Проекты. Прототипы. Эксперименты
О феномене «двадцать первого» писалось во многих книгах и журналах. Название этого истребителя встречается в составе ВВС не менее двух десятков стран. Почему же так популярен самолет? Все ли мы знаем о нем сейчас? Попробуем глубже заглянуть в его историю. Может, она подскажет нам.
Второе поколение советских реактивных истребителей пришло на смену первому в начале 50-х годов. Были построены и подготовлены к летным испытаниям опытные самолеты И-350 (М), И-360 (СМ-2), Як-50, а позднее - Як-120 (будущий Як-25) и СМ-9 (в дальнейшем названный Миг-19). Максимальная скорость последнего превышала звуковую.
Вторгшись в область сверхзвуковых скоростей, конструкторы быстро поняли необходимость поиска новых аэродинамических форм самолета, его несущих поверхностей. Летом 1953-го вышло постановление Совета Министров СССР, по которому «истребительным» КБ предписывалось начать разработку новых типов самолетов, рассчитанных на большую сверхзвуковую скорость. Проектные работы начались практически одновременно в двух опытных конструкторских бюро, возглавляемых А.И.Микояном и П.О.Сухим (последнее только что восстановили после четырехлетнего закрытия).
Путь, выбранный конструкторами обоих ОКБ, был совершенно идентичен. Он основывался на результатах теоретических и практических исследований, проводимых специалистами ЦАГИ на малоразмерных моделях самолетов. Базовые проекты истребителей конструкторских бюро имели схожую конфигурацию. Длинный сигарообразный фюзеляж начинался с носового круглого воздухозаборника с центральным телом в виде конуса, под которым предполагалось расположить антенну радиолокационного прицела. Выбрали две оптимальные формы крыла - тонкое стреловидное и треугольное малого удлинения.
ОКБ А.И.Микояна начало проектировать истребитель Е-1 со стреловидным крылом под двигатель АМ-11 А.А.Микулина. Но так как разработчики двигателя явно не успевали укладываться в заданные сроки, «микояновцам» пришлось скорректировать свой проект под другой - АМ-9Б с тягой 3250 кг, предназначенный для МиГ-19. Истребитель по новому проекту получил шифр Е-2. Внешне он отличался от Е-1 наличием аэродинамических гребней под хвостовой частью фюзеляжа и разрезными предкрылками.
Практически в то же время конструкторы начали проектировать альтернативный вариант истребителя с треугольным крылом и двигателем AM-11 с тягой на максимальном режиме -3800 кг (на форсаже - 5100 кг). Самолет по проекту получил шифр Е-5. Однако по той же причине отставания по срокам разработки двигателя пришлось и этот проект переработать под АМ-9 с меньшей тягой - 3250 кг. Истребитель получил новое обозначение Е-4.
Все проектируемые «миги» имели стреловидное оперение с цельноповоротным стабилизатором и открывающийся впередвверх фонарь/который защищал летчика при катапультировании от потока воздуха на больших скоростях.
Конкурирующее ОКБ П.О.Сухого одновременно начало разработку четырех проектов сразу: двух фронтовых истребителей (С-1 со стреловидным крылом и С-3 - с треугольным) и двух перехватчиков (Т-1 со стреловидным крылом и Т-3 - с треугольным). Все были рассчитаны под установку одного мощного ТРД AJ1-7, разрабатываемого в ОКБ А. М. Люльки. Темы С-3 и Т-1 не стали доводить до конца и сконцентрировали силы на двухосновных проектах - Т-3 и С-1. «Суховские» машины так же, как и «микояновские», имели единую базовую конструкцию фюзеляжа и оперения и отличались только воздухозаборником и крылом. Они были тяжелее «мигов», но проектировались под более мощный двигатель.
К началу 1955-го закончили постройку Е-2. 14 февраля его впервые поднял в воздух летчик-испытатель ОКБ Г.К.Мосолов. Истребитель имел небольшой взлетный вес - 5334 кг. Масса пустого составляла 3687 кг. Вооружение по проекту - три пушки НР-30. Но на машине разместили только две, симметрично в нижней центральной части фюзеляжа. В перегрузку могли
устанавливаться два блока с неуправляемыми ракетами типа АРС-57 (по 8 снарядов в каждом). Двухлонжеронное крыло стреловидностью 55 град, по линии 1/4 хорд имело щелевые закрылки и автоматические предкрылки. Переднее лобовое стекло фонаря снабжалось электропротивообледенителем. Топливная система состояла из четырех фюзеляжных баков и одного подвесного под фюзеляжем. Е-2 имел хорошие летные данные - максимальную скорость 1920 км/ч и практический потолок 19 000 м.
Через четыре месяца 16 июня Седов поднял в воздух Е-4 с треугольным крылом. Результаты испытаний явно не могли удовлетворить создателей «мига»: максимальная скорость составляла всего 1296 км/ч, а практический потолок - 16 400 м. Во время снятия летно-тактических характеристик машина летала с двигателем РД-9Е - модификацией двигателя АМ-9Б.
Месяц спустя после первого полета Е-4 «суховцы» закончили постройку самолета С-1 со стреловидным крылом. Эта машина впервые в Советском Союзе достигла рубежа 2000 км/ ч, максимальная скорость в одном из полетов составила 2170 км/ч. Конструкторам ОКБ А.И.Микояна нужно было срочно дорабатывать свои истребители.
Следует заметить, что совершенствование самолетов Е-2 и Е-4 началось еще до завершения постройки опытных машин. В
1955г. в очень короткий срок был спроектирован и построен легкий фронтовой истребитель Е-2А, выполненный на базе самолета Е-5 и отличавшийся от него только стреловидным крылом. На машине наконец был установлен двигатель РД-11 (новое обозначение AM-11). Вооружение осталось прежним -две пушки НР-30 в нижней части фюзеляжа. Суммарный запас топлива в четырех фюзеляжных баках составлял 1890 л, в подвесном - 400 л. На истребителе установили прицел АСП-5Н, сопряженный с радиодальномером СРД-1. Комплект оборудования был стандартным для этой серии легких фронтовых истребителей марки «Е» - радиостанция РСИУ-4, ответчик «Барий-М», автоматический радиокомпас АРК-5, маркерный радиоприемник МРП-48П и система предупреждения об облучении «Сирена-2».
Машина, пилотируемая Г.А.Седовым, взлетела 17 февраля 1956г., то есть год спустя после полета первого прототипа. Из-за возросшей массы силовой установки самолет оказался почти на тонну тяжелее Е-2. Взлетный вес составлял 6250 кг, а масса пустого самолета - 4340 кг. Это и явилось основной причиной того, что скорость не возросла и даже несколько упала - до 1900 км/ч. Потолок также снизился до 18 000 м. Тем не менее результаты испытаний по тем временам оказались впечатляющими. Решили испытания продолжать и одновременно готовить истребитель к серийному производству под маркой МиГ-23. Так впервые в 1956 г. появилось это обозначение, впоследствии присвоенное совершенно другому самолету.
В 1955-м в процессе испытаний продолжалась доработка Е-4. Вместо одного большого подкрыльевого гребня установили по три небольших на верхней поверхности крыла, законцовки которого срезали. Двигатель РД-9Е заменили на РД-9И. Эту машину Г.А.Седов поднял в воздух 5 сентября 1956-го. Днем раньше он же испытал второй опытный экземпляр Е-2А.
Еще в процессе испытаний Е-4 в 1955 г. была заложена постройка еще одной машины. Она считалась вторым экземпляром Е-4, но делали ее на базе проекта Е-5. Сразу установили доработанное крыло стреловидностью 57 град, по передней кромке с небольшими гребнями на верхней поверхности, но без срыва на конце.
Е-5 с двигателем АМ-11 совершил первый полет 9 января 1956 г., пилотируемый летчиком-испытателем ОКБ В. А. Нефедовым. Позже он трагически погиб одним из тех, кто дал путевку в жизнь истребителю МиГ-21.
Испытания выявили хорошие летные качества машины. Впервые истребитель с треугольным крылом достиг скорости 1970 км/ч. Практический потолок составлял 17 650 м,а вертикальная скорость оказалась значительно выше, чем у Е-2 со стреловидным крылом. Е-5 набирал высоту 5000 м за 1,6 мин. Самолет имел очень небольшой для реактивного истребителя взлетный вес - всего 4443 кг. И уже на этапе летных испытаний машине присвоили официальное наименование МиГ-21. Конструкторы, испытатели и военные не сомневались, что этот тип удастся довести до серии. Однако оптимизм оказался преждевременным. От серийного конвейера машину отделял долгий трехлетний путь доработок, доводок и испытаний.
Тем временем у конструкторов ОКБ П. О. Сухого все шло довольно гладко. 26 мая 1956 г. летчик-испытатель фирмы В. С. Махалин поднял в воздух первый «суховский» самолет с треугольным крылом Т-3. Перехватчик с форсированным двигателем АЛ-7Ф на испытаниях показал отличные результаты: максимальная скорость составляла 2100 км/ч, практический потолок - 18 000 м, а высоту 10 000 м самолет набирал за 2,3 мин. Машина в отличие от фронтовых истребителей ОКБ А. И. Микояна была рассчитана не только на пушечное, но и ракетное вооружение, управляемое бортовой РЛС.
Конечно, нельзя сравнивать между собой самолеты различного назначения, такие, например, как легкий фронтовой истребитель Е-5 и перехватчик Т-3. В ОКБ А. И. Микояна также создавались перехватчики. Интересно другое. Самолеты Е-2, Е-5, С-1 и Т-3 разрабатывались по одному и тому же постановлению 1953 г. Именно в это время началось «соревнование» аэродинамики различных в плане форм крыла - треугольного и стреловидного. Исследования проводились и раньше, но в основном на моделях. Построенные самолеты со стреловидным крылом не одолевали большие сверхзвуковые скорости. Испытания опытных машин, начатые в 1955-1956 гг., дали новый толчок развитию советского самолетостроения и истребительной авиации.
Разработка и испытания самолетов серии «Е» подтвердили возможность создания боевых машин со скоростью 2000 км/ч и более. Однако заманчивой оказалась идея хотя бы кратковременного превышения максимальной скорости во время атаки цели. Достичь этого можно было применением комбинированной силовой установки, состоящей из маршевого турбореактивного двигателя и ракетного ускорителя.
Проектирование одноместного сверхзвукового истребителя Е-50 началось в 1954 году и проводилось параллельно с работами над Е-2, Е-4 и Е-5. Внешне самолет мало чем отличался от Е-2. Крыло имело стреловидность 55 град, и было снабжено аэродинамическими гребнями, предкрылки отсутствовали. Фонарь, горизонтальное и вертикальное оперение - по типу Е-2. В качестве основного двигателя применили РД-9Е, а в качестве ракетного ускорителя - жидкостный реактивный двигатель С-155 конструкции Л. С. Душкина.
ЖРД расположили над основным двигателем в основании киля, его сопло находилось под рулем поворота. Топливная система состояла из трех баков с керосином для ТРД и трех групп баков для ЖРД. Каждая группа баков питания ракетного ускорителя включала емкости для горючего, кислоты и перекиси водорода.
Специально сконструированная воздушная система обеспечивала управление запуском ЖРД, подачу горючего и кислителя. На самолете применили кислотостойкие материалы, грунтовку и краску. Вооружение Е-50 - две пушки НР-30. Основное оборудование состояло из радиодальномера «Град», аппаратуры опознавания «Барий-М», радиостанции РСИУ-ЗМ, автоматического радиокомпаса АРК-5 и маркерного радиоприемника МРП-48П.
В конце 1955-го закончили постройку первого опытного экземпляра истребителя Е-50-1, а 9 января 1956-го летчик-испытатель ЛИИ В. Г. Мухин совершил на нем первый вылет. С этого дня начались заводские испытания самолета, которые проводились по 14 июля, однако за эти полгода было совершено всего 18 полетов. Первый полет с включенным ЖРД состоялся лишь 8 июня. Включенный Мухиным на высоте 9000 м ускоритель работал 11 секунд. Испытания прервались из-за аварии - в одном из полетов остановился основной двигатель, и летчику пришлось приземлиться вне аэродрома. При посадке самолет разрушился.
Второй опытный экземпляр Е-50-2 испытывал В. П. Васин. 17 июня 1957 года при включенном ЖРД была достигнута высота 25 600 м. В этом полете обнаружились дефекты скафандра пилота. На этой же машине Васину удалось достичь скорости 2460 км/ч с включенным ЖРД. Он же осуществил взлет с ЖРД на старте.
Первый опытный самолет был без вооружения и частично -без оборудования. Вторую опытную машину укомплектовали полностью. Именно на ней и проводились основные испытания. Полетный вес истребителя с комбинированной силовой установкой возрос до 8500 кг. В связи с необходимостью размещения топлива и окислителя для ракетного ускорителя пришлось сократить запас горючего для основного двигателя. Поэтому дальность полета Е-50 составляла всего 450 км. Высоту 10 000 м истребитель набирал за 6,7 минуты, а 20 000 м - за 9,4 минуты.
Был построен и третий экземпляр самолета Е-50-3, который имел некоторые конструктивные отличия от первых двух. Фюзеляж удлинили почти на 0,4 м, а общая длина истребителя увеличилась более, чем на 1,2 м. В конце испытаний на самолете летал летчик НИИ ВВС Н. А. Коровин. В одном из полетов произошел взрыв, в результате которого разрушилась хвостовая часть. При катапультировании пилот погиб.
Полученные высотные и скоростные характеристики были, безусловно, выдающимися для отечественной авиационной техники. Но конструкторы продолжали совершенствовать машину. Аварии двух опытных самолетов заставили переделать конструкцию истребителя с целью увеличения надежности, хотя проектирование усовершенствованного варианта Е-50А началось еще в 1956 году и производилось на базе самолета Е-2А. Силовую установку Е-2А, состоящую из ТРД РД-11, сохранили, добавив ЖРД С-155. Фюзеляж также целиком взяли с этой модели, но киль заменили на киль Е-50, в котором располагались ракетный ускоритель и бак для перекиси водорода. Кроме того, установили удлиненный эжектор обдува двигательного отсека. Крыло, горизонтальное оперение, фонарь и шасси взяли без изменений с Е-2А. Топливную систему питания основного двигателя уменьшили с семи до пяти баков, а систему питания и управления ЖРД в отличие от Е-50 расположили в обтекателе под фюзеляжем, сократив при этом количество баков с горючим.
Е-50А строился (и планировалось даже выпустить опытную партию таких машин) на авиазаводе в Горьком, на котором под обозначением МиГ-23 построили несколько самолетов Е-2А (изделие «63»). СерийныйЕ-50А планировалось назвать МиГ-23У (индекс «У» - от слова «ускоритель»). К сожалению, достоверной информации о том, были ли выпущены эти самолеты, не имеется.
К концу 50-х годов конструкторы поняли, что применение комбинированных силовых установок не лучший способ решения проблем повышения скорости и высоты полета. Аналогичные испытания проводились в других истребительных ОКБ. Неудачей закончились полеты на высотном Як-27В, да и тему Т-43 (перехватчик Су-9) в первоначальном варианте с дополнительным ЖРД вскоре после начала разработки перенацелили на вариант самолета с обычным ТРД. Впрочем, самый богатый опыт строительства и испытаний истребителей с комбинированной силовой установкой имело само ОКБ А. И. Микояна. В периоде 1957-го по 1959 год проходили испытания самолетов СМ-50, СМ-51, СМ-52 и СМ-12ПМУ, построенных на базе МиГ-19. Ни один из них не был внедрен в серийное производство, хотя небольшое число СМ-51 (МиГ-19ПУ), представлявших собой перехватчик МиГ-19П с ракетным ускорителем под фюопляжем, все же построили.
Опытными Е-50 закончились испытания вариантов легкого сверхзвукового фронтового истребителя со стреловидным крылом. С 1958 года все усилия ОКБ были направлены на совершенствование модели с треугольным крылом.
К концу 1957 года основные летные испытания фронтового истребителя Е-5, которому было уже присвоено официальное название МиГ-21, завершились. К этому времени работы над аналогичным самолетом со стреловидным крылом Е-2А прекратили, построенные экземпляры в основном использовались в качестве летающих лабораторий. Однако Е-5 (МиГ-21) не сразу же запустили в серийное производство. Был построен форсированный вариант двигателя АМ-11. Так называемое изделие «37Ф». Он развивал максимальную тягу-в 3880 кг, а на форсаже - 5740 кг. Его и решили установить на МиГ-21, для чего разработали улучшенную модель самолета - Е-6 (МиГ-21Ф). Модифицированный истребитель отличался не только силовой установкой с новым двигателем Р-11Ф-300 (37Ф), но и улучшенной аэродинамикой носовой части фюжеляжа, в которой установили новый передний кок с тонкой губой и двухскачковым конусом. При увеличении скорости самолета ток воздуха, поступающего в двигатель, регулировался движением вперед конуса не плавно, как на Е-5, а двумя скачками - для скоростей 1,4-1,5М и 1,9М. Кроме того, несколько опустили вниз горизонтальное оперение, установили новое серийное оборудование, доработали крыло под держатели реактивных снарядов.
Первый опытный модифицированный истребитель Е6-1 поступил на заводские испытания в мае 1958 года. Первый вылет с аэродрома ЛИИ совершил 20 мая летчик-испытатель В. /• Нефедов. Во время седьмого полета на высоте 18 ООО м остановился двигатель. При снижении Нефедов попытался его запустить, но безуспешно.
С земли поступила команда катапультироваться, однако пилот продолжал попытки запустить силовую установку вплоть до момента приближения к своему аэродрому. Авария закончилась трагически: самолет при посадке перевернулся, загорелся. Тяжело раненный Нефедов через несколько часов скончался.
Смерть пилота, совсем недавно начавшего карьеру летчика-испытателя и уже успевшего себя хорошо зарекомендовать, потрясла многих. Нефедов стал первым из небольшого числа пилотов, погибших на МиГ-21 за всю многолетнюю историю этого истребителя. Как потом выяснилось, при посадке отказала гидравлическая система управления, а электрическая сработала несвоевременно. По предложению Р. А. Белякова, работавшего тогда одним из заместителей А. И. Микояна, на второй опытной машине Е6-2 гидравлическая система управления была дублирована, а электрическая - исключена.
В мае 1958 года полностью завершили испытания самолета Е-5. На этой машине в основном исследовали аэродинамику истребителя с треугольным крылом до скорости М=1,85 и высоты 18 000 м. Несколько ранее на Е-4 были проведены испытания на штопор и исследования аэродинамики до скорости М= 1,45. В общей сложности на Е-5 провели 98 испытательных полетов, а на Е-4 - более 100. Для сравнения отметим, что на всех построенных экземплярах со стреловидным крылом Е-2 и Е-2А выполнили 250 полетов.
Второй опытный истребитель Е6-2 поступил на заводские испытания в сентябре 1958 года. 15 сентября он совершил первый полет. Вместо погибшего Нефедова ведущим летчиком-испытателем по этой машине был назначен К. К. Коккина-ки. После 15 полетов в ЛИИ в ноябре машину перебазировали на юг. в Красноводск. Там летные испытания продолжили. Всего по программе заводских испытаний совершено 46 полетов, причем за это время заменили три двигателя.
Третий опытный экземпляр самолета МиГ-21 Ф - Е6-2 прибыл в Красноводск в декабре. На этой машине проводили испытания вооружения. Всего за время проведения заводских испытаний Е-6 выполнили на них 61 полет и определили основные характеристики истребителя МиГ-21 Ф. Максимальная скорость на высоте 15 300 м составляла 2100 км/ч (М=1,97). В отчете по испытаниям отмечалась возможность установленного ограничения по М (2,05). На разгон от М= 1,24 до М=1,97. уходило 160 секунд. Максимальный потолок достигал 20 700 м, истребитель набирал его на форсированном режиме за 505 секунд. Статический потолок на максимальном режиме работы двигателя составлял 14 500 м. Дальность полета с подвесным баком - 1800 км. Вооружение состояло из двух пушек НР-30 с боезапасом по 30 снарядов на ствол, а также подвешиваемых под крылом блоков УБ-16-57У с неуправляемыми ракетами С-5м (АРС-57М) класса «воздух-воздух» или С-5к (КАРС-57) класса «воздух-земля». На этих же крыльевых держателях вместо блоков НУР могли подвешиваться пусковые устройства под крупнокалиберные снаряды АРС-240, а также бомбодержатели для двух бомб калибра от 50 до 500 кг или двух баков с зажигательной смесью.
Аварийное покидание истребителя обеспечивалось системой катапультирования СК. При этом летчик защищался от набегающего потока воздуха фонарем. Е-6 имел хорошую устойчивость и управляемость. К. К. Коккинаки отмечал, что МиГ-21Ф вполне доступен летчикам строевых частей. Не дожидаясь решения государственной комиссии, московский «Знамя Труда» и горьковский авиазаводы приступили к подготовке серийного производства этого истребителя.