Як-3. Истребитель «Победа»

ПЕРВЫЕ ПРОТОТИПЫ

Первый вариант двигателя М-107П, рассчитанный на размещение в развале его цилиндров пушки, был создан еще перед войной. Тогда же за установку его на истребитель взялся опальный конструктор Д. Л. Томашевич, соратник Н. Н. Поликарпова. Затем М-107П пытались установить на ЛаГГ-3. Но ни И-110, ни машина С. А. Лавочкина испытания не выдержали, и главной причиной тому было недостаточное охлаждение двигателя. Да и мощность 1300 л.с. для перспективного истребителя была явно мала.

В ОКБ В. Я. Климова удалось форсировать двигатель по наддуву и установив на него новый приводной центробежный нагнетатель с поворотными лопатками В. И. Поликовского. В результате взлетная мощность мотора, получившего обозначение М-107А (ВК-107А) возросла до 1600 л.с., а номинальная — до 1500 л.с. на высоте 4500 м. Если М-105ПФ имел удельную мощность 34,5 л.с./л, то М-107А — уже 42,7 л.с./л. Постановлением ГКО № 2346 от 25 сентября 1942-го ОКБ В. Я. Климова обязали к середине ноября завершить 50-часовые испытания мотора М-107А и к концу года довести его ресурс до 100 часов.

Следует отметить, что первым с двигателем М-107А построили Як-9, летные испытания которого начались в феврале 1943 года. Первый же Як-1М с двигателем М-107А, как следует из краткого технического описания завода № 115, построили весной, предположительно в марте 1943 года, поскольку вышеупомянутый документ датирован 17 апреля. Вооружение его сохранилось, как и на первом опытном экземпляре Як-1М с двигателем М-105ПФ, — одна мотор-пушка МП-20 и пулемет БС.

Сведений о его летных испытания обнаружить не удалось, но известно, что после заводских испытаний первый прототип Як-3 с мотором ВК-107А подвергли переделкам на опытном заводе № 115. Доработки в основном были связаны с заменой вооружения на два синхронных орудия Б-20С.

Работы продолжались с 22 ноября 1943-го по 6 января 1944 года, когда машину выкатили на аэродром. Чтобы выдержать требуемый противокапотажный угол, кабину пилота, как и на Як-9, сместили назад на 400 мм. На самолет установили облегченный винт ВИШ-107 с обтекателями комлей лопастей и изготовили два варианта всасывающих патрубков нагнетателя и входных туннелей маслорадиатора. Для испытаний подготовили также два варианта установки вооружения. 13 января 1944 года Як-3 № 1 с двигателем ВК-107А и снятым вооружением (взлетный вес 2800 кг) был поднят в воздух летчиком-испытателем генерал-майором инженерно-авиационной службы П. Я. Федрови (ведущий инженер — А. М. Дружинин).

В ходе заводских испытаний трижды меняли двигатели, выполнив 38 полетов обшей продолжительностью 14 часов 50 минут. Причиной тому было недостаточное охлаждение мотора. Фактически основные усилия испытателей были направлены на доводку силовой установки, и лишь после 25 полетов удалось приступить к снятию летных характеристик. К этому времени взлетный вес машины возрос до 2984 кг, но продолжал оставаться рекордно низким по сравнению с самолетами противника, а нагрузка на взлетную мощность двигателя у него не превышала 1,81 кг/л.с. В то же время у трехточечного Bf.109G-2 она составляла 1,95 кг/л.с., у Bf.109G-6 — 1,97 кг/л.с., а у FW.190A-4 и его варианта «А-8» — 2,52 кг/л.с.

Это, в сочетании с хорошей отделкой планера, позволило получить у земли скорость 611 км/ч, а на 2-й границе высотности (5750 метров) — 720 км/ч. Самолет поднимался на высоту 5000 метров за 3,9 минуты и за боевой разворот (с высоты 1000 метров) набирал 1500 метров, превзойдя Як-3 с мотором ВК-105ПФ2. Практический потолок машины составил 11 800 метров. По времени виража (17–18 секунд на высоте 1000 метров) самолет был сопоставим с Як-3 с двигателем ВК-105ПФ2. Правда, взлетно-посадочные данные ухудшились. Так, длина разбега возросла с 275 до 345 метров, а пробега — с 485 до 590 метров.

По технике пилотирования истребитель, как и его предшественник, был прост и доступен пилотам средней квалификации. Пилотажно-навигационное и специальное оборудование машины позволяло эксплуатировать его лишь в простых метеоусловиях при видимости земных ориентиров. Но был и положительный момент. Дальность устойчивой радиосвязи возросла как минимум до 100 км и отвечала требованиям заказчика.

В ходе заводских испытаний дали о себе знать и дефекты вооружения. После 329 выстрелов сломался передний шкворень крепления правой пушки. Помимо этого, отмечался недостаточный противокапотажный угол (20,5 — 23,5 градуса) при требуемом 26,5 градуса.

Но все эти достижения «тонули» на фоне тяжелого температурного режима и низкого ресурса двигателя. Свою негативную роль сыграла и плохая герметизация его трущихся частей. Достаточно сказать, что на высотах более 8200 метров падало давление бензина и масла ниже минимального предела 3,5 кг/см². Спустя 16 дней после передачи первого экземпляра самолета на летные испытания, 22 января 1944 года, на аэродром выкатили второй прототип Як-3 ВК-107А «Дублер», как тогда было принято называть такие машины. На этом самолете изначально, еще на стадии проектирования и постройки, применили все технические решения, ставшие основой для переделок первого опытного экземпляра машины. Радикальным изменениям подверглись только фонарь кабины пилота, которому придали более обтекаемую форму, и установка вооружения с двумя опытными синхронными пушками Б-20. При этом полетный вес второго прототипа по сравнению с предшественником практически не изменился — 2932 кг. Соответственно одинаковыми были и летные данные. Максимальная скорость у земли Як-3 ВК-107А № 1 до модификации была равной 611 км/ч, а у № 2 — 610 км/ч (из-за неблагоприятных метеоусловий «Дублер» был облетан и проверен только на малых высотах). Заводские испытания, проведенные с 25 по 29 января 1944 года, показали, что основные дефекты, выявленные на первом прототипе, устранены и самолет может быть предъявлен на государственные испытания.

В НИИ ВВС Як-3 ВК-107А № 2 предъявили 2 февраля 1944 года. В тот день заводской пилот выполнил два полета на проверку работы винта ВИШ-107 (во время заводских испытаний была отмечена тряска винта на полных оборотах мотора). Характеристика винтомоторной группы осталась неизменной, и в НИИ ВВС самолет поступил с винтом АВ-10п-20. Государственные испытания начались 7 февраля и продолжались по 15 мая 1944 года. Ведущими по машине были инженер Г. А. Седов, летчики Ю. А. Антипов и А. Г. Прошаков.

Несмотря на несколько возросший полетный вес (как за счет установки нового винта, так и введения в крыло противофлаттерных грузов), летные данные машины остались неизменными. При боевой мощности мотора (допускалось 3200 оборотов в минуту в течение получаса) максимальная скорость горизонтального полета на второй границе высотности мотора 5750 метров составила 720 км/ч (717 км/ч на высоте 6000 метров у первого прототипа). Если горизонтальная маневренность машины осталась на уровне серийных образцов Як-3, то на вертикалях самолету не стало равных среди отечественных и среди зарубежных истребителей. Достаточно сказать, что за боевой разворот второй опытный экземпляр Як-3 ВК-107А поднимался на 1400–1500 метров.

Таким образом, цель создания истребителя завоевания господства в воздухе можно было бы считать достигнутой, если бы не два обстоятельства. Первое из них — крайне ненадежная работа двигателя ВК-107А. За время испытаний сменили три мотора из-за разрушения коренных подшипников. При назначенном ресурсе в 50 часов первые два двигателя 337-й и 347-й серий отработали лишь 15 часов 20 минут и 9 часов 20 минут соответственно. Третий мотор 347-й серии, с назначенным ресурсом 100 часов, наработал с начала эксплуатации лишь четыре часа (!), из которых в воздухе — 40 минут. Четвертый двигатель успел наработать только 23 часа 34 минуты, прошел в процессе испытаний ремонт с заменой блока и тоже был снят по причине разрушения коренных подшипников. Сильная тряска на пониженных оборотах мотора при его дросселировании выше границы высотности, течь масла через переднее уплотнение редуктора, падение давления масла ниже допустимого на высотах более 8000 метров, перегрев воды и масла в наборе высоты при температуре наружного воздуха у земли +30°С, а в горизонтальном полете — при температуре +15°С. В полетах отмечалось также самопроизвольное изменение наддува в наборе высоты выше установленных для мотора значений (1090 мм рт. ст. на первой и 1120 мм рт. ст. на второй границе высотности против разрешенных 1060 мм рт. ст.), не повлиявшее тем не менее на его нормальную работу.

Следует заметить, что двигатель ВК-107А, как и ВК-105ПФ2, работал на бензинах 4Б-78 и 1Б-95 с октановыми числами 95 и 96.

Вторым существенным недостатком явилась неудовлетворительная работа опытных пушек Б-20 и низкая прочность их креплений (были использованы серийные узлы для пулеметов УБС).

В своем заключении специалисты НИИ ВВС отметили необходимость доводки самолета, и прежде всего силовой установки, до внедрения его в серийное производство. В противном случае исключалась нормальная эксплуатация самолета с поддержанием необходимого уровня боеготовности в строевых частях.

Доводку второго прототипа завершили силами ОКБ и облетали 3 июля 1944 года. Однако на дополнительные государственные испытания, проходившие с 13 июля по 20 августа 1944 года, предъявили модифицированный по типу второй машины Як-3 ВК-107А № 1. Принятыми мерами удалось устранить ряд дефектов. Однако основные недостатки: перегрев воды и масла, течь масла из переднего уплотнения редуктора мотора, большие нагрузки на ручку управления от элеронов и руля высоты, недостаточный противокапотажный угол (смещением кабины пилота добились увеличения противокапотажного угла с 19,5 до 23 градусов при требуемых ВВС 26 градусов) и недостаточная дальность радиопередачи с самолета — остались неустраненными. В ходе испытаний мотор 417-й серии из-за ненадежной работы на высоте более 3000 метров заменили двигателем 427-й серии, который работал практически без перебоев, но выше 7700 метров давление топлива на нем падало ниже допустимого уровня.

К моменту окончания испытаний опытного Як-3 ВК-107А еще только-только удалось наладить серийное производство его базовой модели с мотором ВК-105ПФ-2. Не меньшие трудности испытывали и заводы, приступившие к серийному выпуску Як-9У с ВК-107А. Поэтому решение о запуске новой модификации в серийное производство было отложено до конца года.

29 декабря 1944 года в числе принятых десяти постановлений ГКО, направленных на организацию выпуска новых самолетов, был документ, давший зеленую улицу серийному производству Як-3 с мотором ВК-107А. Подписанный на основе постановления ГКО приказ наркома авиационной промышленности предписывал заводу № 31 перейти с мая 1945 года на изготовление новой машины так, чтобы к июлю выпускать по одному такому самолету в день. Основным отличием серийных машин по сравнению со вторым прототипом должно было стать цельнометаллическое крыло.

С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ КРЫЛОМ

Планировалось в марте 1945 года изготовить пять машин головной серии, и в апреле одна из них должна была пройти государственные испытания. К 1 апреля 1945 года головную серийную машину № 7003 завода № 31 доставили по железной дороге на завод № 115. Стыковка самолета и исправление производственных дефектов продолжались до 12 апреля, когда самолет выкатили на аэродром. От опытных машин он отличался лишь металлическим крылом. На передних частях центропланных щитков шасси были смонтированы замки бомбового типа, качалки управления рулем высоты установлены на шарикоподшипниках, а на двигателе — дополнительная маслопомпа и модифицированный регулятор наддува. Сняты расходный бачок и обратные клапаны бензобаков. На правую и левую группы топливных баков поставили отдельные пожарные краны и уменьшили запас бензина с 524 до 470 литров. Кроме этого, заменили маслорадиатор типа 555 на ОП-622 с большей охлаждающей поверхностью, а в качестве передатчика использовали РСИ-3М-1.

Заводские испытания машина проходила с 12 апреля по 10 мая 1945 года. На серийном Як-3 ВК-107А с мотор-пушкой Б-20М и одной синхронной Б-20С применили увеличенный маслорадиатор ОП-622, стальные тяги управления заменили дюралюминиевыми, обшивка элеронов стала металлической. Успешно пройдя заводские испытания, самолет предъявили в НИИ ВВС.

Государственные испытания Як-3 ВК-107А с металлическим крылом проходили с 21 мая по 9 июня 1945 года, и акт по их результатам утвердили 27 июня 1945 года.

Испытания показали, что внесенные в конструкцию самолета изменения не повлекли за собой увеличения полетного веса, а запас прочности металлического крыла оказался достаточным. Максимальные скорости серийной машины (604 км/ч — у земли и 706 км/ч — на второй границе высотности) оказались сопоставимы с опытным образцом (610 км/ч — у земли и 720 км/ч — на второй границе высотности мотора) и полностью удовлетворяли требованиям, заданным постановлением ГКО № 7233cc от 29 декабря 1944 года (600 км/ч — у земли и 700 км/ч — на второй границе высотности). Существенно уменьшили нагрузки в системе управления, устранили многие дефекты, выявленные в ходе испытаний опытного самолета. В то же время машине № 7003 были свойственны все недостатки предшественников, включая перегрев воды и масла в наборе высоты и перегрев воды в горизонтальном полете на боевой мощности, а также тряска мотора при его дросселировании. Отмечалась также недостаточная мощность огня из двух орудий, поскольку в 1945 году базовая модель Як-3 с ВК-105ПФ-2, а также Як-9У с ВК-107А по техническим требованиям ВВС должны были выпускаться с тремя огневыми точками калибра не менее 20 мм.

9 августа 1945 года нарком авиапромышленности подписал приказ об устранении дефектов на самолетах Як-9 с мотором ВК-107А в кратчайшие сроки. Спустя 15 дней вышло постановление ГКО о приостановке выпуска самолетов Як-9 с моторами ВК-107А, которым заводу № 31 предписывалось устранить дефекты на Як-3 с ВК-107А, аналогичные выявленным на Як-9 с ВК-107А.

К концу августа 1945 года завод № 31 успел выпустить 36 машин, из которых шесть сдал военному представительству по готовности к бою. К октябрю для ВК-107А был разработан и испытан новый маслорадиатор № 700. На заводе № 115 его установили на головной серийный самолет Як-3 № 7003 и с 8 ноября по 3 декабря 1945 года провели летные испытания. На машине также изменили схему продува внутренних выхлопных коллекторов и добавили расходный бензобак. Это позволило обеспечить рабочие температуры системы охлаждения и смазки на всех режимах работы мотора ВК-107А в допустимых пределах. Но на повторные государственные испытания машину не передавали.

В марте 1945 года в инициативном порядке на заводе в Саратове началась подготовка к выпуску цельнометаллического крыла и сборка первого Як-3 с мотором ВК-107А, вооруженного тремя пушками Б-20. 30 апреля эту машину выкатили на аэродром. В мае на ней планировалась отработка топливной и масляной систем двигателя, отстрел вооружения и испытания в воздухе. 16 мая 1945 года первый серийный самолет Як-3 ВК-107А завода № 292 поднялся в воздух. До конца мая на самолете выполнили три полета, показав максимальную скорость у земли 594 км/ч и 707 км/ч — на второй границы высотности.

На втором самолете № 0201 провели цикл статических испытаний, а первый серийный экземпляр машины, после завершения заводских испытаний по определению летных данных и температурных режимов систем водо- и маслоохлаждения, передали на эксплуатационные испытания для проверки прочности ее агрегатов. Поскольку на самолете № 0101 было установлено неусиленное крыло, испытания проводились только на посадки. После 349-й посадки сорвалась с заклепок рубашка тормозного диска правого колеса, на 360-й — лопнула обойма внутреннего подшипника левого колеса. Испытания прекратили после 365-й посадки из-за обрыва 5-й группы шатунов двигателя ВК-107А.

Уже после этого при разборке правой амортизационной стойки в ее цилиндре обнаружили поломку «иглы». Естественно, были приняты соответствующие меры по устранению обнаруженных дефектов.

После этого все три Як-3 ВК-107А саратовского завода передали в НИИ ВВС. Государственные испытания машины начались 10 апреля 1946 года, и 20 мая из-за неудовлетворительной работы силовой установки они были прекращены.

После доводки в ЛИИ 29 июня Як-3 ВК-107А № 0101 поступил на повторные государственные испытания, проходившие с 5 по 30 июля. В ходе испытаний к ним подключились самолеты № 0301 и № 0401 (полетный вес — 2991 кг). Причем в состав вооружения первых двух машин входили мотор-пушка Б-20М и две синхронные Б-20С с общим боекомплектом 360 патронов, а № 0401 — предъявили с двумя синхронными орудиями.

На самолетах стояли приемник РСИ-6 и передатчик РСИ-6М, электрогенераторы ГС-15-200 и аккумуляторы 12А-5, а также кислородные приборы КП-14 с двумя баллонами.

Вид спереди на воздухозаборники туннеля маслорадиатора и всасывающего патрубка самолета Як-3 ВК-107А с винтами АВ-10п-20 и ВИШ-107ЛО выпуска зав. № 115, проходившего государственные испытания с 7 февраля по 15 мая 1944 г.:

а — вход в тоннели маслорадиатора (общая площадь 475 см²);

б — вход во всасывающий патрубок (общая площадь 300 см²);

в — подвод и отвод воздуха, охлаждающего коренные подшипники мотора.

Ведущими на этом этапе были инженер A. Т. Степанец, летчики А. Г. Прошаков, B. И. Хомяков, Ю. А. Антипов. Самолеты облетали В. Е. Голофастов, В. Г. Иванов, Л. М. Кувшинов и П. М. Стефановский.

Общий результат государственных испытаний, несмотря на предпринятые меры, оказался отрицательным. Полетный вес самолета превысил 3050 кг, а максимальная скорость упала до 695 км/ч. По характеристикам горизонтального и вертикального маневра Як-3 сравнялся с Як-9У (уступая немного в горизонтальном маневре), хотя имел некоторое преимущество перед американским истребителем P-63C-1 «Кингкобра» в вертикальном маневре и уступал британскому истребителю «Спитфайр» IX (при использовании последним пятиминутного боевого режима мотора). Серьезные дефекты силовой установки, не позволившие реализовать все возможности мотора, так и остались неустраненными. При этом специалисты НИИ ВВС сочли возможным разрешить самолетостроителям подготовить 30 машин для войсковых испытаний, но Совет Министров СССР решил иначе. Своим постановлением от 20 августа 1946 года он прекратил серийный выпуск самолетов Як-3 с ВК-107А, разрешив заводу № 31 собрать из существующего задела лишь 75 самолетов с устранением на них дефектов, отмеченных на испытаниях серийных машин завода № 292. Объем требуемых работ был велик, и заводу № 31 (решая параллельно более важные задачи по освоению выпуска реактивной техники) удалось передать ВВС только 48 Як-3 с двигателем ВК-107А.

Тогда же по указанию А. С. Яковлева на первом серийном самолете № 0101 завода № 292 усилили крыло и провели ряд доработок по улучшению тактических и эксплуатационных качеств истребителя. В частности, установили новый маслорадиатор № 622, сохранив прежние размеры проходных сечений воздушных тоннелей. После 29 полетов общей продолжительностью 15,5 часов была получена скорость у земли 592 км/ч и на высоте 6150 метров — 712 км/ч. Температура охлаждающей жидкости на прямой не превышала 107 градусов по шкале Цельсия и в наборе высоты — 117 градусов на 4000 метрах, а масла 107 и 117 градусов соответственно. Таким образом, тенденций к улучшению температурного режима работы двигателя по сравнению с машиной № 7003 не наблюдалось. Тогда (в который раз) установили новый маслорадиатор и увеличили проходные сечения тоннеля. Но и это ничего не дало.

Вид силовой установки сверху при снятом капоте Як-3 ВК-107А с винтами АВ-10п-20 и ВИШ-107ЛО выпуска зав. № 115, проходившего государственные испытания с 7 февраля по 15 мая 1944 г.:

а — кожуха внутренних выхлопных коллекторов;

б — выход воздуха, охлаждающего внутренние выхлопные коллекторы;

в — труба, подводящая воздух для обдувки внутренних свечей.

Серьезные дефекты машины были выявлены и в ходе заводских эксплуатационных испытаний. В итоге дальнейшие работы по Як-3 с двигателем ВК-107А прекратили. Завод в Саратове выпустил лишь три истребителя.

В 1946 году в ходе государственных испытаний серийных Як-9 провели воздушный бой с Як-3, оснащенным таким же мотором ВК-107А. Бой показал, что на горизонталях Як-9 имел небольшое преимущество перед Як-3 и заходил в хвост «тройке» на дистанцию 200–300 метров через шесть-семь виражей, а на вертикалях Як-3 имел лишь незначительное преимущество. Кроме этого, было установлено, что Як-9 легче поддавался модернизации в другие варианты по сравнению Як-3. Это обстоятельство в совокупности со сложностью обеспечения температурного режима работы двигателя ВК-107А и привело к прекращению дальнейших работ по Як-3 и свертыванию его серийного производства.

ЦЕЛЬНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЯК-3 ВК-107А

В связи с ужесточением заказчиком эксплуатационных требований к авиационной технике весной 1945 года на серийном Як-3 с мотором ВК-107А завода № 31 под руководством ведущего инженера К. А. Скржинского заменили фанерную обшивку фюзеляжа дюралюминиевой, а на рулях и элеронах перешли с ткани на легкий магниевый сплав «Электрон». Одновременно стальные тяги управления рулями и элеронами, а также стаканы гидроприводов выпуска посадочных щитков заменили дюралевыми. Кабину летчика сместили назад на 400 мм и установили маслорадиатор ОП-700 с увеличенной охлаждающей поверхностью. На 30 кг снизили запас бензина и на восемь — масла. Установили дополнительную маслопомпу. В итоге самолет полегчал на 49 кг.

В книге А. Т. Степанца говорится, что данную доработку выполнили на машине № 7003, но этот самолет не мог одновременно проходить госиспытания в двух вариантах. Кроме этого, в «Альбоме самолетов ВВС КА», испытанных в НИИ ВВС в 1945 году, цельнометаллический Як-3 с двигателем ВК-107А отсутствует.

Но цельнометаллический «як» существовал, и его заводские летные испытания начались 12 апреля, но не в 1945-м, а в 1946 году в Москве. Как водится, все началось с пробежек и подлетов, и лишь 14 апреля машина, пилотируемая М. И. Ивановым, оторвалась от взлетно-посадочной полосы Центрального аэродрома.

В следующем месяце (11 мая) истребитель поступил в НИИ ВВС и проходил испытания с 25 мая по 9 июня. Ведущими по машине были инженер И. А. Колосов и летчик Ю. А. Антипов. Машину облетали В. Г. Иванов, А. Г. Кочетков, А. Г. Прошаков, Г. А. Седов и А. А. Манучаров. Но самолет, хотя по летным данным и соответствовал постановлению ГКО, сохранил те же дефекты силовой установки, что и предыдущие машины.

Примечания:

1 — опытный № 1 с крылом смешанной конструкции, без вооружения;

2 — цельнометаллический;

3 — краткое техническое описание самолета Як-1М с мотором М107-А. Апрель 1943 г.;

4 — с деревянным крылом, с металлическим — 2740 кг;

5 — на высоте 950 м со скоростью 312 км/ч.