Авиация Второй мировой

Авиация Второй мировой

На главную Поиск на сайте

Р-47 «Тандерболт» (Thunderbolt) в НИИ ВВС

К.Ю. Косминков

По комплексу технических параметров Р-47 был, наверное, самым необычным среди других серийных одномоторных истребителей периода Второй мировой войны. Достаточно сказать, что взлетный вес его был почти вдвое больше, чем у типичных европейских истребителей, таких, например, как Ме-109, Ла-5, -7, «Спитфайр», Як-1, -7, -9. Самолет, проектировавшийся американской фирмой Рипаблик, рассчитывался под мотор воздушного охлаждения Пратт-Уитни R-2800 мощностью 2000 л. с. Опытный экземпляр истребителя (ХР-47В) совершил первый полет 6 мая 1941г. В марте 1942 г. первые серийные самолеты Р-47В сошли с конвейера, а в ноябре 1942 г. стали поступать в Великобританию. Истребитель Р-47 получил название «Тандерболт»*.

Вскоре вышла вторая модификация — Р-47С, которая отличалась от первой в основном дополнительной подвеской подфюзеляжного топливного бака. На следующей и самой многочисленной модификации — P-47D (их изготовлено 12 600) установили дополнительные держатели для подвески под крылом двух бомб, немного позже заменили винт, благодаря чему вертикальная скорость набора высоты возросла примерно на 2 м/с, увеличили запас топлива и применили впрыск воды в рабочую смесь мотора, что позволяло на короткое время (5 мин) увеличивать давление наддува, а следовательно, и мощность (на 235 — 300 л. с.) по сравнению с мощностью на боевом (военном) режиме. Такой режим работы мотора назывался чрезвычайным. С 1944 г. P-47D стали выпускать с фонарем каплевидного типа.

Вооружение «Тандерболта» состояло из шести пулеметов калибра 12,7 мм, несинхронных, расположенных в крыле и обеспечивавших большой вес залпа — 4,4 кгс/с. В перегрузочном варианте вооружение доводилось до восьми пулеметов. Стрельба могла вестись только залпом из всех стволов.

Несмотря на кажущуюся угловатость форм и сравнительно большой мидель фюзеляжа аэродинамика Р-47 оказалась хорошей. Коэффициент лобового сопротивления «Тандерболта» на режиме максимальной скорости был ниже, чем у немецких самолетов Me-109G-4 и FW-190A.

Запас топлива в двух внутренних баках Р-47 составлял 860 кг, а в подвесном — 442 кг. (Для сравнения: полная заправка двухмоторного бомбардировщика Пе-2 — 1100 кг.) Чтобы обеспечить «Тандерболту» скорость на уровне современных ему истребителей, конструктор Александр Картвелли пошел на значительное увеличение удельной нагрузки на крыло, которая достигала в нормальном варианте 213 кгс/м² против 150—185кгс/м² у большинства истребителей Великобритании, СССР и Германии. Иначе говоря, крыло имело минимально возможный размер. Форма крыла в плане была близка к эллиптической.

Главная техническая особенность «Тандерболта» заключалась в установке турбокомпрессора (ТК), обеспечивавшего большую высотность силовой установки. Благодаря ТК, работавшему как первая ступень нагнетателя, мощность мотора R-2800-63 на номинальном режиме 1625 л. с. сохранялась до высоты 8850 м, на боевом — 2000 л. с. до 8250 м, а на чрезвычайном — 2300 л. с. до 7620 м. Другие варианты моторов, такие, как R-2800-21 или -59, также стоявшие на «Тандерболтах», в основном отличались высотностью и мощностью чрезвычайного режима.

Турбокомпрессор на Р-47 разместили в задней части фюзеляжа, что повлекло за собой установку длинных турбопроводов: воздушного туннеля к мотору, главного воздушного туннеля к радиатору, расположенному около ТК и охлаждавшему сжатый и нагретый до 700° С воздух, а также длинных выхлопных турбопроводов. Все это значительно утяжелило самолет: ТК весил 107 кгс, а вся установка — 385 кгс. Она была громоздкой и весьма уязвимой. Единственным, пожалуй, преимуществом хвостового размещения ТК было то, что выхлопные газы до поступления на турбину успевали остыть. Конструкторы, конечно, понимали невыгодность подобного размещения ТК. Но другого пути не было. В носовой части фюзеляжа, полностью занятой баками для горючего, разместить еще и ТК не представлялось возможным. Расположить же баки в крыле было также невозможно, так как там стояло оружие.

В СССР было поставлено около 200 самолетов P-47D различных серий. Два из них — P-47D-10RE — в 1944 г. проходили всесторонние испытания в НИИ ВВС и в ЛИИ (апрель — май). Советские авиационные специалисты, всесторонне изучив самолет, пришли к заключению, что по качеству производственного выполнения, технологической продуманности и эксплуатационной надежности «Тандерболт» стоит на уровне лучших современных ему самолетов. По своему поведению на критических углах атаки во время выполнения маневров Р-47 выгодно отличался от большинства других истребителей. Вылет на этом самолете для летчика, ранее летавшего на отечественных истребителях, не представлял никаких затруднений. Однако все конструктивные и пилотажные достоинства Р-47 почти сводились на нет низкими летными данными, имеющими первостепенно важное значение в воздушном бою. Летные испытания показали, что на боевом режиме работы мотора на высотах более 8 км «Тандерболт» обладал высокой максимальной скоростью (см. табл. 1, рис. 1). Но из-за большой нагрузки на крыло и мощность, а также больших моментов инерции относительно продольной и поперечной осей маневренные качества истребителя снижались настолько, что его преимущество в скорости по сравнению с менее высотными и скоростными самолетами было очень трудно реализовать. На малых и средних высотах P-47D по скорости уступал большинству современных ему серийных истребителей (Ла-5ФН, Як-9, Me-109G, «Спитфайр» IX). Маневренные качества «Тандерболта» и его скороподъемность были на этих высотах столь низки, что не шли ни в какое сравнение с названными выше машинами.

* - "Тандерболт" - в переводе с английского - "удар молнии", прим. админ. Высотно-скоростные характеристики

Рис 1. Высотно-скоростные характеристики американских истребителей P-51 и P-47D10 в сравнении с типичными советскими и немецкими истребителями (по испытаниям в НИИ ВВС).

Таблица 1

"Мустанг" P-51 "Тандерболт" P-47D-10RE
Дата испытаний в НИИ ВВС июнь 1942 апрель-июль 1942
Силовая установка
Мотор
Взлетная мощность, л.с.
Аллисон V-1710-39
1150
Пратт-Уитни R-2800-63
2000
Геометрия
Площадь крыла, м² 21,98 27,87
Массы, кгс
Взлетный вес нормальный 3880 6000
максимальный - 6780
Лётные данные
Максимальная скорость, км/ч у земли 459 483ф 462 510б.р. 535ч.р.
на высоте 557 587ф 624 648б.р. 661ч.р.
м 4400 4600 10500 9250 8500
Время набора высоты 5 км, мин 10,5 9,0ф 11,0 7,6б.р. 6,4ч.р.
Время виража на высоте 1 км, с 23 26
Максимальная дальность полета, км в нормальном варианте 1620 1550
при макс. запасе топлива - 2300*
Практический потолок, м 8400 11800б.р.
Вооружение
Вооружение (пулеметы):
число стволов х калибр
4 х 7,62
4 х 12,7
6(8) х 12,7
-

ф форсаж (5 мин), б.р. - боевой режим (15 мин), ч.р. - чрезвычайный режим (5 мин).

* - С подвесным баком (по фирменным данным).

Таким образом, как высотный истребитель сопровождения Р-47 представлял собой скорее «машину для устрашения», чем реальную силу, способную отражать атаки немецких истребителей. И действительно, как только появились высотные «Мустанги» (Р-51В, С и D), они полностью заменили Р-47 в роли высотных истребителей сопровождения. После этого основной задачей Р-47 стали действия по наземным целям (штурмовка, бомбометание, разрушение коммуникаций и т.п.). Как свидетельствует американская статистика, к концу второй мировой войны самолеты «Тандерболт» совершили в общей сложности 546 000 боевых вылетов, уничтожили или повредили 11 874 самолета противника, 9000 паровозов, 16 000 единиц других транспортных средств [13].

В советских ВВС «Тандерболт» не мог эффективно выполнять, по существу, ни одной из тактических задач, решаемых советскими истребителями. Примечательна оценка Р-47 летчиком-испытателем М. Л. Галлаем, летавшим на этом самолете во время его испытаний в ЛИИ: «...С первой минуты полета на самолете Р-47 «Тандерболт» помню, у меня возникло доминирующее ощущение: это — не истребитель! Устойчивый, удобный, с разумно скомпонованной, просторной кабиной, но — не истребитель. Он оказался вяловат на маневре, даже горизонтальном и, тем более, вертикальном. Медленно разгонялся. Явно ощущалась присущая самолету инертность. Словом, это была машина, на которой удобно и приятно летать по прямой. Для истребителя — маловато. В сочетании с характерным для всех американских истребителей того времени, кроме «Кобры», только пулеметным вооружением это не давало оснований ожидать от «Тандерболта» сколько-нибудь высокой боевой эффективности. Подтверждение содержит американская статистика: получается — один сбитый или поврежденный самолет противника на 46 боевых вылетов. Не очень густо...» .

Надо отметить, что как истребитель-бомбардировщик и штурмовик Р-47 нашел широкое применение в американских ВВС. Правда, при таком использовании установка целого ряда агрегатов, обеспечивавших большую высотность силовой установки, являлась технически нецелесообразной и, помимо всего прочего, сильно увеличивала стоимость истребителя. Действительно, «Тандерболт» был самым дорогим из американских одномоторных истребителей. Его постройка обходилась в 83 000 долларов, в то время как «Мустанг» стоил 51000, Р-39 —50 700, а Р-40 — 44 900 долларов [12, с. 190]. Но несмотря на сравнительно высокую стоимость Р-47 оказался самым массовым американским истребителем — за время войны было построено 15 485 машин.

***

Завершая рассмотрение иностранных истребителей периода Второй мировой войны, имеет смысл сравнить лучшие их образцы с советскими истребителями того же времени выпуска. Для такого сравнения выбраны американские истребители Р-51В и D, английский «Спитфайр» XIV и советские Ла-7 и Як-3. Эти истребители были созданы в 1943 г. и начале 1944 г., строились серийно и поступали на вооружение военно-воздушных сил стран антигитлеровской коалиции на завершающем этапе второй мировой войны. Они создавались с учетом богатейшего боевого опыта, уже накопленного каждой из воюющих стран. Одновременно в этих самолетах воплотились последние достижения авиационной науки и техники.

Первое, что необходимо иметь в виду при сравнении американских, английских и советских истребителей, это те условия боевого применения, под которые они создавались. Ранее уже отмечалось, что при наличии протяженной линии фронта, где главной силой вооруженной борьбы являются наземные войска, от авиации требовались сравнительно небольшие высоты полета. Опыт воздушной войны на советско-германском фронте показал, что бои ведутся на высотах до 4,5 — 5 км. В то же время английские и американские истребители отличались большей высотностью, поскольку характер действий, на который они рассчитывались, был совсем иной. Кроме того, американские машины обладали большей дальностью полета, необходимой для сопровождения своих высотных тяжелых бомбардировщиков, и поэтому были несколько больше и значительно тяжелее, чем английские «Спитфайры» и советские истребители. Таким образом, поскольку английские, американские и советские истребители оптимизировались под разные условия боевого применения, то вопрос о том, какой из них наиболее эффективен, в какой-то мере теряет смысл. Действительно, показательные воздушные «бои» Як-3 со «Спитфайром» и Як-9ДД, проводившиеся на малых высотах на глазах у наблюдавших зрителей, продемонстрировали превосходство советской техники. Но в то же время советские самолеты не могли столь эффективно, как их оппоненты в этих «боях», осуществлять перехват высотных целей и вести бой на большой высоте, а также сопровождать на значительное расстояние бомбардировщики, летящие на высотах 7 — 8,5 км. Поэтому сравнивать целесообразно лишь технические решения и особенности этих самолетов.

По своей конструкции советские истребители были намного проще и дешевле, чем английские и особенно американские. Дефицитные материалы в них применялись в очень ограниченном объеме. Благодаря такому подходу СССР удалось обеспечить высокий темп выпуска самолетов в условиях жесточайших материальных ограничений и недостатка квалифицированной рабочей силы. Тем не менее по уровню весового и аэродинамического совершенства советские истребители практически не отличались от английских и американских. Они имели хорошо обтекаемые формы, хорошо отработанную аэродинамику охлаждающих устройств.

Высотно-скоростные характеристики

Рис 3. Высотно-скоростные характеристики лучших истребителей Второй мировой войны.

Особо следует остановиться на вопросе использования ламинарного крыла. Надо сказать, что среди специалистов нет единодушия по поводу целесообразности его применения на истребителях того времени. В этой неоднозначной проблеме были свои «за» и «против». Если перед войной на ламинарные крылья возлагали большие надежды, то опыт работы с «Мустангом» сильно уменьшил первоначальный оптимизм. Оказалось, что в условиях реальной эксплуатации такое крыло дает не столь много, как рассчитывали. Причина заключалась в том, что из-за шероховатости, появлявшейся при нанесении защитной окраски на самолет, и даже небольшой неточности в профилировке, неизбежно возникавшей в серийном производстве (небольшая волнообразность тонкой металлической обшивки), эффект ламинаризации на Р-51 сильно снижался. По несущим свойствам ламинарные профили уступали обычным, что вызывало определенные трудности в обеспечении хороших маневренных и взлетно-посадочных свойств. Правда, ламинарные профили имели лучшие скоростные свойства — при равной относительной толщине волновой кризис на них наступал позже, чем на профилях обычного типа. С этим уже тогда приходилось считаться, поскольку в пикировании, особенно на больших высотах, где скорость звука существенно меньше, чем у земли, самолеты стали достигать скоростей, при которых начинали уже проявляться, эффекты, связанные с сжимаемостью воздуха. Раньше всего волновой кризис наступал на крыле, вызывая сильную перестройку течения. При достижении критической скорости на верхней поверхности крыла возникают скачки уплотнения, за которыми начинаются срывные течения, вызывающие тряску самолета (скоростной бафтинг), и, что самое неприятное, резко изменяются характеристики устойчивости и управляемости. Самолет все сильнее затягивало в пикирование, а у летчика не хватало физических сил для вывода его в горизонтальный полет. Вспоминает американский боевой летчик У. Бриджмен, впоследствии ставший известным испытателем: «...На прошлой неделе я на своем «Мустанге» «пикнул» на Ме-109... Управление заклинилось, и самолет затрясся, словно пневматический молоток. Я никак не мог вывести его из пике. Всего в трехстах метрах от земли я с трудом выровнял машину...» . Повысить критическую скорость можно было либо применяя более скоростные профили, в частности ламинарные, либо уменьшая относительную толщину профиля, мирясь при этом с неизбежным увеличением веса" конструкции. Очевидно, эти мероприятия можно было и совместить. Интересно, что благодаря заметно меньшей относительной толщине профилей, волновой кризис на крыле «Спитфайра» возникал на большей скорости, чем на «Мустанге». На сравнительно небольших высотах, где воевали советские истребители, волновые явления не проявлялись.

Характеристики скороподъемности и дальности

Рис 4. Характеристики скороподъемности и дальности полета лучших истребителей периода Второй мировой войны. (Характеристики скороподъемности получены с использованием чрезвычайных режимов работы моторов, характеристики дальности - с запасом топлива во внутрениих баках).

Основные летные данные истребителей, выбранные для сопоставления (максимальная скорость, скороподъемность, дальность полета), являются первостепенно важными показателями боеспособности. Данные советских истребителей взяты по результатам их государственных испытаний в НИИ ВВС, а данные иностранных машин — по наиболее полным литературным источникам. В иностранной печати значения максимальной скорости полета и скороподъемности самолетов за очень редким исключением приводятся дискретно, то есть только для небольшого числа высот, и, как правило, соответствуют предельным форсажным режимам работы моторов. Функциональные зависимости летных качеств иностранных истребителей построены по опубликованным данным (см. рис. 3 и 4) с учетом высотных характеристик их моторов (см. рис. 5).

Высотные характеристики моторов

Рис 5. Высотные характеристики моторов.

Обращает на себя внимание тот факт, что, несмотря на то что характеристики советских самолетов получены на номинальном режиме работы моторов (только у Ла-7 режим 10-минутного взлетного форсажа с учетом скоростного наддува сохранялся примерно до высоты 2,2 км), а характеристики иностранных истребителей — на относительно кратковременных режимах повышенной мощности, по скоростным качествам на малых и средних высотах самолеты отличались незначительно (см. рис.3). По скороподъемности же американские Р-51В и D значительно уступали Ла-7 и Як-3 (см. рис, 4). То же можно сказать и о приемистости. Важным фактором в повышении летных данных иностранных истребителей являлось то, что их моторы имели более широкую номенклатуру форсажных режимов, позволявших в течение некоторого времени снимать большую мощность (см. рис. 5). В бою летчик «Спитфайра» или «Мустанга» мог какое-то время использовать кроме номинального либо боевой, либо чрезвычайный режим. Конечно, чрезвычайный режим (иногда его называли максимальным) использовался только в самых крайних случаях, поскольку время работы мотора на таком предельно напряженном режиме обычно ограничивалось 1 — 5 мин. Основным режимом работы мотора в воздушном бою стал боевой режим. И хотя мощность мотора на этом режиме была меньше, чем на чрезвычайном, и летные данные самолета оказывались ниже, но зато летчик мог не опасаться разрушения мотора. Боевой режим приобрел для истребителей исключительное значение как основной режим боевого применения мотора, определявший результат воздушного боя. Моторы советских истребителей не имели режимов повышенной мощности на высоте. Но даже в этих условиях по скоростным качествам до высоты 5 — 7 км они не уступали истребителям союзников, а по скороподъемности были лучше, что достигалось только благодаря хорошо отработанной аэродинамике и высокой весовой культуре проектирования.

Советские и иностранные истребители существенно отличались расположением бортового оружия и его мощью. Центральное расположение оружия, характерное для советских самолетов, обеспечивало почти на всех дистанциях боя большую кучность огня, чем при крыльевой установке, свойственной американским и английским самолетам. И это несмотря на то, что из-за необходимости синхронизации стрельбы через винт скорострельность оружия у советских самолетов снижалась. Чтобы увеличить кучность огня и его эффективность, англичане и американцы вынуждены были усиливать вооружение, что вело к увеличению не только веса самолета, но и момента инерции относительно продольной оси. Из-за этого замедлялась реакция самолета по крену на действия летчика. Нельзя не отметить, что несмотря на большой вес залпа по эффективности огня Р-51В и D, имевшие только пулеметное вооружение, уступали Ла-7, Як-3 и «Спитфайру», на которых стояли авиационные пушки.

Из сказанного выше следует, что каждый из сравниваемых истребителей имел свои достоинства, наиболее ярко проявлявшиеся в боевых действиях такого характера, на который они были рассчитаны. Можно также заключить, что во многом высокие летные данные Р-51В, D и «Спитфайров» достигались благодаря отличным характеристикам стоявших на них моторов Роллс-Ройс, «Мерлин» и «Гриффон».

Источники

  • "Самолетостроение в СССР (1917-1945)" /ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского/
<< | >>