В проектировании от принятия того или иного решения зависит судьба всего будущего проекта. Порой выбор пути зависит от интуиции главного конструктора. Но лучше, когда интуицию подкрепляют опыт и эксперимент. Так произошло 65 лет назад, когда в МиГовском ОКБ началась разработка нового истребителя, который должен был летать со скоростью вдвое быстрее звука. Несколько вариантов этой машины создавались параллельно. Параллельно шли и летные испытания прототипов. В конце концов, глава фирмы Артем Иванович Микоян остановил свой выбор на варианте с треугольным крылом. И не ошибся: созданный на базе этого прототипа истребитель МиГ-21 стал самым массовым сверхзвуковым истребителем в истории мировой авиации.
По воспоминаниям коллег Артема Ивановича, МиГ-21 был одним из его самых любимых самолетов. Возможно из-за того, что для создания этого истребителя было затрачено столько сил и времени. «Ко всем высказываниям об этом самолете Микоян относился в высшей степени ревниво, – пишет в своей книге “Артем Микоян” (серия “Жизнь замечательных людей” (ЖЗЛ)) Михаил Арлазоров. – Очень болезненно переживал критику, если считал ее несправедливой, и прямо расцветал, когда слышал хорошие отзывы, например, что во Вьетнаме “МиГи” бьют “Фантомов”. Ему про этот самолет было все интересно...
«В ту пору, когда появился МиГ-21, самолет в глазах некоторых специалистов выглядел если не чистым анахронизмом, то, безусловно, чем-то к этому приближающимся. Как свидетельствуют сотрудники КБ, Артем Иванович, защищая самолеты-истребители от нападок, проявил железную выдержку и непреклонную твердость. Как ни склоняли Микояна к полному переходу на беспилотную ракетную технику, он устоял, сохранив рыцарскую верность самолетам. Вера конструктора в будущее пилотируемых летательных аппаратов основывалась на точных инженерных расчетах, глубоком понимании возможностей авиации в век ракет», – Михаил Арлазоров, «Артем Микоян» (серия «Жизнь замечательных людей»).
Самолет на 2 Маха
Первым серийно выпускавшимися отечественным сверхзвуковым самолетом стал МиГ-19 разработки ОКБ-155. Он был запущен в производство довольно крупной серией. Однако на этот момент в ОКБ-155 уже шла работа над проектом еще более скоростного одноместного фронтового истребителя. Сначала он замышлялся как модернизация МиГ-19. Предложение о его разработке Микоян направил министру авиационной промышленности Петру Васильевичу Дементьеву еще летом 1953 года. Артем Иванович был в курсе работ в двигателестроительном ОКБ-300, руководимым Александром Александровичем Микулиным: там создавался новый мощный двигатель AM-11 с максимальной тягой 4 000 килограмм-силы (кгс), а с дожиганием (на форсаже) – 5 000 кгс (после увольнения в январе 1955 года Микулина пришедший ему на смену Сергей Константинович Туманский переименовал этот двигатель в Р-11-300). Микоян предлагал Дементьеву построить истребитель с одним АМ-11 и треугольным крылом.
На основании этих предложений министр авиационной промышленности Петр Васильевич Дементьев направил на имя министра обороны СССР Николая Александровича Булганина письмо, в котором, в частности, говорилось: «Треугольные крылья, имея малое сопротивление, обеспечивают получение скорости полета порядка 1 700 - 2 000 км/ч и, благодаря конструктивным преимуществам, позволяют дополнительно разместить горючее в крыльях, что увеличивает дальность и продолжительность полета… Учитывая, что создание самолета новой схемы с треугольным крылом является дальнейшим этапом в развитии авиационной техники, прошу Вас рассмотреть прилагаемый проект Постановления и внести его на рассмотрение Совета министров СССР».
9 сентября 1953 года вышло Постановление Совмина СССР. Согласно документу, это должен был быть легкий сверхзвуковой фронтовой истребитель с треугольным крылом и одним двигателем АМ-11. По сравнению с МиГ-19, оснащенным двумя двигателями АМ-9Б (с 1955 года – РД-5Б), новый самолет с одним мощным двигателем с такой же тяговооруженностью имел бы преимущество в массе конструкции, а расход топлива на один самолето-вылет был бы ниже.
Такие проекты однодвигательных машин стали возможны с началом разработки в советских двигателестроительных ОКБ мощных двухконтурных турбореактивных двигателей в начале 1950-х годов. Например, за три месяца до постановления, предусматривавшего создание нового истребителя МиГ с двигателем Микулина, 3 июня 1953 года вышло постановление Совмина СССР о создании фронтового истребителя И-3 (И-380) под мощный двигатель ВК-3 разработки ОКБ-117 под руководством Владимира Яковлевича Климова (номинальная тяга 5 730 кгс и форсажная – 8 440 кгс). Однако из-за отставания с созданием ВК-3 опытный истребитель И-3 хоть и был построен, но так и не поднялся в воздух: когда двигатель был доведен, зенитные ракеты стали считаться более эффективным средством против стратегических бомбардировщиков, чем истребители и перехватчики.
ОКБ-300 также не укладывалось в сроки создания АМ-11. Поэтому на первых прототипах МиГ-21 ставились менее мощные АМ-9Б с МиГа-19. Но двигатель АМ-11 не был единственным вопросом для нового микояновского истребителя. Треугольное крыло, заданное в постановлении Совмина от 9 сентября 1953 года, было тоже для ОКБ-155 в новинку. Поэтому было принято решение строить новый истребитель в двух вариантах – с новым треугольным крылом и со стреловидным крылом. Для выбора же окончательного варианта предполагалось сравнить результаты летных испытаний двух прототипов.
Первый прототип с треугольным крылом, разрабатывавшийся в середине 1954 года, назвали Е-1. Его сначала планировали оснастить двигателем АМ-5, который после модернизации стал называться АМ-9. Однако Е-1 так и не вышел из стадии проекта. Разработка треугольного крыла потребовала больше времени и дополнительных исследований. С теми же проблемами в 1954 году столкнулись в ОКБ-51, возглавленным Павлом Осиповичем Сухим, при разработке фронтового истребителя Т-1 и перехватчика Т-3, оснащенных также треугольными крыльями. Стреловидное крыло было хорошо отработано в ОКБ-155. Потому первым для летных испытаний был готов прототип Е-2 со стреловидным крылом. Его сборка завершилась 25 декабря 1954 года, после чего прототип был перевезен в Жуковский для испытаний.
Труженик чрезвычайной полезности
Глава ОКБ-155 Артем Иванович Микоян сделал главным по теме нового истребителя своего давнего соратника Анатолия Григорьевича Брунова. «Труженик чрезвычайной полезности», – так сказал о Брунове Герой Советского Союза, заслуженный летчик-испытатель Григорий Александрович Седов. Брунов был ровесником Микояна. Окончил техникум, а в 1930 году – аэромеханический факультет Московского высшего технического училища. Выпускниками того же года, получившими в МВТУ дипломы инженеров, были Сергей Павлович Королев и Семен Алексеевич Лавочкин. С 1939 года Брунов работал помощником главного конструктора в Поликарповском ОКБ на заводе № 1, а в 1940-м перешел ведущим инженером в особый конструкторский отдел (будущее ОКБ-155), возглавленный Микояном. Анатолий Григорьевич был ведущим программы испытаний МиГ-1, ведущим инженером по МиГ-3 и МиГ-5. В 1945 году ведущие тему инженеры получили статус заместителей главного конструктора. В этой должности Брунов руководил проектированием, постройкой, испытаниями и доводкой истребителей МиГ-9, МиГ-15, МиГ-17 и МиГ-19, их модификаций. Коллеги Брунова всегда отмечали его высочайшую работоспособность, прекрасную память, неистощимую конструкторскую изобретательность. Уже во время работы над МиГ-21, в марте 1957 года приказом министра авиационной промышленности СССР была поднята роль руководителей тем, которые с этого момента получили должности главных конструкторов (в 1956 году главные конструкторы ОКБ сменили статус на генеральных). Анатолий Брунов был назначен главным конструктором по самолетам-истребителям. А через еще четыре месяца Брунову было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
Вариант 1 – Е-2
14 февраля 1955 года. Аэродром Летно-исследовательского института (ЛИИ, ныне носит имя его первого начальника М. М. Громова). Летчик испытатель ОКБ-155 Георгий Мосолов впервые поднимает в воздух самолет-прототип Е-2 со стреловидным крылом.
Георгий Константинович Мосолов стал летчиком-испытателем ОКБ-155 в 1953 году. За два года он успел провести испытания многих новых экземпляров реактивных двигателей, различных опытных систем, вооружения. Мосолов выполнил летные испытания первых экземпляров опытных самолетов СH (экспериментальный штурмовик на основе МиГ-17), СД-5 (модернизированный МиГ-15бис), СИ-6 (опытный МиГ-17), СМ-9/2 и СМ-9/3 (опытные МиГ-19С). «У нас существовала традиция, согласно которой после того, как был совершен первый вылет и успешная посадка новой машины, мы всем “аэродромным” коллективом собирались и отмечали столь важное в жизни самолета событие, – вспоминал Георгий Константинович Мосолов. – Устраивали импровизированный пикник на природе, прямо неподалеку от аэродрома. Называли это – ресторан “На пеньках”».
Из-за задержки с доводкой двигателя АМ-11 первые полеты Е-2 выполнялись с мотором АМ-9Б с тягой 3 250 кгс. Его тяги хватало для проверки управляемости и отработки аэродинамики. Естественно, АМ-9Б не позволял достичь расчетной скорости 1 950 км/ч. Поэтому снятие основных летных характеристик Е-2 было решено отложить до появления АМ-11.
Отработанный штатный двигатель, переименованный уже в Р-11-300, был готов к концу 1955 года. Доработанный самолет получил название Е-2А. Его фюзеляж был гибридом конструкции Е-2 и прототипа Е-5 с треугольным крылом. Само крыло Е-2А близко к стреловидному крылу Е-2, но без автоматических предкрылков и с большими перегородками. 17 февраля 1956 года первый вылет с новым двигателем выполнил старший летчик-испытатель ОКБ-155 Григорий Александрович Седов.
Еще до этого во второй половине ноября 1955 года началось изготовление второго опытного экземпляра Е-2А/2. Его сборка завершилась 28 июля 1956 года, а первый полет состоялся 4 сентября того же года. И эту машину в небо поднял Седов.
Испытания Е-2А шли очень трудно. Полеты приходилось неоднократно прерывать из-за неудовлетворительной работы и частой смены новых двигателей Р-11-300. Машине были свойственны продольная раскачка, повышенная чувствительность к малым отклонениям ручки управления по крену при больших скоростях. Кроме этого, пришлось бороться с тряской, обнаруженной при полете с большой скоростью на малых высотах, и с поперечной раскачкой. Хотя на Е-2А удалось достичь расчетной скорости 1 950 км/ч, однако при ней обнаружилась неприятная особенность крыла большой стреловидности – на больших углах атаки самолет самопроизвольно задирал нос до полной потери несущих свойств крыла и сваливался в штопор. Для предотвращения этого явления на крыло Е-2А установили большие аэродинамические гребни, препятствующие перетеканию воздушного потока от корня к законцовкам (этим он внешне сразу же отличался от простого Е-2).
31 декабря 1957 года Е-2А/2 был представлен на государственные испытания. Всего на этом прототипе в 1956-1957 годах выполнено 107 полетов (а с учетом Е-2А/1 – 165 полетов). В них были сняты все основные характеристики. В ходе испытаний на Е-2А (полетный вес 6 250 кг) достигнуты максимальная скорость 1 950 км/ч (1,78 Маха), потолок в 18 000 м, дальность – 2 000 км. Высоту 10 000 м машина набирала за 1,3 минуты.
Вариант 2 – Е-4
16 июня 1955 года. Аэродром ЛИИ в Жуковском. Старший летчик испытатель ОКБ-155 Григорий Александрович Седов впервые поднимает в воздух самолет-прототип Е-4 с треугольным крылом.
«Если летчик-испытатель, отправляясь в полет, полагает, что идет на подвиг, значит, он к полету не готов, – говорил Григорий Александрович Седов. – Готовясь к испытаниям, можно думать о работе как о подвиге, но по ходу этой работы надо себя с этой мысли низвести. Перед полетом надо думать о работе. Процесс низведения – это процесс психологической подготовки к полету».
В основу конструкции Е-4 положен планер самолета Е-2: фюзеляж и хвостовое оперение у них были аналогичны. Первоначально на прототипе стояло чистое треугольное в плане крыло со стреловидностью по передней кромке в 57 °, но с аэродинамическими перегородками – по одной на нижних поверхностях консолей, примерно посередине. Из-за того, что летный Р-11-300 появится только к концу 1955 года, сначала на Е-4 установили «половинчатый» РД-9Е тягой 3 800 кгс. Е-4 с его помощью смог разогнаться лишь до 1 290 км/ч.
Поэтому полеты Е-4, как и Е-2, использовали главным образом для оценки аэродинамики и управляемости. В ОКБ и ЦАГИ, видимо, еще недостаточно четко понимали картину обтекания треугольного крыла, поэтому использовали простой метод «проб и ошибок». Самолет стал, по сути, аэродинамической летающей лабораторией. По результатам первых полетов на верхнюю поверхность каждой плоскости треугольного крыла Е-4 установили по три вертикальных гребня (два выступали за кромку крыла), изменили форму законцовок крыла, а с гаргрота убрали небольшой воздухозаборник. Потом три верхних гребня поменяли на два на нижней поверхности, при этом увеличив размах за счет заостренных концов крыла. На Е-4 также определялись минимальная скорость полета, штопорные характеристики, аэродинамические силы действующие на фонарь.
Первые полеты Е-4 принесли и еще одну проблему. Вот как об этом эпизоде рассказывает Михаил Арлазоров в книге «Артем Микоян» (серия ЖЗЛ): «Самолет недодавал скорость по сравнению с расчетной, что свидетельствовало о каком-то дополнительном аэродинамическом сопротивлении, пожиравшем без пользы для дела мощность двигателей. Это загадочное сопротивление разыскали сравнительно быстро. Породившее его явление назвали донным эффектом. Фюзеляж самолета с воздушно-реактивным двигателем, через который в полете непрерывно прогоняется воздух, можно сравнить с трубой или бутылкой без дна. Если бы края выхлопного сопла совпали с краями “дна” (кормы фюзеляжа), ни о каком донном (или кормовом) эффекте не было бы и речи. Но диаметр сопла был меньше, чем диаметр кормы. Отсюда подсос и завихрение воздуха, стекавшего с фюзеляжа, и как итог – увеличение сопротивления. Справились с новым явлением не сразу, но затем умение снижать донный эффект прочно вошло в практику сверхзвуковой авиации».
Всего до 20 сентября 1956 года Е-4 выполнил 109 испытательных полетов. После полной выработки ресурса двигателя и оборудования Е-4 был списан.
Но еще до этого, как только появился летный Р-11-300, на заводе № 155 началась работа над новым прототипом, названным Е-5. Его сборка завершилась 10 декабря 1955 года. За месяц до Е-2А, 9 января 1956 года Е-5 выполнил первый полет. Самолет пилотировал летчик-испытатель ОКБ-155 Владимир Андреевич Нефедов. Е-5 с Р-11-300 летает на 700 км/ч быстрее, чем Е-4 с РД-9Е. Однако уже через месяц, 20 февраля при наземной отработке произошел пожар двигателя Р-11-300, его турбина разрушилась. Самолет вернули на завод № 155, отремонтировали. В следующий раз он поднялся в небо лишь 26 марта. 30 марта была достигнута скорость 1 810 км/ч на высоте 10 500 м, а 19 мая на высоте 11 000 м – 1 960 км/ч (1,85 Маха).
Однако Р-11-300 все еще был далек от идеала надежности: из-за очередного пожара во время наземной гонки опять разрушилась турбина, летные испытания встали, 27 октября Е-5 вновь оказался в цехе завода. Тут заодно провели его модернизацию: удлинили носовую часть фюзеляжа на 40 см. Это потребовалось в связи с установкой двигателя Р-11-300 с расширенной форкамерой, из-за чего центра масс сместился назад на 5 %. Кроме того, на 240 л увеличили емкость внутренних топливных баков, доведя их до 1 810 л. 1 апреля 1957 года Е-5 вернулся в ЛИИ. До 26 мая он выполнил еще 13 полетов, завершив летные заводские испытания.
Непростой выбор
Результаты испытаний прототипов Е-2 и Е-4 оказались неоднозначными. Явных лидеров в соревновании «стрелы» и «треугольника» не выявилось. Даже видя стоящие рядом прототипы, даже сравнивая их в полете, было сложно сделать однозначный выбор.
В первой половине 1956 года Микоян часто ездил в ЛИИ, где разворачивался уже следующий этап «партии» – на заводских испытаниях летали Е-2А и Е-5. Артем Иванович следил за испытательными полетами, беседовал с летчиками, с техниками, с инженерами КБ. Но вставал вполне определенный вопрос: «Стоит ли строить серийно самолеты с новым, пока еще не отработанным в производстве крылом?»
Испытания показали, что Е-2А со стреловидным крылом, пусть и с двигателем Р-11-300, не сможет разогнаться до скорости в 2 Маха. Специалисты ЦАГИ уверяли, что эту скорость можно достичь только с треугольным крылом, обладающим лучшими аэродинамическими характеристиками. Теоретически оно давало и ряд других существенных преимуществ по сравнению со стреловидным. Да, треугольное крыло до конца не апробировано, оно только вышло за пределы лабораторий, едва начало летать. Но нужно довести его конструкцию до ума, и все плюсы станут очевидны.
Собирал Микоян много раз летчиков и верхушку КБ в своем кабинете. Выслушивал мнения. Пилоты и тут не могли обоснованно выбрать один из двух прототипов. Е-5 с треугольным крылом разгонялся чуть резвее и летал быстрее, но это понятно – он был легче на тонну, чем прототип со стреловидным крылом.
Шел анализ и того, что делалось за границей. Михаил Арлазоров в книге «Артем Микоян» (серия ЖЗЛ) пишет об этом: «Американцы оглушительно шумно рекламировали истребитель F-104 Starfighter. Его главный конструктор – Кларенс Джонсон из фирмы Lockheed, создатель недоброй памяти самолета-шпиона U-2 – избрал для Starfighter’а прямое крыло, казалось бы, напрочь изгнанное из скоростной авиации, плотно насытив его разного рода закрылками, предкрылками, щитками. Примерно в ту же пору третий скоростной истребитель – Mirage III с треугольным, как и у будущего МиГа, крылом – начал разрабатывать французский конструктор Марсель Дассо. Так кто же прав? Американцы или же Дассо, позиция которого совпала с позицией Микояна? Все три истребителя – американский, советский и французский – самолеты одного поколения. Прототип Starfighter‘а появился в 1954 году, серия – в 1957-м. Е-4, первое воплощение МиГ-21, построен в 1955 году, серия – в 1958-м. Прототип Mirage’а – тоже в 1955 году, серия – в 1961-м. Исследовав возможности самолета с прямым крылом, Микоян не поверил в его перспективность и распорядился продолжать работу по треугольному крылу, не снижая темпа».
«Спустя много лет, вспоминая, как тяжело давался выбор между апробированным стреловидным крылом и еще не раскрывшим свои возможности треугольным, Микоян напишет: “В каждой отрасли техники нелегкой бывает, как известно, борьба нового со старым. Так было и в самолетостроении. Помню, какие ожесточенные споры происходили между сторонниками и противниками новой формы самолетов и крыльев”», – пишет Михаил Арлазоров в книге «Артем Микоян».
Микоян, очевидно, рассуждал: «Москва не сразу строилась». Артем Иванович вполне справедливо полагал, что треугольное крыло со временем будет освоено и тогда раскроет все свои преимущества. На государственных испытаниях прототип Е-5 показал себя успешно: расчетные летно-технические характеристики были подтверждены, кроме дальности полета из-за чрезмерных расходов топлива двигателя. 11 июня 1956 года вышло постановление Совмина СССР о внедрении самолета Е-5 в малую серию под названием МиГ-21 (тип 65). В 1957 году на заводе № 31 в Тбилиси были построены пять первых его экземпляров.
Время показало правильность выбора Артема Ивановича. «Самолет МиГ-21 – один из самых известных самолетов в мире, – пишет Степан Анастасович Микоян в книге “Воспоминания военного летчика-испытателя”. – С начала выпуска первых серийных самолетов он производился в нашей стране в течение почти тридцати лет, претерпев более тридцати модификаций. Строился он, кроме Индии, в Чехословакии и КНР и находился на вооружении около пятидесяти стран. Самолетов типа МиГ-21 построено больше, чем любого другого типа истребителей в мире».
Стоит добавить, что выбор, сделанный в 1956 году Артемом Ивановичем Микояном, справедлив до сих пор. Все сверхзвуковые самолеты сейчас оснащены треугольным крылом: и Су-35, и МиГ-35, и Су-57. Стреловидное крыло используется на околозвуковых самолетах, в частности на пассажирских лайнерах. А прямое крыло можно увидеть лишь на легких тихоходных машинах.
Список использованной литературы:
- Михаил Арлазоров «Артем Микоян» (серия «Жизнь замечательных людей»)
- Ефим Гордон «Рождение долгожителя»
- Ефим Гордон «Нестандартные МиГи»
- Николай Якубович «Истребитель МиГ-21. Рождение легенды»
- «История конструкций самолетов в СССР 1951-1965 гг.»
- Ростислав Виноградов, Александр Пономарев «Развитие самолетов мира»
- Эдуард Решетников «Конкуренты легендарного МиГ-21. Часть Пятая. Родной брат. Самолет Е-2»
- С. Иванов «МиГ-21» (серия «Война в воздухе» № 114)