ПРЕДШЕСТВЕННИК СОВЕТСКИХ СВЕРХЗВУКОВЫХ ТРЕУГОЛОК

Константин КОСМИНКОВ

Об экспериментальном самолете Як-1000 до сих пор было известно немного: создан в 1951 г. и никогда не летал. А между тем, это был, бесспорно, один из самых необычных самолетов своего времени-уже один вид его вызывал ассоциации с фантастикой, и удивительно, что о нем до сих пор

ничего не рассказано. Историю экспериментального самолета Як-1000, непосредственно связанную с поисковыми работами ЦАГИ по крыльям для скоростных самолетов, удалось восстановить по немногочисленным и разрозненным документам, сохранившимся с тех времен, а также по воспоминаниям непосредственных участников событий.

Во второй половине 1945 г. в ЦАГИ начались обширные исследования по новым крыльям для реактивных самолетов. Вскоре в рамках института сформировались два как бы конкурировавшие друг с другом направления в этой области деятельности. Первое состояло в отработке стреловидных крыльев. Его возглавлял молодой тогда ученый, а ныне известный академик В. В. Стру-минский. Второе, альтернативное направление, заключалось в создании крыльев малогоудлинения. Такие крылья получили в ЦАГИ обобщенное название «ромбовидных», хотя их форма в плане существенно отличалась от ромба и была близка к треугольной. Комплекс работ по таким крыльям выполнялся под руководством ученого-аэродинами-ка П. П. Красильщикова.

На первых порахбесспорный приоритет в практическом использовании получили стреловидные крылья. Однако, по мере приближения скорости полета истребителей к скорости звука, все более привлекательными для ученых и конструкторов становились крылья малого удлинения. Их основное аэродинамическое преимущество заключалось в меньшем лобовом сопротивлении в области транс- и сверхзвуковых скоростей, чем у стреловидных крыльев. Лучшими были и характеристики продольной устойчивости при переходе через скорость звука и на больших углах атаки, а конструкции крыла получалась более жесткой и почти вдвое легче. По оценкам того времени, при равных площадях несущей поверхности вес конструкции истребителя с ромбовидным крылом получался на 7-10% меньше, чем со стреловидным. Правда, при всех своих достоинствах, крылья малого удлинения вызывали немало серьезных проблем. В частности, трудно было обеспечить приемлемые несущие характеристики на взлетно-посадочных режимах, осложнялись вопросы поперечной устойчивости и управляемости. Тем не менее, сторонники крыльев малого удлинения считали эти задачи разрешимыми и продолжали работы.

Экспериментальный самолет Як-1000 на аэродроме Летно-исследовательского института (ЛИИ) в подмосковном г. Жуковский в марте 1951 г.

Изготовленный в натуральную величину макет самолета Як-1000 в большой аэродинамической трубе ЦАГИ Т-101 (1951 г.).

Внешне макет отличался от самолета только отсутствием триммеров руля высоты и каналов для протока воздуха через фюзеляж.

Посадочная конфигурация: шасси выпущены, закрылки отклонены на максимальный угол

Полетная конфигурация: видно, что колесо основной стойки шасси прикрыто наружным обтекателем

Исследования аэродинамики без хвостового оперения

К концу 40-х годов аэродинамикам ЦАГИ удалось создать крылья малого удлинения,, подходящие для практического использования. С работами в этом направлении в первую очередь были ознакомлены конструкторы истребителей, поскольку в то время подобные крылья годились только для этого класса самолетов. Наибольшую заинтересованность в осуществлении новых идей проявил А. С. Яковлев, хотя до этого его конструкторское бюро очень осторожно относилось к аэродинамическим новшествам в компоновке реактивных истребителей. Но в данном случае Яковлева, видимо, убедили аргументы приверженцев новых крыльев, тем более, что за ними стоял авторитет ЦАГИ, существенно выросший в тот переломный момент в истории авиационной техники. И А. С. Яковлев решил попробовать.

По схеме, предложенной ЦАГИ, в конструкторском бюро Яковлева планировалось построить сверхзвуковой истребитель с новым турбореактивным двигателем ТР-5 (АЛ-5) конструкции А. М. Люльки. Расчетная максимальная скорость истребителя составляла небывалую для того времени величину и соответствовала примерно М=1,7. Понимая, что нерешенных и неясных проблем еще слишком много, чтобы сразу идти на создание боевой машины, Яковлев, по согласованию с ЦАГИ, в октябре

1950 г. распорядился спроектировать и построить небольшой экспериментальный самолет с двигателем РД-500 (лицензионное воспроизводство английского «Dervent-V»). Этот самолет получил название Як-1000 и представлял собой как бы макет будущего истребителя. Як-1000 предназначался для проверки в полете аэродинамической схемы и отработки взлетно-посадочных режимов.

Як-1000 был спроектирован и построен необычайно быстро. Уже в конце февраля 1951 г. самолет находился на летно-испы-тательной станции фирмы на аэродроме Л ИИ в Жуковском. К тому времени в большой аэродинамической трубе ЦАГИ Т-101 шли к завершению исследования полномасштабного макета самолета. Изучались в основном аэродинамические свойства на режимах взлета и посадки. Одновременно проводились испытания моделей самолета в сверхзвуковых аэродинамических трубах.

По расчетам специалистов максимальная скорость горизонтального полета Як-1000 на высоте должна была составлять 1100 км/ч, что примерно соответствовало скорости звука. Для такого двигателя, как РД-500, это удивительно высокий показатель. Для сравнения: скорость прямокрылого легкого истребителя Як-23 (1947 г.) с тем же РД-500 была почти на 200 км/ч меньше. Подобный приростскорости обуславливался принципиально иной аэродинамической компоновкой Як-1000.

Кроме аэродинамической схемы, Як-1000 имел еще несколько выделявших его особенностей.

Оригинальной была система управления самолетом. В то время как на всех скоростных истребителях тогда уже ставили гидравлические усилители(бустеры), Як-1000 не имел их вовсе. Ручка управления снабжалась электромеханизмом, меняющим длину шкворня, благодаря чему менялось и передаточное число от ручки к элеронам и рулям высоты. Этот механизм действовал либо автоматически при достижении определенной скорости, либо вручную по желанию летчика.

Шасси велосипедного типа, ставшего фирменной чертой истребителей «Як», начиная с Як-50 (1949 г.).

Ввиду плохих несущих свойств крыла малого удлинения потребовалась мощная механизация его задней кромки. Закрылки занимали почти весь размах. Свободного места для элеронов уже не оставалось и их разместили на задних концевых частях закрылков.

3 марта 1951 г. начались наземные испытания Як-1000. Летчик-испытатель Д. В. Зюзин отмечал, что на небольших скоростях самолет на рулении устойчив, прямую выдерживает легко, быстро набирает скорость. Но вскоре возникли неприятности. Когда самолет разбегался с выпущенными закрылками, то даже при слабом боковом ветре при достижении скорости 150 км/ч его начинало разворачивать из-за значительного усилия, возникавшего на одной из подкрыльевых стоек шасси, дававшей при этом большой разворачивающий момент. Эффективности элеронов на этой скорости еще не хватало, чтобы парировать момент крена и уменьшить давление на подкрыльную стойку, и самолет выкатывался со взлетной полосы. Усилия на стойку были таковы, что подкрыльное колесо не выдерживало даже одной скоростной рулежки. При разбеге с убранными закрылками аналогичная ситуация возникала на скорости 250 км/ч. Так неожиданно проявилась негодность принятой схемы шасси для самолета данной схемы. При наличии такого недостатка не могло быть и речи о полетах. Кроме того, у специалистов возникли серьезные опасения, что при посадке со скольжением (боковой ветер) в момент касания земли или при интенсивном торможении самолет может опрокинуться на спину.

После первых пробежек Як-1000, принесших столько проблем, конструкторы выработали ряд мероприятий по доработке самолета. В частности, планировалось вместо подкрыльевых колес установить рессоры, поместить в носовую чась самолета 100 кг груза, чтобы на разбеге переднее колесо лучше «держало полосу» и самолет не разворачивало ветром. Предлагалось также внести изменения в конструкцию оперения и хвостовой части фюзеляжа. Закончившиеся в марте 1951 г. испытания полноразмерного макета Як-1000 в аэродинамической трубе Т-101 выявили, что взлетная и посадочная скорости будут существенно больше, чем поначалу рассчитывали. Это потребовало дополнительной доработки шасси и до предела обострило и без того сложные проблемы взлета и посадки.

Сложности, возникшие при создании Як-1000, не исчерпывались только режимами взлета и посадки. Очень плохими были демпфирующие свойства крыла. Кроме того, самолет обладал крайне неблагоприятным соотношением моментов инерции относительно поперечной и продольной осей, что сильно затруднило бы пилотирование1. В совокупности все это могло привести в полете к раскачке самолета по крену и даже потере управляемости. Таким образом, вокруг Як-1000 возникло множество трудноразрешимых в то время новых проблем и первоначальный энтузиазм создателей самолета начал постепенно сменяться скепсисом. Сомнения относились не столько к Як-10ОО, сколько к самой идее самолета подобной схемы. Становилось все более очевидно-для истребителя данная аэро-динамическая компоновка не подходит. Тем не менее, работы по Як-1000 некоторое время еще продолжались.

Хвостовое оперение. Виден отклоненный щиток одного из двух воздушных тормозов

Исследование спектров обтекания

Модель Як-1000, предназначенная для испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе

В июне 1951 г. ЦАГИ представил КБ свои рекомендации по улучшению самолета. Чтобы избавиться от неуправляемых разворотов в процессе разбега и пробега, специалисты института предлагали вместо одного колеса главной стойки шасси поставить два с шириной колеи хотя бы 0,5-0,6 м (применить шасси обычного типа на готовой конструкции не представлялось возможным). Кроме того, были изложены предложения по улучшению устойчивости и снижению усилий на ручке управления, а также давались рекомендации летчику о том, какие режимы полета следует использовать в первом вылете как безопасные.

Получив предложения ЦАГИ, А. С. Яковлев, взвесив все «за» и «против», принял нелегкое решение отказаться от доводки самолета. Риск летных испытаний оказался неоправданно велик, а перспектива создания на базе Як-1000 полноценного истребителя в свете полученного опыта представлялась уже нереальной. В частной беседе с автором один из ведущих специалистов ЦАГИ в области механики и динамики полета, вспоминая эпопею, связанную с Як-10ОО, счел решение А. С. Яковлева единственно верным и высказал мнение о том, что даже если бы этот самолет и взлетел, то, в силу своих особенностей, скорее всего был бы разбит в первом же полете.

В некотором отношении Як-1000 опередил свое время. Это уже потом появились специальные устройства (так называемые демпферы колебаний), включение которых в систему управления обеспечивало безопасное пилотирование даже такого самолета как Як-1000. А тогда, в начале 50-х, наука оказалась еще не в состоянии решить все связанные с этой машиной задачи.

Казалось бы, идеи приверженцев «ромбовидных» крыльев малого удлинения оказались несостоятельными. Но в жизни все получилось иначе. Во-первых, подобные крылья нашли применение на некоторых типах ракет. Во-вторых, неудача с Як-10ОО явилась для ученых ЦАГИ толчком к дальнейшим поискам, переосмысливанию и пересмотру некоторых устоявшихся представлений в вопросах компоновки сверхзвуковых истребителей и выбора их основных параметров, что оказало большое влияние на дальнейший прогресс советской авиации. И, наконец, в-третьих, группа аэродинамиков ЦАГИ во главе с П. П. Красилыциковым расширила фронт исследований, перешла от «ромбовидных» крыльев с удлинением всего 1,5 к треугольным с большим удлинением (примерно, 2) и за два года отработала аэродинамику этих крыльев. Треугольные крылья нашли широкое применение в советской авиации. Достаточно вспомнить хотя бы такие самолеты, как МиГ-21 и Су-9. Но этому несомненному успеху предшествовал так и не взлетевший Як-1000, действительная роль которого в истории советской авиации оказалась гораздо большей, чем у многих летавших самолетов и чем может показаться на первый взгляд.

По схеме Як-1000 представлял собой средиеплан. Крыло очень тонкое, состояло из двух отдельных консолей, силовой каркас которых был образован тремя лонжеронами, пятью балками, параллельными лонжеронам, и десятью нервюрами. Носовая часть крыла изготавливались отдельно. Стреловидность крыла 60° по передней кромке. Оно было составлено из симметричных профилей ЦАГИ с относительной толщиной всего 3,4% в корне и 4,5% в средней части и на конце.

Форма горизонтального и вертикального оперения почти в точности повторяла форму крыле в плане.

Фюзеляж - цельнометаллический полумонокок с работающей обшивкой, представлял собой тело вращения с максимальным диаметром всего 1,2 м. Каркас фюзеляжа дюралевый, образован 30-ю шпангоутами, тремя силовыми балками и набором стрингеров. В хвостовой его части стояли воздушные тормоза. В фюзеляже размещались два керосиновых бака: передний емкостью 430 л и задний на 167 л.

Шасеи велосипедного типа, убирающееся, с масляно-воздушной амортизацией, состояло из главной, передней и двух подкрыльных стоек. Колеса главной и передней стоек - тормозные двухкамерные, с пневматиками высокого давления размером 570x140 мм. Переднее колесо было управляемым. Колесо основной стойки в убранном положении не помещалось полностью в фюзеляж и его выступавшая из обводов часть закрывалась обтекателем. Выпуск и уборка шасси, закрылков, воздушных тормозов и управление тормозами колес осуществлялись пневмосистемой.

Летчик находился в герметической кабине, оборудованной катапультируемым сиденьем. Фонарь обеспечивал очень хороший обзор всей верхней полусферы.

Двигатель: РД- 500 с максимальной тягой 1590 кг.

Размеры: длина самолета - 11,69 м, размах крыла - 4,52 м, площадь крыла - 14.0 м!.

Вес самолета на испытаниях - 2510 кг.