Николай Якубович - Неизвестный Ильюшин. Триумфы отечественного авиапрома
Выбирая для самолета этот мотор, конструкторы учитывали не только его технические характеристики. Принятое решение Ильюшин обосновал следующим образом:
...«До настоящего времени для улучшения летных данных наших боевых самолетов мы вынуждены были применять моторы иностранных конструкций («Испано-Сюиза», «Райт-Циклон», «Гном-Рон» и др.), и таким образом, один из главнейших элементов, определяющих самолет, был иностранным. В данный момент и этот последний элемент является советской конструкции и советского производства, при этом, что чрезвычайно важно, он по своим техническим данным стоит выше, чем любой иностранный мотор. Таким образом, мы имеем в нашей стране все необходимые и достаточные технические элементы для создания боевых самолетов, по своим данным стоящих выше заграничных. Ни с какими другими моторами нельзя получить такой скорости для боевого истребителя».
На первый взгляд может показаться странной установка на моторе редуктора, в котором обороты коленчатого вала и втулки воздушного винта не менялись. Однако это позволило получить прекрасную форму носовой части фюзеляжа и, как следствие, малый коэффициент ее лобового сопротивления. Кроме того, редуктор дал возможность при прочих равных условиях применять воздушный винт с большим на 500 мм диаметром при очень низком шасси. Масса редуктора по замыслу конструкторов должна была с лихвой компенсироваться малым сопротивлением фюзеляжа и уменьшением массы шасси. Еще в марте 1935 года ГУАП обязал все заводы, разрабатывавшие новые самолеты под М-34, в обязательном порядке предусмотреть вариант испарительного охлаждения. Пять месяцев спустя в приказе начальника ГУАП Королева уже сообщалось об удовлетворительном завершении работ по переводу мотора на испарительное охлаждение и об успешном заграничном опыте по использованию этой системы на последних типах военных самолетов.
В этом же приказе директорам заводов и ЦАГИ предлагалось «в целях выявления преимуществ М-34 с испарительным охлаждением» перед обычным водяным еще раз срочно проработать вопрос «о его применении на самолетах, на которых можно получить наибольший эффект от такого типа охлаждения» . Однако уже летом следующего года постановлением правительства авиапрому решительно предложили переходить на этиленгликолевое охлаждение авиационных двигателей.
Компоновка истребителя И-21
Не эти ли руководящие документы сыграли решающую роль при выборе системы охлаждения на И-21? Ведь ее разрабатывали именно в этих вариантах. Какие же выгоды сулили конструкторам столь настойчиво рекомендуемые системы? Известно, что сопротивление находящегося в потоке радиатора значительно уменьшает скорость самолета, поэтому исследованию путей уменьшения этого «вредного» параметра уделялось большое внимание. Первая из вышеупомянутых систем позволяла полностью устранить, а вторая – значительно снизить сопротивление радиатора за счет меньшей площади его охлаждающей поверхности. Если в обычных системах водяного охлаждения, имеющих температурный режим ниже 100 градусов, килограмм воды при нагреве на 10 градусов забирает от стенок цилиндров 10 калорий тепла, то при испарительном охлаждении, при котором вода в рубашках цилиндров мотора доводится до кипения, испарение того же количества воды уносит от двигателя уже 540 калорий. Образовавшийся пар, конденсируясь в плоских радиаторах, образованных двойной работающей обшивкой крыла, возвращается в двигатель для повторения цикла.
Существовало мнение, что при любом повреждении крыльевого радиатора мотор не выйдет из строя, т. к. количество циркулирующей в системе в виде пара воды составляет лишь 2 % от ее общего объема, и расход пара, выходящего через пробоину, можно легко компенсировать водой из расходного бачка. Применение для охлаждения моторов высококипящих жидкостей (например, технический этиленгликоль с точкой кипения около 150 градусов) за счет увеличения их температуры в радиаторе до 125 градусов позволяло уменьшить охлаждающую площадь последнего почти в два раза. Платой за эти достижения была обязательная модификация моторов водяного охлаждения, предназначенных для работы с новыми системами.
Упорное стремление уменьшить потери скорости решило вопрос о выборе типа охлаждения для первого опытного экземпляра И-21 в пользу испарительного. Во всем диапазоне скоростей горизонтального полета, от минимальной до максимальной, охлаждение двигателя должен был обеспечивать крыльевой радиатор, расположенный по верхней поверхности центральной части крыла. Для режимов руления и набора высоты на самолете установили выдвижной радиатор. Обосновывая принятое решение, Ильюшин писал:...«Зная, что существующие крыльевые радиаторы с большим количеством соединений являются сложными по своей конструкции и монтажу, исключая возможность массовой эксплуатации, мы приняли все меры к тому, чтобы сделать его простым по конструкции, а следовательно, удобным и надежным в эксплуатации».
Какова же была конструкция будущего самолета? Свободнонесущий моноплан со стреловидным по передней кромке крылом, цельнометаллический, с убирающимся шасси и закрытой кабиной летчика с открывающимися в обе стороны дверками.
Истребитель имел минимальные размеры, а специальные исследования, проведенные в ходе проектирования, позволили получить мидель фюзеляжа лишь на несколько процентов больше поперечного сечения двигателя. При этом сохранились отвечавшие существовавшим нормам габариты кабины летчика (длина 1400 мм, ширина 800 мм), обеспечивавшие его достаточно удобное размещение. В конструкции планера широкое применение нашли каленые хромансилевые трубы, использованные в лонжеронах крыла и фюзеляжа, моторной рамы. Менее нагруженные элементы планера выполнялись из дюраля, за исключением полотняной обшивки рулей. Большое внимание уделили повышению прочности и жесткости основных узлов и сочленений. Самолет отличался очень низким шасси и простой кинематической схемой уборки и выпуска с помощью масляно-пневматической системы. Строили две машины. На первой из них применили испарительную систему охлаждения, двигатель второго самолета должен был охлаждаться этиленгликолем. Многочисленные проблемы, имевшие место при проектировании и изготовлении самолета, срыв заводом № 24 срока поставки двигателя привели к значительной задержке окончания его постройки. В отчете завода № 24 за 1936 год сообщалось:
...«Основная задача, поставленная перед заводом по опытному моторостроению в 1936 году, – форсирование мотора М-34 и связанная с этим модификация. Решение этой задачи усложнилось требованиями, предъявляемыми опытными организациями к производству нескольких видов форсированных моторов применительно к разным типам запроектированных опытных самолетов (ТБ-7, ДБ-А, И-21 и др.). Вследствие чего завод, помимо разрешения проблемы модификации и форсирования мотора, должен был увеличить количество типов двигателей, намеченных к производству, и заняться доводкой каждого из них в отдельности».
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
