Истребитель МиГ-15

Начало

Еще со времен становления истребительной авиации конструкторы стремились создать такие самолеты, которые бы имели заметное преимущество в скорости над своими противниками, что в значительной степени предопределяло исход воздушного боя.

Увеличение скорости полета шло, главным образом, за счет повышения мощности силовых установок и улучшения аэродинамики самолета. Однако к середине 40-х годов стало ясно, что силовая установка, состоящая из поршневого мотора и воздушного винта, подошла к пределу своих возможностей. Достигнув скорости порядка 750 км/ч, самолеты, имеющие поршневую винтомоторную группу (ВМИГ), встретили ряд неразрешимых для них проблем. По мере увеличения скорости и приближения ее к скорости звука резко возрастает сопротивление воздуха, в связи с чем мощность, потребная для обеспечения полета самолета, растет уже не пропорционально кубу скорости, как на меньших скоростях, а значительно быстрее. Поэтому даже небольшая прибавка в скорости полета свыше 700 км/ч требует значительного роста мощности поршневой ВМИГ, а, следовательно, и ее габаритов, и веса со всеми вытекающими последствиями. Таким образом, уже к концу второй мировой войны назрела необходимость перехода на новые силовые установки.

Первый опытный экземпляр истребителя МиГ-15 (С-1, С-01) с двигателем "Нин-1" №1036.

Общий вид самолета И-310 (С), утвержденный А.И. Микояном 8 августа 1947 г.

Наиболее перспективным двигателем для установки на самолеты-истребители был ТРД. Именно на него сделали ставку в Германии, Англии и США. Использование же других силовых установок (комбинированных, ОРД в качестве основного двигателя или дополнительного ускорителя и пр.) позволяло лишь кратковременно увеличивать скорость, что было явно недостаточно. К тому же значительно усложнялась эксплуатация и снижалась надежность материальной части.

Разработка ТРД в СССР началась практически одновременно с подобными работами в Англии. Фрэнк Уиттл приступил к реализации своего проекта нового двигателя в 1936 г. Проект первого отечественного ТРД предложил Архип Люлька в 37-м. К маю 1941 г. люльковский РД-1 с проектной тягой 530 кг был готов в металле на 70%. На стенде работали камера сгорания и турбина, в производстве находился компрессор. Однако с началом Великой Отечественной войны работы над РД-1 свернули. Перед эвакуацией из осажденного Ленинграда Люлька закопал техническую документацию и готовые детали двигателя на территории Кировского завода, в эвакуации же конструктора переключили на танковые моторы. Решение «заморозить» работы по ТРД с началом войны и предопределило отставание Советского Союза в области реактивной авиации после ее окончания. Вряд ли такое решение было оправдано.

Продолжение работ потребовало бы не таких уж больших затрат сил и средств, что бы они сколько-нибудь существенно сказались на поставках авиатехники фронту.

Вновь заняться реактивной техникой советское военно-политическое руководство решило только к 1944 г., получив информацию об активных работах в Германии, Англии и США. 18 февраля 1944 г. Государственный Комитет Обороны (ГКО) принял постановление о создании (на базе ГИРТ) специализированной организации по реактивному двигателестроению — НИИ-1. Возглавивший отдел ТРД A.M. Люлька перевез в НИИ-1 из Ленинграда чертежи и детали РД-1, в течение трех лет ожидавшие своего создателя. Забегая вперед, скажем, что первый отечественный ТРД, правда, с более высокими, чему РД-1 характеристиками, начал проходить стендовые испытания в 1945 г., показав тягу в 1250 кг. В 1947 г. двигатель под обозначением ТР-1 успешно прошел государственные испытания, его тяга достигла 1360 кг. Таким образом, от возобновления работ до завершения испытаний прошло около трех лет. А теперь представим, что перерыва в создании отечественных ТРД не было. Тогда уже к 1944 г., а то и раньше, мы бы могли иметь свой двигатель, как минимум не уступающий западным!

22 мая 1944 года вышло постановление ГКО о развитии реактивной авиации. Ввиду отсутствия в нашей стране ТРД, практически единственным реальным его результатом стало появление самолетов И-250 («Н») и И-107 (Су-5) с мотокомпрессорной силовой установкой (ВК-107А плюс ВРДК), взлетевших в марте и апреле 1945 г. И-250, показавший лучшие летные данные, выпускался малой серией под обозначением МиГ-13. Однако применение мотокомпрессорной установки могло быть лишь временной мерой, т.к. не вызывало сомнений то, что будущее за самолетами с ТРД.

Положение с турбореактивными двигателями в СССР изменилось в лучшую сторону лишь в самом конце войны с поступлением трофейных германских ТРД Jumo- 004В и BMW-003 с тягой 900 и 800 кг соответственно. В кратчайшие сроки они были запущены в серию под обозначениями РД-10 и РД-20.

Использование трофейных реактивных двигателей в значительной мере позволило ускорить создание отечественной реактивной авиации. Уже 24 апреля 1946 г., в воздух поднялись МиГ-9 и Як-15 — первые истребители с ТРД. Правда, Як-15, созданный на базе поршневого Як-3, справедливо рассматривается лишь как переходная машина. Действительно, на фоне своих «современников» он выглядел достаточно «бледно», и по ряду параметров уступал даже «частично реактивному» И-250. МиГ-9 же, спроектированный «с нуля», выглядел достаточно весомо. И все же надо признать, что по комплексу боевых характеристик МиГ-9 все-таки уступал лучшим западным истребителям «Метеору» F.4 и Р-80. Оно и понятно, невозможно добиться таких же характеристик как, скажем, у «Метеора», если суммарная тяга двух РД-20 равнялась тяге одного «Дервент-V». Однако задача по перехвату и уничтожению соединений стратегических бомбардировщиков противника новому МиГу была, в принципе, уже по силам. Истребитель развивал скорость 920 км/ч и имел достаточно мощное артиллерийское вооружение, которое, правда, вызвало основную массу проблем во время испытаний самолета. Привычное расположение оружия в носовой части фюзеляжа затруднило качественное обеспечение воздухом двигателей, что приводило к их остановке при стрельбе. Большинство доработок на МиГ-9 было связано именно с размещением пушек, особенно крупнокалиберной Н-37, а также с проблемой отвода пороховых газов.

К 1947 г. двигатели РД-10 и РД-20, которыми были оснащены первые серийные реактивные самолеты МиГ-9 и Як-15, уже не удовлетворяли все возрастающим требованиям. Поэтому необходимо было двигаться дальше. Предстояло не только догнать и превзойти авиатехнику «потенциального противника», на «повестке дня» стояли 1000-километровый рубеж скорости и стратосферные высоты. Для этого требовались двигатели с тягой порядка 1,5-2 тонн, а в Советском Союзе их по-прежнему не было. Проблему решили приобретением двигателей на Западе. В конце 1946 г. в Англию, являвшуюся тогда лидером мирового реактивного двигателестроения, была направлена делегация в составе Главных конструкторов: самолетчика А.И. Микояна, двигателиста В.Я. Климова и ведущего специалиста по авиационному материаловедению СТ. Кишкина. Им удалось закупить наиболее совершенные ТРД фирмы Роллс-Ройс — «Дервент-V» с тягой 1590 кг, «Нин-I» с тягой 2040 кг и «Нин-Н» с тягой 2270 кг для использования их при создании новых реактивных самолетов и последующего серийного производства. Впоследствии «Дервент-V» выпускался отечественной промышленностью под названием РД-500, а «Нин-I» и «Нин-И» — как РД-45 и РД-45Ф.

Первый опытный экземпляр МиГ-15 на заводских испытаниях, декабрь 1947 г.

Появление новых двигателей позволило приступить к созданию в СССР реактивных истребителей 2-го поколения. Совет Министров постановлением №493-192 от 11 марта 1947 г. утвердил план опытного строительства самолетов на 1947 г., в соответствии с которым, приказом МАП №210 от 15 апреля 1947 г. ОКБ Микояна (ОКБ-155, завод №155) предписывалось разработать фронтовой истребитель с герметической кабиной и построить его в двух экземплярах. Одновременно прекращались все работы по самолетам И-225 и И-250 как потерявшим актуальность. Практически идентичное задание по созданию фронтового истребителя с двигателем «Нин» получило ОКБ Лавочкина. Яковлев же должен был построить самолет под двигатель «Дервент-V».

Разрабатываемый в ОКБ Микояна истребитель должен был иметь весьма высокие летные характеристики, а именно: максимальную скорость у земли 1000 км/ч, на высоте 5000 м — 1020 км/ч, время подъема на высоту 5000 м — 3,2 мин., практический потолок 13000 м, дальность полета на высоте 10000 м с наивыгоднейшей скоростью 1200 км, разбег 700 м, пробег 800 м. Вооружение должно было состоять из одной 45мм и двух 23-мм пушек, кроме того, на месте подвесных топливных баков (ПТБ) предусматривалась возможность размещения бомбовой нагрузки в 200 кг.

На новой машине планировалось установить один из закупленных в 1946 г. реактивных двигателей «Нин», который позволил бы обеспечить заданные высокие летные характеристики. Как и в случае с МиГ-3, для нового истребителя был выбран самый мощный и, естественно, самый тяжелый из имеющихся в распоряжении двигателей. Если «Дервент-V» весил 565 кг, то «Нин-I» и «Нин-Н» 790 кг и 745 кг соответственно. Двигатели «Нин-I» и «Нин-И» конструктивно отличались друг от друга в основном тем, что «Нин-I» имел корпус газосборника сварной конструкции, а «Нин-П» — литой, что позволило не только уменьшить его вес, но и увеличить тягу. Так же, как и двигатели серии «Дервент», двигатели «Нин» имели центробежный компрессор с двухсторонним входом, прямоточные камеры сгорания, одноступенчатую газовую турбину и выхлопную трубу с реактивным насадком.

30 апреля 1947 г. Главнокомандующий ВВС маршал авиации К.А. Вершинин утвердил тактико-технические требования к новому фронтовому истребителю, которые в точности повторяли требования МАП за исключением вооружения: вместо «сорокапятки» на самолет требовалось установить пушку Н-37.

Многие на Западе считают, что своим появлением МиГ-15 обязан, главным образом, В-29 и его основным назначением был перехват и уничтожение высотных и скоростных (по меркам того времени) стратегических бомбардировщиков — носителей ядерного оружия. По мнению зарубежных историков авиации, именно поэтому МиГ имел выдающиеся для конца 40-х — начала 50-х годов практический потолок, непривычно мощное для Запада пушечное вооружение, а его высокие максимальная скорость, скороподъемность, вертикальная и горизонтальная маневренность, являлись как бы «производными» от высотных характеристик. Появление такого мнения понятно, оно явилось результатом весьма и весьма успешных действий МиГ-15 против В-29 во время Корейской войны. Однако оно не соответствует истине.

В документе под названием «Тактико-технические требования к фронтовому истребителю с ТРД «Нин» с герметичной кабиной конструкции т.т. Микояна и Гуревича», утвержденным Вершининым и полученным ОКБ-155, назначение будущего самолета определялось так:

«Самолет предназначен для выполнения следующих боевых задач:

— ведение активного воздушного боя с истребителями и бомбардировщиками противника;

— отражение налетов авиации противника;

— действия по наземным целям;

— выполнение задач разведки и контроля боевых действий».

Руководство проектными и конструкторскими работами по созданию МиГ-15, которые начались еще в январе 1947 г., было возложено на Заместителя Главного конструктора А.Г. Брунова и инженера А.А. Андреева. Кроме того, в предварительных исследованиях, связанных с выбором аэродинамической компоновки нового истребителя, принимали активное участие многие специалисты ЦАГИ, в том числе А.С. Христианович, Я.М. Серебрийский, Г.П. Свищев, В.В. Струминский и П.М. Красильщиков. ОКБ устанавливался довольно жесткий срок для выполнения работ, в декабре первый экземпляр должен быть сдан на государственные испытания. Однако в связи с большим объемом конструктивных доработок пушечного вооружения на самолете МиГ-9, в том числе и для серии, а также подготовкой МиГ-9 к парадам, работы по теме шли с отставанием от утвержденного графика.

Катапультное кресло для спасения летчика в аварийных ситуациях.

Здесь следует отметить еще одну проблему, связанную с ростом скорости полета самолета, которую пришлось решать в процессе разработки нового истребителя — появление дополнительного, так называемого волнового сопротивления, возникающего вследствие влияния сжимаемости воздуха. Если при полете на малых числах Маха сжатие воздушного потока, обтекающего самолет, незначительно и практически не влияет на аэродинамические характеристики самолета, то на больших числах М связь между сжимаемостью воздуха и аэродинамическими характеристиками становится ярко выраженной и, начиная с некоторого значения, называемого критическим числом Маха, сопротивление начинает резко возрастать, и для дальнейшего увеличения скорости требуются все возрастающие значения тяги двигателя. Это явление получило название «волнового кризиса».

Наибольшую долю сопротивления самолета создает крыло. Самым эффективным средством, позволяющим уменьшить влияние сжимаемости воздуха на изменение аэродинамических характеристик крыла, является применение тонких симметричных профилей и придание ему стреловидной в плане формы. Эти меры направлены на повышение критических чисел М, что сдвигает волновой кризис на большие скорости и уменьшает величину волнового сопротивления. В результате крыло МиГ-15 стало стреловидным (35° по линии 1/4 хорд) и получило профиль ЦАГИ С-10с (9035М) с относительной толщиной 10% (по потоку) в корневой части.

Придание крылу стреловидности повлекло за собой возникновение на больших углах атаки концевого срыва и связанного с ним кабрирующего момента, который, ухудшая продольную устойчивость самолета, является весьма нежелательным. Для устранения концевого срыва по верхней поверхности консолей были установлены аэродинамические гребни, предназначенные для предотвращения перетекания воздушного потока в пограничном слое вдоль размаха крыла. Трубные испытания, проведенные в ЦАГИ, показали, что такое перетекание способствует утолщению пограничного слоя к концевым сечениям, обуславливая тем самым преждевременный концевой срыв потока. Использование же аэродинамических перегородок, не только препятствует появлению преждевременного срыва, но и препятствует его распространению вдоль размаха, делая не таким резким. Сужение крыла, как и стреловидность, так же увеличивает аэродинамическую нагрузку на конце крыла и способствует появлению концевого срыва. Поэтому в концевых сечениях крыла были установлены более несущие профили ЦАГИ Ср-3 и максимально уменьшено сужение крыла, на МиГ-15 его довели до 1,61.

Другими мероприятиями по уменьшению влияния сжимаемости воздуха, предпринятыми конструкторами при создании МиГ-15, были придание оперению большей, чем у крыла стреловидности (стабилизатор 40°, киль 54°50') и применение профилей меньшей относительной толщины. Волновое сопротивление фюзеляжа было значительно уменьшено использованием удлинительной трубы двигателя и отказом от реданной схемы размещения силовой установки, что позволило придать фюзеляжу сигарообразную форму и повысить его критическое число М.

Немаловажным являлся и ряд технических решений, заложенных в конструкцию самолета и направленных на повышение его эксплуатационных качеств.

Отказ от реданной схемы размещения силовой установки позволил не только улучшить аэродинамику самолета, но и обеспечить хороший доступ к двигателю для его обслуживания. Эксплуатационный разъем фюзеляжа, делящий его на носовую и хвостовую части, был выполнен в виде легкоразъемного соединения, обеспечивающего удобный монтаж и демонтаж двигателя. В результате, после отстыковки хвостовой части, двигатель оказывался как на ладони. Необходимость периодической расстыковки фюзеляжа для проведения регламентных работ также не создавала больших трудностей благодаря рациональной конструкции разъемов и простоте выполняемых операций.

Опыт, накопленный при решении проблем, связанных с размещением артиллерийского вооружения, с которыми столкнулось ОКБ в процессе испытаний МиГ-9, не пропал даром. На МиГ-15 размещение оружия было выбрано настолько рационально, что позволило не только свести к минимуму воздействие пороховых газов на работу двигателя, но и значительно упростить обслуживание. Легкость эксплуатации вооружения была достигнута благодаря хорошим подходам к пушкам и их агрегатам, размещенным на специальном лафете, который входил в силовую схему носовой части фюзеляжа, и, при необходимости, мог легко опускаться со всей своей «начинкой». Съем и установка всех пушек, включая открытие и закрытие капотов, подъем и опускание лафета, занимали всего 15-20 минут при работе двух человек.

До лета 1947 г. работы над будущим МиГ-15, именовавшимся тогда И-310 (С), в ОКБ-155 и над проектом «168» в ОКБ-301, а именно эти машины и являлись настоящими конкурентами (Як-23, не имевший никаких принципиальных новшеств и в целом не соответствовавший требованиям военных, — не в счет), шли практически параллельно, но неожиданно возникли осложнения с поставками из Англии двигателей «Нин». «Нины», как говорилось выше, существовали в двух вариантах. Естественно, что истребители и Лавочкина, и Микояна проектировались под тот, что обладал большей тягой. Но серийное производство «Нин-И» только разворачивалось, он еще даже не начал поступать в Королевские ВВС. Соответственно на несколько месяцев задерживались и их поставки в СССР. Кроме того, существовали опасения, что поставки «Нинов» могут вообще не состояться по политическим мотивам — шла «холодная война». В то же время двигатели «Дервент-V» уже поступали в Советский Союз в достаточно больших количествах.

В этой ситуации Микоян решил рискнуть и на первый опытный И-310, — С-1, — установить «Нин-I», чтобы не задерживать передачу самолета на испытания и вовремя начать его летную отработку. «Нин-Н» планировалось поставить на второй опытный экземпляр С-2. Такое решение, в случае срыва поставок «Нинов», привело бы к проигрышу конкурса, но при удачном стечении обстоятельств сулило заметный выигрыш во времени. Риск оказался оправданным — без двигателя И-310 не остался. Лавочкин же принял впоследствии оказавшееся роковым решение «подстраховаться», начав проектирование истребителя «174Д» — уменьшенной копии «168-го» по тому же ТЗ но под «Дервент-V» и с тремя 23-мм пушками. В результате будущий Ла-15, отодвинувший «168» на второй план, построили первым, он раньше прошел заводские и государственные испытания, был запущен в серию и перекрыл дорогу в массовое производство «168-му», наиболее совершенному нашему истребителю тех лет. И когда серийный выпуск Ла-15 был прекращен, ОКБ Лавочкина оказалось «не у дел».

Самолеты Як-23, «168» и Ла-15, которые разрабатывались параллельно с истребителем МиГ-15.