Текст книги "Цель жизни. Записки авиаконструктора"

От кустарной постройки первых отечественных самолетов в 20-х годах до создания сверхзвуковых реактивных самолетов и мощных вертолетов пройдена огромная дистанция.

В настоящее время каждый из основных конструкторов советской авиапромышленности руководит большим коллективом. В конструкторском бюро работает штат конструкторов, аэродинамиков, прочнистов, специалистов всех авиационных дисциплин.

В нашем распоряжении превосходные производственные базы и первоклассные научно-исследовательские лаборатории, способные производить сложнейшие эксперименты.

Но пройденный нами за это время путь отнюдь не гладок – это путь повседневной борьбы. Каждый шаг вперед требует упорной, кропотливой работы, терпения и твердой веры в конечный успех даже при временных неудачах.

А трудности возникают и растут непрерывно. На всем пути развития авиации природа непрестанно ставит препятствия, вначале кажущиеся непреодолимыми.

В 30-х годах, когда мы работали над созданием учебно-тренировочного самолета УТ-2, авиация переживала одну из своих страшных болезней – штопор.

Сегодня каждый скажет, что штопор это фигура высшего пилотажа, когда самолет, как бы потеряв управление, быстро, по вертикали вращаясь вокруг своей продольной оси, приближается к земле. Виток, другой, третий и летчик, проявив свою власть, работая рулями, выводит самолет из штопора.

Иначе обстояло дело в то время.

Против штопора были мобилизованы значительные силы. Ученые, продувая модели в аэродинамических трубах, стремились найти эффективные способы упреждения. Летчики-герои поднимали машину в воздух и, рискуя жизнью, старались проследить все фазы этого опасного явления, открыть тайну: почему самолет становится неуправляемым. И разгадка была наконец-то найдена.

Оказалось, что решающим условием борьбы со штопором является перенесение центра тяжести самолета ближе к носку крыла, а также увеличение эффективности вертикального оперения. Выполнение этих условий и обеспечило безукоризненные штопорные качества учебно-тренировочной машины УТ-2. Как дальнейшее развитие этого самолета был создан и ЯК-18 – самолет первоначального летного обучения. На нем проходят обучение и получают «путевку в воздух» все летчики в СССР и странах народной демократии.

Учебно-тренировочный Як-18 дал путевку в небо многим летчикам СССР и стран народной демократии. Самолет стал настоящей «воздушной партой»

Летчики называют эту машину «воздушной партой». А некогда грозный штопор входил в обязательную программу обучения.

После того как самолеты стали летать со скоростью 400, 500, 600 и выше километров в час, авиастроители встретились с новым, совершенно неожиданным явлением – флаттером. Конструкция самолета, в особенности крылья и оперение, начинала вибрировать. Вибрация достигала такой силы, что машины нередко рассыпались в воздухе.

В 1934 году думалось, что, решив проблему штопора, дальше можно будет двигаться как по хорошо укатанной дороге. Когда столкнулись с флаттером, опять казалось: сумеют его преодолеть конструкторы – и все пойдет гладко.

И вновь долгие испытания в лабораториях и в воздухе, вновь десятки подвигов летчиков-испытателей, пока причина флаттера не была изучена, а вместе с этим открыты и средства борьбы с ним.

Динамически подобная модель истребителя-перехватчика Як-50 на плавающей подвеске во время испытаний на флаттер, проводившихся в феврале – июне 1950 года в аэродинамической трубе ЦАГИ Т-102

Но появились новые трудности. Они возникли вместе с началом полетов со скоростью звука.

Какой далекой казалась перспектива полета со скоростью более тысячи километров в час!

Самолет, летающий со скоростью звука, считался фантазией. Но жизнь быстро внесла свои поправки. В настоящее время стали уже реальностью самолеты, летающие со скоростями, далеко превышающими скорость звука, и это не кажется нам пределом. Путь к этому лежал через преодоление так называемого звукового барьера.

Достижение скоростей полета, превышающих скорость звука, привело к резкому увеличению аэродинамического сопротивления самолета. При этих скоростях крыло так стремительно рассекает воздушную среду, что впереди него образуется волна из более сжатого воздуха.

Это явление заставило ученых пересмотреть старые законы аэродинамики, изменить внешние формы самолета и вместо крыльев прямоугольной или трапециевидной формы применять стреловидные крылья: они, как оказалось, легче преодолевают сопротивление.

Позади и это, казавшееся «пожизненным», препятствие. И опять на пути к еще более высоким скоростям полета новая преграда – тепловой барьер. Так называется явление, когда поверхность самолета при очень высокой скорости полета нагревается от взаимного трения с частицами воздуха. Еще один сюрприз! Но и он успешно преодолевается.

Авиация давно перестала быть делом одних авиаторов. Наступление на скорость и высоту ведется всеми отраслями науки и производства. Успех создания новой скоростной машины теперь почти в равной степени зависит как от конструкторов, так и от металлургов, создающих новые легкие, жаропрочные сплавы; как от аэродинамиков, так и от разработчиков новых видов пластмассы, которая все шире входит в самолетостроение. Авиация потребовала замены заклепок клеем, и химикам пришлось немало поработать, чтобы появился синтетический клей, пленка которого была бы прочнее склеиваемых материалов.

Ни одна деталь, ни один узел, ни одна система не появятся теперь на самолете, не пройдя огромного количества предварительных испытаний, вплоть до просвечивания рентгеном и испытания на специальных стендовых установках, позволяющих в лаборатории создать естественные условия работы детали в полете на большой высоте и скорости. Слишком своеобразны и трудны стали условия полета.

Вот к примеру: как будет вести себя система управления самолетом? Усилия, затрачиваемые ныне при управлении самолетом, так велики, что при помощи обычных рычагов летчик с этим не справляется. Управление самолетом в полете производится при помощи мощных гидравлических систем, работающих на особой жидкой смеси. Что станет с ней, когда самолет за несколько минут перенесется из 30-градусной жары на земле в 60-градусный холод в поднебесье? Стоит ей загустеть или замерзнуть, управление заклинит – и авария неизбежна. И химики ищут и находят такую смесь, чтобы она не боялась ни жары, ни холода.

Современные реактивные двигатели неприхотливы к горючему, они работают на простом керосине. Но стоит поднять бак с таким топливом на большую высоту, где воздух сильно разрежен, как керосин вскипает. Борясь с этим явлением, приходится создавать свой «микроклимат» в топливных баках: в них все время искусственно поддерживают необходимое давление.

И таким примерам нет конца.

Создавать новые машины, видеть, как твои мысли претворяются в осязаемые детали, как из деталей постепенно вырастает самолет, принимая давно продуманные, такие знакомые в мечте формы и линии, как в руках летчика-испытателя этот самолет вонзается в небо, и знать, что тысячи таких самолетов охраняют твою любимую Родину, – это огромная радость творческого труда конструктора.

И как бы ни были велики трудности и временные неудачи конструктора, как бы ни ускользало нужное решение – конечный успех работы окупает все.

Я припоминаю, как в 1930 году все мы радовались тому, что были созданы отечественные самолеты-истребители со скоростью полета 300 километров в час. Каким это казалось великим достижением!

Прошло всего чуть более полувека, и машины наши летают со скоростью в 10 раз большей, и гордость наша безмерна.

Но разве это край мечты? Разве можно говорить о пределе, когда мысль конструкторов решила сложнейшие проблемы полета крылатых и баллистических ракет. Ведь ракеты – самые маленькие, зенитные, и такие, которые способны подниматься в казавшиеся недосягаемыми высоты со скоростью, измеряемой десятками тысяч километров в час, – уже реальность.

А искусственные спутники Земли и космические ракеты, предвещающие начало межпланетных сообщений!

Сколько еще новых, фантастических по своей трудности задач на этом пути предстоит решить ученым, инженерам, конструкторам!

Хочется работать и работать, чтобы проникать все дальше и дальше в неизвестное, достигая новых вершин.

В этом – и смысл, и цель жизни конструктора.

Словарь
некоторых авиационных терминов, встречающихся в книге

Аэротермоупругость – аэроупругость с учетом нагрева конструкции от трения воздуха о поверхность самолета при больших скоростях полета.

Аэроупругость – раздел механики, в котором изучаются деформации конструкции самолетов под действием аэродинамических сил в полете.

Барражирование – полет самолетов (подразделений) истребительной авиации над определенным районом с целью перехвата и уничтожения средств воздушного нападения противника.

Биплан – самолет с двумя несущими поверхностями (крыльями).

Винт изменяемого шага (виш) – воздушный винт самолета, угол установки лопастей которого изменяется в зависимости от скорости и высоты полета.

Двигатель воздушного охлаждения – поршневой двигатель, охлаждение цилиндров которого осуществляется потоком воздуха; для лучшего охлаждения цилиндры двигателя делаются ребристыми.

Двигатель жидкостного охлаждения – поршневой двигатель, охлаждение цилиндров которого осуществляется омывающей их водой или специальными незамерзающими жидкостями – антифризами.

Закрылок – хвостовая часть крыла, отклоняемая вниз при взлете и посадке самолета для увеличения подъемной силы крыла и снижения скорости полета на посадке.

Иммельман – фигура высшего пилотажа, полупетля. Названа по имени немецкого летчика М. Иммельмана.

Капот – часть наружной обшивки самолета, закрывающая двигатель.

Киль – неподвижная часть вертикального оперения, обеспечивающая путевую устойчивость самолета.

Консоли (левая и правая) – внешние отъемные части крыльев (см. центроплан).

Критическая скорость – скорость полета самолета, на которой появляются явления флаттера и реверса.

Лонжерон – продольная балка, являющаяся основным силовым элементом крыла, фюзеляжа или оперения; бывают схемы крыльев однолонжеронные, двухлонжеронные и многолонжеронные.

Маневр вертикальный – маневр самолета в вертикальной плоскости, связанный с набором или потерей высоты, например горка, пикирование.

Маневр горизонтальный – маневр самолета в горизонтальной плоскости, например вираж.

Моноплан – самолет с одной несущей поверхностью (крылом).

Оперение (хвостовое) – аэродинамические поверхности, обеспечивающие путевую и продольную устойчивость самолета и его управление; состоит из вертикального и горизонтального оперения.

Расчалка – элемент силовой схемы конструкции; обычно стальной трос или лента обтекаемого сечения.

Реверс – явление, обратное действию элеронов, проявляющееся при недостаточной жесткости конструкции крыла.

Режим полета – различаются следующие основные режимы полета: взлет, набор высоты, набор скорости (разгон), полет крейсерский, полет на максимальной скорости, торможение, планирование, посадка.

Руль высоты – подвижная часть горизонтального оперения, служащая для продольного управления самолетом.

Руль поворота – подвижная часть вертикального оперения, служащая для путевого управления самолетом.

Стабилизатор – неподвижная часть горизонтального оперения, обеспечивающая продольную устойчивость самолета.

Стреловидность крыла – угол установки крыла по отношению к оси самолета.

Тарировка приборов – проверка правильности показания приборов путем сравнения с эталонами.

Угол атаки (крыла) – угол между направлением набегающего на самолет в полете потока воздуха и хордой крыла.

Усталость конструкции – при многократном нагружении конструкции наступает усталость материала с возможным последующим разрушением.

Флаттер – самовозбуждающиеся колебания крыла или оперения с нарастающей амплитудой, приводящие обычно к разрушению конструкции.

Фюзеляж – корпус самолета; на военных самолетах в фюзеляже размещаются экипаж, топливо, боевая нагрузка, на пассажирских – салон для пассажиров.

Хорда (крыла) – теоретическая линия, соединяющая переднюю и заднюю точки профиля поперечного сечения крыла.

Центроплан – средняя часть крыла самолета; к центроплану крепятся правая и левая консоли крыла.

Элерон (левый и правый) – подвижные поверхности, расположенные на концах крыла, служащие для поперечного управления самолетом.

Приложение
по материалам Национального аэрокосмического журнала «Взлёт»
(май 2015 г., специальный выпуск)

ОКБ А.С. Яковлева в Великой Отечественной войне

Прославленное конструкторское бюро добилось наибольших успехов именно тогда, когда это больше всего требовалось Родине.

Свою мировую славу конструкторский коллектив, возглавляемый Александром Сергеевичем Яковлевым, завоевал в трудные годы Великой Отечественной войны. «Яки» стали самыми массовыми истребителями ВВС Красной армии в 1941–1945 гг. В первый период войны самолеты Як-1 оказались самыми эффективными отечественными истребителями. Их летно-технические характеристики в наибольшей степени соответствовали специфике боевых действий на советско-германском фронте. Постоянное совершенствование конструкции самолетов позволило им до конца войны оставаться на высоте. Заложенные в период Великой Отечественной войны традиции и сегодня лежат в основе успешной деятельности «ОКБ им. А.С. Яковлева» и Инженерного центра им. А.С. Яковлева в составе корпорации «Иркут».

Главный конструктор Александр Сергеевич Яковлев

В 1939 г. правительством были приняты меры по скорейшему преодолению отставания отечественной авиации. К разработке истребителей были подключены 12 конструкторских коллективов.

Успех ОКБ А.С. Яковлева в решении новой для коллектива задачи – создании новейшего истребителя – объясняется тем, что к 1939 г. конструкторское бюро накопило громадный опыт постройки легких высокоманевренных самолетов и самого скоростного в стране самолета Як-4 и имело в своем составе талантливых специалистов.

К 1939 г. на заводе № 115 (так тогда называлось конструкторское бюро) сложился дружный, сплоченный коллектив, в составе которого было 45 конструкторов и техников и 152 рабочих.

Руководитель конструкторского бюро Александр Яковлев, его заместитель Кирилл Вигант и ближайшие помощники главную задачу видели в тщательной проработке базовой конструкции истребителя. Это отвечало требованию массового производства в надвигающейся войне, в которой неизбежно потребуется мобильное проведение модификаций самолета, обеспечение высокой эксплуатационной надежности, простоты обслуживания и ремонта. Эту задачу коллектив решил успешно, и в короткие сроки был создан фронтовой истребитель И-26 – прототип всех последующих многочисленных истребителей «як».

От И-26 до Як-3

Первый полет на опытном истребителе И-26 Ю.И. Пионтковский выполнил 13 января 1940 г. Испытания показали, что создан новый легкий конструктивно и технологически оригинальный истребитель с высокими летно-техническими характеристиками. Сомнений в самолете не было, и он в середине 1940 г. был запущен в серийное производство до завершения государственных испытаний, которые он успешно выдержал в ноябре 1940 г. В декабре самолет получил обозначение Як-1.

Опытный истребитель И-26

Самолет обладал высокими летными и боевыми качествами, был прост в управлении и доступен летчикам средней и даже ниже средней квалификации военного времени. Он прощал неопытным летчикам грубые ошибки в технике пилотирования, легко выходил из штопора.

С сентября 1940 г. по июль 1944 г. выпущен 8721 самолет Як-1 всех модификаций, в том числе с 1941 г. – 8657. К осени 1942 г. Як-1 стал самым распространенным советским истребителем. Многие части и соединения, вооруженные Як-1, в числе первых получили высокое звание гвардейских.

Опыт использования дерева и стали в качестве конструкционных материалов, накопленный КБ в предвоенные годы, оказался бесценным для нашего самолетостроения в годы войны. Благодаря простоте конструкции самолетов «як» и доступности материалов, КБ совместно с серийными заводами сумело обеспечить массовый выпуск самолетов, производство которых легко осваивалось малоквалифицированными рабочими.

Конструкторское бюро, ЦАГИ и ЛИИ совместно с ВВС постоянно изучали опыт боевых действий на фронтах войны и принимали незамедлительные меры по повышению безопасности и надежности самолетов «як».

В годы войны КБ постоянно работало над улучшением боевых качеств и технологичности своих самолетов. В результате было создано семейство истребителей Як-1, Як-7[8]8
  Як-7 – модификация учебно-тренировочного истребителя Як-7УТИ в одноместный боевой истребитель. Сохранена вторая кабина, которая могла быть использована для различных целей (переброска техсостава и летчиков, размещение дополнительных бензобаков, бомб и т. д.). Один из его вариантов, Як-7Б, отмечался как лучший истребитель Красной Армии. Всего с марта 1941 г. по июль 1944 г. построено 6399 самолетов Як-7 всех модификаций.


[Закрыть], Як-9[9]9
  Як-9 – самый массовый советский истребитель в годы войны. С октября 1942 г. по декабрь 1948 г. построено 16 769 самолетов, из них 14 579 до конца 1945 г. Имел наибольшее количество серийных вариантов и модификаций, в числе которых: Як-9Д – истребитель сопровождения с большой дальностью; Як-9Б – истребитель-бомбардировщик с внутренней подвеской 400 кг бомб; Як-9Т – истребитель с пушкой 37 мм; Як-9ДД – истребитель с дальностью до 2285 км; Як-9М – истребитель с унифицированным фюзеляжем; Як-9У с ВК-107А – истребитель, отмеченный в акте по госиспытаниям как «лучший из известных отечественных и иностранных истребителей»; Як-9В – двухместный УТИ; Як-9К – истребитель с пушкой калибра 45 мм.


[Закрыть], Як-3[10]10
  Як-3 – лучший самолет воздушного боя, самый легкий и маневренный истребитель второй мировой войны. В 1944–1946 гг. построено 4848 самолетов, в том числе до конца 1945 г. – 4560. Преимущества Як-3 в скорости, скороподъемности и маневренности позволяли советским летчикам диктовать врагу условия боя, занимать наивыгоднейшие позиции для решающей атаки.


[Закрыть] и их многочисленные модификации.

Будущий Герой Советского Союза лейтенант Петр Грищенко в кабине истребителя Як-7

Заправка топливом истребителя Як-9 из 14-го гвардейского истребительного авиаполка

На истребителях «як» были достигнуты скорости, близкие к предельным для поршневых самолетов: 720 км/ч на Як-3 с ВК-107А в 1943 г. и 745 км/ч с ВК-108 в 1944 г.

В период Великой Отечественной войны помимо истребителей в серийном производстве находились также учебно-тренировочные самолеты УТ-2, широко применявшиеся для подготовки летчиков-истребителей, и легкомоторные самолеты Як-6 для связи между войсками и перевозки небольших грузов, для полетов к партизанам.

Использовались и довоенные самолеты – тренировочные УТ-1, бомбардировщики Як-4, связные АИР-6. Самолеты УТ-1 и УТ-2 имели варианты с вооружением, которые применялись как легкие ночные бомбардировщики.

Эвакуация

Осенью 1941 г. конструкторское бюро было эвакуировано в Новосибирск, на завод № 153. Погрузка в эшелоны оборудования и людей началась в сентябре 1941 г. Завод, производя погрузку, одновременно продолжал выпуск самолетов. Коллектив завода работал круглые сутки.

Переселение коллектива завода с семьями, в теплушках, было очень тяжелым. Тем не менее эвакуация была проведена успешно. На заводе № 153 был создан филиал ОКБ.

Велик был героизм людей, измученных долгой дорогой, которые, приехав зимой в далекую Сибирь, в течение самого короткого времени сумели возобновить выпуск самолетов и продолжить их совершенствование.

Много беспокойства возникло с размещением людей и оборудования, но сложнее всего оказалось организовать нормальную работу завода. И эта сложная задача была решена: уже 20 февраля 1942 г. выпуск истребителей Як-7 достиг трех машин в сутки. Через 11 месяцев после прибытия эшелонов в Сибирь самолетов стало выходить в 7,5 раз больше. Завод представлял собой уже четко действующий производственный организм. И в этом большую роль сыграли А.С. Яковлев как уполномоченный Государственного комитета обороны и заместитель наркома авиационной промышленности и руководство завода – директор В.Н. Лисицын и главный инженер А.Н. Тер-Маркарян.

К осени 1944 г. ОКБ полностью вернулось в Москву.

Бригады конструкторов и производственников ОКБ в годы войны многократно выезжали на фронт для отработки и проверки своей авиационной техники в боевых условиях, помощи в освоении ее эксплуатации и ремонте самолетов.

Самые массовые истребители

За 1941–1945 гг. было построено 35 086 истребителей Як-1, Як-7, Як-9, Як-3 (за 1940–1948 гг. 36 737), 381 самолет Як-6 и 4955 учебно-тренировочных самолетов УТ-2. Всего 40 422 самолета. В общей сложности в период Великой Отечественной войны в СССР было построено 143 013 самолетов.

Суммарный суточный выпуск истребителей «як» на всех заводах (см. таблицу) доходил до 38,3 самолета, причем на заводе № 153 он достигал 18 самолетов.

Из 25 летчиков-истребителей – дважды Героев Советского Союза большинство всю войну или часть ее сражались на «яках». Сотни летчиков, летая на истребителях «як», стали Героями Советского Союза.

Наши герои-летчики нанесли крупнейшее поражение немецкой авиации. Гитлеровская авиация потеряла на советско-германском фронте две трети своих самолетов.

На истребителях «як» успешно сражались также французские, польские и болгарские летчики. Французский полк «Нормандия-Неман» проходил подготовку на УТ-2 и Як-7В, сражался на Як-1, Як-9Т, Як-9Д, Як-3, использовал связной самолет Як-6.

Самоотверженная работа коллектива конструкторов и производственников КБ в годы Великой Отечественной войны высоко оценена правительством. Труд создателей истребителей «як» отмечен четырьмя Государственными премиями в 1941, 1942, 1943 и 1946 гг. КБ было награждено в годы войны орденом Ленина (18 сентября 1942 г.) и орденом Красного Знамени (12 ноября 1944 г.).

Выпуск самолетов «як» в 1941–1945 гг.