История самолётов 1919 - 1945

Соболев Д. А.

ТБ-1 строился в серии в 1929–1932 гг. и находился на вооружении до 1936 г. Он применялся также в гражданской авиации, участвовал в арктических экспедициях. В 1929 г. на серийном ТБ-1 «Страна Советов» со снятым вооружением был выполнен перелет Москва — Петропавловск-на-Камчатке — Сиэтл — Сан-Франциско — Нью-Йорк, общей протяженностью 21242 км, из них 8000 км — над океаном (рис. 1.55). Возглавлял экипаж самолета летчик С.А.Шестаков [21, с. 118–124; 33].

ТБ-1 произвел большое впечатление на американцев, оценивших превосходство новой схемы над деревянными бомбардировщиками-бипланами. «Авиационные специалисты Америки были восхишены прекрасными формами и законченностью конструкции самолета», — писалось в газете «Нью-Йорк Таймс» от 2 ноября 1929 г. [33, с.77]. Созданный в 1932 г. фирмой Боинг двухмоторный бомбардировщик В-9 с толстым монопланным крылом имел заметное сходство с тяжелым самолетом А. Н. Туполева.

Развитием самолета ТБ-1 стал четырехмоторный ТБ-3 (АНТ-6). Самолет совершил первый полет 22 декабря 1930 г. Это был первый

в мире четырехмоторный бомбардировшик- моноплан, прототип «летающих крепостей» периода второй мировой войны. По конструкции он был, в основном, аналогичен ТБ-1, но имел значительно большие размеры и вдвое большую площадь крыла. Максимальный вес самолета достигал 22000 кг, он мог брать до 5000 кг бомб. Оборонительное вооружение состояло из носовой, средней и хвостовой пулеметных турелей и двух выдвигаемых в полете подкрыльевых пулеметных башен. Из кабины в фюзеляже через боковые двери можно было попасть внутрь крыла к двигателям и дальше — к подкрыльевым пулеметным башням.

ТБ-3 строился большой серией и в 30-е годы составлял основу советской тяжелой бомбардировочной авиации. Всего советские заводы выпустили 819 самолетов [9, с. 432–433].

ТБ-1 и ТБ-3 — первые серийные многомоторные самолеты-монопланы с двигателями, расположенными вдоль размаха крыла. Эта компоновка была лучше, чем принятая Юнкерсом схема с двумя двигателями на крыльях и одним — в передней части фюзеляжа, т. к. носовой мотор ухудшал обтекаемость фюзеляжа, заслонял обзор вперед, препятствовал установке стрелкового вооружения в передней кабине на военных самолетах. Не удивительно, что примененная А. И. Туполевым схема позднее стала общепринятой при конструировании многомоторных самолетов таких, например, как знаменитые американские «летающие крепости» Боинг В-17 и Боинг В-29. [6]

6

В 1920 г. немецкий конструктор Л. Рорбах изготовил первый в мире многомоторный моноплан с двигателями на крыле. Этот пассажирский самолет был построен и одном экземпляре, совершил лишь несколько полетов и не оказал заметного влияния на развитие авиации.

Рис. 1.55. Самолет ТБ-1 «Страна Советов» в Нью-Йорке

Цельнометаллические самолеты-монопланы строили в 20-е годы и в других странах, в частности, во Франции, обладавшей большими запасами ископаемых, необходимых для производства дюраля. Так, французские фирмы Вибои Кодрон выпустили целое семейство металлических истребителей с толстым свободнонесущим крылом и гофрированной обшивкой. Упоминавшиеся выше американские пассажирские самолеты Стаут «Пульман» и Форд «Тримотор» также имели цельнодюралевую конструкцию с гофрированной обшивкой. [7] Однако, в целом, в этих странах в пекл с военное десятилетие преобладали обычные деревянные самолеты. Из-за распрост раненной там системы субсидий мало что понимающие в авиации государственные советники нередко диктовали свои решения, а авиафирмы были больше заинтересованы в поисках путей получения субсидий, чем в улучшении конструкции самолета. В 1922 г. только 2 из 45 появившихся в этом году в мире новых самолетов имели металлическую конструкцию (4,4 %›, в 1924 г. — 14 из 111 (12,6 %), в 1926 г. — 28 из 122 (39,9 %), в 1928 г., — 17 из 52 (32,7 %) [4, с. 210].

7

Владелец патентов на конструкцию металлического самолета с гофрированной обшивкой Г. Юнкерс пытался отстаивать свои нрава на изобретение. В конке 20-х годов, когда Г. Форд продал несколько своих металлических монопланов в Европу, Юнкерс обратился в суд и добился того, что Форда принудили покинуть европейский рынок [18. с. 70). Юнкерс также обратился с претензиями к официальным представителям Советского Союза после демонстрации за рубежом металлических самолетов Туполева. Однако в связи с тем, что снободнонесущее монопланное крыло с гофрированной обшивкой было применено на советском AНT-2 раньше, чем Юнкерс получил в СССР патенты на такую конструкцию, а также из-за упоминавшихся выше отличий в конструкции немецких и советских металлических самолетов, претензии немецкой стороны на этот раз не были удовлетворены 131, с. 531.

Решительный переход к цельнометаллическим конструкциям произошел только в 30-е годы. Существенной предпосылкой к этому явились результаты расследования катастрофы пассажирского трехмоторного самолета фирмы Фоккер, которая произошла в США 31 марта 1931 г. (Ажиотаж вокруг этого события во многом связан с тем, что среди погибших был любимец американской публики — знаменитый футболист Кнут Рокке). Как выяснилось, деревянный каркас крыла подгнил и сломался в полете [23, с. 22]. После этого доверие к деревянным самолетам было в значительной мере утрачено. В 1931 г. доля металлических самолетов в общем числе вновь созданных самолетов составляла уже 62 % [4, с. 210].

Основным недостатком металлических самолетов был большой вес конструкции.

Один квадратный метр площади дюралюминиевого крыла пассажирского четырехмоторного моноплана весил 16 кг, а квадратный метр крыла такого же самолета из дерева и фанеры весил на 3 кг меньше. Металлический 32-местный фюзеляж имел вес 1560 кг, тогда как такой же фюзеляж из стальных труб с полотняной обтяжкой весил 1239 кг [4. с. 20–21]. В период, когда мощность авиадвигателей составляла 400–600 л.с., разница в весе в несколько сотен килограммов заметно сказывалась на грузоподъемности и летных характеристиках. Стремясь минимизировать весовые издержки, конструкторы металлических самолетов старались применять наиболее рациональную конструктивно-силовую схему, даже в ущерб обтекаемости машины. Для того, чтобы увеличить строительную высоту лонжеронов, крыло делалось с большой относительной толщиной — 18–20 %. Гофрированная обшивка могла воспринимать нагрузку на кручение даже при очень небольшой толщине дюралевого листа (0,3 мм). Это позволяло более редко располагать нервюры в крыле и стрингеры в фюзеляже. И все же такого весового совершенства, как у самолетов из традиционных материалов, достичь не удавалось — относительный вес металлической конструкции оставался на 5-10 % выше. Причина в том, что удельная прочность основного конструкционного материала деревянных самолетов — сосны — при работе на изгиб в 2 раза больше, чем у дюралюминия и в 3–5 раз больше, чем у стали [35, с. 80].

Гофр обшивки располагали «по потоку», чтобы не увеличивать лобовое сопротивление. Однако полностью избежать аэродинамических потерь не удавалось — сопротивление трения гофрированной металлической поверхности было заметно больше, чем у крыла аналогичной площади с гладкой полотняной или фанерной поверхностью.

В 1920 г. бывший сотрудник Ф. Цеппелина Адольф Рорбах применил при создании четырехмоторного пассажирского самолета Цеппелин-Штаакен Е.4/20 гладкую металлическую обшивку, которая благодаря большой толщине листа могла воспринимать нагрузки не только от кручения, но и от изгиба крыла. Она получила название «работающая обшивка». Данная идея была заимствована из опыта судостроения, с заменой стали на более легкий дюраль.

В начале 20-х годов Е.4/20 (рис. 1.56) был самым большим самолетом-монопланом. Крыло, снабженное небольшими подкосами, имело размах 42,2 м; взлетный вес машины составлял 8600 кг. На передней кромке крыла располагались 4 двигателя «Майбах» мощностью 245 л.с. каждый. Пассажирский отсек вмещал 18 человек.

Теоретически работающая обшивка должна была обеспечить снижение веса, т. к. она, наравне с внутренней силовой конструкцией, участвовала в восприятии действующих на самолет нагрузок, что позволяло уменьшить сечения силовых элементов последней. Кроме того, замена гофрированной поверхности гладкой снижала аэродинамическое сопротивление самолета. Однако в 20-е годы эта идея не привилась. Из-за отсутствия правильных методов прочностного расчета авиационной оболочечной конструкции типа крыла или фюзеляжа с работающей обшивкой толщину обшивки определили из условия предотвращения местной потери устойчивости. В результате самолет Рорбаха оказался перетяжеленным и не обладал нужной дальностью и грузоподъемностью. Правда, по скоростным качествам (крейсерская скорость — около 200 км/ч) он превосходил другие пассажирские самолеты начала 20-х годов, но скорость полета невоенной машины тогда мало кого интересовала.

Рис. 1.56. Самолет Цепеллин-Штаакен Е.4/20

Судьба прогрессивною по конструкции самолета Рорбаха печальна: по характеристикам он выходил за рамки ограничений, установленных для немецкой авиации Версальским договором и поэтому, по указанию властей, в 1922 г. был уничтожен [24, с. 381].

Позднее Рорбах применял крыло с работающей обшивкой в конструкции своих «летающих лодок».

Не только А. Рорбах пытался найти лучшую замену разработанной Юнкерсом конструкции. В 1920 г. О. Шорт демонстрировал на авиационной выставке в Лондоне одномоторный цельнометаллический биплан с работающей дюралевой обшивкой. Во Франции созданием монококовых (веретенообразных, с работающей поверхностью) фюзеляжей из металла занимался инженер Вибо |36, с. 60; 37, с. 58 |. Но в условиях застоя в развитии авиации, обусловленного огромными запасами продукции периода мировой войны, эти работы не привлекли внимания. Самолеты с фюзеляжем-монококом строились, однако материалом для обшивки, так же как в годы первой мировой войны, служила фанера. Потребовалось около десятилетия, прежде чем авиационные металлические конструкции с гладкой работающей обшивкой доказали свои преимущества и получили распространение.

Своеобразным был подход к применению металла в самолетостроении Англии. Принимая во внимание скудные запасы древесины в своей стране, в 1924 г. правительство издало указ не принимать на вооружение деревянные самолеты [38, с. 23]. Не имея собственного алюминия, англичане ориентировались не на дюралюминиевые самолеты, а на конструкции из стали. Идея моноплана с толстым свободнонесушим крылом была отвергнута и в Англии продал жал и делать расчалочные бипланы, только вместо дерева в силовых элементах крыла и фюзеляжа применяли легированную сталь. Так появились классические для послевоенного периода английские самолеты со стальным каркасом и тканевой обшивкой.