Экспериментальные самолёты России. 1912-1941 гг.
Шрифт:
Использование металла сулило большие преимущества — этот материал долговечнее, чем дерево и полотно, прочнее, обладает более однородными механическими свойствами. Но древесина в 5–6 раз легче алюминия и в 15 раз легче стали. Поэтому металлические самолёты получались тяжёлыми и или вообще не могли взлететь («Муазан», «Уайт-Томпсон-1», «Хут»), или обладали очень плохими лётными качествами. По прочности на единицу веса сосна значительно превосходила алюминий и сталь при всех видах нагрузок, то есть дерево по-прежнему оставалось самым выгодным материалом.
Моноплан Д. Муазана из алюминия.
Металлический
Между тем подходящий для авиаконструкторов сплав уже существовал, о нём просто не знали. В 1909 г. немецкий учёный Альфред Вильм, изучавший свойства алюминия с добавками других металлов, сделал удивительное открытие: сплав алюминия с медью, магнием и марганцем, предварительно нагретый до температуры примерно 500 °C, находясь при комнатной температуре в течение 4–5 суток, самопроизвольно повышает свою прочность без снижения пластичности. Вильм обнаружил это случайно, при вторичном испытании ранее изготовленных образцов. Это явление назвали процессом старения, а сам сплав — дюралюмином, по имени города Дюрена, где на металлургическом заводе организовали выпуск нового материала. По прочности он в 4–5 раз превосходил чистый алюминий. Лёгкий, прочный и удобный в обработке материал в скором времени получил распространение в немецком машиностроении.
В конструкции самолётов дюралюмин первым применил Г. Юнкерс во время Первой мировой войны. Из-за блокады Германия испытывала трудности в получении качественной древесины. Сначала Юнкерс попытался сделать стальной моноплан J1, но тот оказался слишком тяжёлым. В 1917 г. на фирме «Юнкерс» создали штурмовик J4 с конструкцией из дюралюмина и стальной бронёй. Этот самолёт-биплан применялся на войне. В следующем году в воздух поднялся дюралюминиевый Юнкерс J7 — моноплан со свободнонесущим крылом и гофрированной обшивкой (первый опыт применения металлической гофрированной обшивки Юнкерс приобрёл в 1912 г., изготовив крылья и стабилизаторы для упоминавшегося выше самолёта Рейснера). Его развитием были истребители J9 (в серии — D1) и J10, производство которых началось в 1918 г. Но подлинную славу фирме «Юнкерс» принёс первый в мире металлический пассажирский самолёт F13 (1919 г.), долго и успешно эксплуатировавшийся во многих странах.
Штурмовик Юнкерс J4 — первый самолёт дюралюминиевой конструкции.
Истребитель Юнкерс D1.
Юнкерс CL1 на Московском аэродроме.
В других странах металлическое самолётостроение в то время ещё не получило распространения. Так, из спроектированных и построенных в Европе и США в 1919–1922 гг. 204 моделей самолётов 180 были деревянной конструкции, 10 — смешанной и только 14 — металлической.
В России металлические самолёты не производили, но о них знали. Среди трофеев гражданской войны были истребитель Юнкерс D1 и его двухместный вариант CL1. Последний привезли в Москву на Ходынский аэродром, и наши авиационные специалисты могли изучить его.
Впечатляла прочность металлических самолётов. Однажды в Москву с рекламными целями прилетел пассажирский Юнкерс F.13. Во втором полете машина скапотировала на неровностях лётного поля. На глазах изумлённых зрителей пилот и бортмеханик «Юнкерса» поставили самолёт на колеса, на месте заменили сломанный воздушный винт запасным и через десять минут своим ходом подрулили к зданию аэропорта. Так как были повреждены концы крыла, на следующий день немецкий механик расклепал помятые листы гофрированного дюраля и выправил их на специальных шаблонах. Машина была готова к полётам.
В России полыхала гражданская война, но инженеры и учёные уже обсуждали пути развития Красного Воздушного флота. Прежде всего нужно было решить вопрос о материале. Раньше самолёты делали из импортной древесины, но после прихода к власти большевиков поставки американского спруса и орегонской сосны прекратились, и строить самолёты было не из чего. Выходом могло стать использование лёгких металлических сплавов на основе алюминия, имевших немало преимуществ перед авиационной древесиной. Но таких материалов в России не производили. К тому же сторонники традиционной древесины апеллировали к тому, что импортную сосну несложно заменить сибирской сосной, кедром, лиственницей, деревянные самолёты проще и дешевле в производстве, чем металлические. Но доводы в пользу лёгких металлических сплавов для авиации, особенно в сыром климате, в конце концов победили. В 1919 г. была создана Комиссия по алюминию для разведки запасов этого сырья в нашей стране, и они были найдены, а в 1921 г. член Научно-технического комитета Главного управления Военно-воздушного флота
20
История металлургии лёгких сплавов в СССР. 1917 1945. М., 1983. С. 61.
Непростую задачу создания аналога дюралюмина поручили Первому государственному заводу по обработке цветных металлов, расположенному в посёлке Кольчугино Владимирской губернии.
Знакомство с дюралюмином в Кольчугино произошло ещё в 1911 г., когда представители английской фирмы «Виккерс» в Петербурге прислали на завод образцы этого материала. Но тогда никаких практических шагов не последовало. После решения о создании отечественного авиационного сплава на основе алюминия на завод передали для изучения химического состава фюзеляж трофейного «Юнкерса». В разработке сплава и методов его производства участвовали металлурги И.И. Сидорин, Ю.Г. Музалевский, начальник литейного цеха Кольчугинского завода В.А. Буталов. К лету 1922 г. опытным путём были получены первые отливки. «Полученный сплав, — сообщал Буталов, — состоящий из алюминия с небольшим количеством меди, никеля, марганца и магния, изготовленный мною на первом Государственном заводе в Кольчугине, назван „кольчугалюминием“» [21] . Детали из него по удельной прочности не уступали немецкому дюралюмину.
21
Там же. С. 71.
Химический состав немецкого дюралюмина и отечественного кольчугалюминия, %.
Андрей Николаевич Туполев. 1922 г.
Технологию производства передали на петроградский медеобрабатывающий завод «Красный выборжец», в результате сразу два металлургических предприятия страны развернули производство кольчугалюминия. Так появилась база для создания металлических самолётов.
Для проектирования опытных образцов в октябре 1922 г. при ЦАГИ организовали Комиссию по постройке металлических самолётов под председательством А.Н. Туполева. Её деятельность финансировал Научный комитет Главного управления Военно-воздушного флота.
Первыми шагами в работе Комиссии была разработка сортамента деталей из кольчугалюминия, необходимых для строительства самолётов и проверка их физико-механических свойств. К этому времени был подписан договор с фирмой «Юнкерс» о производстве металлических самолётов на заводе в Филях, но на помощь немцев сотрудникам Комиссии рассчитывать не приходилось. Об этом свидетельствует выдержка из докладной записки Авиационного отдела ЦАГИ: «Отчасти из-за невозможности следить вплотную за развитием промышленности за границей и отчасти потому, что производственные методы являются секретом завода (Юнкерса), Комиссии вместе с Кольчугинским заводом при организации и постановке производства приходилось решать целый ряд сложных вопросов и вырабатывать оригинальные методы; так, на пример, производство гофра поставлено иначе, чем на заводе Юнкерса (как это стало известным впоследствии) и по сравнению с методами Юнкерса даёт значительную экономию времени, не ухудшая качества материала» [22] . Предусмотренного договором с «Юнкерсом» производства дюралюмина в СССР так и не дождались. В 1925 г. концессия Юнкерса прекратила свою работу.
22
ГАРФ. Ф. 3429. Оп. 60. Д. 1025. Л. 61–62 // Ivan Rodionov's Chronology of Soviet Aviation.
Первую проверку конструкции из кольчугалюминия Туполев решил провести в наземных условиях. В начале 1923 г. под его руководством в ЦАГИ из готовили аэросани АНТ-III. Рама, гофрированная обшивка, лыжи — всё было из нового отечественного сплава. Испытания, включавшие в себя зимний пробег из Москвы в Нижний Новгород и обратно, доказали преимущества нового материала перед деревянной конструкцией. При вдвое меньшем весе аэросани были прочнее, их лыжи не ломались на неровностях.
Авиетка АНТ-1.