Создание тяжелых многомоторных цельнометаллических свободнонесущих самолетов-монопланов большей грузоподъемности – выдающееся достиж

Глава 1. Создание опытно-конструкторского авиационного бюро                               А. Н. Туполевым

Созданное в начале двадцатых  годов Андреем Николаевичем Туполевым  старейшее в России опытно-конструкторское  авиационное бюро с момента своего зарождения и по настоящее время  в процессе создания своих самолетов  постоянно ориентировалось и  ориентируется на самые современные  достижения в области авиационной  науки и техники. Тому подтверждение - десятки типов опытных и серийных летательных аппаратов, поднявшихся  в небо России в XX веке, а также  сотни оригинальных, часто не имевших  аналогов в практике отечественного и мирового самолетостроения проектов, во многом предвосхитивших многие основные направления развития авиационной  техники как у нас в стране, так и за рубежом.

С первых дней образования  КБ А.Н.Туполев и его коллеги  настойчиво занимались поиском перспективных  путей развития отечественного самолетостроения. Этот поиск охватывал широкий  диапазон теоретических и экспериментальных  работ в области изучения и  выбора аэродинамических, конструктивно-компоновочных  схем будущих самолетов, применяемых  материалов и технологий производства.

Наиболее важными результатами этих работ, определившими на многие годы успешное развитие многих проектов КБ, стала ставка на освоение и практическое применение в нашей стране технологий цельнометаллического самолетостроения, а также переход, на основе этих технологий, к схеме многомоторного свободнонесущего моноплана, вскоре ставшими визитными  карточками туполевской фирмы и во многом подтолкнувшими весь остальной авиационный мир к принятию основных туполевских концепций в области конструирования самолетов.

Появление в начале 20-х  годов отечественных легких алюминиевых  сплавов в определенной степени  решало многие вопросы создания будущих  тяжелых цельнометаллических воздушных  кораблей. Но чтобы не дискредитировать идею цельнометаллического самолетостроения, А.Н.Туполев разумно выбрал поэтапный  эволюционный подход к проектированию: от освоения разработчиками, в производстве, в серии и в эксплуатации сравнительно небольших цельнометаллических  самолетов как монопланной, так  и бипланной схем, с последующим революционным переходом к свободнонесущим тяжелым многомоторным монопланам. Кроме того, прежде чем попасть на летательные аппараты, новые материалы проходили проверку в узлах конструкций аэросаней и легких судов, проектированием и постройкой которых в те годы также занималось КБ.

Глава 2. Бипланновая схема цельнометаллических самолетов

Первенцем КБ стал легкий моноплан - самолет АНТ-1, конструкция которого была смешанной, а алюминиевые сплавы в ней использовались весьма ограниченно. Несмотря на это, опыт разработки и  испытаний этого первенца КБ позволил накопить первоначальные знания для  последующих работ. Следующим логическим шагом в освоении новых технологий стало проектирование АНТ-2 — первого  отечественного цельнометаллического самолета. АНТ-2 выполнялся по схеме  одномоторного моноплана с высокорасположенным  крылом. Самолет оказался достаточно удачным. Успешно летал опытный  самолет, предназначавшийся для  перевозки 2-3 пассажиров, разворачивалась  серия, шли работы над несколькими  вариантами модификаций базовой  конструкции. На АНТ-2 были опробованы многие элементы конструктивной схемы, которые стали базовыми для последующих  туполевских машин. Цельнометаллическое самолетостроение в России заявило о себе в полный голос.

Ход работ по АНТ-2 был  оценен положительно. ВВС РККА заказывают КБ полноценный многоцелевой боевой самолет. В короткие сроки, на основе опыта работ по АНТ-2, создается  первый серийный боевой самолет КБ - самолет-разведчик АНТ-3 (Р-3), который  строился достаточно большой серией (более 100 машин) в нескольких модификациях и почти десятилетие эффективно эксплуатировался в ВВС и ГВФ. При сохранении многих конструктивных и компоновочных решений АНТ-2, АНТ-3 строился, исходя из тактических  взглядов на подобный самолет в ВВС  РККА, по бипланной схеме. Велись опытные работы по дальнейшему развитию этого типа (самолет АНТ-10, Р-7). АНТ-10 прошел успешно испытания, но ВВС в то время выбрали для массовой постройки более дешевый поликарповский биплан Р-5 смешанной конструкции.

В середине 20-х годов ВВС  РККА потребовался новый маневренный  истребитель, способный соперничать  с лучшими зарубежными машинами (в частности с новейшими британскими  и французскими истребителями-бипланами). Вскоре КБ передает на испытания цельнометаллический  одномоторный истребитель биплан АНТ-5 (И-4). Как и в случае с АНТ-3, выбор  бипланной схемы обуславливался тактическими приоритетами того времени.

И-4 успешно проходит испытания, строится серийно в нескольких сотнях экземплярах (что для конца двадцатых  годов для цельнометаллической  машины было весьма большой серией) и до второй половины 30-х годов  состоит на вооружении ВВС Красной  Армии.

По бипланной схеме в тот период в КБ проектировались также опытный истребитель-перехватчик АНТ-13 (И-8), по этой же схеме прорабатывались проекты цельнометаллических самолетов: одноместного маневренного истребителя АНТ-12 (И-5), двухместного одномоторного истребителя АНТ-15 (ДИ-3) и бронированного двухмоторного штурмовика АНТ-17 (ТШ-Б). Эти проекты стали последними в ряду туполевских бипланов. Больше КБ к этой схеме в своей практике не возвращалось.

Глава 3. Создание тяжелых многомоторных цельнометаллических свободнонесущих самолетов-монопланов

Выдающимся достижением  отечественного самолетостроения во второй половине 20-х - 30-х годов стало создание семейства тяжелых многомоторных цельнометаллических свободнонесущих самолетов-монопланов, определивших на многие годы дальнейшее развитие тяжеломоторной авиации как у нас в стране, так и за ее рубежами.

Успех проектирования АНТ-2 позволил накопить необходимую информацию для проектирования крупного двухмоторного  самолета монопланной схемы. И когда  появился заказ на самолет сравнительно большой грузоподъемности, А.Н.Туполев  смело пошел на применение схемы  многомоторного свободнонесущего цельнометаллического моноплана.

Первым в ряду многомоторных  туполевских монопланов стал тяжелый бомбардировщик АНТ-4 (ТБ-1), ставший по своим конструктивным и компоновочным решениям основой для всех последующих туполевских тяжелых машин и самолетов-гигантов. Появившийся в 1925 году как единичная машина специального назначения, он вскоре был по достоинству оценен военными, и запущен в серию и принят на вооружение, став первоначальной основой формирования советских тяжелобомбардировочных соединений ВВС РККА (будущих частей тяжелобомбардировочной и Дальней авиации СССР и России). В 1929 году экипаж С.А.Шестакова на «дублере» АНТ-4 «Страна Советов» совершил перелет в США. Появление этого тяжелого самолета-моноплана вызвало в США сенсацию. После этого перелета и знакомства с АНТ-4, в США для тяжелых самолетов была безраздельно принята схема моноплана.

Авиационная промышленность СССР дала ВВС более 200 ТБ-1, которые  выпускались как в сухопутном, так и в морском - поплавковом  вариантах. «Демилитаризованные» ТБ-1, под обозначением Г-1, долгие годы летали в ГВФ. В ВВС самолет использовался также как военно-транспортный, на нем отрабатывались новейшие системы десантирования. ТБ-1 прошли в различных своих ипостасях все войны, которые велись в 30-е годы. Как транспортный он активно использовался в Великой Отечественной войне. Существовал проект модификации ТБ-1 в комфортабельный пассажирский самолет (АНТ-19).

Дальнейшим логическим развитием  схемы тяжелого грузоподъемного  и сравнительно тихоходного самолета-моноплана, успешно реализованной в АНТ-4, стал четырехмоторный бомбардировщик АНТ-6 (ТБ-3). По сравнению с АНТ-4 его  нормальная взлетная масса возросла более чем в два раза, соответственно значительно возросли геометрические размеры самолета, при менее значительном увеличении удельной нагрузки на крыло  и практически неизменных удельных нагрузках на суммарную мощность силовой установки.

Самолет начали проектировать  еще в середине 20-х годов, но поднять  в воздух, по ряду причин, опытный  экземпляр удалось лишь в 1930 году, с 1932 года развернулось производство в  серии этих машин. Соединения ВВС  на ТБ-3 к середине 30-х годов достигли оперативной готовности и представляли серьезную угрозу потенциальным  противникам СССР как на Западе, так и на Востоке. Самолет строился в серии почти десятилетие, постоянно модернизируясь, долгие годы оставаясь одной из основ нашей дальнебомбардировочной авиации.

Всего было выпущено более 800 ТБ-3, которым пришлось, как и ТБ-1, поучаствовать в различных военных  конфликтах, а в Великой Отечественной  войне - в качестве бомбардировщика и транспортного самолета. Последние ТБ-3 эксплуатировались в ВВС даже в 1945 году. На машинах этого типа выполнялись дальние перелеты, на них осуществлялись трансарктические перелеты и высадка полярной экспедиции на Северный полюс. ТБ-3 стал первым самолетом в мире приспособленным для выполнения стратегических операций на различных театрах военных действий.

Дальнейшим развитием  линии ТБ-1 - ТБ-3 в сторону увеличения ассогабаритных параметров и суммарной мощности силовой установки стал опытный шестимоторный бомбардировщик АНТ-16(ТБ-4). Проект развития не получил, но стал отправной точкой для создания восьмимоторного самолета-гиганта АНТ-20 «Максим Горький». АНТ-20 проектировался и строился как агитационный и пассажирский самолет большой пассажировместимости, с возможностью создания военной модификации. В его конструкции и оборудовании были предусмотрены самые передовые технические решения, определявшие лицо этого уникального самолета. Полноценное серийное роизводство этой машины развернуто не было, все ограничилось двумя построенными самолетами. В историю мировой авиации АНТ-20 на долгие годы вошел как самый крупный сухопутный самолет, как триумф отечественного самолетостроения и как один из неоспоримых успехов туполевского КБ. Не получили дальнейшего практического развития проекты самолетов еще больших масс и габаритов — развитие генеральной линии (ТБ-1 - ТБ-3 ТБ-4 - АНТ-20) - проект АНТ-26 (ТБ-6) и его пассажирский вариант АНТ-28. Работы над последними «гигантами» проводились в начале - середине 30-х годов, когда эра малоскоростных бомбовозов заканчивалась. Отечественная авиация, в том числе и тяжелая, вступала в эпоху скоростной авиации.

КБ А.Н.Туполева, успешно  работая над основной линией развития своих самолетов-гигантов, в конце 20-х годов подготовило уменьшенный  вариант ТБ-1 — многоцелевой самолет  АНТ-7 (Р-6), который при той же силовой  установке имел значительно меньшие  массы и габариты. В результате удалось получить самолет, скоростные данные которого были значительно выше, чем у исходного ТБ-1. Машина была принята военными, строилась в серии в больших количествах (выпущено более 400 самолетов в нескольких модификациях), Как и «прародитель» ТБ-1, Р-6 долгие годы служил в ВВС и ГВФ, в том числе и в морских - поплавковых вариантах.

Глава 4. Освоение скоростной авиации

С начала 30-х годов КБ А.Н.Туполева, опираясь на предыдущий опыт создания широкой гаммы цельнометаллических  самолетов, приступило к практическому  освоению и внедрению в свои конструкции  основных элементов скоростной авиации, к которым, прежде всего, относились: значительное увеличение удельных нагрузок на крыло, увеличение удельных показателей  силовых установок, значительное улучшение  общей и местной аэродинамики. В практическом плане это выражалось во внедрении убирающегося шасси, гладкой обшивки, закрытых кабин экипажа, значительного уменьшения площади крыла при тех же мощностях двигателей и т.д. Работы в области скоростной авиации шли в достаточно широком диапазоне и охватывали проектирование истребителей, многоцелевых самолетов, фронтовых и дальних бомбардировщиков.

Одним из первых в ряду скоростных машин был истребитель АНТ -31 (И-14), ставший первым в СССР самолетом подобного класса. На И-14 была превышена скорость в 400 км/ч, машина имела гладкую обшивку и убирающееся шасси. После достаточно долгих испытаний и доводок выпустили небольшую серию И-14, которые поступили на вооружение ВВС. Туполевское КБ было одним из первых, которое начало ставить на свои самолеты динамо-реактивные безоткатные авиационные пушки, именно они должны были составлять основу огневой мощи И-14. Специально под ДРП, с учетом специфики нового вооружения, в КБ спроектировали опытный истребитель АНТ-23 (И-12), отличавшийся необычной двухбалочной компоновочной схемой.

В 1930 году КБ получает задание  на проектирование многоместного истребителя  АНТ-21 (МИ-3). Этот проект стал отправным  на пути создания многомоторных скоростных самолетов КБ. АНТ-21 был идеологическим развитием Р-6, но, в отличие от него, при той же самой силовой  установке опытный АНТ-21 имел убирающееся  шасси, закрытые кабины и гладкую  обшивку в некоторых элементах  планера. Результат не замедлил сказаться, МИ-3 на испытаниях достиг скорости 350 км/ч, что значительно превышало результаты, полученные на Р-6. Работы по отработке типа двухдвигательного скоростного самолета продолжились на опытном АНТ-29 (ДИП-1), главной особенностью которого стало использование безоткатной авиационной пушки большого калибра, вокруг которой и формировалась компоновка самолета, а также в проекте многоцелевого самолета АНТ-30 (СК-1). После работ над этими проектами КБ приступило к проектированию одного из своих известнейших самолетов предвоенного периода — скоростного фронтового бомбардировщика АНТ-40 (СБ).

Глава 5. Создание и развитие скоростных бомбардировщиков

Это целая эпоха в истории отечественного самолетостроения. Впервые удалось создать самолет, который значительно превосходил все то, что было построено за рубежом в этом классе боевых машин, как по аэродинамике, компоновке и, как следствие, по летно-тактическим данным. Практика использования СБ в воздушных боях в Испании показала, что этот фронтовой бомбардировщик по своим скоростным данным превосходит многие самолеты-истребители вероятных противников СССР.

СБ запускается в массовую серию и строится практически до начала Великой Отечественной войны. Для мирного времени массовость выпуска СБ был впечатляющей. Во второй половине 30-х годов в день из ворот двух заводов выкатывали до 10-13 машин. Всего в различных модификациях построили около 7000 экземпляров. СБ воевали в Испании, Китае, принимали участие в войне с Финляндией и активно использовались в ходе Великой Отечественной войны - в первый ее период как фронтовой бомбардировщик, а затем как скоростной транспортный и связной самолет. СБ стал первым советским самолетом, производство которого было освоено за границей. В 1937-1938 годах самолет строили по лицензии в Чехословакии. На базе СБ в середине 30-х годов был построен опытный истребитель АНТ-46 (ДИ-8), а в конце 30-х годов — пикирующий бомбардировщик Ар-2, который вместе с СБ принял участие в боях начального периода войны с Германией. Развитием СБ в сторону увеличения размеров и массы стал опытный морской торпедоносец-бомбардировщик АНТ-41 (Т-1), проходивший испытания в 1936 году.

Как дальнейшее развитие идей, заложенных в скоростном бомбардировщике, но уже на другом научно-техническом уровне, можно считать создание в годы Великой Отечественной войны одного из лучших фронтовых бомбардировщиков Второй мировой войны - самолета Ту-2. Проектирование самолета подобного класса началось в КБ в 1939 году и первоначально предполагало создание дальнего специализированного пикирующего бомбардировщика (проект «57»). Но в ходе работ над проектом КБ постепенно сосредоточилось на создании скоростного фронтового пикирующего бомбардировщика. В 1941 году прототипы (самолеты «58» и «59») проходят испытания, а со следующего года уже первые серийные Ту-2 приняли участия в боях с немецко-фашистскими войсками.

Начиная с 1944 года развернулось полномасштабное серийное производство Ту-2, и соединения ВВС на них принимают активное участие в окончательном разгроме Германии и Японии. После окончания войны Ту-2 остается в серии и долго состоит на вооружении. Всего до 1952 года было выпущено более 2500 Ту-2, в частях его эксплуатация продолжалась до начала 60-х годов. Самолет выпускался в различных модификациях, активно поставлялся на экспорт во многие страны мира, принимал участие в боевых действиях в Корейской войне. На базе Ту-2 КБ спроектировало и построило целую серию опытных самолетов различного класса от истребителей-перехватчиков и скоростных фронтовых бомбардировщиков до дальних бомбардировщиков - проекты «62», »63», «63П», «65», «67», «68» и «69».

В начале 30-х годов в  КБ начались проектные работы, целью  которых стало создание скоростного  дальнего бомбардировщика, способного в ближайшее время заменить в  ВВС РККА быстро устаревавший ТБ-3. Самолет, получивший обозначение АНТ-42 (ТБ-7), создавался практически одновременно с американским аналогичным бомбардировщиком Боинг В-17. Обе эти машины относились к дальним бомбардировщикам «летающим  крепостям», и обе были первыми в этом классе. Наша машина начала летать в 1936 году, ее особенностью было наличие дополнительной силовой установки в дополнение к основным четырем двигателям, которая использовалась для дополнительного наддува основных двигателей на высоте. Самолет имел прекрасные летно-тактические данные, которые превосходили данные первых вариантов американского В-17. В серию ТБ-7 был запущен без системы дополнительного наддува, что несколько ухудшило данные самолета.

К началу войны самолет  начал поступать в ВВС, но всю  войну строился ограниченной серией (всего построено около 90 машин), с различными типами двигателей, вооружением  и оборудованием. ТБ-7 (с 1942 года Пе-8) активно использовались в ВВС  для ударов по дальним стратегическим целям. После войны самолеты летали в Полярной авиации и как лаборатории. По своей конструкции ТБ-7, как  и СБ, сочетал передовые аэродинамику и компоновку с переходными решениями в конструкции и технологии от машин предыдущего поколения к самолетам типа Ту-2 и Ту-4, созданным в 40-е годы.

В 1937 году начались испытания  опытного многоцелевого одномоторного  самолета АНТ-51, который в процессе своего развития стал серийным Су-2, принимавшим  участие в Великой Отечественной  войне. Кроме этих работ, перед войной в стенах КБ проектировался скоростной двухдвигательный разведчик-бомбардировщик АНТ-56 (СРВ), который вписывался в  концепцию будущего Ту-2.

Глава 6. Рекордные  машины

Значительное место в 30-е годы занимали работы над дальними рекордными самолетами, появление которых было тесно связано с попытками разработки нескольких проектов сверхдальних бомбардировщиков. Но подобный тип самолета изжил себя уже на момент появления и доводки прототипов, так как современные им истребители и наземные средства ПВО сводили выживаемость таких бомбардировщиков практически к нулю. В результате ВВС РККА вскоре от подобного класса машин отказались, а самолеты получили свое дальнейшее развитие в качестве рекордных дальних машин.

В 1933 году начинаются испытания  однодвигательных рекордных машин АНТ-25 (РД), после нескольких лет работы и выполнения целого ряда рекордных полетов, экипажи В.П.Чкалова и М.М.Громова на двух специально подготовленных самолетах выполняют уникальные перелеты в США через Северный полюс, установив Мировой рекорд дальности полета по прямой. АНТ-25 отличали высокое аэродинамическое совершенство, рассчитанное на достижение больших дальностей полета, высокая надежность силовой установки и совершенное для того времени оборудование, в сочетании с проверенными элементами во многих узлах конструкции планера. Была построена небольшая серия самолета в военном варианте АНТ-36 (ДБ-1), не нашедшая применения в ВВС РККА. Дальнейшим развитием идеи сверхдальнего самолета стал двухдвигательный самолет АНТ-37 (ДБ-1), имевший много общего с АНТ-25. На его рекордном варианте АНТ-37бис «Родина» экипаж В.С.Гризодубовой установил в 1938 году мировой рекорд дальности полета для женских экипажей.

Одним из направлений деятельности коллектива А.Н.Туполева в 20-30-е годы стало проектирование гидросамолетов для морской авиации. Работы охватывали постройку как поплавковых гидросамолетов - вариантов сухопутных самолетов  КБ, так и создание летающих лодок. Поплавковые гидросамолеты, в частности  варианты ТБ-1 и Р-6 (ТБ-1П, МР-6), выпускались  серийно и долгие годы успешно служили как в ВВС, так и в гражданской авиации. По гидросамолетам-летающим лодкам КБ подготовило несколько оригинальных проектов, работы над которыми, по разным причинам, не вышли из стадии опытных образцов или мелкосерийного выпуска.

В начале 30-х годов КБ выпустило  свой первый опытный морской дальний  разведчик - летающую лодку среднего класса АНТ-8 (МДР-2), который успешно  прошел испытания. За ним последовали  работы над более тяжелой летающей лодкой АНТ-27 (МДР-4, МТБ-1). Эта машина была принята к серийной постройке  и несколько лет состояла на вооружении морской авиации. Одновременно в  КБ шли работы над летающими лодками  тяжелого класса: в 1929 году ВВС предлагается проект крупного однолодочного гидросамолета АНТ-11 (МТБТ), в 1934 году начались испытания опытного двухлодочного гидросамолета АНТ-22 (МК-1), не имевшего аналогов в мире по своим конструктивным и компоновочным решениям. Накануне Второй мировой войны в КБ спроектировали и испытали четырехмоторную летающую лодку АНТ-44 (МТБ-2), летно-тактические данные которой находились на уровне лучших аналогичных зарубежных образцов. Однако начавшаяся мировая война потребовала сосредоточения всех сил на сухопутных самолетах различных классов и работы над внедрением в серию АНТ-44 свернули.

Помимо работ над самолетами военного назначения в 20-30-е годы достаточно плодотворно занимались созданием пассажирских самолетов. Как и в случае с боевыми самолетами, в работе над гражданскими машинами ставка делалась исключительно на разработке цельнометаллических самолетов. При их проектировании активно использовался опыт, конструктивные решения и агрегаты боевых машин. Первым пассажирским самолетом КБ, нашедшим применение в ГВФ, стал девятиместный АНТ-9 (ПС-9), построенный более чем в 70 экземплярах, и прослуживший в ГВФ и ВВС почти 15 лет. В конструкции этого самолета использовались агрегаты серийного Р-6. ПС-9 обладал неплохим уровнем комфорта для пассажиров и высокой надежностью, что подтвердилось его активной эксплуатацией на внутренних и международных линиях.

Для дальних линий в 1931 году КБ построило 32-х местный пяти двигательный самолет АНТ-14, в конструкции  которого использовались агрегаты ТБ-3. АНТ-14 без особых проблем прошел испытания, но к серии принят не был, так как машина не была востребована ГВФ из-за малых пассажиропотоков на его линиях в те годы. В середине 30-х годов КБ спроектировало скоростной пассажирский самолет АНТ-35 (ПС-35), спроектированный с учетом опыта работ по бомбардировщику  СБ, с использованием многих его агрегатов и с учетом мирового опыта в проектировании пассажирских скоростных самолетов. С десяток ПС-35 построили в серии и передали в эксплуатацию.

С использованием технических  решений истребителя И-14 в этот же период строился одномоторный пассажирский и связной самолет АНТ-43, на основе ТБ-7 проектировался пассажирский АНТ-53, а на основе АНТ-41 - АНТ-50. Идеология  создания пассажирских и транспортных машин на основе удачных военных  проектов, заложенная и освоенная  в эти годы, стала на многие годы основной для туполевского КБ - практически до начала 60-х годов, когда начались работы над Ту-154 и Ту-144. Такой подход на тот период развития как страны, так и ее научно-технического потенциала в области авиации, был вполне оправдан, так как позволял с минимальными материальными и временными затратами оснащать отечественный ГВФ технически совершенными и надежными машинами, которые по комплексу своих основных характеристик не уступали, а в некоторых случаях и превосходили зарубежный уровень.

Уже в ходе Великой Отечественной  войны перед КБ А.Н.Туполева руководство  страны поставило масштабную задачу: спроектировать и построить за короткий период дальний скоростной бомбардировщик, летно-тактические данные которого не уступали бы американскому четырехмоторному дальнему бомбардировщику В-29 «Суперфотресс», по своим конструктивным и технологическим решениям ставшим в сороковые годы важнейшим достижением в американском и мировом самолетостроении.