Ту-16: самолёт-эпоха. Часть I. На пути к легенде. Предшественники

Во второй половине сороковых годов перед авиастроением ведущих мировых авиационных держав встала сложная задача создания дальних реактивных и турбовинтовых бомбардировщиков, способных совершать крейсерский полет на скоростях, близких к скорости звука, при сохранении показателей грузоподъемности и дальности на уровне, не меньшем, чем у самолетов типа В-29 и его отечественном аналоге — Ту-4.


Потребность в подобных машинах диктовалась не только общими достижениями технического прогресса в авиационной науке и технике, основными путями их дальнейшего развития, но и значительно возросшей мощью истребительной авиации (массовое появление реактивных истребителей, в том числе перехватчиков, со скоростями порядка 1000 км/ч), оснащением системы ПВО, радиолокационными системами с большой дальностью обнаружения. Особое влияние оказало и появление нового вида средства поражения — ядерной бомбы, делавшей прорыв к целям относительно небольшого количества бомбардировщиков катастрофическим для противника.Для СССР наличие дальнего бомбардировщика — носителя атомного оружия с ТРД, способного достигать цели на дальности до 3000 км, было действительно жизненно важной программой. Эта машина должна была стать эффективным средством сдерживания, способной нанести ядерный удар по европейским и азиатским военным базам США, по важным политико-экономическим и военным центрам стран НАТО, а также вести эффективную борьбу соединениями боевых кораблей противника, в том числе и авианосными, нарушать океанские перевозки Соединенных Штатов на европейский континент, без которых продолжительные боевые действия американских союзников против нашей страны были бы невозможны.

По взглядам советского командования, новый бомбардировщик должен был сменить в начале пятидесятых годов в нашей Дальней авиации уже морально устаревающие Ту-4. Было ясно, что возможности прорыва современных и все более совершенствующихся систем ПВО к концу сороковых годов должны были существенно снизиться по сравнению с 1944-1945 годами. И надо отметить, что эти предположения вскоре получили явное подтверждение: столкновения американских тяжелых винтовых бомбардировщиков В-29 с нашими реактивными истребителями МиГ-15 в корейском небе в 1951-1953 годах поставили окончательную точку на карьере поршневых дальних и межконтинентальных бомбардировщиках. Будущее было за машинами, оснащенными перспективными турбореактивными и турбовинтовыми моторами.

Однако для создания подобного самолета необходимо было решить ряд сложных задач, связанных с малоисследованной на тот момент аэродинамикой околозвуковых скоростей. Одной из таких задач стало внедрение стреловидного крыла в практику тяжелого самолетостроения.

Одним из первых к созданию бомбардировщиков со стреловидным крылом и хвостовым оперением приступило ОКБ А.Н. Туполева. Первым практическим шагом к созданию подобных машин в этом ОКБ стал проект «самолета 82». Машина разрабатывалась под два турбореактивных двигателя РД-45Ф, имевших максимальную тягу по 2270 кгс или ВК-1 с взлетной тягой по 2700 кгс. «Самолет 82» был рассчитан на достижение околозвуковых скоростей полета порядка 0,9-0,95 Маха. В основу проекта была положена разработка «самолета 73» — прототипа Ту-14, прямокрылого реактивного бомбардировщика (о нем рассказано в статье «Непростая судьба Ту-14» отличаясь использованием стреловидного крыла, уменьшенным, до трёх человек, экипажем и силовой установкой в составе двух турбореактивных двигателей (на прототипе было установлено три двигателя двух типов, что было явно вынужденным и не рациональным решением). Избавление от третьего двигателя позволяло более рационально скомпоновать самолет, оборудовав в высвободившейся корме стрелковую установку. Хвостовая установка с двумя скорострельными пушками и расширенными секторами обстрела обеспечивала достаточную защиту бомбардировщика в угрожаемых ракурсах и позволяла отказаться от примененных на прототипе верхней и нижней стрелковых оборонительных установок, принеся существенный выигрыш в весе. Новая машина стала более компактной, а его взлетная масса была сокращена до 13,5 т. Предварительный эскизный проект «самолета 82» был подготовлен весной 1948 года.

Создание новой машины было утверждено соответствующим постановлением Совмина СССР в июне 1948 года, которым самолету присваивалось наименование Ту-22. Крыло машины представляло собой двухлонжеронную конструкцию с работающей панельной обшивкой большой толщины со стрингерным набором, образующим мощный несущий агрегат — кессон, воспринимающий весь набор полетных нагрузок. Крыло оснащалось механизацией в виде закрылков, использовавшихся на посадке. Хвостовое оперение имело конструкцию, аналогичную крылу, отличаясь увеличенной стреловидностью 40°. В фюзеляже располагалась передняя гермокабина, в которой размещались пилот и штурман, и задняя гермокабина, где оборудовали рабочее место стрелка. Проводка управления выполнялась жесткой, с обратимыми гидроусилителями. Предусмотрены были тормозные щитки на фюзеляже.

Первоначально самолет оснастили двумя двигателями РД-45Ф, затем они были заменены более мощными ВК-1. Переоборудование не требовало переделки мотогондол: двигатели были взаимозаменяемы по размерности и посадочным местам, так что достаточно было лишь сменить переднюю обечайку капотов. Топливо разместили в 16 мягких баках, которые находились в кессоне крыла, а также в фюзеляже, вблизи центра масс. Запас горючего составлял 7495 л. Кроме вооружения, самолет оборудовали фотоаппаратом АФА-БА/40 для проведения плановой съёмки, смонтированным под углом 10° к вертикали назад и предназначенном для ведения попутной разведки и фотоконтроля результатов применения вооружения.

Хотя самолет строился как экспериментальный, он был оснащен всем типовым оборудованием для машин своего класса. Связь с землей обеспечивалась с помощью радиостанции РСБ-ЗбисАД, для межсамолётной связи служила станция 12РСУ-10. В комплект оборудования входил ответчик системы госопознавания «Барий» и типовое пилотажно-навигационное оборудование. Как видим, самолет являлся полноценным бомбардировщиком, имея аналогичное Ту-14 целевое оснащение и способный нести до 3 т бомб различного калибра, включая трехтонную. В кормовой установке располагались две пушки Г-23 или НР-23 с боекомплектом в 200 патронов на каждый ствол. Для ведения огня по курсу служила неподвижная пушка НР-23 с правого борта со 100 патронами. Стрельбу из неё вел пилот с помощью автоматического прицела АСП-3, кормовая установка была оборудована прицелом АСП-5П. Кабины экипажа были защищены броней, прикрывавшей летчиков от огня истребителей сзади и осколков зенитных снарядов снизу. Сиденья всех членов экипажа прикрывались 12-мм стальными бронеспинками и 8-мм дюралевой бронеплитой снизу, лобовое стекло фонаря летчика было выполнено из 65-мм прозрачной брони. Все три рабочих места были оборудованы катапультными сиденьями.

Работы шли самым энергичным образом. Изготовление первого экземпляра начали в июле 1948 года. Постройка машины с ТРД РД-45Ф была завершена год спустя после начала проектирования, в середине февраля 1949-го. 24 марта 1949 новый самолет осуществил свой первый взлет. В ходе заводских испытаний подтвердились основные заданные характеристики. Максимальная скорость составила 931 км/час, максимальная высота полета 11000 м и дальность — 2395 км. Высоту 5000 м туполевская машина набирала за 5,8 минуты, втрое быстрее Ту-4. Серийный бомбардировщик Ил-28 с аналогичными двигателями и равной боевой нагрузкой «Самолет 82» опережал по максимальной скорости на 100 км/час, по скороподъемности — на 22%, хотя несколько уступал по взлетно-посадочным качествам, имея большую длину разбега. Дальность полета «восемьдесят второго» и Ил-28 была практически одинаковой.

При всей своей новизне (стоит помнить, что стреловидное крыло для тяжелых машин у нас в стране создавалось впервые) в ходе отработки бомбардировщика не понадобилось вносить сколько-нибудь серьезных доработок в конструкцию. Кроме того, конструкция машины была отработана для серийной постройки. Свои качества «восемьдесят второй» подтвердил при казусе аварийного характера, случившемся с ним во время одного из полетов. Самолет на малой высоте попал в болтанку и получил повреждения одного из двигателей, едва не сорвавшегося с моторамы. Тем не менее, пилоту удалось вернуться на аэродром на оставшемся двигателе и нормально сесть.

Судьба «самолета 82» оказалась короткой: по завершении испытательной программы машину законсервировали, свернули и разработку ее «боевого варианта», который готовился к серийному выпуску. Этот бомбардировщик, создававшийся под обозначением «самолет 83», представлял собой увеличенный образец с удлиненным фюзеляжем, снабженным верхней двухпушечной стрелковой установкой и радиолокационным бомбардировочным прицелом ПСБН, для обеспечения работы которого в состав экипажа был введен стрелок-радиооператор. Другим вариантом оборудования самолета для обеспечения всепогодного бомбометания в условиях отсутствия видимости земли была установка системы радионавигации «Рым-С», использующаяся для выведения боевого самолета на цель.

Все работы по этому бомбардировщику были прекращены в конце 1949 года, поскольку ВВС были вполне удовлетворены недавно пошедшим в серию Ил-28, производящимся в больших количествах, и не выразили особой заинтересованности в новом самолете с мало отличавшимися характеристиками. Тем не менее, отработка «самолета 82» дала бесценный опыт создания бомбардировщика со стреловидным крылом, в значительной мере предопределив будущий успех Ту-16. Стоит помнить, что это была первая советская тяжелая машина с реактивным двигателем и стреловидным крылом, позволившая в реальных условиях изучить поведение крыла со стреловидностью на скоростях более 900 км/ч. «Восемьдесят второй» неплохо прошел заводские испытания. Эта машина относилась к классу фронтового реактивного бомбардировщика и во многом являлась продолжением предыдущих работ ОКБ Туполева по машинам того же класса «73» и «78».

Следующий проект, разрабатывающийся под шифром «самолет 486», представлял собой уже бомбардировщик «средней весовой категории», рассчитанный на дальности до 4000 км. Он также создавался на основе «самолета 73», который планировали оснастить стреловидным крылом и двумя более ТРД значительно большей тяги. Расчеты показывали, что для получения достойных лётных характеристик требовалось обеспечить тяговые характеристики вдвое выше предыдущих. Расчет делался на создававшиеся моторостроительным ОКБ-300 двигатели АМ-ТКРД-02 (АМ-02), которые бы обеспечили суммарную статическую тягу 9560 кгс — почти вдвое больше, чем та, которой располагал «самолет 73», три двигателя которого выдавали 5600 кгс. Уместно заметить, что само решение о внедрении стреловидного крыла явилось следствием достижения высокой тяговооруженности самолета, рационального использования которого прямое крыло уже не обеспечивало, так как машина выходила в зону критических чисел Маха.

Предварительная проработка проекта показывала, что самолет неизбежно прибавит в весе. Причинами тому был больший расход топлива мощных двигателей, который с учетом достижения требуемой дальности должен был достичь 10-12 т, а также необходимость удовлетворения повышенных требований по прочности конструкции соответственно большим скоростям. Максимальная скорость назначалась равной 1020 км/час, дальность полета с тонной бомб должна была составить 3500-4000 км, расчетная длина разбега потяжелевшей машины составляла 1700 м. Вес пустого самолета определялся равным 18,5 т, перегрузочный взлетный вес — 31,5 т.

Проект выглядел своеобразной компиляцией, сохраняя прежний фюзеляж «самолета 73» с новым крылом и оперением. Крыло «самолета 486» в целом повторяло крыло «самолета 82», сохраняя стреловидность 35°, но для достижения заданных характеристик удлинение увеличивалось до 8,15. Новый самолет вырос в габаритах, что вызвало соответственное увеличение площади хвостового оперения, усиливалось шасси, которое получило спаренные колеса на носовой стойке. Оборонительное вооружение состояло из одной неподвижной пушки НР-23 для стрельбы вперед с боекомплектом 180 патронов, кормовой установки с парой орудий Г-20, верхней и нижней установок, оснащенных спаренными пушками тех же образцов с общим боекомплектом 1200 патронов. В состав бомбовой нагрузки могли включаться бомбы разных калибров вплоть до трехтонной.

Работы по «самолету 486» завершили еще на этапе предварительного проектирования. Конструкторы осознали бесперспективность «сборной солянки» — схемы, сочетавшей новое прогрессивное крыло с агрегатами предыдущих образцов. Взамен в начале 1949 года приступили к проектированию полноценного дальнего бомбардировщика под шифром «самолет 86». Облик будущей машины претерпел ряд существенных трансформаций. Поначалу рассматривалась возможность модификации прямокрылого Ту-14, оснащенного двигателями АМ-02. Однако проведенные в ЦАГИ продувки привели к «смене курса» в пользу более перспективной схемы со стреловидным крылом. Машина всё дальше уходила от прообраза. Первоначально планировалось уложиться в вес пустого самолета, равный 21,7 т, и перегрузочный вес 36,0 т. Запас топлива увеличивался до 17,2 т, максимальная бомбовая нагрузка увеличивалась до 6000 кг, вдвое возрастала и нормальная нагрузка — до 2000 кг. Максимальная скорость задавалась равной 980 км/час, потолок 13400 м, дальность с 2 т бомб — 4000 км.

Самолет был крупнее предыдущего образца, имея больший диаметр и длину фюзеляжа с увеличенным бомбоотсеком. Его примечательной чертой стал утопленный фонарь кабины летчиков вместо прежнего выступавшего каплевидного колпака. Причиной были желание снизить лобовое сопротивление с учетом компоновочных соображений: по требованиям большей дальности экипаж увеличивался за счет второго летчика. Выступающим остался лишь блистер стрелка-радиооператора, откуда тот управлял стрельбой из верхней установки с парой НР-23. Еще одна пара пушек того же калибра располагалась в кормовой установке. Для огня вперед предназначалась встроенная пушка в носу самолета.

Тем временем продолжались исследования по определению оптимальных параметров стреловидного крыла для самолета создаваемого типа — двухмоторного реактивного бомбардировщика с взлетным весом порядка 40 т. Аэродинамики ОКБ-156 представили отчет по теме «Исследования влияния площади и удлинения крыла на лётные характеристики самолета со стреловидным крылом». Согласно расчетам, увеличение дальности исходного образца может быть достигнуто удлинением крыла до 10, и увеличением площади — до 100 кв. м. Соответственным образом было решено переработать и изначальный проект «самолета 86», с изменением размаха и площади крыла, увеличением длины фюзеляжа и запаса топлива. Согласно новому проекту, дальность полета с бомбовой нагрузкой в 2 тонны увеличивалась до 4750 км, прочие характеристики оставались без изменений. Также была изменена форма носовой части, которая стала несколько заостренной формы и увеличено количество топливных баков в фюзеляже. Если в предыдущих проектах сложно было увидеть черты будущего Ту-16, то компоновка нового варианта, и все общие очертания фюзеляжа в целом уже стали похожи на привычный облик этого дальнего бомбардировщика. Детальная проработка устройства кабин, вооружения и оборудования пригодилась в дальнейшем, будучи практически без изменений реализованной в конструкции Ту-16.

Однако общий итог был не радостным: при указанных требованиях обеспечить заданную размерность было невозможно. Конструкторская практика диктовала свои законы: имевшиеся ТРД отличались большим расходом топлива, а достижение желаемых скоростей сопровождалось еще большим увеличением расхода. Предусмотренные проектом ТРД АМ-02 на крейсерском режиме полета за час потребляли почти восемь тонн топлива, для обеспечения заданной дальности его запас должен был составить несколько десятков тонн. Для удовлетворения условий габариты и вес машины необходимо было увеличить, однако потяжелевший бомбардировщик необходимо было оснастить двигателями в 1,5-2 раза большей тяги. В итоге работы по этому варианту «восемьдесят шестого» были прекращены на этапе предварительного проектирования.

Другой проблемой оставалось отсутствие работоспособных двигателей требуемой тяги. На тот момент времени наиболее реальными в требуемой размерности были ТРД разработки ОКБ-300 А. А. Микулина и ОКБ-165 А. М. Люльки, однако до необходимого уровня характеристик и надежности они пока не дотягивали. Создававшийся ОКБ-300 авиадвигатель АМ-02 оказался типичным «первым блином» с множеством проблем. А.М. Микулин изначально задал высокую планку, взявшись за создание сверхмощного, по тем временам ТРД (напомним, что находящиеся на тот момент в производстве наиболее мощные советские реактивные двигатели ВК-1 развивали максимальную тягу 2700 кгс). Являясь одним из наиболее опытных и талантливых наших конструкторов авиационных моторов, Микулин обладал еще и прекрасными организационными способностями с настоящим чутьем на способных людей. Ближайшим его помощником был Б. С. Стечкин, известный теоретик-двигателист и расчетчик с мировым именем, обладающий обширными познаниями в термодинамике, газовой динамике и прочностных вопросах. Тандем грамотного конструктора и талантливого ученого-теоретика оказался весьма продуктивным.

Двигатель АМ-ТРД-02 представлял собой ТРД с осевым девятиступенчатым компрессором, обеспечивавшим степень сжатия, равную пяти, и расход воздуха 75 кг/сек, трубчато-кольцевой камерой сгорания, которая для снижения веса и размеров была выполнена противоточной, и одноступенчатой турбиной. Максимальная тяга АМ-ТРД-02 составляла 4250 кгс, номинальная 3850 кгс, удельный расход топлива на номинальном режиме был не более 1,02 кг/кгс.час.

В качестве альтернативы рассматривался разрабатывавшийся в ОКБ-165 двигатель ТР-3 с максимальной тягой в 4500 кгс. А.М. Люлька являлся пионером в разработке отечественных газотурбинных двигателей, предоставив свои первые проекты ТРД еще до войны. В послевоенный период работы его конструкторского коллектива продолжались в специальном отделе турбореактивных двигателей НИИ Наркомата авиапромышленности, а с 1948 года он был преобразован во вновь сформированное ОКБ-165. Созданный им двигатель ТР-3 (АЛ-3) отличался передовой конструкцией, однако процент новизны имел и оборотную сторону: работоспособность «сырой» конструкции была крайне слабой, а ресурс поначалу составлял всего 50 часов. Часть проблем удалось решить на модифицированном варианте ТР-ЗА (АЛ-5), рассчитанном на пятитонную тягу. Он представлял собой ТРД с осевым семиступенчатым компрессором, кольцевой камерой сгорания с 24 вихревыми горелками, одноступенчатой турбиной и жестким коническим соплом. Достаточная степень доведенности двигателя позволяла рассчитывать на его серийный выпуск.

Под эти перспективные турбореактивные двигатели и было начато проектирование нового варианта бомбардировщика, названного «самолет 87». За исключением измененной силовой установки, новый проект практически ничем не отличался от предыдущего образца. Эскизный проект машины был завершен в июле 1949 года, но вновь дальнейших работ не последовало.

Еще одним проектом стал разработанный в бригаде проектов Б. М. Кондорского «самолет 491». Эта машина представляла собой вариант «самолета 86», рассчитанный на большую скорость полета, для чего тяги АМ-02 или ТР-3 хватало с запасом. В отличие от предыдущих проектов, на «самолете 491» стреловидность крыла была увеличена до 45°, в остальном существенных изменений самолет не претерпел. Самолет рассчитывался на достижение максимальной скорости до 1085 км/час, дальность с бомбовой нагрузкой в 2000 кг бомб составляла 5000 км. Но и этот проект был закрыт на стадии технического предложения по причине малой изученности крыла стреловидности более 37°. Туполев, верный своему принципу, проявил «здоровый консерватизм» и не стал рисковать из-за ожидаемой прибавки нескольких десятков километров в час. Это направление отложили на будущее, когда возникнет вопрос о достижении бомбардировщиками сверхзвуковых скоростей полета. Пока что предпочтение было отдано «синице в руках» — в достаточной мере аэродинамически и конструктивно отработанному крылу стреловидностью 35°.

Осенью 1949 года ВВС выдал официальный заказ на создание нового дальнего реактивного бомбардировщика под два турбореактивных двигателя конструкции ОКБ А.Люльки, АЛ-5 с взлетной тягой равной 5000 кгс. Вышло соответствующее Постановление Совмина по новому бомбардировщику, по которому разработка новой машины была поручена ОКБ-240 С.В. Ильюшина. Основной причиной такого решения был успех фронтового бомбардировщика Ил-28 и его фактическая победа в неофициальном конкурсе с туполевским Ту-14. Учитывая малый срок, который был отпущен на проектирование и изготовление опытного образца самолета, получившего наименование Ил-46, и отсутствие в ОКБ-240 опыта летной доводки и испытаний тяжелых летательных аппаратов со стреловидным крылом (разработанный в ОКБ-240 опытный бомбардировщик с подобным крылом Ил-30 выполнил только несколько пробежек по ВПП). С. В. Ильюшин принял разумное решение создать два опытных самолета. Один из них, Ил-46 с прямым крылом, в целом повторявший схему Ил-28, и второй, Ил-46с, снабженный стреловидным крылом.


Опытный прямокрылый Ил-46 был готов к летным испытаниям к весне 1952 года. Он без особых проблем прошел этап заводских испытаний, и вышел на Государственные, в ходе которых подтвердил соответствия летно-технических характеристик заданным. Все складывалось для ильюшинской машины вполне удачно, самолет можно было передавать для серийного освоения, или переходить к постройке Ил-46с с перспективным стреловидным крылом. Но оказалось, что дальний бомбардировщик с подобным крылом уже летает, и создан он был инициативным А. Н. Туполевым. При этом туполевская машина, имеющая внутреннее наименование «88», уже показала на заводских испытаниях максимальную скорость более 1000 км/ч, что существенно превышало установленную заданием. Правительство страны принимает решение передать в серийное производство «восемьдесят восьмой», а работы по Ил-46, в том числе и его стреловидному варианту, прекратить. ОКБ А. Н. Туполева сумело взять реванш за Ту-14, создав для страны Ту-16, обогнавший по характеристикам и техническим решениям свое время на несколько лет и ставший одним из признанных шедевров отечественного и мирового самолетостроения.


Источники:
Ригмант В, Как создавался Ту-16. О предшественниках великого самолета // Крылья Родины. 2002. №5. С. 18-25.
Марковский В., Приходченко И. Ракетоносец Ту-16. Триумф советского авиапрома. М.: Яуза, 2015. С.174-191.
Ригмант В. Ту-16. Рождение долгожителя// Авиация и космонавтика. 2002. №5. С. 20-28.
Гордон Е, Кудрявцев В., Ригмант В. Легендарный Ту-16 // Авиация и время. 2001. №1. С.4-24.
Гордон Е, Кудрявцев В., Ригмант В. Легендарный Ту-16 // Авиация и время. 2001. №2. С.4-22.
Якубович Н, Артемьев А. Туполев Ту-16. Дальний бомбардировщик и ракетоносец. М.: АСТ, 2001. С.12-34, 48-97, 111-122.
Автор Инженер-технарь