Челомей Владимир Николаевич (автор)

Научный консультант ЦИАМ В. Челомей 

Истребитель ближайшего будущего
// Сталинский сокол 20.03.1942

Опыт второй мировой войны позволяет сделать некоторые общие заключения о характере развития в недалеком будущем определенных типов самолетов, моторов и авиационного вооружения. Небезынтересна подобная оценка основных ожидаемых конструктивных форм и данных в частности в иностранной истребительной авиации.

Прежде всего следует отметить отказ от создания универсального истребителя и стремление к созданию машин, специализированных по характеру боевого применения. В настоящее время довольно четко определились четыре основных типа истребителей: 1) истребитель-преследователь (с очень большой скоропод’емностью); 2) истребитель-штурмовик; 3) маневренный истребитель и 4) ночной истребитель.

Общим свойством и основным необходимым качеством истребителей попрежнему остается наличие максимальных скоростей при сохранении прочих летно-тактических и боевых данных, соответствующих типу и назначению машин. Как, правило, такими данными являются мощное пушечно-пулеметное вооружение, высокая живучесть и удовлетворительная маневренность.

Для серийного истребителя наших дней максимальные скорости и 500–600 километров в час – пройденный этап. Развитие фоксированных серийных образцов моторов, устанавливаемых на лучших английских и американских истребителях, в частности на машинах «Белл», «Локхид», «Спитфайр-111» (моторы фирмы Роллс-Ройс, Нэпир и др.), позволяет сделать вывод, что мощные (в 1.800–2.500 л. с.) моторы с достаточно малым удельным весом займут прочное место в истребительной авиации и смогут приподнять «скоростной потолок» до 700 км/час. Однако достичь эффективного увеличения максимальной скорости истребителя за пределами этой цифры только путем абсолютного увеличения мощности моторных установок вряд ли можно.

Проведенные в последнее время обстоятельные исследования инженеров американской фирмы Кертисс для одного типа сверхскоростного самолета*) дают следующую картину роста максимальной скорости машины в зависимости от увеличения одной только мощности моторной установки (см. фиг. 1).

*) См. J. Aer. Sc., vol. 7, № 6, стр. 235.

При исследовании были взяты существующие американские моторы жидкостного охлаждения с одинаковым удельным весом. Нагрузка на 1 кв. метр площади крыла и посадочные скорости сохранялись одинаковыми для различных вариантов самолета с мощностями моторов в 1.150, 2.300, 3.450 и 4.600 л. с.

Полученная в результате кривая близка к прямой, так что можно считать, что на каждые 100 проц. увеличения мощности моторной установки максимальная скорость самолета увеличивается всего на 2,5–3 проц. Таким образом, увеличение мощности моторных установок дает сравнительно ограниченные возможности в достижении максимальных скоростей.

Большинство американских конструкторов скоростных машин считает, что для достижения максимальных скоростей истребителя лучшим является мотор жидкостного охлаждения. По данным теоретических и экспериментальных исследований инженера фирмы Кертисс, полное сопротивление, вызываемое принудительной циркуляцией воздуха через радиаторы жидкостного охлаждения и масляные радиаторы, вместе с сопротивлением самих радиаторов и различного рода дополнительными сопротивлениями составляет до 8–15 проц. полного сопротивления скоростного самолета. Опыты и расчеты показывают, что снижение этого вида сопротивления путем относительно несложных конструктивных мероприятий возможно. Практически можно ожидать снижения полного сопротивления всей системы охлаждения до 5–7 проц. от общего сопротивления самолета, что может дать увеличение в скорости на 3–4 проц.

Однако наиболее эффективные результаты, несомненно, будут получены путем улучшения аэродинамических характеристик и параметров системы крыльев, фюзеляжа и хвостового оперения, снижением коэфициентов их лобового сопротивления при требуемых близкозвуковых скоростях. По данным американских исследователей той же фирмы Кертисс, в этом отношении сделано еще далеко не все, и имеются существенные возможности. Так, например, если коэфициент лобового сопротивления, выраженный в квадратных метрах площади эквивалентной плоской пластинки (Сх 1), для крыльев, фюзеляжа и хвостового оперения лучшего практически осуществленного скоростного самолета принять равным 0,28–0,32 м2, то в ожидаемом истребителе он может быть уменьшен до 0,15–0,10 м2, т. е. почти вдвое.

Американцы обоснованно считают, что такое уменьшение лобового сопротивления может быть достигнуто путем улучшения профилей крыла и улучшения обтекания остальных частей машины при близкозвуковых скоростях, увеличением нагрузки на 1 м2 площади крыла, тщательной отделкой наружной поверхности, применением клепки впотай, точечной сварки, тщательным капотированием агрегатов, деталей и вооружения и т. п. Следовательно, дальнейшее аэродинамическое улучшение группы крыло – фюзеляж – хвостовое оперение может дать в перспективе до 15–16 проц. увеличения максимальной скорости.

Таким образом, практически возможное общее улучшение аэродинамических форм истребителя может дать до 20–22 проц. увеличения максимальной скорости полета.

Опыты и исследования, проведенные для винтов, позволяют сделать вывод, что в будущем истребителе с мощной моторной установкой возможно применение не одного, а нескольких винтов, вращающихся в противоположных направлениях, а также соосных винтов с противоположным вращением, винтов с очень тонкими лопастями, винтов с контрпропеллерами, а также толкающих винтов. По некоторым американские данным, установки с толкающим винтом при больших скоростях могут дать коэфициент полезного действия, увеличенный, по крайней мере, на 1–2 проц. по сравнению с аналогичной установкой с тянущим винтом. Наибольший эффект в увеличении коэфициента полезного действия, повидимому, все же даст применение соосных винтов с противоположным вращением, устраняющих существенные потери вследствие закручивания струй. Вопрос повышения коэфициента полезного действия винта имеет крайне важное значение, так как установлено, что для скоростей винта 700 км в час максимальный коэфициент полезного действия винта, вследствие сжимаемости воздуха, при дальнейшем увеличении скорости и высоты полета резко падает.

Если учесть эти факторы, а также то обстоятельство, что после достижения скорости 700–725 км в час эффект сжимаемости воздуха при дальнейшем увеличении скорости и высоты полета существенно ухудшает и коэфициент лобового сопротивления всей машины в целом, то можно сделать заключение, что максимально возможные скорости будущего истребителя смогут быть достигнуты только в диапазоне некоторых оптимальных высот полета.

Графически зависимость между скоростями и оптимальными высотами полета приблизительно представляется следующей кривой (см. фиг. 2).

Отсюда видно, что только до скоростей в 700–740 км в час особенно выгодно летать на достаточно больших высотах.

Таким образом, можно ожидать, что будущий истребитель сможет развивать максимальные скорости на сравнительно небольших высотах, по крайней мере до 4.500–5.000 м.

Приведенные соображения и ряд имеющихся второстепенных возможностей в вопросе увеличения скорости истребителя позволяют сделать заключение, что максимальные скорости лучших существующих образцов скоростных машин весом до 3,5–4 тонн могут быть приподняты на 23–25 проц., а для более тяжелых машин – и выше.

Если считать, что эти данные относятся к выполненным машинам с максимальными скоростями в 650–660 км в час, то получается, что бронированный истребитель ближайшего будущего с мощностью моторных установок в 2.000–2.400 л. с.: и полетным весом до 4–4,5 тонны сможет иметь предельные горизонтальные скорости порядка до 800–820 км в час на высотах до 4.500–5.000 м.

Нетрудно подсчитать, что такой истребитель при пикировании сможет легко развить скорость до 1.000 км в час.

В отношении вооружения необходимо отметить тенденцию к усилению мощности пушечного вооружения и росту веса огневого залпа истребителя. За последний год он возрос в несколько раз.

Неуязвимость истребителя достигается бронированием соответствующих мест самолета. В будущем истребителе, как правило, будут бронироваться мотор и некоторые его агрегаты, спинка и сиденье пилота, тяги и тросы управления при наличии самозатягивающихся баков и пуленепроницаемого прозрачного фонаря.

Живучесть истребителя – сложная функция характеристик динамической прочности отдельных узлов и элементов конструкции, прочности материалов и их сопротивляемости действию переменных (вибрационных) нагрузок при внезапном появлении концентрации напряжений, вызываемой снарядно-пулевыми и осколочными пробоинами. Высокие динамические характеристики металлов, достигнутые в последнее время, а также опыт, даваемый войной в отношении проектирования «живучих» конструкций, дают основание полагать, что только удачные прямые попадания смогут выводить истребитель полностью из строя.

Таковы в самых общих чертах практически возможные данные и параметры истребителя ближайшего будущего.

В нашей попытке набросать эскиз основных возможных форм будущего истребителя мы исходили из реально существующих данных и возможностей. Однако настоящее время создало все об’ективные предпосылки для появления крупных изобретении и открытий, которые могут оставить далеко позади наши обоснованные прогнозы. Достаточно отметить, что появление, например, ракетного или какого-либо другого реактивного двигателя, пригодного для установки на самолете в дополнение к обычному мотору и работающего эпизодически, только на некоторых определенных режимах полета, даст практически неограниченные возможности в увеличении максимальной скорости полета.

Время и жизнь требуют дерзаний в воздухе, и нет сомнений, что дерзания эти будут. В этом отношении наш очерк имеет только эвристическое значение.

Принесет ли 1942 год опытный образец такого истребителя – трудно сказать. Во всяком случае все предпосылки для этого есть.

Научный консультант ЦИАМ В. Челомей.