Экспериментальные самолёты России. 1912-1941 гг.

Стратопланы

Наряду со скоростью и дальностью важнейшей характеристикой самолётов являлась высота полёта. Достижение больших высот привлекало возможностями увеличения скорости за счёт пониженного сопротивления разрежённого воздуха и полёта «над погодой» (выше грозовых фронтов и других неблагоприятными явлений). Но самыми важными представлялись военные преимущества, так как сверхвысотные летательные аппараты были недоступны для зенитного огня и истребителей противника. Ещё в 1917 г. в Германии попытались производить специальные высотные дирижабли для налётов на Англию, но технические проблемы, возникшие при испытаниях, не позволили принять их на вооружение.

Работы по созданию самолётов-стратопланов, способных достичь стратосферы[161], начались в Германии на фирме «Юнкерс» в конце 1920-х годов по заданию немецкого авиационного исследовательского центра DVL. 2 октября 1931 г. стартовали испытания стратоплана Ju 49 с гермокабиной на двух человек. Самолёт имел характерную для «юнкерсов» металлическую монопланную схему и был оборудован мотором с двухступенчатым нагнетателем воздуха, позволявшим поддерживать мощность силовой установки с подъёмом на высоту. Из-за экономического кризиса в Европе и банкротства в 1932 г. фирмы «Юнкерс» испытания и необходимые доработки шли медленно. В 1933 г. Ju 49 был передан в DVL, а полёт в стратосферу на высоту 12500 м удалось осуществить только в 1935 г.

Юнкерс Ju 49.

Тогда же постройкой стратосферных самолётов занималась французская фирма «Фарман», но их испытания закончились неудачно.

Третьей страной, подключившейся к созданию стратопланов, был Советский Союз. В 1932 г. и. о. начальника Главного управления авиапромышленности Макаревский писал в правительство:

«Полёты в стратосферу являются ближайшим этапом развития аэронавтики, т. к. только при помощи таких полётов можно достигнуть:

а). Сверхбольших скоростей,

б). Осуществить полёт в постоянных благоприятных метеорологических условиях,

в). С точки зрения военного значения, получить недосягаемость для зенит ной артиллерии и незаметность самого полёта.

г). Сверх того, стратосферные полёты имеют и громадное научное значение.

…Проблема создания стратосферного самолёта заключается не столько в создании планера, сколько в создании специального силового агрегата, могущего работать в условиях стратосферы. Эта проблема распадается на создание специального движителя и специального винта.

Специальный движитель может быть 3-х различных типов:

а). Реактивный движитель ракетного типа…

б). Или реактивный движитель может состоять из паровой турбины.

в). Наконец — для движителя может быть использован нормальный мотор, изменённый таким образом, чтобы он сохранял свою мощность на высоте, т. к. разрежённый воздух стратосферы недостаточен для правильной карбюрации и полного сгорания горючего в цилиндре обычного авиационного мотора.

Из этих трёх решений последнее решение, хотя и является паллиативным, т. к. позволяет достигнуть высоты полёта лишь в пределах до 15–18 км, однако на настоящей стадии техники является единственно реальным. Первые два решения находятся в настоящее время лишь в состоянии лабораторных опытов. Поэтому Конструкторский Отдел (КО) и Бюро Новых Конструкций (БНК) ЦАГИ пошли при осуществлении построения стратосферного самолёта в направлении реализации третьего пути решения вопроса.

Сохранение мощности мотора может быть получено путём построения мотора внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Однако реализация такого мотора представляет настолько значительные механические трудности, что такого рода решения в настоящее время приходится признать нереальными.

Поэтому остаётся второй путь — постановка на моторах импеллеров (нагнетателей. — Д.С.), назначение которых состоит в том, чтобы, засасывая большие количества разрежённого воздуха, сжимать его примерно до атмосферного давления и при этом давлении подавать в мотор. Таким образом, для полёта в стратосферу требуется специальный высотный мотор с сильным импеллером.

Следует отметить, что современные импеллеры на своё вращение поглощают достаточно большую мощность, а именно на высоте 15 км до 40–50 % мощности мотора. Последнее условие и ограничивает применение мотора с импеллером высотой лишь примерно до 18 км.

Изучение характеристических винтов, употребляемых в авиации, показывает, что их коэффициент полезного действия быстро убывает с высотой. Так как тяга винта пропорциональна массе воздуха, протекающей через площадь, ометаемую винтом, то отсюда легко заключить, что всякое уменьшение этой массы соответствует уменьшению тяги винта и, следовательно, уменьшению его коэффициента полезного действия, тем более значительному, чем более воздух будет разрежён. Наиболее простым средством здесь является, по-видимому, постановка винта регулируемого переменного шага во время полёта.

Второй способ получения решения вопроса, вытекающий из изучения характеристических кривых винтов, заключается в построении винта, могущего менять с высотой свою скорость вращения при сохранении скорости вращения мотора, что может быть достигнуто с помощью установки коробки скоростей.

Третьим обстоятельством, с которым мы встречаемся в стратосферном полёте, является сохранение жизни лётчика и возможность для него нормально работать в удобных условиях на большой высоте. Организм человека может существовать более или менее нормально до высот в 6–7 км. На высотах от 6 до 12 км жизнь может быть поддержана добавочным кислородным питанием. Выше 12 км давление настолько мало, что человеческий организм погибает. Поэтому для осуществления стратосферного полёта необходима особая герметическая кабина, в которой поддерживается необходимое давление, вводится кислород, обеспечивающий дыхание лётчику, и удаляется углекислый газ, выделяемый при дыхании. Чрезвычайно низкие температуры от -50 до -70 °C в стратосфере создают также ряд трудностей, а именно, явление обмерзания, замерзания смазки органов управления, необходимость отепления кабины. Однако эти трудности при современном состоянии техники могут быть разрешены»[162].

Помимо Конструкторского отдела и Бюро новых конструкций ЦАГИ проектированием стратопланов занимались в Военно-воздушной академии и в НИИ Гражданского воздушного флота. В отличие от высотных самолётов ЦАГИ, эти стратопланы должны были иметь по два двигателя и были рассчитаны на достижение высот 16–18 км (расчётный потолок самолётов ЦАГИ составлял около 15 км)[163].

Велись также переговоры с «Юнкерсом» о совместном продолжении работ по экспериментальному самолёту Ju 49 и даже прорабатывался заказ в Германии трёхместного стратоплана военного назначения с рабочей высотой полёта 15 км. Приход Гитлера к власти поставил крест на этих планах.

Пришлось опираться на собственные силы. Из всех проектов выбор пал на стратоплан Конструкторского отдела ЦАГИ, на базе которого было создано Бюро особых конструкций (БОК) под руководством старшего инженера ЦАГИ Владимира Антоновича Чижевского. В коллектив бюро входили инженеры Н.Н. Каштанов, В.И. Лапчинский, В.Г. Флоров и др. «Бюро Особых Конструкций является объединяющим и руководящим органом ЦАГИ по всем вопросам, возникающим в связи с осуществлением поступающих новых идей технической мысли и изобретений, относящихся к области исследовательской или опытно-производственной работы ЦАГИ, но не укладывающихся в рамки плановой работы отдельных Отделов ЦАГИ», — сказано в Положении о БОК от 27 января 1931 г.[164]

Но немногочисленному коллективу БОК был не под силу столь широкий круг задач, и там сосредоточились на стратосферных полётах. В 1932 г. под руководством Чижевского была изготовлена герметическая гондола экипажа стратостата «СССР-1», 30 сентября 1933 г. осуществившего полёт на рекордную высоту 19 тыс. м. Теперь дело было за стратопланом.

Создание самолёта, получившего обозначение СС («стратосферный самолёт»), а позднее БОК-1, велось по постановлению Комитета Обороны от 4 июля 1932 г. Так как конструктивные требования к высотным и дальним самолётам близки (большой размах крыла, невысокая нагрузка на крыло, хорошее аэродинамическое качество), по схеме СС был похож на строящийся в ЦАГИ моноплан «Рекорд дальности» (АНТ-25), но имел меньшие размеры. Принципиальными новшествами являлось применение гермокабины и высотной силовой установки. По предварительным оценкам, при моторе М-34 с двухступенчатым нагнетателем конструкции Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) самолёт должен был иметь потолок 16 км, максимальную скорость на этой высоте 300 км/ч, дальность полёта— 1100 км. Срок готовности — 4-й квартал 1933 г.

В справке о состоянии работ на 1 октября 1932 г. сказано: «Приступлено к сдаче в производство чертежей отъёмной части крыла. Закончен расчёт хвостовой части фюзеляжа и начинается конструктивная разработка. Закончен расчёт герметической кабины (2-й вариант) и разрабатывается её конструкция.

При осуществлении этого проекта имеются трудности следующего порядка.

1. Отсутствие готового высотного мотора. Вопрос импеллера — новый вопрос и требует большой работы по его осуществлению.

2. Отсутствие винта с поворотными лопастями. Необходимо решить задачу поворотной втулки к мотору М-34. Новизна вопроса и отсутствие опыта у нас требует специальных больших экспериментальных работ.

3. Отсутствие достаточного количества работников, что задерживает темп работ»[165].

В.А. Чижевский у гондолы стратостата СССР-1.

К постройке самолёта приступили в конце 1932 г. на заводе опытных конструкций ЦАГИ, но уже в феврале следующего года производство перевели на московский авиазавод № 39, где незадолго до этого изготовили гермокабину стратостата «СССР-1». Туда же, на завод № 39, перебрался коллектив БОК.

Большую часть приборного оборудования для БОК-1 приобрели за границей, на это было выделено 15 тыс. золотых рублей. Обсуждался вопрос о заказе у французской фирмы «Рато» турбонагнетателей — устройств, основанных на использовании турбины, вращающейся в потоке выхлопных газов. В отличие от обычных нагнетателей с приводом от двигателя, турбонагнетатель почти не потреблял мощности, однако вращающаяся со скоростью до 25 тыс. оборотов в минуту и раскаляющаяся в потоке горячих газов до температуры 800 °C крыльчатка требовала специальных конструкционных материалов, которые ещё не были созданы. Из-за ненадёжности турбин «Рато» и отсутствия собственных наработок пришлось отказаться от этой идеи.

При проектировании и постройке БОК-1 нужно было решить множество новых задач: создать гермокабину самолётного типа, обеспечить герметичность проводки тяг из кабины к рулям самолёта и двигателю, предотвратить запотевание и обмерзание стёкол в полёте, обеспечить нормальные температурные условия для экипажа и др. Но главной проблемой оставался двигатель — специалистам ЦИАМ никак не удавалось сконструировать двухступенчатый нагнетатель. Тогда было получено разрешение на постройку и испытания самолёта с мотором М-34 с одноступенчатым нагнетателем. На рекордную высоту рассчитывать не приходилось, зато можно было проверить работу системы жизнеобеспечения экипажа. Испытания наметили провести в октябре 1934 г., а в следующем году заменить мотор и осуществить полёты на близких к стратосфере высотах[166].

Но и эти сроки не удалось выдержать. Из-за того, что 39-му заводу поручили осваивать серийный выпуск скоростных истребителей И-16, БОК вместе с недостроенным высотным самолётом летом 1934 г. перевели на смоленский авиаремонтный завод № 35, выделив для работы один из цехов. Обустройство на новом месте проходило непросто — не хватало опытных кадров, технологического оборудования, материалов. Первое время к станкам даже не был подведён ток. Неудивительно, что БОК-1 удалось построить только в конце 1935 г. Таким образом, изготовление первого советского стратоплана растянулась на три года.

Схема БОК-1.

Каркас гермокабины без обшивки.

Центроплан крыла с топливными баками.

Как отмечалось, внешне БОК-1 был похож на самолёт РД (АНТ-25). Конструкция планера также не имела принципиальных отличий — это был одномоторный металлический низкоплан с крылом большого размаха с гофрированной обшивкой. Как на АНТ-25, для уменьшения аэродинамического сопротивления поверх гофра крыла натянули отлакированное полотно. Проводка управления элеронами и рулями высоты была жёсткая, рулём направления и переставным стабилизатором — тросовая. Мотор — такой же, как на АНТ-25, редукторный М-34, но с односкоростным нагнетателем, обеспечивающим сохранение мощности 725 л. с. до высоты 4000 м. Винтов изменяемого в полёте шага ещё не было, поэтому на БОК-1 установили обычный деревянный винт диаметром 4 м. Он имел четыре лопасти, чтобы захватывать достаточное количество воздуха в разряженной на высоте атмосфере. В процессе испытательных полётов его заменили на трёхлопастный металлический винт с изменяемым на земле углом установки лопастей.

Отличия «БОКа» заключались в неубираемом в полёте шасси и изменённой конструктивно-силовой схеме крыла с топливными баками только в его корневой части (запас топлива стратоплана составлял 500 кг — в 13 раз меньше, чем на построенном для рекорда дальности АНТ-25). Вместо обычной за стеклённой кабины применялись небольшие иллюминаторы, как на корабле или подводной лодке.

Но главное новшество находилось внутри самолёта. В центральной секции фюзеляжа имелся большой вырез, в который вставлялась двухместная гермокабина объёмом 1,8 м³ для пилота и наблюдателя (штурмана). Она имела овальную форму, так что её верхняя часть выступала из фюзеляжа. 11 шпангоутов обеспечивали ей необходимую жёсткость на больших высотах, когда разница давлений внутри и снаружи самолёта достигала 0,8 атм. Кабина была обшита дюралюминиевыми листами 2-мм толщины. Для герметичности применялся двухрядный заклёпочной шов, промазанный перед клёпкой свинцовыми белилами. Сверху кабина была обшита слоем войлока, а снизу обдувалась потоком тёплого воздуха, проходящего через радиатор двигателя.

В кабине были прорезаны иллюминаторы — впереди для лётчика и сзади по бокам для наблюдателя. Стекла из закалённого стекла имели толщину 15 мм. Для предотвращения запотевания и обмерзания в иллюминаторы вставили вторые, более тонкие стекла. Пространство между ними продувалось тёплым воздухом от двигателя, подаваемым по трубам с помощью вентилятора. Кроме того, между стёклами поместили вещество, поглощающее влагу — хлорид кальция с селикагелем.

Управление мотором и рулями осуществлялось вращением валов, пропущенных через стенки кабины с помощью сальников. Сальники имели камеры, в которые заливалась смесь глицерина и спирта. Эта герметизирующая смесь оставалась жидкой при температуре до -70 °C. Приборы, связанные с внешней средой — альтиметр, указатель скорости, указатель поворотов, авиагоризонт — находились в гермоотсеке с герметизированной проводкой к внешним датчикам.

Вид на левый борт кабины.

Входной герметичный люк кабины.

Летчик в кабине стратоплана.

К люку кабины с винтовым запором экипаж попадал через верхний люк в фюзеляже и негерметизированный отсек за кабиной. В этом отсеке пилот и наблюдатель оставляли свои парашюты, так как в тесной гермокабине с ними нельзя было бы разместиться.

Кабина герметизировалась при подъёме на 3–4 тыс. метров. Кислород поступал в неё из баллонов из расчёта 60 литров в час на человека. Углекислота и влага, выделяемые при дыхании, поглощались адсорбентами в специальных ёмкостях, через которые постоянно пропускался воздух кабины. При создании этой системы жизнеобеспечения конструкторы основывалась на опыте постройки гондолы стратостата «СССР-1».

13 декабря 1935 г. начальник отдела сухопутных самолётов НИИ ВВС И.Ф. Петров поднял БОК-1 с заводского аэродрома в первый полёт. Второе кресло занимал ведущий инженер самолёта Н.Н. Каштанов. Взлёт происходил со снега на лыжном шасси. Затем последовали доводки машины и новые полёты, была достигнута высота 9000 м.

Иван Фёдорович вспоминал:

«Заводской аэродром находился под Смоленском, и в течение полутора лет мне еженедельно приходилось ездить в Смоленск на испытания: в субботу вечером я уезжал из Москвы, спал в поезде, в воскресенье весь день проводил испытания, а вечером снова садился в поезд, чтобы в понедельник утром быть на своём рабочем месте в НИИ ВВС.

Сборка БОК-1 на заводе в Смоленске.

Установка БОК-1 на лыжное шасси.

Говорят, первый блин комом. Естественно, что и первая герметичная самолётная кабина была совсем не похожа на те комфортабельные салоны, в которых мы все теперь привыкли летать. На самолёте БОК-1 она представляла собой тесную цистерну с тремя маленькими окошечками-иллюминаторами, не дававшими почти никакого обзора лётчику. И так как располагалась эта бочка над радиатором водяного охлаждения довольно мощного двигателя М-34РН, то лётная форма моя была весьма своеобразна: трусы и штук шесть полотенец. В полёте температура в кабине из-за подогрева снизу поднималась до сорока градусов.

Такое мотание из Москвы в Смоленск и обратно было, конечно, весьма изнурительным, и для продолжения испытаний я командировал в Смоленск лётчика-испытателя П.М. Стефановского, который успешно и завершил их»[167].

Стефановский принял эстафету испытаний летом 1936 г. 25 июля он и Каштанов поднялись на 10875 м, что на 3000 м больше потолка самолёта АНТ-25. Гермокабина позволяла обходиться обычными летними комбинезонами.

После завершения заводских испытаний Стефановский перегнал окрашенный в красный и серебристый цвета самолёт с треугольной эмблемой «БОК» на киле из Смоленска на подмосковный аэродром НИИ ВВС. К этому времени конструкторы решили проблему перегрева кабины с помощью регулируемого люка в верхней части радиаторного тоннеля, и летать стало комфортнее.

Госиспытания БОК-1 проходил осенью 1936 г., пилотировали самолёт И.Ф. Петров и П.М. Стефановский. Было выполнено девять полётов на высоту 9-10 км, их суммарная продолжительность составила 14 часов 5 минут.

БОК-1 на государственных испытаниях в НИИ ВВС, 1936 г.

«При испытаниях выявлено, — говорится в отчёте, — что самолёт БОК-1, как самолёт с гермокабиной, имеет, по сравнению с обычным самолётом при полёте на больших высотах, несравнимые преимущества. Герметическая кабина обеспечивает нормальную жизнедеятельность экипажа, защищая его от низких температур и малых давлений воздуха без применения специального обмундирования, кислородных масок, обогрева и т. п. приспособлений, крайне стесняющих свободные движения экипажа. Во время полёта температура в кабине сохранялась в пределах +15 — +18 °C при температуре наружного воздуха на высоте полёта до -45 °C.

…Герметическая кабина настолько хорошо заглушает шум мотора, что позволяет вести разговор громким голосом без применения каких-либо приспособлений.

Высотный полёт в герметической кабине несравненно менее утомляет экипаж, чем полёт в обычной кабине с применением высотной одежды или скафандра, что обеспечивает возможность длительного пребывания на высоте без понижения работоспособности»[168].

Наряду с положительными качествами БОК-1, отмечались и недостатки. Главным из них был очень плохой обзор из кабины — лётчик видел только 5,5 % передней полусферы и 2 % задней. Это затрудняло движение по маршруту и посадку, полёты можно было осуществлять только в безоблачную погоду. Несмотря на принятые конструкторами меры, на высоте случалось запотевание и обледенение стёкол, что ещё сильнее ухудшало видимость.

Из-за неудовлетворительного обзора применять БОК-1 для практических целей было невозможно. Самолёт решили использовать для испытаний мотора М-34 с турбокомпрессором, а Чижевскому поручили сконструировать лишённый отмеченных недостатков стратоплан военного назначения для полётов на высоте до 16 тыс. м. Эти работы были включены в план опытного самолётостроения на 1937 г.

Специалисты ЦИАМ под руководством В.И. Дмитриевского с 1934 г. работали над созданием центробежного компрессора с приводом от газовой турбины (турбокомпрессора). Двигатель М-34, оборудованный приводным нагнетателем и двумя турбокомпрессорами, позволял сохранять мощность до высоты 9-10 тыс. м. По расчётам с такой силовой установкой БОК-1 мог достичь потолка в 16–17 км, что давало надежды на мировой рекорд высоты.

Схема моторного отсека БОК-1 с турбокомпрессорным двигателем М-34РН-ТК.

Дневник полётов БОК-1 М-34РН-ТК.

К февралю 1937 г. первый советский турбокомпрессор ТК-1 прошёл стендовые испытания. Два таких устройства, работающих от выхлопных коллекторов, смонтировали на двигателе М-34РН, который в апреле установили на БОК-1. Наземные испытания начались 14 апреля 1937 г., а 6 июня БОК-1 с М-34РН-ТК поднялся в воздух с заводского аэродрома в Смоленске. Испытания были продолжены в НИИ ВВС и продолжались до 28 сентября, было выполнено 13 полётов общей продолжительностью 24 часа.

Как видно из хроники испытаний, полёты сопровождались поломками — дважды происходил обрыв лопаток турбин, перегревалось масло в двигателе при наборе высоты, тёк масляный радиатор. «Обстоятельных выводов в отношении работы мотора с турбокомпрессорами не представляется возможным сделать, так как не было произведено ни одного полёта на горизонтальном режиме на расчётной высоте и все замеры производились в режиме подъёма», — сказано в выводах по испытаниям[169].

Турбина компрессора с оборванной лопаткой.

Тем не менее, в трёх последних вылетах была предпринята попытка достижения рекорда высоты с контрольным грузом 500 кг, этим объясняется большая продолжительность этих полётов. Подняться выше 12 км не удалось из-за отсутствия винта изменяемого шага: лопасти, не встречая сопротивления в разрежённой атмосфере, быстро раскручивались, не позволяя вывести двигатель на режим максимальной мощности. (В августе 1936 г. В.К. Коккинаки на самолёте ЦКБ-26 с обычной кабиной установил международный рекорд высоты с грузом 500 кг, достигнув 12816 м).

27 августа 1938 г., после замены мотора, П.М. Стефановский и инженер ЦИАМ Рево сумели достичь на БОК-1 14 100 м. Это больше результатов немцев или французов при испытаниях их стратопланов, но меньше абсолютного рекорда высоты (16644 м, установлен 30 июня 1937 г. одетым в скафандр английским лётчиком М. Адамом на самолёте Бристоль 138А). Вскоре при попытке подняться на большую высоту произошла авария турбонагнетателя[170].

БОК-1 стал единственным стратопланом 1930-х годов, полёты которого прошли без серьёзных происшествий, без жертв. Юнкерс Ju 49 разбился в январе 1936 г., французский стратоплан Фарман F-1001 потерпел катастрофу в августе 1935 г., всего через три месяца после первого вылета, а испытания созданного на его основе F-1002 прервали после аварии в 1937 г.

БОК-1 был чисто экспериментальной машиной. Между тем военных больше интересовало боевое применение высотных самолётов, так как предполагалось, что будущие воздушные войны будут происходить в стратосфере. Этой точки зрения придерживался и В.А. Чижевский. В его докладе «О необходимых мероприятиях по подготовке к бою на высотах 10—12000 метров и выше» (январь 1935 г.) говорится:

«Положение нашего Союза таково, что мы ни на минуту не должны забывать о том, что в каждый данный момент может возникнуть война. Это обязывает нас быть готовыми не только к ведению войны на суше, на море, в воздухе, но и в стратосфере.

…Рассматривая условия боя на высоте 10–12 километров, мы видим, что они весьма отличаются от земных. В самом деле, атмосфера там настолько разрежена, что человек, даже пользуясь кислородной маской, находится на грани потери сознания. Пилоты, летавшие на высоте свыше 12-ти километров, указывали почти единогласно на то, что ими овладевает сонливость, слабость, и некоторые теряли сознание, приходя в себя значительно позже на высоте 6-4-х километров. Это имело место в условиях спокойной работы с людьми, длительно и тщательно готовившимися к полётам на этой высоте. В боевой обстановке от лётчика и, особенно, от наблюдателя потребуется большое нервное напряжение и значительные мускульные усилия, а это, как показывают врачебные исследования, ограничивает активность человека высотой 9-10 километров. Низкая температура влечёт запотевание очков, а если их снять — смерзание век.

Ниже мы рассмотрим бой трёх истребителей на высоте 12-ти километров.

Истребитель А ведёт лётчик, имеющий тёплый комбинезон, очки и кислородную маску обычного типа. Истребитель А встречается с истребителем Б, имеющим на борту пилота в скафандре. Самочувствие пилота Б (мы соответственно истребителям будем именовать и лётчика) будет во много раз лучше, чем пилота А: давление в скафандре будет близким к атмосферному, воздух, обогащённый кислородом, наполняет скафандр. Правда, движения пилота стеснены раздувшимся скафандром, но, несмотря на это, высокое моральной состояние и хорошее самочувствие решают итоги боя в пользу пилота Б.

В этот момент появляется истребитель В с пилотом, сидящим в герметической кабине. Пилот В чувствует себя в кабине лучше, чем пилот Б, и, тем более, пилот А. Легко дышится, тепло, никаких неудобств от потока воздуха, движения свободны. Зеркальные стекла кабины, подогреваемые в целях предохранения от замерзания и снабжённые кроме того электрическими дворниками, дают великолепный обзор пилоту В. Пилот В легко выходит победителем.

Многим покажутся эти рассуждения слишком простыми, но факт остаётся фактом. Двенадцать человек, работающие в подводной лодке, во много раз боеспособнее, чем 100 водолазов, спущенных в воду в своих водолазных костюмах.

…Кабину я считаю обязательной для боевых полётов свыше 10-ти километров, т. к. она обеспечивает наилучшую работоспособность экипажа.

Первым и существенным требованием к кабине является хороший обзор. Достигается обустройством цилиндрической или конусообразной башни над головой пилота и наблюдателя. Башня имеет стёкла, дающие круговой обзор. Для обзора земли непосредственно под самолётом в полу кабины делаются также окна и может быть установлен специальный перископ с большим углом зрения. Устройством подогрева электрического или в виде струи тёплого воздуха от глушителя мотора стёкла должны быть предохранены от замерзания. Запотевание устраняется электрическим дворником.

В случае одноместного истребителя прицел помещается вне кабины перед передним окном. Управление огнём пулемёта производится нажатием рычажка на ручке управления. Вывод управления огнём из герметической кабины никакого затруднения не представляет. Значительно сложнее получается управление задним турельным пулемётом в случае двухместного самолёта.

…Эти вопросы Бюро Особых Конструкций завода № 35 сейчас прорабатывает применительно к проектируемому стратосферному разведчику, являющемуся модификацией стратосферного самолёта БОК-1 (СС), находящегося сейчас в постройке на заводе № 35 (Смоленск)»[171].

На самом деле в 1935 г. стратосферный разведчик БОК-7 только проектировался. Об этом свидетельствуют строки из отчёта директора завода № 35 Филатова и начальника БОК Чижевского от 15 октября 1935 г.:

«Самолёт БОК-7 — стратосферный разведчик, является модификацией самолёта БОК-1, с введением вооружения и повышением аэродинамических качеств. Самолёт имеет крыло большого удлинения с гладкой работающей металлической обшивкой. Длина самолёта увеличена для повышения эффективности оперения. Герметическая кабина переработана с точки зрения обеспечения максимальной безопасности полёта. Вооружение состоит из 2-х ШКАСов, установленных на крыле, и 2-х пулеметов для обстрела верхней и нижней задней полусферы, бомбовая нагрузка составляет 400 кг. Самолёт приспособлен для фотосъёмки до высот 14-16000 метров. Проектирование самолёта началось в 1935 году. В течение года разработан эскизный проект, закончены расчёты и проектирование крыла с гладкой обшивкой, проработан ряд схем по вооружению машины»[172].

БОК-7 во время постройки.

Рисунок варианта БОК-7, предназначенного для рекорда высоты.

В отличие от БОК-1, на БОК-7 герметическая кабина составляла одно целое с фюзеляжем. Она имела две выступающие вверх башни для лётчика и наблюдателя с расположенными по периметру иллюминаторами, обеспечивающими круговой обзор.

На основе БОК-7 в Бюро особых конструкцию разработали проекты новых стратопланов: летающую научную лабораторию БОК-12 для изучения стратосферы, транспортный БОК-13 с гермокабиной на шесть пассажиров. Но В.А. Чижевский получил совсем другое правительственное задание — изготовить первый экземпляр БОК-7 в варианте рекордного самолёта для полёта на высоту 16000 м, а второй экземпляр, названный позднее БОК-11, строить как военный самолёт с вооружением. Кроме того, в начале 1937 г. был дан заказ на постройку высотного самолёта с дизельным мотором, предназначенного для установления мирового рекорда дальности и продолжительности полёта. Эта машина получила обозначение БОК-15. Согласно плану, БОК-7 следовало изготовить и передать на заводские испытания в середине 1937 г., БОК-11 — в конце того же года, БОК-15 — к маю 1939 г.

Проекты самолётов БОК-11, БОК-12 и БОК-13.

В 1937 г. производственная база БОК на смоленском заводе располагала всего одним цехом, где работало чуть больше ста человек. При этом конструкторское бюро Чижевского со штатом около 50 человек по-прежнему базировалось в Москве на заводе № 39. Наличие двух сильно удалённых друг то друга территорий и малочисленность персонала отрицательно сказывались на темпах работ. В 1938 г. БОК получил площадь в подмосковных Подлипках, где на базе бывшего Парашютно-десантного бюро организовали КБ-29 по экспериментальным самолётам. В нём, кроме группы В.А. Чижевского, работали конструкторская группа А.Я. Щербакова, занимавшаяся гермокабинами мягкого типа для истребителей, и группа В.С. Вахмистрова по самолётам типа «Звено». Чижевского назначили главным конструктором КБ вместо Вахмистрова, Каштанова — его заместителем. В распоряжение конструкторского бюро, которое должно было стать центром работ по стратосферной авиации, передали расположенный в Подлипках Центральный испытательный аэродром и самолётный ангар в Монино. Но это не решило проблемы — производственные помещения КБ-29 не подходили для строительства больших металлических самолётов и изготовление «БОКов» пришлось по-прежнему вести в Смоленске.

Однако главная причина отставания от плана, как и прежде, заключалась в отсутствие двигателей. Предназначенные для БОК-7 и БОК-11 форсированные высотные моторы АМ-34РФНТК поступили на завод № 35 только осенью 1938 г., а авиадизель АН-1 для БОК-15 ещё проходил стендовые испытания. В результате все заданные сроки были сорваны.

Сложнейшей технической задачей являлось создание дистанционно-управляемых стрелковых установок для самолёта БОК-11. В.А. Чижевский пишет (1938 г.):

«В связи с положительным результатом применения герметической кабины на стратосферном самолёте БОК-1, перед Бюро Особых Конструкций возник вопрос о том, как управлять пулемётом и как вести огонь при наличии на самолёте герметической кабины. Ставить пулемёт в кабину и выпускать дуло наружу нельзя, как из условий сохранения герметичности кабины, так и наполнения кабины пороховыми газами, поэтому был намечен ряд решений этой проблемы.

1-е решение. Установка неподвижных пулемётов для стрельбы вперёд не представляет никаких затруднений — пулемёт устанавливается рядом с мотором или на крыле. Управление огнём пулемёта осуществляется через герметические выводы из кабины. Прицел в зависимости от типа или устанавливается перед передним окном, или пропускается герметическим образом сквозь колпак лётчика.

2-е решение. Подвижные стрелковые точки для обстрела задней сферы. Прицел в кабине, прозрачная башня, пулемёт вне кабины, связь прицела с пулемётом — механическая (валы и шестерёнки). Вращение пулемёта осуществляется стрелком. От этой схемы мы отказались, так как она была построена ещё в ЦАГИ и не дала положительных результатов (люфты, отсутствие точности, тяжёлое вращение).

3-е решение. Размещение пулемёта непосредственно над или под кабиной с применением перископического прицела. Пулемёт управляется непосредственно стрелком. Эта установка разработана и изготовляется в КБ № 29.

4-е решение. Электрификация установки. Это решение может быть осуществлено путём установки электромоторов на валы механически связанных между собою прицела и пулемёта. В этом случае она будет иметь те же недостатки, которые указаны во 2-м решении (люфты, громоздкость).

Дистанционно-управляемая пулемётная установка для БОК-11.

Лучшим решением на сегодняшний день является электрическая автосинхронная пулемётная установка. Эта установка состоит в следующем. Прицел калиматорного типа размещается в колпаке герметической кабины. Колпак имеет окна, в дальнейшем предполагается колпак делать полностью прозрачным (плексиглас). Пулемёт размещается вне кабины. С помощью электроавтосинхронной связи пулемёт в точности повторяет движения прицела. Открытие огня производится путём нажатия кнопки, находящейся на прицеле. Перезарядка может быть произведена электрическим или пиротехническим способом»[173].

Такая стрелковая установка была изготовлена по заданию БОК конструкторами Лаборатории особого назначения оружейного завода № 213 В.С. Костышкиным и К.В. Жбановым. Вращение пулемёта в двух плоскостях осуществлялось с помощью двух моторов. Для управления моторами на осях прицела и пулемёта были установлены сельсины (электрические микромашины переменного тока), которые отслеживали изменение тока при рассогласовании осей. Сигнал от сельсинов усиливался с помощью радиолампы (тиратрона).

10-13 декабря 1938 г. состоялись испытания этого устройства, которое установили на макете фюзеляжа БОК-7. Пулемёт ШКАС снабдили фотокинопулемётом для фиксирования результатов. Стрельба велась сначала по неподвижной мишени, потом по летящему самолёту У-2. Точность огня дала удовлетворительный результат.

По военный стратоплан уже не так, как прежде, интересовал советское руководство: в 1937–1938 годах состоялись испытания четырёхмоторного бомбардировщика АНТ-42 (ТБ-7) с дополнительным двигателем для наддува, способного достигать высоты 11 км и обладающего значительно лучшими, чем БОК-11, скоростью, дальностью и грузоподъёмностью. Теперь приоритетной стала задача создания стратосферного самолёта для установления мирового рекорда дальности.

К проектированию БОК-15 в конструкторском бюро Чижевского приступили весной 1937 г. Стимулом к этому послужил опыт установки дизельного мотора АН-1 на одном из экземпляров АНТ-25. Машина получила название «РД-Д» (рекорд дальности — дизельный). Испытания, проходившие в 1936 г. под Воронежем, показали, что благодаря экономичности дизеля дальность может возрасти на 20–25 %. Использование гермокабины сулило дополнительные преимущества — возможность полёта «над погодой» и увеличение скорости.

Самолёт РД-Д с дизельным мотором.

В июле 1937 г. был готов эскизный проект БОК-15. Но так как все силы Бюро особых конструкций были брошены на создание БОК-7 и БОК-11, к строительству дальнего самолёта пока не приступали. Это вызывало у руководства авиапромышленности не только беспокойство, но и подозрения во «вредительстве». 28 января 1938 г. М.М. Каганович писал Сталину:

«Состояние конструкторского аппарата и работ КБ-29 Чижевского таково, что не даёт уверенности в выполнении той большой задачи, которая перед ним поставлена, по постройке самолёта БОК-15.

…Некоторые конструкторы, как Каштанов и другие, которые хорошо знают машину, работают продолжительное время с Чижевским, и отношение парторганизации к ним настороженное, считают их людьми Чижевского.

Производственная база КБ-29 (цеха) только организовывается и не соответствует сложности постройки машины БОК-15. Квалифицированные рабочие, хотя и подобраны, но их мало.

Из этого положения напрашиваются следующие выводы:

1. Для того чтобы построить машину БОК-15 без Чижевского, необходимо поставить на эту работу крупный квалифицированный коллектив конструкторов и перевести её на более квалифицированный завод…

3. В течение месяца основательно укрепить и очистить от сомнительных людей коллектив, который будет работать над машиной БОК-15.

4. С Чижевским вопрос решить немедленно»[174].

Но В.А. Чижевский продержался на посту руководителя конструкторского бюро ещё год. За это время на смоленском заводе на самолёты БОК-7 и БОК-11 установили двигатели, началось строительство двух БОК-15.

БОК-7 в ЦАГИ. На самолёте установлен дизельный двигатель АН-1РТК.

1 февраля 1939 г. Владимира Антоновича арестовали. Два года он провёл в лагерях, а перед самой войной оказался в тюремном конструкторском бюро ЦКБ-29, которое возглавлял опальный в то время А.Н. Туполев. После освобождения Чижевский много лет проработал в ОКБ «Ту».

Однако вернёмся в 1939 год. На должность руководителя БОК назначили Н.Н. Каштанова. По просьбе Громова и Байдукова БОК-7 и БОК-11 решили передать для тренировочных полётов будущим экипажам БОК-15. На машинах ещё не было гермокабин, на БОК-11 решили пока не устанавливать вооружение.

С 14 по 23 мая 1939 г. И.Ф. Петров испытал в Смоленске БОК-7 (6 полётов общей продолжительностью 8 ч 47 мин), а 24-го перегнал его в Москву и сдал М.М. Громову. В июне А.Б. Юмашев, М.М. Громов и Г.Ф. Байдуков выполнили с Центрального аэродрома 11 полётов. Они выявили некоторые недостатки: при снижении скорости самолёт слишком рано переходил на срывные режимы и «проваливался», взлёт был затянут из-за недостаточной эффективности руля высоты.

В конце июля, после того, как улучшили отделку поверхности крыла и увеличили площадь руля высоты, провели контрольные полёты. Отмеченные ранее недостатки не проявлялись. «Самолёт БОК-7 готовится к следующему этапу лётных испытаний и к испытанию герметической кабины и оборудования», — сообщалось в Комитет Обороны, под эгидой которого готовился рекордный перелёт в стратосфере[175].

По заданию Института авиационной медицины участник намечавшегося перелёта штурман А.В. Беляков и ещё два человека пробыли 100 часов в макете герметической кабины, испытывая на себе работу системы химической очистки воздуха.

Тем временем завершилось строительство БОК-11. Первый вылет состоялся 12 июня 1939 г. и прошёл благополучно, а во время второго, 18 июня, из-за недолива воды в систему охлаждения произошёл перегрев двигателя. Пришлось его снять и отправить на завод-изготовитель для контроля состояния. В июле АМ-34 вернули в Смоленск и смонтировали на самолёте. Заводские испытания продолжились, всего было сделано 8 полётов (лётчики Гринчик, Петров, Шиянов). 15 августа БОК-11 передали в распоряжение Г.Ф. Байдукова. К октябрю на этой машине было сделано 19 тренировочных полётов. В следующем году на самолёте установили гермокабину, и 28 октября 1940 г. её испытал в полёте лётчик ЦАГИ Терёхин.

В Смоленске шла сборка БОК-15. В отличие от предыдущих «БОКов», почти всё внутреннее пространство его крыла было заполнено топливными баками, вмещавшими 7120 кг дизельного горючего. Этот запас при расчётном аэродинамическом качестве самолёта 18,5 должен был обеспечить дальность около 16 тыс. км. Крыло имело металлическую гладкую обшивку.

Модель самолёта БОК-15 в аэродинамической трубе ЦАГИ, 1939 г.

Для БОК-15 спроектировали первую в СССР гермокабину вентиляционного типа, в которую воздух нагнетался из атмосферы компрессором (в случае применения кабины старого типа для полёта продолжительностью в несколько суток потребовался бы слишком большой запас кислорода). На случай недостаточной надёжности работы компрессора было предусмотрено устройство очистки воздуха химическим путём.

Фюзеляж со встроенной кабиной имел два люка: аварийный верхний и нижний для посадки в самолёт. Экипаж состоял из трёх человек — двух пилотов и штурмана. Пилоты находились рядом, управление — сдвоенное. Над левым, командирским креслом из гермокабины выступал каплевидный фонарь, правый пилот имел обзор только по сторонам. Место штурмана было в задней части кабины, там же смонтировали радио- и штурманское оборудование. Для того чтобы избежать использования термостатов для подогрева моторного масла, маслобаки поместили внутри кабины. На одном из них, на правом борту, находилась откидная кровать для поочерёдного отдыха членов экипажа.

Шасси, как на АНТ-25, частично убиралось в центроплан, выступающие части в полёте закрывались обтекателями. Амортизация стоек шасси — масляно-пневматическая, с большим ходом, рассчитанная на случай посадки с максимальным полётным весом.

В качестве двигателя должен был использоваться уже упоминавшийся дизель АН-1, но с редуктором и турбокомпрессорами (АН-1РТК). Удельный расход топлива составлял 175 г/л.с. ч по сравнению с 230–260 г/л.с. ч у бензиновых моторов. Специального воздушного винта для рекордного перелёта ещё не было, поэтому первый этап лётных испытаний решили провести с имеющимися винтами изменяемого шага ВИШ-34Т диаметром 4,5 м.

Как обычно, постройка шла медленнее, чем планировалось. 31 марта 1939 г. М.М. Каганович писал председателю Комитета Обороны В.С. Молотову:

«Срок постройки самолётов БОК-15 к 1 мая 1939 года был установлен по представлению бывшего начальника КБ-29 Чижевского. После ареста Чижевского была произведена проверка прочности и конструкции отдельных частей самолёта, в результате чего выявилась необходимость переделок по ряду важных объектов самолёта, как моторное оборудование (бензо-масло-водосистемы), электрооборудование и др. Также выявилась возможность увеличить дальность самолёта (примерно до 1000 км) за счёт придания более плавной формы носовой части самолёта и переноса радиатора.

Самолёт № 2, который должен был строиться на производственной базе КБ-29, после того, как было установлено, что база КБ-29 не в состоянии построить самолёт, был перенесён производством на завод № 35 в Смоленске.

При проверке запасов прочности самолёта БОК-15 было признано необходимым произвести статические испытания всех основных частей самолёта (крыло, фюзеляж, стабилизатор) для окончательного определения запасов прочности, для чего пришлось дополнительно строить фюзеляж и стабилизатор.

Естественно, что перечисленные выше причины: переделки конструкции самолёта, передача постройки второго самолёта на завод № 35 и дополнительная постройка фюзеляжа для статиспытаний повлекут за собой оттяжку срока выпуска самолётов примерно на полтора месяца. В результате качество самолёта будет улучшено.

…Постройка данных машин находится под моим повседневным наблюдением»[176].

Для помощи в работе Каганович распорядился направить в КБ 29 20 конструкторов и 49 рабочих, на завод № 35 — 8 инженеров и 90 рабочих.

На испытаниях в ЦАГИ летом 1939 г. крыло разрушилось при 80 % от расчётной нагрузки при запасе прочности 3,5. Хотя конструкция АНТ-25 с запасом прочности 3 успешно выдержала сложнейшие перелёты, для БОК-15 решили изготовить усиленные крылья с отполированной обшивкой. Большая прочность крыла позволяла увеличить ёмкость баков на 1500–2000 кг, а гладкость обшивки — улучшить аэродинамическое качество.

Одновременно в ЦИАМ вели отработку дизеля АН-1РТК. Для проверки его работы на высоте в мае-июне 1939 г. была предпринята уникальная акция — на Памире на перевале Ак-Байтол высотой 5 км соорудили испытательный стенд, доставили туда двигатель весом около тонны и провели его 30-часовые испытания. В экспедиции принимало участие 22 сотрудника ЦИАМ[177].

Особенностью дизельного мотора является большая степень сжатия и, соответственно, повышенные нагрузки на механизмы двигателя. Поэтому при длительных испытаниях в ЦИАМ происходили поломки — возникали трещины в картере и шатунах, не выдерживали коленвал и зубья шестерен редуктора. После того, как в сентябре 1939 г. при стендовых испытаниях произошла авария дизеля № 12, было принято решение временно ограничить продолжительность тренировочных полётов БОК-15 пятью часами. К этому моменту на подготовку к рекордному перелёту уже истратили 22 млн рублей.

13 февраля 1940 г. новый нарком авиапромышленности А.И. Шахурин докладывал в Комитет Обороны:

«Во исполнение постановления Правительства от 5 января 1939 года построены два одинаковых самолёта БОК-15 с дизель-моторами для рекордных перелётов Героев Советского Союза Громова и Байдукова.

Первый самолёт, предназначенный для экипажа Громова, 23 октября 1939 года был выпущен в воздух. В первом полёте пилотировал его Громов, а во втором Юмашев.

Второй самолёт аналогичен первому, в настоящее время закончен производством, произведена рулёжка и подготовлен к первому полёту»[178].

20 февраля 1940 г. оба БОК-15 передали на испытания в 8-ю (лётную) бригаду ЦАГИ.

Высотные БОКи на аэродроме ЛИИ. Июнь 1940 г.

Тем временем Шахурин обратился в правительство за дополнительным финансированием. Он писал: «Причинами задержки сроков являются: техническая сложность создания мощного авиадизеля 1250 л. с. и других опытных агрегатов, поставка заводом № 71 НКВ (Народного комиссариата вооружений. — Д.С.) недоброкачественных коленчатых валов, недоработанность конструкции самолёта. Всё это потребовало увеличение объёма работ по дизелям и значительных конструктивных переделок и доводок по самолётам.

В результате работ по этим самолётам решается проблема мощного дизель мотора и ряд технических вопросов (винты, нагнетатели, герметическая кабина, оборудование, специальные приборы), имеющих значение для авиации и обороны страны.

Начата постройка новых комплектов крыльев повышенной прочности, с увеличенным объёмом топливных баков. Проведены мероприятия по увеличению взлётной мощности авиадизеля до 1500 л. с. вместо 1250 л. с., что даёт возможность увеличить дальность самолёта с 16,5 до 18–19 тысяч.

Подтверждая важность и практическое значение проводимых работ для авиапромышленности, помимо рекордных целей, прошу ассигновать на 1940 год для продолжения этих работ 14 000 тысяч рублей»[179].

Ответ обескураживал: «В настоящее время международная обстановка коренным образом изменилась, наша авиация выполняет серьёзные боевые задания, где решительным фактором является скорость. Секретариат Комитета Обороны не имеет полной уверенности в целесообразности продолжения в данное время подготовки к перелёту»[180].

21 апреля 1940 г. появилось официальное постановление Комитета Обороны:

«1. Признать сугубо секретным авиадизель АН-1-РТК, равно как и авиадизель АД-5, используя эти дизели исключительно для военных целей.

2. Воспретить использование указанных в п. 1 авиадизелей для каких-либо рекордов.

3. Освободить группу т. Громова и т. Байдукова от обязанностей полёта на БОК-15 для осуществления рекорда дальности»[181].

Это решение было вызвано политической обстановкой. Совершенствуя вооружение, Советский Союз готовил к выпуску новые самолёты, в том числе дальние бомбардировщики ТБ-7 и ДБ-240, которые намечалось снабдить дизельными моторами. В случае вынужденной посадки или аварии во время зарубежного этапа перелёта советский авиадизель мог попасть в руки потенциального противника, что являлось недопустимым.

После отмены рекордного полёта работы по стратопланам на время остановились. «Довожу до Вашего сведения, что стойки шасси самолёта БОК-15… найдены мною на свалке лома в грязи и благодаря случайности не были проданы „Утильному“», — сообщалось в докладной записке на имя Н.Н. Каштанова от 26 апреля[182].

Высотные самолёты БОК.

* — расчётные данные;

** — взлётный вес.

Но вскоре самолётам нашли применение — их решили использовать для испытания новых авиационных дизелей. Летом 1940 г. на БОК-15 установили дизельные моторы М-40, представлявшие собой усовершенствованный вариант АН-1РТК. В их конструкции был предусмотрен компрессор для наддува гермокабины. БОК-7 также снабдили авиадизелем М-40. Как выяснилось, этот дизельный мотор из-за чувствительности к составу топливной смеси мог самопроизвольно выключаться на высоте более 4000 м и запустить его снова было непросто.

В октябре 1940 г. БОК-7 участвовал в съёмках на московской киностудии художественного фильма «Великий лётчик» о В.П. Чкалове, он изображал самолёт РД (АНТ-25). 28 октября БОК-7 вернули в ЦАГИ, и больше он не летал.

Полёты БОК-15 с доработанным вариантом дизеля продолжались до августа 1941 г. Серийные М-40 устанавливали на бомбардировщиках ТБ-7. Они создали экипажам немало проблем (трудность запуска, отказы в полёте). Дизели в авиации не прижились, но на их основе сконструировали несколько моделей для наземного транспорта, в том числе удачные танковые моторы.

Программа высотных «БОКов» не увенчалась успехом: не были установлены ни рекорд высоты, ни рекорд дальности, на вооружении так и не появился боевой стратосферный самолёт. Но не следует считать, что силы и средства потратили зря. В ходе работ Бюро особых конструкций по стратопланам было опробовано немало технических новинок, некоторые из них нашли позднее широкое применение. Так, для БОК-1 создали первую в нашей стране самолётную гермокабину, на нём же прошёл испытания первый советский двигатель с турбонаддувом. При постройке БОК-11 провели наземные испытания первой в мире стрелковой установки с электродистанционным управлением. Для БОК-15 была разработана первая в СССР гермокабина вентиляционного типа.