ПОРШНЕВЫЕ ИСТРЕБИТЕЛИ С.А. ЛАВОЧКИНА С РЕАКТИВНЫМИ УСКОРИТЕЛЯМИ

Алексей ФОМИЧЕВ

Н емецкие и английские истребители с турбореактивными двигателями (ТРД) впервые появились на фронте в 1944 г. Более скоростные, чем поршневые машины, они обещали коренным образом изменить соотношение сил в воздухе. Другие воюющие страны, включая и СССР, существенно отставали в этой области. Разработанные в Советском Союзе самолеты-перехватчики «БИ» завода № 293 НКАП с жидкостным ракетным двигателем (1941 г.) и «302» НИИ-3 НКБ (1942 г.), спроектированный под установку ЖРД и прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД), из-за слишком малой продолжительности полета и эксплуатационных недостатков оказались непригодными для принятия на вооружение. Рассчитывать на появление в ближайшее время отечественных ТРД не приходилось, поэтому было решено основной упор сделать на установку ЖРД и ПВРД в качестве ускорителей на серийные поршневые самолеты. Согласно вышедшему 22 мая 1944 г.

Постановлению Государственного комитета обороны (ГОКО), к сентябрю предполагалось построить и предъявить на летные испытания модификации истребителей Як-9, Ла-5 и Су-6 2ТК-3 с дополнительными ЖРД РД-1, разработанными В. П. Глушко в ОКБ НКВД при заводе № 16. При работе ускорителей на самолетах Як-9 и Ла-5 время набора высоты 5000 м должно было уменьшиться до трех минут, а максимальная горизонтальная скорость полета - возрасти до 780 км/ч на отрезке времени до трех минут.

Построить двигатели вовремя завод № 16 оказался не в силах, и начало испытаний модифицированных самолетов переместилось на более поздний срок. Между тем А. С. Яковлев решил установить РД-1 не на Як-9, а на Як-3, и работу пришлось перепланировать.

С. А. Лавочкин поручил выполнение этого задания организованному в марте 1944 г. в Москве филиалу ОКБ (основное ОКБ оставалось пока в Горьком на заводе № 21), которым руководил С.М.Алексеев. Филиал назывался «Опытный завод № 81» и располагался на специально выделенной для него части серийного московского авиазавода № 381, выпускавшего в то время самолеты Ла-7. Переделка первого серийного Ла-7, получившего новый индекс Ла-7Р-1, была закончена к 21 октября 1944 г. На этом самолете и на последовавшим за ним Ла-7Р-2 произвели доработку хвостовой части фюзеляжа под размещение в ней РД-1, смонтировали сам двигатель и дополнительное, связанное с работой ЖРД оборудование. Место центрального бензобака занял банк с азотной кислотой, а в правой консоли крыла установили бак с керосином - обычным тракторным. Запас азотной кислоты составил 270 кг, керосина - 60 кг. Такого количества топлива было достаточно для работы РД-1 в течение 3, 5 - 3, 8 минут. Запас бензина сократился с 340 до 210 кг. Для подачи компонентов топлива в камеру сгорания РД-1 использовалась помпа, приводившаяся во вращение специальным валом, фрик-ционно соединенным с храповиком на задней крышке мотора АШ-82ФН. В магистралях кислоты и керосина обеспечивалось давление в 40-50 атм. (давление в камере сгорания двигателя - до 23 атмосфер). Управление ЖРД было полностью автоматизировано и сводилось лишь к использованию ручки сектора газа и пускового воздушного крана. Во избежание коррозии, к которой приводило даже небольшое количество кислотных паров, произвели тщательную изоляцию конструкции самолета. В кислотной системе были применены кислотостойкие материалы: алюминий - как чистый, так и некоторые из его сплавов, а также определенные сорта нержавеющей стали.

Заводские испытания Ла-7Р-1 начались 27 октября 1944 г. В первых числах ноября на нем совершили два полета для опробования винтомоторной группы (ВМГ) без включения ЖРД. При последующих наземных испытаниях РД-1 обнаружилось, что крутящий момент, создаваемый приводом от АШ-82ФН к насосному агрегату ЖРД, недостаточен. После устранения дефекта летные испытания продолжились. С целью отработки РД-1 на высотах 3000-3200 м произвели 6-8 зажиганий и 4 огневых запуска двигателя РД-1, причем два огневых запуска - до полной выработки компонентов топлива. Зажигание и огневой запуск проходили нормально. Но по мере выработки топлива, примерно через две с половиной минуты, возникла пульсация в выхлопе РД-1 и давление в камере сгорания колебалась до 8 атмосфер. Три полета были посвящены отработке повторных огневых запусков ЖРД. В первом из них двигатель отказал полностью; во втором - после первого запуска он проработал 15 секунд, а при повторном - отказал; в третьем - в двух пусках РД-1 проработал по 15 секунд, но при еще одной попытке запуска отказал. Установить причину отказов так и не удалось. В трех других полетах определялись максимальные горизонтальные скорости на высоте 3000 метров на номинальном режиме работы АШ-82ФН с неработающим и работающим ЖРД. В наиболее удачном третьем полете прирост скорости за счет работы РД-1 составил 85 км/ч. Программные заводские испытания завершились 24 февраля 1945 г., и самолет был поставлен на ремонт. Всего летчик-испытатель А. В. Давыдов произвел 15 полетов, в том числе пять - с включением РД-1. Общее количество огневых запусков ЖРД составило: пятьдесят семь - на земле и шесть - в воздухе.

Второй экземпляр Ла-7Р-2 построили на 81-ом заводе в основном из агрегатов Ла-7 пятьдесят первой серии. В отличие от Ла-7Р-1, являвшегося только летающей лабораторией, этот самолет обладал лучшей аэродинамикой. В 1945 г. Ла-7Р-2 вышел на летные испытания. С 26 января по 27 марта на нем произвели 19 полетов, 45 пусков ЖРД, в том числе шесть - в воздухе. В двух пусках РД-1 в полете были сняты площадки. 1 марта на высоте 2700 м двигатель проработал полторы минуты, после чего из-за пульсации в камере сгорания его пришлось выключить. Прирост скорости составил 80 км/ч по прибору, а 10 марта на высоте 2600 метров РД-1 прибавил около 95 км/ч. В целом двигатель работал плохо, в 15 запусках из 45 он отказывал, причем в шести случаях - по вине зажигания.

Вид установки РД-1 в хвосте Ла-7Р с коком и без него

Проходившие параллельно испытания Як-3 с РД-1 и Су-6 2ТК-3 с РД-1 выявили те же проблемы, что и на машинах Лавочкина, плюс недостатки самих самолетов (на «Яке» в феврале трижды протек маслорадиатор). Сказалось и отсутствие необходимого оборудования и материалов, порой самых обычных: свечей для Як-3 или кислоты для Су-6. Однако настоящие неприятности начались в конце марта. Во время программного полета 23 марта на высоте 5000 метров у Су-6 при включении РД-1 в камере сгорания произошел взрыв, и двигатель оторвался от самолета. Небольшие повреждения получили рули высоты. У Ла-7 в полете на высоте 6000 м дополнительный двигатель не включился, попытка повторного запуска на высоте 3000 м закончилось сильным взрывом в камере сгорания РД-1. Рули были сильно повреждены. Самолет потерял управляемость и сделал «бочку». Находясь в кабине, заполненной парами азотной кислоты, летчик-испытатель Г. М. Ши-янов с большим трудом смог посадить машину. Это случилось 27 марта, и до 14 апреля на Ла-7 проводили замену поврежденного оперения и камеры сгорания, устраняли мелкие дефекты, появившиеся в результате аварии. На самолете установили двигатель РД-1, имеющий специальные диафрагмы с отверстием диаметром до 20 мм для обеспечения давления от факела эфирно-воздушного зажигания на земле до 0,5 атмосфер. Однако попытки запустить его на высотах от 5000 до 6000 метров закончилась безрезультатно-. Из-за большого числа отказов РД-1, связанных с неполадками в зажигании, в ОКБ-СД завода № 16 разработали вариант двигателя РД-1ХЗ с химическим зажиганием взамен электрического. В качестве пусковых компонентов топлива использовались: горючее Б23-75 (раствор полупродукта синтетического каучука в бензине Б-70) и окислитель (азотная кислота). Установка РД-1X3 на Як-3 и Ла-7 началась 29 апреля, а 11 мая на Як-3 с включенным ЖРД на высоте 7800 м была достигнута скорость 782 км/ч. Впрочем, РД-1ХЗ оказался не надежней своего предшественника- аварии продолжались. Уже на следующий день, 12 мая, при наземных огневых испытаниях на Ла-7 разорвалась камера сгорания двигателя, и в полете взорвался РД-1ХЗ, установленный на Пе-2, выпускавшемся на заводе № 22. Через два дня на Як-3 в воздухе на пусковом режиме произошел взрыв двигателя по критическому сечению. Из четырех РД-1ХЗ, собранных и поставленных на летные испытания, три потерпели аварию. Четвертый, предназначенный для Су-6, получили только 11 мая, и теперь он монтировался на самолет. Последний из оставшихся РД-1ХЗ для переборки отправили в ОКБ-16.

Ла-7Р-2, 1945 г. После взрыва двигателя РД-1

1 - винт ВИШ-105В-4 (0 3,1 м), 2 - амбразура, 3 - плавающая шайба, 4 - мотор АШ-82ФН, 5 - всасывающий патрубок, 6 - моторама, 7 - расходный баллон системы пневмозарядной пушки, 8 - бортовой баллон сжатого воздуха, 9 - насосный агрегат РД-1, 10 - лафет, 11 - синхронные пушки УБ-20 (2 шт.), 12 - патронные ящики, 13 - аккумулятор 12А-30, 14 - гильзоотводы, 15 - маслобак, 16 - приборная доска, 17 - прицел ПБП-1А, 18 - рычаги газа, управления шагом винта, 19 - рычаг совка маслорадиатора, 20 - кислородный баллон (4 л), 21 - коробка зажигания, 22 - бортовой баллон сжатого воздуха (8 л), 23 - гидробачок, 24 - умфомер РУ-11А, 25 - передатчик РСИ-4, 26 - умфомер РУ-45А, 27-двухлучевая антенна приемо-передающей радиостанции, 28 - трубчатые тяги системы управления рулем высоты, 29 - тросовая проводка системы управления рулем направления, 30 - стабилизатор, 31 - весовой балансир руля направления, механизм триммера, 32 - механизм триммера, 33 - триммер руля направления, 34 - тяга управления триммером, 35 - хвостовой огонь, 36- реактивный двигатель РД-1, 37 - створки хвостового колеса, 38 - хвостовое колесо 300x125, 39 - амортстойки хвостового колеса, 40 - гидравлический подъемник хвостового колеса, 41 - гидравлический замок хвостового колеса, 42 - фильтр системы нейтрального газа, 43 - бачок-сборник системы нейтрального газа, 44 - зарядный штуцер бортовой системы сжатого воздуха, 45 - турбопроводы подачи топлива к РД-1, 46 - совок маслорадиатора, 47 - маслорадиатор, 48 - сидение пилота, 49 - ручка управления самолетом, 50 - центральный кислотный бак на 215 л кислоты (керосиновый бак в правой консоли, мягкие крайние бензобаки в центроплане), 51 - педали ножного управления, 52 - гидравлический подъемник шасси, 53 -амортстойки шасси, 54 - колесо шасси 650x200, 55 - откидные створки шасси, 56 - индивидуальные выхлопные патрубки, 57 - переднее кольцо капота, 58 - передние жалюзи капота

Лабораторные исследования показали, что причиной взрывов явились гидравлические удары в камере сгорания, возникавшие вследствие резкого повышения давления в «рубашках» камеры сгорания в момент открытия топливных клапанов. Гидравлический удар сбивал факел зажигания, происходило накапливание компонентов внутри камеры, зажигание которых приводило к взрыву. Три двигателя РД-1ХЗ новой модификации для самолетов Як-3, Ла-7 и Су-6 поступили из ОКБ-16 уже 14 июля 1945 г. Их оборудовали специальными пусковыми и сливными клапанами, ввели последовательное включение форсунок обоих компонентов топлива, существенно повышающее эффективность зажигательного факела и делающее запуск двигателя плавным, без удара.

На Ла-7Р-2 двигатель установили 25 июля. На этом самолете в период по 16 сентября 1945 г. было совершено 14 полетов. Из 49 пусков двигателя 8 произвели в воздухе, а 5 из них использовали для снятия площадок. За это время сменили четыре камеры двигателя и два насоса. РД-1ХЗ отказывал 23 раза, однако на долю зажигания пришлось только два отказа.

Несмотря на все трудности, испытания все же удалось довести до конца. На Ла-7Р была получена максимальная скорость полета 795 км/ч на высоте 6300 метров.

Ла-7Р-1 с ЖРДРД-1ХЗ (1944 г.)

Третьей машиной С. А. Лавочкина с РД-1 стала модификация опытного самолета «120» постройки завода №21 - «120Р». В связи с установкой ускорителя на самолете полностью заменили хвостовую часть фюзеляжа и вертикальное оперение, аккумулятор из района хвостового люка переместили на лафет, место центрального бензобака занял бак с азотной кислотой, маслобак с уменьшенным на 5 кг запасом масла убрали с лафета, где разместились керосиновый бак и воздушный баллон, и поставили на редуктор мотора. Самолет вместо двух пушек НС-23 теперь имел одну НС-23 и одну Б-20. Сам мотор АШ-83 передвинули на 70 мм вперед. Схема питания РД-1ХЗ на «120 Р» была такая же, как и на Ла-7Р-2, равно как и установка всасывающего патрубка и насосного агрегата. Самолет «120Р», имевший, по сравнению со своими предшественниками, лучшую аэродинамику, обещал дать наибольшую отдачу от установки ускорителя. Летные испытания машины «120Р» начались 2 июля 1945 г. Уже после первых двух полетов 12 июля и 25 сентября обнаружился чрезмерный перегрев масла из-за конструктивных дефектов маслосистемы, и самолет отправили в цех. Переезд ОКБ С. А. Лавочкина на территорию завода № 301 замедлил работу, и на летные испытания «120Р» вышел только 12 апреля 1946 г. Были устранены обнаруженные на нем дефекты и в правой консоли крыла установлен дополнительный бак с 70 кг бензина. Заправка маслом после переделки маслосистемы в теории возросла до 50 кг, хотя в реальности составила всего 35 кг - остальное выбрасывалось из суфлеров мотора. Министерство авиационной промышленности (МАП) очень долго, вплоть до 1 июля 1946 г., не присылало разрешения на проведение летных испытаний, и на самолете велись только регламентные работы по АШ-83 и РД-1ХЗ: производились кратковременные огневые пуски. ЖРД в двадцати одном пуске наработал 8 минут 20~ секунд. В его работе было зарегистрировано 7 отказов. Уже после первого вылета пришлось заменить камеру сгорания. К отладке новой камеры приступили 10 августа. Зажигание проходило нормально, но после перехода на работу возникали пульсация и треск, затем работа снова протекала нормально. Всего произвели 23 огневых пуска, из них пять - в воздухе. Камера наработала 11 минут 55 секунд, после чего в ней обнаружили трещины по форсуночному поясу и в критическом сечении сопла.

Двигатель РД-1ХЗ

Двигатель РД-1ХЗ на Ла-7Р

Ее снова заменили и 27 августа произвели огневой пуск со следующей камерой, в которой уже через два дня при втором пуске образовались трещины. 31 августа приступили к работе с четвертой по счету камерой - трещины возникли после третьего пуска. Наконец, 1 октября установили камеру из нержавеющей стали, которая во время четырех проб зажигания и трех огневых пусков общей продолжительностью в 50 минут работала стабильно. Всего за время летных испытаний самолет «120Р» совершил 16 полетов, из них семь - с включенными ЖРД. В четырех полетах производилась проверка запуска и работы РД-1ХЗ на высотах 3000, 2000, 800 и 70 метров. В 1946 г. в День авиации над аэродромом в Тушино пролетел «120Р» с работающим ЖРД, пилотируемый А. В. Давыдовым. Определение максимальной скорости самолета «120Р» с включенным РД-1ХЗ смогли произвести только в одном полете и на высоте 2150 м получили: без включения ЖРД - 622 км/ч, с включенным ЖРД - 725 км/ч, то есть прирост составил 103 км/ч. В полете 13 августа в капоте РД-1 произошло смешение азотной кислоты с горючей жидкостью и их воспламенение: обгорели 15-й шпангоут и обшивка руля направления. К тому моменту, когда приступили к отработке РД-1ХЗ с новой стальной камерой, установленный на «120Р» мотор АШ-83 № 83001 почти выработал свой ресурс. Дальнейшее развитие этого мотора не предполагалось, а планер самолета, эксплуатировавшийся в условиях воздействия азотной кислоты, стал разрушаться. Летные испытания по указанию С. А. Лавочкина прекратили. Всего за время наземных и летных испытаний РД-1ХЗ на самолете «120Р» испробовали 5 камер ЖРД и произвели 63 пуска ускорителей, из них пять - в воздухе. Общая наработка камер сгорания составила 28 минут 19 секунд. В ходе испытаний выяснилось, что эксплуатация самолета, оснащенного РД-1X3, трудна и требует создания специального наземного оборудования для заправки под давлением азотной кислоты и керосина.

Весной 1946 г. началась постройка следующего и последнего самолета ОКБ С. А. Лавочкина с ЖРД В. П. Глушко. Созданный на базе цельнометаллического самолета «130», он получил индекс «130Р». В 1946 г. должны были изготовить две такие машины. При проектировании и строительстве «130Р» предполагалось, что в случае успешного завершения испытаний этими ускорителями можно будет оборудовать серийные истребители Ла-9.

В отличие от самолета«130» на«13ОР» отсутствовали центральный и консольный бензобаки. Место центрального занял бак с азотной кислотой и насосный агрегат РД-1ХЗ, кислотную проводку от насосного агрегата к двигателю разместили внутри контура фюзеляжа в углублении в конструкции и закрыли крышкой. Керосиновый бак был установлен перед лафетом в передней части истребителя. В переднее крыло капота перенесли специально сконструированный маслорадиатор. Мотор АШ-83ФН, заменивший АШ-82ФН, с целью получения более передней центровки переместили вперед на 170,5 мм, что привело к удлинению моторам и изменению капота. В связи с установкой РД-1ХЗ изменили и форму хвостовой части. Площадь как вертикального так и горизонтального оперения увеличили, а обшивку рулей заменили на металлическую (дюраль-электрон). Утяжеление хвоста самолета потребовало усиления костыля. Из четырех пушек машины «130» на «130Р» оставили только две с общим боезапасом 180 патронов, расположенных по той же схеме, что и на истребителе «120».

Когда в цехах завода № 301 уже закончилась сборка агрегатов и планера самолета, тема была закрыта и все работы по этому самолету пришлось прекратить.

За два года довести двигатели РД-1 и РД-1ХЗ так и не удалось. Из-за неполадок в ЖРД весь комплекс летных данных самолета определен не был, а эксплуатация двигателей продолжала оставаться неприемлемо сложной. Азотная кислота оказывала вредное воздействие как на приборы, так и на обшивку рулей направления и глубины. Ее пары попадали даже в кабину пилота. Видимо поэтому в октябре 1946 г. было принято решение о прекращении работ по установке на самолетах жидкостных ускорителей системы В. П. Глуш-ко.Что касается установки на поршневые самолеты ЖРД, созданных в других КБ НКАП, то в начале 1945 г. нарком А. И. Шахурин обязал Бибикова, Л. С. Душкина и С. А. Лавочкина провести на Ла-7 испытания однокамерного ЖРД РД-2М-ЗВ конструкции Душкина: до 25 июля 1945 г. - наземные испытания по самолетной схеме, и до 15 августа самолет с двигателем передать на летные испытания. Однако дальнейшего развития эти указания не получили, вероятно, из-за недоведенности РД-2М-ЗВ, который прошел завершающие испытания только в 1947-1948 гг.

Испытания двигателя РД-1ХЗ на самолете «120 Р»