Экспериментальные работы по ПВРД и самолетам с ПВРД (1930-1948)

Ю.А.Победоносцев.

Развитие ПВРД и летательных аппаратов
с ПВРД (1913-1948)

Экспериментальные работы по ПВРД и самолетам
с ПВРД (1930-1948)

В ГИРДе в 30-е годы исследованиями и разработками ПВРД занималась 3-я бригада, возглавляемая Юрием Александровичем Победоносцевым.


Впервые в нашей стране идею ПВРД использовали Ю.А.Победоносцев и М.С.Кисенко, взяв в качестве объекта 76 миллиметровый артиллерийский снаряд, а в качестве топлива - белый фосфор. В 1933-1935 гг. сначала в ГИРДе, а далее в РНИИ (в 1933 г. из ГИРДа и ГДЛ путем слияния создается РНИИ НКТП) проводятся серии испытаний таких снарядов, которые двигались со скоростью 2М, такой скорости до тех пор не достигала ни одна ракета в мире.

Эти эксперименты подтвердили положение теории о работоспособности ПВРД, и таким образом оказались обоснованными теоретические выводы Б.С.Стечкина и Ф.А.Цандера о целесообразности и эффективности применения ПВРД на различных ЛА [16]. После таких экспериментов стал вопрос о создании ПВРД, способного превысить лобовое сопротивление, которое испытывает корпус двигателя, одетый в удобообтекаемый кок.
Решением такой задачи занялся Игорь Алексеевич Меркулов; при этом был использован весь опыт по ПВРД, приобретенный в ГИРДе и РНИИ. В 1937 г. РНИИ НКТП преобразуется в НИИ-3 НКОП, а работы по ПВРД продолжаются. 19 мая 1939 г. были проведены официальные испытания ракеты Р-3 с ПВРД И.А.Меркулова, которые показали возможность создания ПВРД, способного развить тягу, превышающую лобовое сопротивление и даже сумму сил лобового сопротивления и веса [17].
В 1939-1940 гг. проводились испытания ПВРД на самолетах конструкции Н.Н.Поликарпова, сначала И-15-бис (И-152), потом И-153 «Чайка» [18]. Результаты испытаний получили положительную оценку НКАП 16 декабря 1940 года.
Надо сказать, что ещё в 1934 г. французский инженер Рене Ледюк взял патент на самолёт с ПВРД, а разработку ПВРД он начал в 1933 г. В 1935 г. Ледюк провёл стендовые испытания модели ПВРД с высокой для того времени скоростью в 1000 км/ч, доказав осуществимость двигателей подобного типа. Модель самолёта Ледюка с ПВРД была выставлена в Парижском авиационном салоне 1938 г., и в том же году на заводе Бреге была начата работа над постройкой опытного самолёта, но ко времени немецкого вторжения во Францию изготовление опытного самолёта не было закончено [12, с. 17,18].
Полеты РП-318-1, а также достигнутые положительные результаты работ по созданию ЖРД и ПВРД предопределили развертывание в нашей стране работ по созданию самолетов с реактивными двигателями различных типов.

Весной 1940 г. в ЦАГИ состоялось совещание, на котором все главные конструкторы самолетов были проинформированы о новых реактивных двигателях различных типов, в основном ЖРД и ПВРД. 12 июля того же года Комитет Обороны при СНК СССР принял постановление о применении реактивных двигателей большой мощности для сверхскоростных стратосферных полетов [20]. Таким образом, была признана необходимость создания истребителя-перехватчика с ЖРД (идея С.П.Королева 1938 г.). В 1940 г. для разработки проекта такого самолета в НИИ-3 НКОП была организована группа М.К-Тихонравова, которая после изучения ряда компоновочных схем истребителя предложила проект самолета «302» с комбинированной силовой установкой (ЖРД Л.С.Душкина в хвостовой части фюзеляжа и двух ПВРД В.С.Зуева под крыльями). Проектные характеристики этого самолета впечатляли: скорость - 800 км/ч, время подъема на высоту 8000 м - 2,0 мин. Был выбран планер конструкции КБ М.Р.Бисновата. Главным конструктором самолета «302» был назначен А.Г.Костиков. На разработку самолета «302» было отведено мало времени (с ноября 1942 г., когда было принято постановление Государственным Комитетом Обороны (ГКО) по самолету «302», по март 1943 г., когда должен быть готов первый самолет).

Разработка ПВРД началась с существующей действующей модели 1/4 натуральной величины и шла, естественно, с отставанием. Разработка ЖРД Л.С.Душкина продвигалась успешнее, хотя тоже с трудом. Учитывая отставание в разработке ПВРД, А.Г.Костиков принял решение отказаться в первых двух экземплярах самолетов от ПВРД и это решение официально не согласовал с правительством. В связи с отказом от ПВРД в первых двух самолетах, которые получили обозначение «302П» работы активизировались.
В 1943 г. планер с макетом ЖРД был облётан лётчиком-испытателем С.Н.Анохиным и получил положительную оценку. Но результат по всему самолету по срокам не вписывался в план, и в январе-феврале 1944 г. правительственная комиссия, возглавляемая А.С.Яковлевым, пришла к выводу о прекращении работ. А.Г.Костикова обвинили в обмане правительства и арестовали [20].
Был аналогичный проект самолета и у А.С.Яковлева, проектирование которого было закончено 27 августа 1942 г. Этот истребитель - перехватчик проектировался на базе Як-7 и назывался Як-7Р (рис. 3).
На Як-7Р предполагалась комбинированная двигательная установка из двух ПВРД ДМ-4С И.А.Меркулова, которые располагались под крыльями, и одного ЖРД Д-1А Л.С.Душкина, который располагался в хвостовой части фюзеляжа. Проект не был реализован из-за отсутствия в то время надежно работающих серийных ПВРД. Имелся только ЖРД Д-1А, который использовался на ракетном самолете БИ и был еще не доработан до надежной эксплуатации. Опыт работы по Як-7Р был использован впоследствии при создании Як-ЗРД, который представлял собой одноместный экспериментальный истребитель и имел наряду с поршневым двигателем ускоритель из одного ЖРД РД-1 конструкции В.П.Глушко, располагавшийся в хвостовой части фюзеляжа [21, с. 102, 103] .
Был еще один интересный проект самолета с ПВРД, разрабатываемый в 1941-1942 гг. под руководством Р.Л.Бартини, - околозвуковой самолёт - безхвостка «Р» со стреловидным крылом. На этом самолёте Р.Л.Бартини предполагал плоские комбинированные ПВРД разместить в крыле, для них предусматривал выходное сопло, выполненное в виде щели на верхней поверхности крыла [22].
Примерно в это же время разрабатывались не менее интересные проекты самолетов с комбинацией поршневой двигатель (ПД) и ПВРД И.А.Меркулова: в ОКБ A-А.Боровкова и И.Ф.Флорова - самолет «Д», а в ОКБ В.Ф.Болховитинова - самолет «И». Истребители «Д» и «И» двухбалочной схемы с двумя ПВРД (встроены в конструкцию) и со стреловидным крылом. С началом войны работы по «Д» и «И» были прекращены [23, с.427-429].

В 1941-1942 гг. Михаил Макарович Бондарюк вместе с Г.А.Варшавским провели опыты с ПВРД на ЛАГГ-3, которые показали практическую работоспособность ПВРД и выявили, вместе с тем, целый ряд недостатков. При работающих ускорителях ПВРД скорость ЛАГГ-3 возросла на 30 км/ч, а при неработающих - снизилась на 50 км/ч по сравнению со скоростью самолета без ускорителей ПВРД под крылом. Для устранения недостатков были начаты исследования в натурной аэродинамической трубе Т-104 ЦАГИ [24]. В конце 1943 г. были предприняты попытки установки двух ПВРД на концах крыльев самолета БИ, который в то время не имел ЖРД (от двигателя Л.С.Душкина отказались, а РД-1 А.М.Исаева еще не был доведён). Во время полётов лётчику-испытателю Б.Н.Кудрину не удалось добиться одновременного запуска ПВРД после отцепки от буксировщика Пе-2. Опыты прекратили, а самолет направили в ЦАГИ для продувки в аэродинамической трубе Т-101 [25].
В феврале 1944 г. НИИ-3 НКОП был по решению Государственного Комитета Обороны преобразован в НИИ-1 НКАП (Народный комиссариат авиационной промышленности), и в нем были сосредоточены все научно-исследовательские работы по реактивной технике. Начальником института стал П.И.Федоров, а его заместителем по научной части - В.Ф.Болховитинов. В НИИ-1 были собраны ранее работающие на других предприятиях группы конструкторов по реактивным двигателям во главе с М.М.Бондарюком, В.П.Глушко, Л.С.Душкиным, А.М.Исаевым, А.М.Люлькой. По программе, намеченной в постановлении ГКО, институт должен был, используя научно-технический задел, полученный в предвоенные и военные годы, развернуть работы по теоретическим, экспериментальным и опытно-конструкторским исследованиям различных направлений развития авиационных реактивных двигателей (жидкостных, прямоточных и пульсирующих) [23, с.413].
В 1944 г. на самолете Як-76 были проведены летные испытания для отработки запуска, процесса горения, устойчивой и синхронной работы двигателей. Результаты испытаний явились подтверждением правильности теоретических расчетов, данных аэродинамических испытаний в трубах ЦАГИ и принятых конструкторских решений. На Як-76 были установлены ускорители ПВРД И.А.Меркулова [26].

Во Франции в 1945 г. Рене Ледюк возобновил прерванные работы по опытному самолёту с ПВРД, и к концу того же года опытный самолёт Ледюк-010 был закончен [12, с.18].

Во время второй мировой войны работы по ПВРД также развернулись в Германии, Англии, США.


Попытка использовать ПВРД в качестве ускорителя для винтомоторного самолёта была сделана немецким конструктором Зенгером в 1943 г. Во время войны в Германии были разработаны проекты самолётов-истребителей с ПВРД в качестве основной силовой установки. Один из проектов принадлежит Зенгеру (рис. 4). Самолёт поднимался вверх посредством самолёта-авиаматки, отцеплялся и переходил к самостоятельному полёту. Число Маха такого самолёта должно было быть равным 0,7, дальность полёта - до 800 км, горючее ПВРД - бензин.

Другой сходный проект был разработан в 1944 г. Липпишем и Пабстом на заводе Фокке-Вульф. Самолёт также должен был подниматься на высоту авиаматкой. После включения ПВРД самолёт, пикируя, набирал расчётную скорость. Горючим для самолёта Липпиша должен был служить уголь, которым заполнялась камера сгорания. Расчетная продолжительность полёта со скоростью более 1000 км/ч должна была достигнуть 30 мин. Проекты не осуществились вследствие поражения Германии в войне.

Американский конструктор Р. Марквардт разработал в 1947 г. систему дозвукового ПВРД, испытал его в полёте на самолёте «Шутинг Стар» (Shutting Star) и основал фирму для производства ПВРД [12, с.303,304].

В июне-сентябре 1946 г. в СССР проводились заводские испытания (лётчик А.В.Давыдов) Ла-126 модификации Ла-7 с поршневым двигателем и с двумя ПВРД РД-430 конструкции М.М.Бондарюка под крыльями. Тогда был получен прирост скорости - 64 км/ч. С марта по август 1947 г. проводились заводские испытания Ла-138 с поршневым двигателем и с двумя ПВРД РД-430 конструкции М.М.Бондарюка под крыльями. При включенных ПВРД получался уже прирост скорости 107-112 км/ч [27, с.236, 239]. Во всех этих случаях ПВРД подвешивались под крыльями самолетов. Сравнительно небольшое увеличение скорости полета и ухудшение других летно-технических данных поршневого самолета, а также массовое перевооружение истребительной авиации на реактивные самолеты привели к прекращению работ по использованию ПВРД в авиации. Все проекты самолетов с комбинацией (ПД+ПВРД) либо (ЖРД+ПВРД), разрабатываемые в конце 30-х и в 40-х гг., имели дозвуковые скорости и использовали дозвуковые ПВРД, но был уже накоплен некоторый опыт, продолжались исследования и эксперименты, которые подсказывали о необходимости перейти к разработкам сверхзвуковых ПВРД (СПВРД), что в конце концов и было осуществлено в конце 50-х гг. Надо сказать, что работы сначала по ракетоплану РП-318-1, затем по истребителю-перехватчику БИ-1 и по проектам других самолетов с ЖРД и ПВРД дали хороший практический опыт, который также пригодился после войны при создании КРДД (табл. 3).

Таблица 3

Основные характеристики советских самолетов с ПВРД.

И-152
(15 бис)
И-153
«Чайка»
Ла-126
«164»

Далее...

Самолет	И-152 (15 бис)	И-153 «Чайка»	И-207 / 3	ЛаГГ-3	Як-7Б	Ла-126 «164»	Ла-138
Год выпуска	1937	1938	1939	1941	1944	1946	1946
Двигатель: Марка Мощность, л.с. Ускорители Количество	М-25В 750 ДМ-2 2	М-26В 750 ДМ-4 2	М-63 1100 ДМ-4 2	М-105ПФ 1180 ВРД-1 2	М-105ПФ 1180 ДМ-4С 2	АШ-82фн 1850 ВРД-430 2	АШ-82фн 1850 ВРД-430 2
Длина самолета, м.	6,2	6,1	6,35	8,81	8,5	8,615	8,625
Размах крыла, м.	10,2	10,0	7,0	9,8	10,0	9,8	9,8
Площадь крыла, м²	22,5	14,27+7,8	18,0	17,62	17,15	17,59	17,59
Масса,кг: пустого топлива полная полетная	1310 - 420 1730	1348 169 511 1859	- - - 1850	- - - 3022	2610 305 522 3132	2710 450 590 3300	3104 450 635 3739
Удельная нагрузка на: крыло, кг/м² мощность, кг/л.с.	77.0 2.30	84.0 2.48	103 1.7	- -	177.0 2.57	188 1.8	213 -
Скорость, км.ч.: у земли на высоте (км) посадочная	321 370(3) -	365 415(3) 110	428 486(5,3) 115	- 420(1,5) -	500 633 140	- 692(2.34) 145.6	660 760(2,6) 139
Время набора 5000 м, мин	6,7	5,8	4,6	-	7,0	-	-
Потолок практический, м.	9000	10700	-	-	9750	-	-
Дальность полета, км.	530	625	-	-	600	730	1100
Время виража, с.	10,5	11,4-12,5	-	-	22	-	-
Набор высоты за боевой разворот, м.	-	-	-	800	900	-	-
Разбег, м.	170	-	-	-	410	222	450
Пробег, м.	237	-	-	-	650	-	450
Вооружение: Число единиц * калибр,мм	4*12.7	412.7 или 220	4*7.62	120 + 27.62	120 + 212.7	2*23	3*23


И.А.Меркулов со своей ракетой Р-3 с ПВРД на II-й ступени.	Б.С.Стечкин и И.А.Меркулов.