю. А. Антипов, А. Г. Кубышкин, П. М. Стефановский и В. И. Хомяков. Все они в целом поддержали мнение ведущего летчика-испытателя. В итоге НИИ ВВС отметил заслугу ОКБ-115 в снижении веса самолета и усилении вооружения, а также в устранении большого количества дефектов, выявленных в ходе испытаний первого прототипа Як-1М. В заключение специалисты НИИ ВВС рекомендовали истребитель для запуска в серийное производство при условии получения положительных результатов государственных испытаний мотора М-105ПФ с повышенным наддувом и пушки ША-20М.

Высокие летные данные и хорошее вооружение истребителя — это очень важно, но не менее важна для пилота и устойчивая двухсторонняя связь. На Як-1М «Дублер» стояла приемо-передающая радиостанция РСИ-4 с двухлучевой безмачтовой антенной. Мачта антенны создавала дополнительное аэродинамическое сопротивление, снижая скорость и дальность полета. Но погоня за высокими летными характеристиками обернулась значительным снижением дальности приема до 65 км вместо 100 км и передачи не более 40 км вместо 70–80 км. Тем самым ухудшалась возможность управления самолетами в воздухе и снижалась боевая эффективность истребителя.

В конце 1943 года начались заводские испытания унифицированного истребителя Як-9У с двигателем ВК-107А. Сравнение его с Як-1М «Дублер» с таким же вооружением показало, что время набора высоты 5000 метров у них одинаковое — 4,1 минуты, но меньше, чем у трехточечного Bf.109G-2 и FW.190F-4, на 0,3 и 2,7 секунды соответственно. Отставал от «яка» на 0,7 секунды и Ла-7. Вираж на высоте 1000 метров Як-9 выполнял на 1,5–2,5 секунды, Bf.109G-2 — на 4–4,5 секунды и FW.190F-4 — на 7 секунд (без применения крыльевых щитков) дольше. Правда, он имел преимущество перед Як-1М «Дублер» в боевом развороте, поднимаясь на 100 метров выше, но Bf.109G-2 и FW.190F-4 отставали на 50–200 метров и 550 метров соответственно. А вот в дальности на наивыгоднейшем режиме Як-1М «Дублер» проигрывал Як-9У почти на 70 км, Ла-7 — на 5 км, FW.190F-4 — на 168 км. Правда, Bf.109G-2 поэтому параметру уступал «яку» на 29 км.

Говоря о немецких самолетах, следует отметить, что в НИИ ВВС приходили, как правило, далеко не новые машины, с частично выработанным ресурсом двигателей. Если, например, внести трехпроцентные поправки на скорость, то получится, что новый Bf.109G-2 с более слабым вооружением по скороподъемности и дальности должен не отставать от Як-1М «Дублер», но на вираже «немец» все же был слабоват. У земли Як-1М летал быстрее, но на высоте он отставал от Bf.109G-2.

Что касается FW.190F-4, то преимущество, за исключением дальности, было полностью на стороне отечественного истребителя.