Неизвестный Яковлев. «Железный» авиаконструктор

В марте 1945 года в НИИ ВВС завершились испытания трофейного истребителя ФВ-190A-8, вооруженного двумя 20-мм пушками и двумя 13-мм пулеметами. Воздушный бой, проведенный с Як-3 ВК-105ПФ2, показал, что наш истребитель обладает значительным преимуществом над «немцем» в маневренности и скороподъемности и лишь незначительно уступает в максимальной скорости у земли при работе двигателя ФВ-190А-8 на форсаже, что позволяло ему уходить от преследования. На горизонталях Як-3 заходил в хвост «немцу» через 1,5–2 виража. В вертикальной плоскости Як-3 сохранял превосходство в высоте, а на пикировании Як-3 быстрее разгонялся, что позволяло не только захватывать инициативу в бою, атакуя противника, но и уходить от него. При этом следовало учитывать, что Як-3 быстрее разгонялся и превосходил ФВ-190A-8 в начале пикирования на меньших скоростях, а на больших скоростях увеличение скорости происходило медленнее.

В ходе серийного производства Як-3, как, впрочем, и другие самолеты, проходил контрольные испытания в НИИ ВВС и ЛИИ. Как правило, после снятия основных летных данных самолеты отправлялись заказчику, но 17 мая 1945 года произошла авария, едва не переросшая в катастрофу. Накануне летчик-испытатель И. В. Эйнис выполнил на Як-3 полет на высший пилотаж, а точнее, на проверку прочности в полном соответствии с заданием. Все прошло хорошо, если не считать, что основные опоры шасси выпустились не одновременно, а с большим интервалом. Причем «солдатик» – механический указатель положения шасси левой опоры – вышел не в своем месте, а рядом, пробив фанерную обшивку крыла. Но на это никто не обратил внимания. Следует учесть, что необходимые параметры полета самолета были зафиксированы бортовыми самописцами, и, судя по всему, перегрузки в том полете не превышали эксплуатационных значений.

Як-3 с фотокинопулеметом С-13 на аэродроме ЛИИ

Затем в кабину самолета сел С. Н. Анохин. Ему предстояло сделать 12 режимов с перегрузками. Первые два прошли благополучно, но на третьем Сергей Николаевич не включил самописец, и режим пришлось повторить. Позже Марк Лазаревич Галлай так описывал происшедшее: «Начав очередную фигуру, он (Анохин) услышал громкий треск, и в то же мгновение машина рванулась в сторону так резко, что летчика со страшной силой ударило виском о фонарь кабины, а рукой и плечом – об ее жесткий борт.

У самолета отлетело крыло!»

Летчику стоило огромных усилий и самообладания сбросить фонарь и выпрыгнуть с парашютом из беспорядочно падающего к земле самолета. Анохин получил тяжелые ранения и потерял левый глаз…

Испытания Як-3 с мотором ВК-105ПФ2 продолжались до завершения серийного производства машины.

А.С. Яковлев, П.Я. Федрови и О.К. Антонов у самолета Як-3

Осенью 1944 года выдержала государственные испытания и была принята на вооружение авиационная 20-мм пушка Б-20, созданная М. Е. Березиным на базе одноименного пулемета калибра 12,7 мм, под тот же патрон, что и ШВАК. Самым большим достоинством орудия по сравнению с пушкой ШВАК был меньший на 17 кг вес. Естественно, что авиаконструкторы не заставили себя ждать и сразу же начали примерять новое орудие на свои самолеты.

Не осталось в стороне и ОКБ-115, разместившее на истребителе, получившем впоследствии обозначение Як-3П (пушечный), в соответствии с постановлением ГКО от 29 декабря 1944 года сразу три «ствола»: мотор-пушку Б-20М и две синхронных Б-2 °C с общим боекомплектом 380 патронов. В итоге секундный залп трехпушечной батареи по сравнению с предыдущим вариантом вооружения Як-3 возрос на 0,702 кг.

Управление стрельбой из всех орудий осуществлялось с помощью пневмоэлектрического механизма. Для Б-20М применили пневмоперезарядку взамен механической у МП-20.

В трехпушечную машину переделали два серийных Як-3, на которых усилили средние части нервюр крыла (увеличили их площадь проклейки с обшивкой, установили замки на дополнительные щитки шасси и улучшенные бензиномеры с увеличенной до 160 градусов шкалой, трубку Вентури перенесли из туннеля водорадиатора в зализ крыла. Тогда же радиопередатчик РСИ-3 заменили на РСИ-3М-1. Были и другие, более мелкие изменения.

На государственные испытания, проходившие с 23 марта по 9 апреля 1945 года, предъявили самолет №?1630. Ведущими по машине были инженер И. А. Колосов и летчик В. Г. Иванов. За тот период выполнили 37 полетов общей продолжительностью 17 часов 39 минут.

Испытания показали, что на самолете сохранились крупные дефекты, ранее отмеченные в ходе контрольных проверок серийных машин, максимальные горизонтальные скорости были на 15–25 км/ч ниже заданных постановлением ГКО вследствие отсоса щитков шасси в полете и волнистой поверхности крыла. Мала была и дальность двухсторонней радиосвязи, не превышавшая 55–60 км при заданных 100 км. Кроме этого, выявили отставание обшивки киля, чрезмерные нагрузки на ручку управления самолетом, недостаточную прочность кронштейна крепления гидроцилиндра спуска пушки Б-20М и другие дефекты.

Трехпушечный истребитель Як-3Т

Возможности промышленности все же были ограничены. Не хватало оборудования, материалов и специалистов, чтобы оперативно устранять все недостатки. Да и политики давили со всех сторон, требуя выполнения плана, поэтому и приходилось что-то приносить в жертву. Поэтому воевать приходилось на том, что выпускали заводы, и Як-3П не стал исключением.

Приказом наркома авиационной промышленности от 30 декабря 1944 года заводу №?292 предписывалось перейти на выпуск еще не прошедшего испытаний трехпушечного Як-3. Можно встретить утверждение, что Як-3П серийно строился с весны 1945-го по лето 1946 года в Саратове и Тбилиси, но, судя по документам, все началось с 51-й серии на заводе №?292.

Осенью 1945 года второй серийный «Як» №?0251 поступил на контрольные испытания, акт по которым был утвержден 20 ноября того же года. На машине по сравнению с опытными экземплярами усилили обшивку крыла и ввели некоторые изменения в конструкцию установки вооружения, но и он контрольные испытания не выдержал по тем же причинам, что и его предшественники.

Як-3 с двигателем ВК-107А

Первый вариант двигателя М-107П, рассчитанный на размещение в развале его цилиндров пушки, был создан еще перед войной. Тогда же за его установку на истребитель взялся опальный конструктор Д. Л. Томашевич, соратник Н. Н. Поликарпова. Затем М-107П пытались установить на ЛаГГ-3. Но ни И-110, ни машина С. А. Лавочкина испытания не выдержали, и главной причиной тому было недостаточное охлаждение двигателя. Да и мощность 1300 л. с. для перспективного истребителя была явно мала.

В ОКБ В. Я. Климова удалось форсировать двигатель по наддуву и установить на него новый приводной центробежный нагнетатель с поворотными лопатками В. И. Поликовского. В результате взлетная мощность двигателя, получившего обозначение М-107А (ВК-107А), возросла до 1600 л. с., а номинальная – до 1500 л. с. на высоте 4500 м. Если М-105ПФ имел удельную мощность 34,5 л. с./л, то М-107А – уже 42,7 л. с./л. Постановлением ГКО №?2346 от 25 сентября 1942-го КБ В. Я. Климова обязали к середине ноября завершить 50-часовые испытания мотора М-107А и к концу года довести его ресурс до 100 часов.

Як-3 с двигателем Вк-107А

Следует отметить, что первым с двигателем М-107А построили Як-9, летные испытания которого начались в феврале 1943 года. Первый же Як-1М с двигателем М-107А, как следует из краткого технического описания завода №?115, построили весной, предположительно в марте 1943 года, поскольку вышеупомянутый документ датирован 17 апреля. Вооружение сохранилось, как и на первом опытном экземпляре Як-1М, – мотор-пушка МП-20 и пулемет БС.

После заводских испытаний первый прототип Як-3 с мотором ВК-107А подвергли переделкам на опытном заводе №?115. Доработки в основном были связаны с заменой вооружения на два синхронных орудия Б-2 °C.

Работы продолжались с 22 ноября 1943-го по 6 января 1944 года, когда машину выкатили на аэродром. Чтобы выдержать требуемый противокапотажный угол, кабину пилота, как и на Як-9, сместили назад на 400 мм. На самолет установили облегченный винт ВИШ-107 с обтекателями комлей лопастей и изготовили два варианта всасывающих патрубков нагнетателя и входных туннелей маслорадиатора. Для испытаний подготовили также два варианта установки вооружения. 13 января 1944 года Як-3 №?1 с двигателем ВК-107А и без вооружения поднял в воздух летчик-испытатель П. Я. Федрови (ведущий инженер А. М. Дружинин).

В ходе заводских испытаний трижды меняли двигатели, выполнив 38 полетов общей продолжительностью 14 часов 50 минут. Причиной тому было недостаточное охлаждение мотора. Фактически основные усилия испытателей были направлены на доводку силовой установки, и лишь после 25 полетов удалось приступить к снятию летных характеристик. К этому времени взлетный вес машины возрос до 2984 кг, но продолжал оставаться рекордно низким по сравнению с самолетами противника, а нагрузка на взлетную мощность двигателя у него не превышала 1,81 кг/л. с. В то же время у трехточечного Ме-109Г-2 она составляла 1,95 кг/л. с., у Ме-109Г-6–1,97 кг/л. с., а у ФВ-190A-4 и его варианта «А-8» – 2,52 кг/л. с.

Это, в сочетании с хорошей отделкой планера, позволило получить у земли скорость 611 км/ч, а на 2-й границе высотности (5750 метров) – 720 км/ч. Самолет поднимался на высоту 5000 метров за 3,9 минуты и за боевой разворот (с высоты 1000 метров) набирал 1500 метров, превзойдя Як-3 с мотором ВК-105ПФ2. Практический потолок машины составил 11 800 метров. По времени виража (17–18 секунд на высоте 1000 метров) самолет был сопоставим с Як-3 с двигателем ВК-105ПФ2. Правда, взлетно-посадочные данные ухудшились. Так, длина разбега возросла с 275 до 345 метров, а пробега – с 485 до 590 метров.

По технике пилотирования истребитель, как и его предшественник, был прост и доступен пилотам средней квалификации. Пилотажно-навигационное и специальное оборудование машины позволяло эксплуатировать его лишь в простых метеоусловиях при видимости земных ориентиров. Но был и положительный момент. Дальность устойчивой радиосвязи возросла как минимум до 100 км и отвечала требованиям заказчика.

В ходе заводских испытаний дали о себе знать и дефекты вооружения. После 329 выстрелов сломался передний шкворень крепления правой пушки. Помимо этого, отмечался недостаточный противокапотажный угол (20,5–23,5 градуса) при требуемом 26,5 градуса.

Но все эти достижения «тонули» на фоне тяжелого температурного режима и низкого ресурса двигателя. Свою негативную роль сыграла и плохая герметизация его трущихся частей. Достаточно сказать, что на высотах более 8200 метров падало давление бензина и масла ниже минимального предела 3,5 кг/см2.

Спустя 16 дней после передачи первого экземпляра самолета на летные испытания, 22 января 1944 года, на аэродром выкатили второй прототип Як-3 ВК-107А «Дублер», как тогда было принято называть такие машины. На этом самолете изначально, еще на стадии проектирования и постройки, применили все технические решения, ставшие основой для переделок первого опытного экземпляра машины. Радикальным изменениям подверглись только фонарь кабины пилота, которому придали более обтекаемую форму, и установка вооружения с двумя опытными синхронными пушками Б-20. При этом полетный вес второго прототипа по сравнению с предшественником практически не изменился – 2932 кг. Соответственно одинаковыми были и летные данные. Максимальная скорость у земли Як-3 ВК-107А №?1 до модификации была равной 611 км/ч, а у №?2–610 км/ч (из-за неблагоприятных метеоусловий «Дублер» был облетан и проверен только на малых высотах). Заводские испытания, проведенные с 25 по 29 января 1944 года, показали, что основные дефекты, выявленные на первом прототипе, устранены и самолет может быть предъявлен на государственные испытания.

В НИИ ВВС Як-3 ВК-107А №?2 предъявили 2 февраля 1944 года. В тот день заводской пилот выполнил два полета на проверку работы винта ВИШ-107 (во время заводских испытаний была отмечена тряска винта на полных оборотах мотора). Характеристика винтомоторной группы осталась неизменной, и в НИИ ВВС самолет поступил с винтом АВ-10п-20. Государственные испытания начались 7 февраля и продолжались по 15 мая 1944 года. Ведущими по машине были инженер Г. А. Седов, летчики Ю. А. Антипов и А. Г. Прошаков.

Несмотря на несколько возросший полетный вес (как за счет установки нового винта, так и введения в крыло противофлаттерных грузов), летные данные машины остались неизменными. При боевой мощности мотора (допускалось 3200 оборотов в минуту в течение получаса) максимальная скорость горизонтального полета на второй границе высотности мотора 5750 метров составила 720 км/ч (717 км/ч на высоте 6000 метров у первого прототипа). Если горизонтальная маневренность машины осталась на уровне серийных образцов Як-3, то на вертикалях самолету не стало равных среди отечественных и среди зарубежных истребителей. Достаточно сказать, что за боевой разворот второй опытный экземпляр Як-3 ВК-107А поднимался на 1400–1500 метров.

Таким образом, цель создания истребителя – завоевание господства в воздухе – можно было бы считать достигнутой, если бы не два обстоятельства. Первое из них – крайне ненадежная работа двигателя ВК-107А. За время испытаний сменили три мотора из-за разрушения коренных подшипников. При назначенном ресурсе в 50 часов первые два двигателя 337-й и 347-й серий отработали лишь 15 часов 20 минут и 9 часов 20 минут соответственно. Третий мотор 347-й серии с назначенным ресурсом 100 часов наработал с начала эксплуатации лишь четыре часа (!), из которых в воздухе – 40 минут. Четвертый двигатель успел наработать только 23 часа 34 минуты, прошел в процессе испытаний ремонт с заменой блока и тоже был снят по причине разрушения коренных подшипников. Сильная тряска на пониженных оборотах мотора при его дросселировании выше границы высотности, течь масла через переднее уплотнение редуктора, падение давления масла ниже допустимого на высотах более 8000 метров, перегрев воды и масла в наборе высоты при температуре наружного воздуха у земли +30 °C, а в горизонтальном полете – при температуре +15 °C. В полетах отмечалось также самопроизвольное изменение наддува в наборе высоты выше установленных для мотора значений (1090 мм рт. ст. на первой и 1120 мм рт. ст. на второй границе высотности против разрешенных 1060 мм рт. ст.), не повлиявшего, тем не менее, на его нормальную работу.

Следует заметить, что двигатель ВК-107А, как и ВК-105ПФ2, работал на бензинах 4Б-78 и 1Б-95 с октановыми числами 95 и 96.

Вторым существенным недостатком явилась неудовлетворительная работа опытных пушек Б-20 и низкая прочность их креплений (были использованы серийные узлы для пулеметов УБС).

В своем заключении специалисты НИИ ВВС отметили необходимость доводки самолета, и прежде всего силовой установки, до внедрения его в серийное производство. В противном случае исключалась нормальная эксплуатация самолета с поддержанием необходимого уровня боеготовности в строевых частях.

Доводку второго прототипа завершили силами ОКБ и облетали 3 июля 1944 года. Однако на дополнительные государственные испытания, проходившие с 13 июля по 20 августа 1944 года, предъявили модифицированный по типу второй машины Як-3 ВК-107А №?1. Принятыми мерами удалось устранить ряд дефектов. Однако основные недостатки: перегрев воды и масла, течь масла из переднего уплотнения редуктора мотора, большие нагрузки на ручку управления от элеронов и руля высоты, недостаточный противокапотажный угол (смещением кабины пилота добились увеличения противокапотажного угла с 19,5 до 23 градусов при требуемых ВВС 26 градусов) и недостаточная дальность радиопередачи с самолета – остались неустраненными. В ходе испытаний мотор 417-й серии из-за ненадежной работы на высоте более 3000 метров заменили двигателем 427-й серии, который работал практически без перебоев, но выше 7700 метров давление топлива на нем падало ниже допустимого уровня.

К моменту окончания испытаний опытного Як-3 ВК-107А еще только-только удалось наладить серийное производство его базовой модели с мотором ВК-105ПФ-2. Не меньшие трудности испытывали и заводы, приступившие к серийному выпуску Як-9У с ВК-107А. Поэтому решение о запуске новой модификации в серийное производство было отложено до конца года.

29 декабря 1944 года в числе принятых десяти постановлений ГКО, направленных на организацию выпуска новых самолетов, был документ, давший зеленую улицу серийному производству Як-3 с мотором ВК-107А. Подписанный на основе постановления ГКО приказ наркома авиационной промышленности предписывал заводу №?31 перейти с мая 1945 года на изготовление новой машины так, чтобы к июлю выпускать по одному такому самолету в день. Основным отличием серийных машин по сравнению со вторым прототипом должно было стать цельнометаллическое крыло.

С металлическим крылом

Планировалось в марте 1945 года изготовить пять машин головной серии, и в апреле одна из них должна была пройти государственные испытания. К 1 апреля 1945 года головную серийную машину №?7003 завода №?31 доставили по железной дороге на завод №?115. Стыковка самолета и исправление производственных дефектов продолжались до 12 апреля, когда самолет выкатили на аэродром. От опытных машин он отличался лишь металлическим крылом. На передних частях центропланных щитков шасси были смонтированы замки бомбового типа, качалки управления рулем высоты установлены на шарикоподшипниках, а на двигателе – дополнительная маслопомпа и модифицированный регулятор наддува. Сняты расходный бачок и обратные клапаны бензобаков. На правую и левую группы топливных баков поставили отдельные пожарные краны и уменьшили запас бензина с 524 до 470 литров. Кроме этого, заменили маслорадиатор типа 555 на ОП-622 с большей охлаждающей поверхностью, а в качестве передатчика использовали РСИ-3М-1.

Заводские испытания машина проходила с 12 апреля по 10 мая 1945 года. На серийном Як-3 ВК-107А с мотор-пушкой Б-20М и одной синхронной Б-2 °C применили увеличенный маслорадиатор ОП-622, стальные тяги управления заменили дюралюминиевыми, обшивка элеронов стала металлической. Успешно пройдя заводские испытания, самолет предъявили в НИИ ВВС.