Марк Солонин - «На мирно спящих аэродромах…» Разгром 1941 года

Практически так «далеко» дело зашло не сразу, но уже во второй половине 30-х годов в серийное производство были запущены бомбардировщики с удельной нагрузкой 140–160 кг/кв. м, (немецкий «Дорнье-17», советский «ДБ-3», английский «Бленхейм», итальянский «Савойя-Маркетти-79»). И это, как показала практика, было только началом процесса неуклонного роста удельной нагрузки. Немецкий «Юнкере-88» и советский «Пе-2» уже в первых своих модификациях имели удельную нагрузку 190 кг/кв. м, а закончили мировую войну бомбардировщики (советский «Ту-2» и американский В-26) с удельной нагрузкой 230–250 кг/кв. м и максимальной скоростью полета, соответственно, 547 и 510 км/час.

Законы аэродинамики не знают таких слов, как «истребитель», «бомбардировщик», «штурмовик»… Самолет с «большим крылом» (малой удельной нагрузкой) обладает большим сопротивлением. Вот почему истребители (не «безнадежно устаревшие советские», а все истребители того периода) с удельной нагрузкой в 100–140 кг/кв. м потеряли способность догнать бомбардировщик. Правда, за счет значительно большей, нежели у бомбардировщика, тяговооруженности (сила тяги винтомоторной установки, поделенная на вес) лучшие истребители 30-х годов (советский «И-16», американский «Р-36», французский «MC-406», немецкий «Bf-109D») преодолевали аэродинамическое сопротивление «большого крыла» и разгонялись до скорости 460–500 км/час, в то время как максимальная скорость немецкого «Юнкерса» 88 А-1 не превышала отметку в 460 км/час. Но – небольшое (на 30–40 км/час) превосходство в скорости далеко не всегда позволяет догнать бомбардировщик противника (простейший расчет, который читатель может произвести самостоятельно, показывает, что при обнаружении вражеского бомбардировщика на дальности в 5 км «время догона» составит в этом случае 9 минут, а «дистанция догона» – 70 км).

Все это просто и понятно. Странно на первый взгляд другое – что же мешало конструкторам истребителей увеличить удельную нагрузку в той же мере, в какой это было сделано на бомбардировщиках? Это простой вопрос, но для ответа на него нам придется разобраться в том, как самолеты поворачиваются в воздухе.

Широко распространенное заблуждение состоит в том, что самолет поворачивается в воздухе при помощи хвоста, точнее – при помощи руля направления, расположенного на вертикальном оперении. Хвост для самолета есть вещь наиважнейшая (обеспечивает устойчивость вообще и поддержание необходимого угла атаки в частности), но развороту в горизонтальной плоскости он мало чем помогает. Самолет летает благодаря крылу и разворачивается при помощи все того же крыла.

Прежде всего, мы должны вспомнить два параграфа из школьного курса физики: движение по окружности (даже если оно происходит с постоянной линейной скоростью) является движением с ускорением (центростремительным), а любое движение с ускорением возможно только под воздействием силы. Ускорение прямо пропорционально силе (сие есть второй закон Ньютона), следовательно, если мы желаем двигаться с большим центростремительным ускорением (т. е. и лететь быстро, и разворачиваться круто), необходимо приложить большую силу. Где же ее взять? Тяга двигателя? Нет, это не самая большая сила, имеющаяся в нашем распоряжении на борту самолета. Даже у современных истребителей тяга двигателя составляет порядка 70–80 % от взлетного веса самолета. Самой большой силой является подъемная сила крыла, которая может быть и в пять, и десять раз больше веса самолета! А для того, чтобы подъемная сила «затащила» самолет в разворот, надо всего лишь накренить самолет в сторону предполагаемого разворота. (См. рис. 5)

Таким образом, разворот начинается с крена, причем весьма глубокого, после чего горизонтальная проекция подъемной силы (на рис. 5 она обозначена буквой N) начинает искривлять траекторию полета, и самолет начинает выполнять разворот (вираж). Для того чтобы разворот был крутым, т. е. происходил с малым радиусом и за минимальное время, подъемная сила, которую может развить крыло, должна быть как можно больше, и вот для этого-то удельная нагрузка на крыло истребителя должна быть как можно меньше (т. е. для хорошей маневренности нужно «большое крыло»).

Рис. 5

Рост подъемной силы немедленно вызывает увеличение аэродинамического сопротивления.

Причем (как мы уже отмечали выше) прирост сопротивления будет особенно большим тогда, когда для получения большой подъемной силы мы выходим на режим полета с максимальными углами атаки. (См. рис. 6)

Рис. 6

Чтобы избежать или хотя бы ослабить этот эффект, нужно еще на этапе проектирования дать самолету «большое» крыло (малую удельную нагрузку). И в любом случае для того, чтобы преодолеть возросшее сопротивление, потребуется перевести двигатель на режим максимальной тяги (максимальной мощности). В конце концов может наступить такой момент, при котором крыло еще способно увеличивать подъемную силу, но тяги двигателя уже не хватает для преодоления все возрастающего сопротивления. Вот почему для высокой маневренности нужно не только большое крыло, но и большая тяго (энерговооруженность

В цифрах это выглядит так. На предельно больших углах атаки сила аэродинамического сопротивления достигает примерно одной четвертой подъемной силы. Соответственно, если при этом крыло может развить подъемную силу, в шесть раз превышающую вес самолета (перегрузка 6 единиц), то для преодоления возросшего сопротивления потребуется двигатель с тягой, в полтора раза (!!!) превышающей вес самолета (тяговооруженность 1,5 единицы). Такая тяговооруженность при использовании поршневых двигателей внутреннего сгорания была абсолютно недостижима, поэтому ограничение маневренных возможностей самолета тягой двигателя (точнее говоря – тягой винтомоторной установки) было наиболее характерным для истребителей 30-х —40-х годов.

Типовым значением располагаемой перегрузки было в то время 2–3 единицы. В более понятных категориях – перегрузке в 2,9 единицы соответствует выполнение виража радиусом 300 м за 21 секунду при постоянной скорости полета 90 м/сек (324 км/час). Эти цифры выбраны не случайно, они фактически точно соответствуют параметрам самых массовых истребителей Второй мировой войны.

Новая эпоха, открывшаяся с появлением турбореактивного двигателя с форсажной камерой, сделала более распространенным случаем ограничение маневренности параметрами аэродинамики крыла. Огромная тяга реактивного двигателя позволяет преодолевать растущее аэродинамическое сопротивление, но и возможности роста подъемной силы крыла не безграничны. При углах атаки более 15–20 градусов прирост подъемной силы сначала замедляется, а затем происходит самое страшное из того, что заложено природой в аэродинамику самолета, – срыв потока. Воздушный поток отрывается от верхней поверхности крыла, и подъемная сила скачкообразно падает до нуля. Срыв потока по самой сути своей есть процесс неуправляемый и стихийный, он никогда не произойдет одновременно и равномерно на левом и правом крыле. Поэтому срыв приводит не просто к «просадке» самолета, а к беспорядочному крену и вращению. В самом худшем случае беспорядочное вращение превращается в «штопор», выйти из которого не удается вплоть до встречи с землей…