История самолётов 1919 - 1945
Шрифт:
Первые успешные цельнометаллические самолеты появились в Германии в годы первой мировой войны. Это были истребители и штурмовики конструкции Г. Юнкерса с монопланным крылом. К появлению таких машин имелся ряд предпосылок. Во-первых, незадолго до начала войны немецкий ученый А. Вильм создал сплав дюралюмин на основе алюминия, меди, магния и марганца, который превосходил по прочности чистый алюминий в 4–5 раз и был в 3 раза легче, чем сталь. В начале 1910-х годов металлургический завод в Дюрене, Германия, приступил к промышленному выпуску нового сплава (отсюда и происходит его название). Во-вторых, в Германии уже до войны имелся опыт применения металла на летательных аппаратах — дирижаблях Ф. Цеппелина жесткой конструкции. Наконец, в-третьих, недостаток качественной древесины для массового выпуска самолетов во время
Самолеты Юнкерса поступили в производство в конце войны и не оказали заметного влияния на ход военных действий. Тем не менее их появление знаменовало собой начало скачка в развитии схемы самолетов. Применение металла позволило отказаться от традиционных стоек и расчалок и установить на самолете свободнонесушее крыло. Из-за гофрированности обшивки (это было сделано во избежание потери устойчивости тонкой металлической поверхности при изгибе крыла) и общих грубых форм самолетов они не обладали заметными аэродинамическими преимуществами перед обычными деревянными бипланами, но, в принципе, разработанная Юнкерсом конструкция была очень перспективной.
Появление пассажирской авиации послужило новым стимулом к развитию металлического самолетостроения. «Жизнь» самолетов в годы войны была короткой из-за больших потерь в воздушных боях. Однако самолеты гражданской авиации должны были эксплуатироваться многие годы. Долговечность деревянной конструкции ограничивалась склонностью этою материала к набуханию под действием влаги и к гниению. Еще быстрее выходило из строя полотно, которым обтягивали крыло и фюзеляж: в результате перепадов влажности и температуры оно деформировалось, провисало, теряло прочность, и через 2–3 года самолет требовалось обтягивать заново. Различные лаки и краски лишь отчасти помогали замедлить разрушающее воздействие атмосферы.
Металлический самолет был свободен от указанных недостатков. Правда, имелась другая проблема — коррозия металла, в частности дюралюминия. Однако в результате интенсивных исследований металлургов эту задачу удалось разрешить: в середине 20-х годов в США был разработан надежный способ защиты дюралевых деталей от коррозии путем покрытия их тонким слоем чистого алюминия — так называемое плакирование. Новый устойчивый к коррозии сплав получил название «альклэд» [22, с. 102; 28, с. 273].
Таким образом, долговечность цельнометаллических самолетов оказалась намного больше, чем самолетов деревянной конструкции. Отсутствие необходимости в частых профилактических осмотрах и ремонтах конструкции удешевляло стоимость эксплуатации, что позволяло компенсировать большую в полтора-два раза стоимость изготовления самолета из металла.
Первыми послевоенными металлическими самолетами были пассажирские машины фирмы «Юнкерс». Как уже отмечалось в предыдущим разделе, в 1919 г. появился одномоторный F-13, который и по аэродинамической схеме (свободнонесущий моноплан), и по конструкции коренным образом отличался от других самолетов. На рис. 1.54 показано устройство планера самолета Юнкерса. Крыло было образовано пространственной фермой из 10 дюралевых труб, соединенных раскосами.
Лонжероны, как таковые, отсутствовали. Поверхность была покрыта обшивкой из тонкого гофрированного дюраля. Консоли крыльев соединялись с центропланом с помощью обычных гаек. Фюзеляж также имел ферменную конструкцию из дюралевых элементов, покрытых гофрированной обшивкой. Сборка деталей крыла, оперения и фюзеляжа производилась с помощью заклепок на специальных сгапелях. В целом, конструкция F-13 была, в смысле прочности, целесообразной, но в технологическом отношении довольно сложной.
Развитием F-13 стали одномоторный W-33, трехмоторные G-24, G-31 и, наконец, знаменитый Ju-52/Зт — наиболее распространенный пассажирский самолет в Европе в 30-е годы. По конструкции они были схожи с первенцем пассажирского металлического самолетостроения F-13 и отличались, в основном, размерами и числом двигателей. Создание на основе одного прототипа целых «семейств» летательных аппаратов было очень типично для металлического самолетостроения, т. к. изменение размеров при сохранении основных технологических процессов достигалось в производстве сравнительно легко.
Рис. 1.54.
Идеи Юнкерса были подхвачены п СССР. Основоположником металлического самолетостроении в нашей стране стал Л. Н. Туполев. Надо сказать, что мысль о перспективности создании самолетов из металла была принята вначале далеко не всеми. Многие считали, что страна, обладающая огромными запасами высококачественной древесины, должна идти по пути деревянного самолетостроения, тем более, что в начале 20-х годов дюралюминий в СССР не производился [29. с. 52 |. Тем не менее Туполеву и его единомышленникам удалось убедить других в том. что будущее — за металлическими самолетами. В августе 1922 г. в СССР была выпущена первая партия отечественного дюралюминии, получившего название «кольчугалюминий», а меньше чем через два года — 26 мая 1924 г. — поднялся в воздух первый советский цельнометаллический самолет АНТ-2 — небольшой одномоторный моноплан со свободнонесущим крылом.
Надо отмстить, что развитию металлического самолетостроения в нашей стране помогло существование концессии Юнкерсом по производству металлических самолетов на заводе в Филях. Немецкие инженеры работали там в 1923–1925 гг., велась сборка двух типов военных самолетов-разведчиков: Ju-20 и Ju-21. Помогавшие им советские специалисты переняли опыт производства металлических самолетов [5] . После расторжения договора с Юнкерсом на филевском авиационном заводе (ныне это завод им. М. В. Хруничева) выпускались первые советские серийные цельнометаллические самолеты И-4, Р-3, ТБ-1, ТБ-3. АНТ-9 [31].
5
В связи с тем, что руководство фирмы Юнкерс ревниво оберегало свои технологические секреты, иногда приходилось прибегать к нелегальным методам. В секретном докладе К. Е Ворошилову (ноябрь 1925 г.) сообщалось, что с завода Юнкерса в Филях тайно изъята документация и чертежи, необходимые для самостоятельного производства металлических самолетов на этом заводе. Кроме того, говорилось в докладе, достигнуто согласие с рядом немецких ведущих инженеров фирмы Юнкерс на оказание помощи в налаживании собственного металлического самолетостроения в СССР [30].
В 1925 г. в конструкторском бюро А. Н. Туполева создали бомбардировщик ТБ-1 (АНТ-4), появление которого оказало влияние на развитие всего самолетостроения. Как и самолеты Юнкерса, это был цельнодюралевый моноплан со свободнонесущим низкорасположенным крылом, ферменной силовой конструкцией и гофрированной обшивкой. Однако и по внешней компоновке, и по внутренней конструкции он существенно отличался от «Юнкерсов». Самолет представлял собой двухмоторный моноплан с двигателями на передней кромке крыла. Крыло имело 5 лонжеронов в виде ферм из соединенных между собой труб, стрингеры, 18 нервюр в центроплане и по 10 в каждой консоли. Если на самолетах Юнкерса конструкция крыла имела вид пространственной фермы с диагональными раскосами, в углах которых проходили трубчатые пояса, то крыло самолетов Туполева характеризовалось более технологичной конструктивно-силовой схемой с плоскими ферменными лонжеронами. Еще одно отличие заключалось в применении Туполевым разработанной им в Центральном аэрогидродинамическом институте обшивки с более крутым гофром (так называемая «волна ЦАГИ»). У потребление такой обшивки вело к некоторому увеличению лобового сопротивления, зато позволяло повысить прочность на 5–7 %, а жесткость — почти на четверть по сравнению с «волной Юнкерса» [32, с. 132].
В момент появления ТБ-1 был самым большим цельнометаллическим самолетом в мире: он имел длину 18 м, размах крыла — 28,7 м, площадь крыла — 120 м. Для уменьшения нагрузки на ручку управления летчик мог изменять в полете угол установки горизонтального стабилизатора. Топливные баки, обеспечивающие самолету дальность 1350 км, находились в центроплане крыла. Внутри фюзеляжа располагались бомбовый отсек, места для летчиков, бомбардира (он же — радист) и стрелков (на самолете имелось три подвижные турели для спаренных пулеметов Льюис). Общая численность экипажа — 5 человек.