Конструкторы

1976 г. ИЗ ИСТОРИИ АВИАЦИИ и КОСМОНАВТИКИ Вып.28

В.Б.Шавров

САМОЛЕТЫ КОНСТРУКЦИИ Р.Л.БАРТИНИ

   Р.Л.Бартини являлся выдающимся и весьма талантливым авиаконструктором. Это видно по большому количеству высказанных им и частично реализованных идей, притом идей передовых и ценных. Человек он разносторонне образованный, в частности в физики, где имеет опубликованные фундаментальные научные Он свободно владел шестью языками, постоянно учился, узнавал и воспринимал все новое. Это светлая голова, выдающийся инженер и ученый. Как никто другой, он знал и чувствовал формы и аэродинамику самолета, различные виды конструкций и производственные приемы. Он разбирался как в самолетах сегодняшнего дня, так и предвидел будущие их схемы и формы. И это не раз оправдывалось, его суждения подтверждались. Некоторые проектные схемы самолетов, предложенные им, несомненно еще будут реализованы в дальнейшем.
   По многим вопросам у Бартини находился ответ, который обычно оказывался правильным и выраженным по существу. У него о многом можно было спросить, его ответам можно было верить. Человек он обаятельный, воспитанный, исключительно спокойный и терпеливый, выдержанный. Все, кто работал с Бартини и кто знал его, полны к нему самого искреннего уважения.
   Для полной и справедливой оценки следует лишь добавить, что иногда в самолетах, которые создавал Бартини, было много новых мыслей, говоря фигурально, было «перепроизводство идей». Кроме новизны схемы, было много элементов новизны в конструкции, это давало выигрыш в весе, но несколько задерживало проектирование и постройку. Но все было ново, оригинально и на всем лежит печать недюжинно го таланта. Это видно из описаний самолетов Бартини.
   В 1930 г. Р.Л.Бартини был назначен в ОПО-3 (опытный Наркомтяжпрома СССР) для разработки гидросамолетов первой пятилетки. Под его руководством были выполнены проекты:
   — МБР-2, морской ближний разведчик монопланной схемы, впоследствии построенный Г.М.Бериевым;
   — МДР-3, морской дальний разведчик, впоследствии на его основе был построен дальний арктический разведчик («ДАР»);
   — МТБ-2, морской тяжелый бомбардировщик, двухлодочный моноплан с шестью двигателями над крылом, весом 40 тонн. Впоследствии двухлодочный катамаран этой схемы был построен А.Н.Туполевым (МК-1);
   — ЭИ, экспериментальный истребитель, впоследствии построенный под наименованием «Сталь-6» в НИИ ГВФ. Это был прообраз одноместного истребителя-низкоплана с убираемым одноколесным шасси. Двигатель «Кертис-Конкверор» 660/680 л. с. Площадь крыла — 14,3 м2, размах его — 9,0 м, длина самолета 6.88 м, вес пустого — 850 кг, полетный — 1080 кг.
   Идея этого самолета была предложена Р.Л.Бартини еще весной 1930 г. в ЦКБ, там она обсуждалась и была принята. В то время еще не было самолетов с полностью убираемым шасси, а было только «полуубираемое» назад шасси в свободнонесущем моноплане, Бартини
   Впервые у нас предложил убирать шасси полностью, сделать самолет на одном колесе, а зимой — лыже, колесо прятать в фюзеляж, а лыжу прижимать вплотную к нему. Обычно хвостовой костыль был неориентирующийся, под концами крыла были небольшие подбираемые костыли. Колесо убиралось движением назад посредством ручного тросового привода и укладывалось между двигателем и педалями. Поскольку источником значительного лобового сопротивления был радиатор, Бартини предложил (также впервые в СССР) применить паровое испарительное охлаждение как в гоночных автомобилях. Конденсатором служила двойная обшивка крыла до элеронов, а по нижней стороне — до перед него лонжерона.
   Конструкция самолета была смешанная. Применялись материалы, обеспечивавшие наименьший вес. Каркас фюзеляжа был ферменный сварной из хромомолибденовых труб марки ХМА, его обшивка в хвостовой части (из фанеры 1,5 мм) крепилась к легкому каркасу из энержевых профилей посредством фасонных шайб на контактной сварке. Обшивка носовой части — из альтмага. Маслобаки выполнялись из листового электрона. Полки лонжеронов крыла были сделаны из пучка труб ХМА диаметром 18 X 16,5 мм с пределом прочности = 100 кг/мм2. В центральной части пучок состоял из семи труб, потом их оставалось пять, йотом — три и на конце — одна труба. Нервюры — из профилей нержавеющей стали Энерж-6. Все было на точечной и роликовой электросварке, как и двойная обшивка крыла из той же стали Энерж-6. Местами применялась и пайка для герметичности конденсатора.
   В управлении самолетом также были элементы новизны. Было осуществлено управление рулями высоты переменным передаточным числом, устанавливаемым летчиком от руки в зависимости от скорости полета. Это позволяло изменять усилия на ручке в желаемых пределах. Интересно, что это устройство осталось тогда неизвестным другим конструкторам. Спустя десять лет оно было сделано повторно и испытано в 1944 г.
   В самолете «Сталь-6» было много оригинального и непривычного, ко получился он удачным. Осенью 1933 г. он с успехом прошел испытания. Летали на нем А.Б.Юмашев, П.М.Стефановский, Н. В. Аблязовский. Разбег и взлет на одноколесном шасси удавались блестяще, не было никакого рысканья, так же удачно выполнялась и посадка. Скорость у земли была 420 км/час, причем вовсе не предельная, показанная впервые в СССР в условиях, когда серийные истребители И-5 давали всего 260-270 км/час, а опытные И-15 и И-16 еще не вышли в свет. До этого, весной 1933 г. наибольшую скорость 320 км/час показывали гражданские самолеты АИР-7 и ХАИ-1.
   В то время были нужны и уже стали возможны истребители со скоростью 400—450 км/час, но Главное управление авиационной промышленности не бралось строить их, многие не знали о самолете «Сталь-6», а некоторые не верили сообщениям о нем.
   На одном специальном совещании в Наркомвоенморе с участием Г.К.Орджоникидзе и К.Е.Ворошилова представитель ГУАП доказывал невыполнимость тактико-технических требований (ТТТ) к новым истребителям. Его подправил М.Н.Тухачевский, сказав, что такой самолет существует и что его конструктор Р.Л.Бартини присутствует на совещании. Орджоникидзе распорядился требования принять и такие самолеты заказать. ГВФ было поручено выпустить «Сталь-6» в варианте истребителя под названием «Сталь-8». На основании этого решения была приобретена лицензия на двигатели «Испано-Сюиза», и организовано в СССР производство и дальнейшее развитие этих двигателей генеральным конструктором В.Я.Климовым.
   «Сталь-8» — развитие «Сталь-6» — размеры чуть больше, площадь крыла — 15,3 м2, размах его — 10,0 м, длина 8,5 м, конструкция иная.
   Основным материалом был альтмаг. Фюзеляж — монокок на точечной и роликовой сварке, без всякой клепки; профили преимущественно закрытые. Крыло двухлонжеронное, лонжероны и нервюры ферменные сварные. Обшивка крыла — альтмаг 0,5-0,8 мм. Двигатель М-100А в 860 л. с., охлаждение — испарительное, как в «Сталь-6», баки — сварные из электрона. Все было выполнено очень чисто. Вооружение — два синхронных пулемета ШКАС.
   Самолет «Сталь-8» был оригинальный и передовой не только для своего времени. Это был первый у нас цельнометаллический монокок на электросварке. Вес пустого самолета — 1100 кг, полетный — около 1500 кг. По расчетам скорость на высоте 3 тыс. м получалась 630 км/час, скороподъемность у земли — 20 м/сек.
   К сожалению, этот самолет не был выпущен и его доводка прекратилась в конце 1934 г. Причин было несколько. Аэрофлот тяготился постройкой военного самолета, ему не нужного, ГУАП не считал его «своим», так как задание было дано Аэрофлоту. Уже летали И-15, И-16, создавшие впечатление, что на данный момент все задачи по истребителям решены. И хотя «Сталь-8» резко превосходил их по качествам, паровое охлаждение снижало его военное значение из-за своей уязвимости. Однако для пользы нашей авиатехники, для накопления опыта, а может быть и для установления рекорда, самолет все же следовало бы довести и испытать.
   Дальний арктический разведчик («ДАР»). В 1933 г. известный полярный летчик Б.Г.Чухновский предложил построить северный самолет-вездеход, т. е. летающую лодку, способную производить взлет и посадку на воде и на льду в Арктике. Предложение было принято, а Чухновскому было поручено составить требования к самолету и организовать постройку. Проектирование производилось в НИИ ГВФ, главным конструктором был назначен Р. Л. Бартини, постройка должна была производиться в ЗОК НИИ ГВФ и на судостроительном заводе в Ленинграде.
   Схема самолета — летающая лодка с утолщениями-поплавками на концах жабер боковой остойчивости и с двойными плавающими элеронами на концах крыла, сделанными с целью освободить всю заднюю кромку крыла под посадочные щитки. Такого крыла еще не было нигде. Конструкция корпуса лодки — полностью из нержавеющей стали. Два двигателя «Испано-Сюиза» по 860 л. с. были установлены на крыле в тандем. Первоначально Бартини разрабатывал проект постановки их в тандем носок к носку, чтобы винты работали при этом как соосные, а крыло в этом месте было превращено в кольцо, окружавшее винты. Продувки модели показали, что тяга винтов возросла, а кольцевая часть крыла не показала лобового сопротивления и оно даже было отрицательным («эффект Бартини»). При этом получилось некоторое увеличение подъемной силы. Этот вариант не был осуществлен из-за новизны замысла.
   Конструкция крыла — по типу «Сталь-6» с полками лонжеронов, набранными из пучка труб; нервюры — ферменные из профилей Энерж-6. Применение контактной электросварки для соединения Энерж-6 и каленого хромомолибдена тогда было для нас новостью. Р. Л. Бартини с участием С. М. Попова впервые разработали и осуществили практическое применение электросварки разнородных сталей.
   Посадочные щитки в 20% хорды крыла были очень эффективны. Площадь крыла — 100,0 м2, размах его 27,4 м, длина корпуса лодки — 18,4 м, ширина его — 2,8 м. Выполнение его из стали Энерж-6 потребовало некоторых новых производственных приемов. Бартини изобрел «негативный стапель». В нем каркас лодки — шпангоуты и др. вместе с наложенными поверху кусками обшивки — вплотную обкладывался снаружи откидными панелями из толстых листов красной меди, по ко- которым уходил ток. А электрод, по которому ток поступал, подводился на проводе изнутри ко всем сварочным точкам и полосам. Лодка была успешно сварена. Обшивка ее имела слегка гофрированную поверхность для жесткости, поскольку толщина ее была в основном 0,5 мм и менее и лишь по днищу 0,8—1,5 мм.
   Самолет был выпущен в конце 1935 г. Испытания проводились вес-гой 1936 г. в Ленинграде. Летали И. Ф. Петров и Б. Г. Чухновский. Результаты были признаны хорошими. Продолжительность полета при перегрузочном весе 9000 кг (при весе пустого 4820 кг) была более 20 час, скорость у воды — 240 км/час, посадочная — 70 км/час, потолок — 5500 м.
   Самолет был испытан также с резиновыми полозами для взлета и посадки на лед, предварительно испытанными на самолете «Дорнье-Валь» в конце 1935 г. Конструкция их была следующая: по краям ступенчатого редана, на базе шириной более 1 м были установлены в ряд пять мешков — камер из резины, оклеенной брезентом при помощи резинового клея. Диаметр камер — 0,25 м, длина каждой - 1 м, а всех — 5 м. Снизу камеры были закрыты полозом из 20-мм фанеры, оклеенным нержавеющей сталью толщиной 0,8 мм. Ширина этих полозов была 0,32 м, бока полозов были образованы тонким гофром из Энерж-6, допускавшим их большую осадку. Конструкция оказалась удачной, посадка на лед была легкой и мягкой. На основании испытаний было вынесено в Главсевморпути решение о постройке пяти самолетов «ДАР» для работы в Арктике.
   «Сталь-7». По схеме это был двухмоторный низкоплан с крылом типа резко выраженной обратной чайки; сечение фюзеляжа — расширенный книзу овал, переходящий в крыло, имевшее очень большое сужение к концам (более 4). Двигатели — первоначально М-100 в "60 л. с., потом М-103 в 860 л. с. — помещены в сгибах крыла, шасси предельно низкое. Фонарь двухместной кабины летчиков — с наклоненным вперед лобовым стеклом (по моде тех лет). Назначение самолета — пассажирский на 12 мест с вариантом бомбардировщика, учтенным в его конструкции.
   Р.Л.Бартини проектировал этот самолет в НИИ ГВФ с конца 1933 г., имея целью создать пассажирский самолет со скоростью 400 км/час. Проект был утвержден в июле 1934 г. Самолет строился в НИИ ГВФ и был выпущен осенью 1935 г.
   Бартини, верный своему принципу создавать конструкции наименьшего веса из любого материала, сделал первоначально фюзеляж в виде сварной из труб фермы с легким каркасом на ней и с полотняной обливкой. Такой же была и конструкция крыла. Фюзеляж действительно получился легким, но нежестким из-за бомболюка в его полу, и был заменен цельнодюралевым полумонококом, а крыло осталось ферменным. Крыло было двухлонжеронное, оригинального профиля, разработанного Бартини. Лонжероны — ферменные, связанные между собой расколами в плоскостях полок, также образующими ферму из треугольников. В общем каждая консоль крыла представляла собой пространственную ферму из 200 стержней — различного сечения труб, сваренных встык. 3 пролетах трубы были хромомолибденовые (ХМА), закаленные до @= 11О—120 кг/мм2, а в узлах были вставные куски токарных конических труб переменного сечения, сделанных из более мягкой стали вдвое большей толщины. Получались равнопрочные по всей длине полки, хотя и трудоемкие, но очень легкие.
   Требования к стыковой электросварке в таких ферменных лонжеронах были исключительные — от разрыва любого стыка мог погибнуть самолет. Однако в ЗОК НИИ ГВФ сварка была освоена, и на такую конструкцию пошли. Она себя оправдала, и с лонжеронами крыла «Сталь-7» никаких недоразумений не было. Нервюры крыла и оперения — по типу «Сталь-2» — ферменные с полками и раскосами из тонкостенных профилей Энерж-6. Обшивка — полотно.
   Самолет показал прекрасные летные качества. Площадь его крыла составляла 72,0 м2, размах — 23 м, длина самолета — 16,0 м, вес пустого — 4800 кг, полетный нормальный — 7200 кг, перегрузочный — 11 000 кг. Скорость у земли — 417 км/час, на высоте 3000 м — 450 км/час, потолок практический — 10 тыс. м. При перегрузочном весе весовая отдача самолета составляла 56%.
   Испытания самолета прошли успешно, и весной 1937 г. решено было пустить его в кругосветный перелет под управлением заслуженного летчика Н.П.Шебанова. В самолете были установлены 27 бензобаков общей емкостью 7400 л и дополнительное оборудование. Для пробы решено было выполнить круговой перелет внутри страны.
   Такой перелет удалось выполнить лишь 28 августа 1939 г. по замкнутому треугольнику Москва—Свердловск—Москва протяженностью 5068 км со средней скоростью 405 км/час за 12 час. 30 мин. 56 сек. Экипаж самолета — летчики Н.П.Шебанов и В.А.Матвеев и бортрадист Н.А.Байкузов. Это был мировой рекорд скорости полета на такой дистанции. Перелет вокруг света не состоялся из-за начавшейся войны.
   На основе самолета «Сталь-7» были впоследствии созданы бомбардировщики ДБ-240, Ер-2 и Ер-4.
   С началом войны под руководством Бартини был разработан проект «Р» сверхзвукового одноместного истребителя типа «Летающее крыло» малого удлинения с большой переменной по размаху стреловидностью передней кромки, с двухкилевым вертикальным оперением на концах крыла и с однолыжным убираемым шасси. Силовая установка была скомпонована по принципу газодинамического слияния несущих и тянущих устройств — слияния двигателя и крыльев. Это достигалось превращением внешних отсеков крыла в плоские прямоточные комбинированные двигатели, в которых применялась инжекция воздуха перегретыми парами топлива и окислителя с рекуперацией внутреннего и внешнего нагрева поверхности конструкции.
   Разумеется, такой далеко опережавший свое время проект 1941 г., остался на бумаге. В 1942 г. был разработан следующий проект: Р-114 — зенитный истребитель-перехватчик с четырьмя ЖРД В. П. Глушко по 300 кг тяги, со стреловидным крылом (33° по передней кромке), имеющим управление пограничным слоем для увеличения аэродинамического качества крыла, с бесколесным однолыжным убираемым шасси. Были разработаны аэродинамические профили «R», в частности профили с отсосом пограничного слоя. К самолету разрабатывался инфракрасный локатор. Проект был разработан хорошо, в нем участвовали: по технологии — Е. П.Шекунов, по прочности — В.Н.Беляев, по локатору — К.Е.Полищук.
   Кроме того, Р.Л.Бартини составил доклад о применении реактивных двигательных установок в авиации и об организации исследовательских работ и опытного строительства в этой области. Однако в НКАП проект «Р-114» в январе 1943 г. был забракован на том основании, что стреловидные крылья в то время были мало исследованы.
   В 1944—1946 гг. Р.Л.Бартини работал над проектами гражданских самолетов.
   Т-107 (1945 г.) с двумя двигателями АШ-82 — пассажирский самолет-среднеплан с двухэтажным герметизированным фюзеляжем и трех килевым оперением. Этот проект в МАП был сначала забракован, на потом после обсуждений в экспертной комиссии МАП утвержден, и самолет рекомендован к постройке в 1945 г., но не строился, поскольку уже был принят Ил-12.
   Т-108 (1945 г.) — легкий транспортный самолет с двумя дизелями по 340 л. с. двухбалочный высокоплан с грузовой кабиной и неубираемым шасси. Не строился.
   Т-117 — магистральный транспортный самолет с двумя двигателями АШ-73 по 2400 л. с. Схема — высокоплан с очень широким фюзеляжем, поперечное сечение которого образовано тремя пересекающимися окружностями. Вся омываемая поверхность самолета была дана аналитическим уравнением профилей.
   По проекту это был самолет, позволяющий перевозить танки и грузовики. Но, кроме этого, основным вариантом был герметизированный самолет. Три окружности его поперечного сечения, связанные стенками «коридора», обеспечивали возможность создания герметического фюзеляжа, наружные круговые поверхности могли выдерживать любое расчетное давление, как в фюзеляже круглого сечения. В грузовом варианте отсутствовали стенки или стойки коридора и получалось помещение шириной около 4,8 м и высотой до 2,5 м. С учетом конструкции полная ширина фюзеляжа достигала 5 м и высота — 2,9 м. Получался универсальный многоцелевой тип транспортного самолета небольшого веса (25 тонн).
   В его пассажирском применении могло быть четыре варианта: «А» — на 42 пассажира с дальностью полета в 1600 км, «Люкс» с дальностью 7000 км -- на 16 пассажиров, размещенных в 12 одно- и двухместных кабинах. Все кабины, как и общие пассажирские салоны, располагались по бокам среднего коридора герметизированного фюзеляжа. В санитарном варианте могли перевозиться 60 раненых на носилках. В варианте «Г» — грузовом, без герметизации и без внутренних перегородок и кабин, в общем большом грузовом помещении можно было перевозить до 80 десантников или 6 автомобилей.
   Конструкция цельнометаллическая, очень технологичная. В силовой установке и оборудовании было много элементов новизны, в частности ряд устройств для обслуживания двигателей в зимних условиях. Были термические противообледенительные устройства в крыле и оперении, мягкие баки и многое другое. Проект самолета был утвержден, и в июле 1946 г. начата постройка самолета на одном из заводов. Однако в июле 1948 г. постройка была прекращена по той причине, что двигатели АШ-73 надо было беречь для Ту-4 и что имелся самолет Ил-12.
   Т-200 — специальный тяжелый военно-транспортный и десантный самолет, высокоплан с фюзеляжем большой емкости, обводы которого образованы крыльевым профилем, а задняя кромка, раскрываясь вверх и вниз между килевыми балками, образовывала проход шириной 5 м и шестой 3 м для крупногабаритных грузов. Силовая установка — комбинированная: два поршневых звездообразных двигателя АШ по 2300 л. с. (будущих) и два турбореактивных РД-45 по 2270 кг тяги. Предусматривалось управление пограничным слоем крыла, хорда которого — 5,5 м (вариант Т-210). Установка-стенд для отсоса пограничного слоя была построена, и на ней проведены испытания в Новочеркасском политехническом институте. Было спроектировано специальное лыжно-колесное шасси повышенной проходимости. На концах крыла большого удлинения — топливные баки, устранявшие флаттер (даже пустые).
   В 1950 г. по заданию ДОСААФ (Н.П.Каманин) под руководством Р.Л.Бартини разрабатывался проект рекордного самолета для беспосадочного полета Москва—Северный полюс—Южный полюс—Москва протяженностью 40 000 км.
   В 1952 г. Бартини проводил исследования по специальным профилям, по управлению пограничным слоем на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, по теории пограничного слоя, по регенерации пограничного слоя силовой установки самолета. Был разработан новый тип сверхзвукового крыла, самосбалансированного при переходе на сверхзвуковую скорость с увеличенным аэродинамическим качеством. Было продуто свыше 40 моделей, написано до 40 томов отчетов об опытах и испытаниях. Было отработано «Крыло Бартини», теперь общепризнанное — крыло малого удлинения переменной стреловидности, обеспечивающее уменьшение волнового и индуктивного сопротивлений. Балансировка достигается геометрической круткой крыла по размаху. Профиль его в центре сверхкритический — выпуклый вниз, на концах — выпуклый вверх. Оно особенно хорошо на сверхзвуковой скорости, но достаточно хорошо и при скорости дозвуковой. Всего до 1957 г. у Бартини было 72 работы.
   В 1957 г. он вел разработку проекта сверхзвукового пассажирского самолета среднего веса на 70 мест и рассматривал вопрос о целесообразности сокращения интервалов отправления в рейс при сверхзвуковом транспорте.