Як-3. Истребитель «Победа»

Летом 1942 года впервые на Восточном фронте были зафиксированы полеты стратосферного разведчика-бомбардировщика Ju.86R. Самолеты действовали преимущественно на московском направлении, и, хотя они не сбросили на столицу ни одной бомбы, командование авиации ПВО и ГКО забили тревогу, поскольку ни один истребитель, включая МиГ-3, который и по сей день ошибочно считают высотным, не мог перехватить «немца».

В итоге в 1943 году постановлением ГКО № 2946 промышленность обязали обеспечить высотными авиамоторами истребительную авиацию 6-й воздушной истребительной армии ПВО Москвы. Но решить эту задачу одним лишь повышением высотности двигателей было невозможно, поскольку параллельно с ней требовалось снизить удельную нагрузку на крыло перехватчика, установить обогрев на оружие и обеспечить если не комфортные, то, во всяком случае, нормальные условия работы летчика. Поэтому все попытки поднятия высотности отечественных серийных истребителей МиГ-3, Як-9, Ла-5ФН и Ла-7 не увенчались успехом. В конце августа 1943 года разведывательные полеты Ju.86R над Москвой прекратились, но актуальность проблемы не исчезла. Поэтому работы по созданию высотного перехватчика в ОКБ-115 пошли по двум направлениям, причем ставка делалась на базовый истребитель Як-3.

Первым направлением повышения высотности самолета стало оснащение его высотным двигателем, а второе, позволявшее значительно поднять потолок и скорость, — оснащение машины ускорителем с жидкостно-реактивным двигателем.

ЯК-3ПД

Весной 1944 года в ОКБ-115 предприняли попытку создания на базе Як-3 высотного истребителя-перехватчика. Практически одновременно велись работы по установке на самолет двигателей М-105ПВ и М-105ПД. К сожалению, точно сказать, чем отличался М-105ПВ от варианта «ПФ», не могу, но, судя по отрывочным архивным данным, — лишь опытным нагнетателем с большим наддувом. Но после установки нагнетателя Э-100 В. А. Доллежаля он превратился в М-105ПД. Видимо, поэтому в названии двигателя и появилась буква Д.

Поскольку главной целью установки на Як-3 новых моторов было повышение их высотности, спроектировали новое крыло увеличенного на 0,6 метра размаха. Его площадь при этом возросла на 0,5 м².

Двигатель М-105ПВ установили на доработанный серийный Як-3 № 4419 (эталон 1945 г.) в сентябре 1944 года. Тогда же на самолете сократили вооружение, ограничившись одним орудием НС-23 (вес — 37 кг, вес снаряда — 0,2 кг, секундный залп — 1,85 кг, скорострельность — 550 выстрелов в минуту) с боезапасом 60 патронов. При этом машина полегчала по сравнению с предшественником на 7 кг, но ее центровка сместилась назад с 24,9 до 25,3 % средней аэродинамической хорды. Сначала на машине стоял опытный винт ВИШ-105ТЛ-2, впоследствии замененный серийным ВИШ-105СВ-01.

Заводские испытания (ведущие — инженер Н. И. Макеев и летчик В. Л. Расторгуев), проведенные с 29 сентября по 7 октября, преследовали одну цель — определение высотно-скоростных характеристик машины. Но из-за неустойчивой работы двигателя выполнили лишь шесть полетов, ограничившись снятием максимальных скоростей. При этом была достигнута скорость 656 км/ч на высоте 5525 метров.

В том же 1944 году велись работы по созданию высотного истребителя-перехватчика Як-3ПД с двигателем ВК-105ПД, оснащенным двухступенчатым нагнетателем. Технические предложения по машине подготовили в апреле 1944 года. Тогда самолет предлагалось вооружить тремя 20-мм пушками Березина с боекомплектом по 150 патронов на ствол. Но какое крыло запланировали на этой машине, документ умалчивает.

К тому времени было ясно, что с двигателем ВК-105ПД нужных результатов не добиться, но другого не было, а Як-3 получался почти на 200 кг легче, чем Як-9. Расчеты показали, что при полетном весе 2650 кг практический потолок Як-3ПД достигнет 12 900 метров. Но этого было недостаточно, поскольку еще постановлением ГКО от 12 июня 1943 года предписывалось промышленности создать самолет, способный подниматься на 13 000–14 000 метров. Что касается других параметров перехватчика, то максимальная скорость у земли оценивалась в 540 км/ч, на 5000 метрах — 656 км/ч, а на 10 800 метрах — 715 км/ч. Время набора высоты 10 000 метров — 10,8 минуты.

Рабочее проектирование самолета началось осенью 1944 года. В отличие от технического предложения, сделанного весной, на самолете увеличили на 0,5 м² площадь крыла и изменили вооружение, оставив в его арсенале лишь одну пушку НС-23 с 60 патронами. В итоге машина должна была полегчать до 2580 кг, но расчетный потолок почему-то получился ниже — 12 500 метров, хотя максимальная скорость на высоте 10 800 метров осталась неизменной. В вариант Як-3ПД доработали серийный самолет № 3620, на котором установили двигатель ВК-105ПД с двухступенчатым нагнетателем Э-100 разработки ЦИАМ. При этом машина потяжелела до 2616 кг (запас горючего — 270 кг). Заводские испытания самолета начал летчик М. И. Иванов 5 февраля 1945 года. В тот день он проверил работу силовой установки с серийным винтом ВИШ-105СВ-02. Всасывающий патрубок двигателя находился под фюзеляжем перед туннелем водорадиатора (как на Як-9ПД), а двигатель для уменьшения температуры воздуха за нагнетателем был оборудован системой впрыска 50 %-ной спирто-водной смеси, располагавшейся между ступенями нагнетателя.

Спустя две недели, 18 февраля, машину опробовали с винтом ВИШ-105ТЛ-2, при этом была достигнута высота 9000 метров, но из-за падения давления бензина до нуля полет пришлось прекратить.

На следующий день М. И. Иванов перегнал самолет в Летно-исследовательский институт для дальнейших испытаний и доводки, которая затянулась до 5 мая 1945 года.

Как следует из отчета ЛИИ, на самолете (ведущий инженер Е. Ф. Шварцбург) с опытным винтом ВИШ-105ТЛ-2 диаметром 3 метра с отшлифованными лопастями с 23 февраля по 3 мая летчик-испытатель С. Н. Анохин совершил 18 полетов. При этом ввиду появившейся стружки в масляном фильтре и отказа турбомуфты пришлось заменить двигатель.

На Як-3ПД практический потолок достиг 13 000 метров. Но на номинальном режиме работы двигателя при полностью открытых заслонках водо- и маслорадиаторов высота полета не превышала 10 000 метров.

Пока шли работы по Як-3ПД, мотор М-105ПВ на самолете № 4419 заменили на ВК-105ПД. Помимо этого, смонтировали створки перепуска воздуха из нагнетателя в атмосферу, предложенные летчиком-испытателем И. И. Шунейко, что исключило помпажные явления в компрессоре, и для улучшения работы системы охлаждения воды в ней установили сепаратор и диффузор конструкции ЛИИ. Одновременно улучшили герметизацию приборной доски пилота и подвижной части фонаря, восстановили лакокрасочное покрытие планера.

Летные исследования облагороженной машины начались в июне 1945 года. Доработки благоприятно сказались на ее летных характеристиках. Так, в полете 26 июня была достигнута скорость 710 км/ч на высоте 11 000 метров, а 6 июля — практический потолок 13 300 метров. В те годы под практическим потолком понималась высота полета, на которой вертикальная скорость самолета составляла 1,5 м/с. По свидетельству летчика, на высотах 11 000–12500 метров самолет допускал боевые развороты и виражи с необходимым углом крена.

В то же время в отчете ЛИИ отмечалось, что полеты на высоту, близкую к практическому потолку, с кислородной маской КПА-3бис требовали специальной высотной тренировки и соблюдения летчиком строгого режима.

Но Як-3ПД так и не стал самым высотным отечественным истребителем, поскольку за год до него на самолете И-222 ОКБ А. И. Микояна летчик А. И. Жуков достиг высоты 14 500 метров. Тем не менее полеты на Як-3ПД продолжались еще как минимум два года. В частности, к весне 1947 года в ЛИИ завершились исследования водо- и маслорадиаторов в высотных условиях.

ЯК-3РД

Несмотря на многочисленные попытки в годы войны поднять потолок истребителей и превзойти 700-км рубеж скорости в отечественном самолетостроении провалились. Ставка на поршневые двигатели жидкостного охлаждения М-105ПД, ВК-107А и ВК-108 не увенчалась успехом. В то же время появление за рубежом самолетов с жидкостно-реактивными и газотурбинными двигателями вынуждало конструкторов искать альтернативные решения.

В начале 1944 года ГКО в своем постановлении № 5201 от 18 февраля впервые указал на нетерпимое положение с развитием реактивной техники в стране. При этом ликвидировался Государственный институт реактивной техники (ГИРТ) при СНК СССР и вся тематика сосредотачивалась во вновь организованном НИИ реактивной авиации (НИИ-1), подчиненном заместителю наркома авиапромышленности А. С. Яковлеву. Этим же документом конструкторским бюро С. А. Лавочкина, А. И. Микояна, П. О. Сухого и А. С. Яковлева предписывалось приступить к созданию реактивных истребителей.

Такое решение стало закономерной реакцией на поступавшую из Германии информацию о разработке реактивной техники.

Спустя три месяца, 22 мая 1944 года, ГКО принял постановления № 5945 «О создании авиационных реактивных двигателей» и № 5946 «О создании самолетов с реактивными двигателями». Поскольку в то время в Советском Союзе еще было далеко до постройки газотурбинного двигателя, то эти документы стали отправными точками на пути создания первых отечественных самолетов с комбинированными силовыми установками.

Согласно этим документам ОКБ-115 предписывалось построить по две экспериментальные машины на базе истребителя Як-9 с дополнительными жидкостно-реактивными двигателями РД-1 тягой 300 кгс и трехкамерного РД-3 тягой 900 кгс конструкции В. П. Глушко. Однако проработки варианта Як-9 с РД-1 показали, что из-за большого полетного веса эффект от использования ЖРД будет значительно меньше, чем при установке его на новый более легкий истребитель Як-3.

Расчеты, сделанные в конце лета 1944 года, показали, что полуреактивный Як-3 с этим двигателем вполне может достичь скорости 780 км/ч.

На Як-3 разместили объединенный водомасляный радиатор для поршневого мотора, а вооружение сократили до одной пушки НС-23 (60 патронов) с прицелом ПБП-1А. По сохранившимся фотографиями, орудие на самолет так и не установили, хотя прицел отчетливо виден в кабине пилота. Фонарь кабины пилота для снижения аэродинамического сопротивления понизили на 70 мм.

Посадочные щитки в закрытом положении зафиксировали дополнительными замками во избежание их отсоса. Стальные тяги руля глубины заменены дюралюминиевыми.

Стабилизатор и киль взяли без изменения от Як-3. Для сохранения площади руля поворота увеличили его хорду. Рули высоты несколько срезали для установки РД-1, соответственно облегчив его весовой балансир. Обшивку рулей и элеронов сделали из дюралюминия.

Двигатель РД-1 расположили на стальной трубчатой ферме, закрепленной в хвостовой части фюзеляжа, и закрыли легкосъемным капотом.

Баки с компонентами топлива ЖРД (50 кг керосина и 200 кг концентрированной азотной кислоты), как и емкости для бензина общим объемом 260 литров, расположили в крыле, протянув трубопроводы к реактивному двигателю в специальном желобе, проходившем по левому борту.

Насосный агрегат, расходные бачки для ракетного топлива и клапаны наддува находились в вентилируемом кожухе в передней части фюзеляжа, непосредственно за поршневым мотором. Между лонжеронами крыла под полом кабины пилота расположили фильтры керосина и кислоты, заправочные вентили, сливные блоки и бачок для сбора подтекавшей через уплотнения насосного агрегата кислоты. Вся система трубопроводов была герметизирована.

Два съемных баллона сжатого до 150 атмосфер воздуха расположили на блоках мотора ВК-105ПФ2.

Заправка компонентами топлива ЖРД производилась от специального заправщика снизу вверх, а наддув баков керосина и кислоты производился от нагнетателя мотора. Кислотная проводка окрашивалась в белый цвет, а керосиновая — в голубой.

Самолет был оборудован радиостанцией РСИ-4. В связи с размещением дополнительных приборов, контролировавших работу ЖРД, изменили компоновку приборной доски по сравнению с принятой.

Ведущим конструктором был Б. С. Моторин, ведущим инженером по испытаниям — К. А. Знаменский.

В вариант Як-3РД в конце декабря переделали самолет № 1820 саратовского авиазавода. С 5 по 12 января 1945 года сделали десять огневых пусков РД-1 на земле продолжительностью до 3 минут 15 секунд.

Первый полет Як-3РД без включения ЖРД В. Л. Расторгуев выполнил 22 января 1945 года. Лишь после этого перешли к запуску ускорителя в воздухе. Из 40 пусков РД-1 № 009, установленный на самолете, лишь три раза включался в полете. В одном из них 11 мая была зафиксирована скорость 782 км/ч на высоте 7800 метров. При этом отмечался неустойчивый запуск ЖРД.

По этой причине РД-1 с электрическим зажиганием, наработавший 18 минут 50 секунд, заменили на РД-1ХЗ № 018 с химическим зажиганием. Его испытания на земле проходили успешно, но в первом же полете 14 мая 1945 года во время запуска произошел взрыв, разрушивший двигатель. После этого случая самолет поставили на доработку, заменив ракетный двигатель. Но к полетам долго не приступали. Складывается впечатление, что на машине поставили крест. К тому же у Лавочкина дела с полуреактивными истребителями шли не лучше.

Полеты на Як-3РД возобновили лишь 14 августа перед воздушным парадом в Тушино, а на следующий день после включения ускорителя внезапно упала тяга ЖРД и кабина пилота стала наполняться брызгами и парами горючего, что затруднило пилотирование. Тем не менее Виктор Леонидович, перекрыв топливные магистрали ЖРД, совершил благополучную посадку на Центральном аэродроме. На земле выяснилось, что оборвалась трубка керосиновой магистрали. Неисправность устранили, и 16 августа Расторгуев ушел в очередной полет. Запуск ЖРД прошел успешно, и после его отсечки самолет набрал высоту 2500 метров, сделал площадку и, планируя, постепенно перешел в пикирование, столкнувшись с землей. Что стало причиной гибели Расторгуева, до сих пор не известно.

В заключение следует отметить, что попытки использования ЖРД в отечественном самолетостроении продолжались и после войны, но не увенчались успехом. Одной из главных причин неудач было использование агрессивнейшего окислителя — азотной кислоты. Правда, за рубежом работы в этом направлении были удачнее. Достаточно напомнить о состоявшем на вооружении Люфтваффе ракетном перехватчике Ме-163 и воздушно-космическом самолете «Спейс шатл», но это уже другая история.