Многоцелевой истребитель Як-19.
Разработчик: ОКБ Яковлева
Страна: СССР
Первый полет: 1947 г.
В 1947 году, в Советском Союзе на реактивных самолетах-истребителях Ла-156 и Як-19 впервые были испытаны в полете форсажные камеры (ФК), созданные, соответственно, в ОКБ С.А.Лавочкина и совместно с ЦИАМ в ОКБ А.С.Яковлева. Форсажные камеры позволили существенно увеличить скорость полета, что явилось первым шагом к освоению околозвуковых, а затем и сверхзвуковых скоростей.
Побудительным мотивом к созданию ФК явилась малая тяга — не более 900 кгс — применявшихся тогда трофейных немецких двигателей Jumo-004 и их советских копий РД-10, а возможно и влияние сообщений об аналогичных работах за рубежом во время войны.
Так, в английском журнале «Эйркрафт Инджиниринг» за январь 1946 года рассказывалось о стендовых испытаниях двигателя «Уиттл» W2B/23, снабженного системой дожигания «повторный нагрев». Тяга при этом возрастала от 16% до 100%. Был сделан вывод, что при скорости 800 км/ч на уровне моря тяга должна увеличиться соответственно до 27,5%. Конечно, он представляет ценность для кратковременного увеличения тяги на взлете и в воздушном бою» — сказано в статье. Сообщалось и о немецких работах по поджиганию, где наблюдался прирост тяги 20-25%.
В ОКБ Яковлева работы по созданию форсажной камеры начались в 1945 году по инициативе Л.Шехлера, который на протяжении многих лет ведал начальным этапом проектирования новых самолетов ОКБ. Первоначально работы по ФК проводились в связи с установкой ТРД Jumo-004 на поршневой Як-3, то есть в процессе создания первого реактивного истребителя Як-15. Тогда требовалось, в первую очередь, увеличение взлетной тяги для улучшения взлетных данных самолета. Фактически эти наработки использовали в 1946 году, при создании истребителя Як-19.
Обширные исследования Jumo-004 в ЦИАМ в 1945 году под руководством директора института В.Поликовского показали ,что двигатель работает при большом избытке воздуха по соображениям повышения надежности турбины. Следовательно, имелась возможность поднять энергию газов в реактивном сопле при помощи сжигания в нем некоторого количества горючего и тем самым увеличить тягу без существенного изменения конструкции двигателя. Расчеты показали, что взлетную тягу можно поднять на 33% — с 900 до 1200 кгс.
Вообще, строго говоря, дожигание топлива за турбиной форсированием двигателя не являлось, поскольку обороты, расход воздуха, давление топлива в основных форсунках не повышались и ресурс оставался прежним. Но краткий термин «форсаж» сразу прочно «приклеился» к этому устройству и в обиходе стал означать резкое повышение тяги, неважно, каким способом.
В феврале 1946 года ЦИАМ совместно с ОКБ Яковлева провел впервые в СССР стендовые испытания форсирования тяги по методу сжигания дополнительного топлива за турбиной. Форсажная камера или «вторичная топка» по терминологии 1946 г. состояла из удлиненного сопла, разработанного в ОКБ Яковлева, и топливо-впрыскивающей системы с шестью форсунками, ранее отработанной в ЦИАМ для мотокомпрессорного ВРД с авиадизелем.
Горючее в ФК самовоспламенялось при температуре 65°С. Тяга возрастала на 28% с 860 до 1100 кгс при удельном расходе горючего 2,07 кг/кг тяги в час. Удлинение цилиндрической части сопла на 2,6 м привело к уменьшению тяги без форсажа на 80 кгс. Однако такое удлинение создало более благоприятные условия для дополнительного сгорания, а при форсировании эта потеря тяги компенсировалась.
Вместе с тем было установлено, что температура газов на выходе из сопла достигает 1000-1100°С. Сопло и его регулировочный конус, выполненный немцами из простой углеродистой стали, этих температур не выдерживали и прогорали. Цилиндрическая же вставка, изготовленная в ОКБ из жаропрочной стали ЭЯ-1, никаких признаков прогорания не имела. Конус и механизм передачи не используемым в горении, что уменьшало возможность повышения тяги. И наконец, увеличивались потери на сопротивление потолку газов.
Эти обстоятельства были учтены ОКБ, где разработали новую конструкцию реактивного сопла с регулировкой сечения раздвижными створками вместо конуса. Весь механизм управления размещался на внешней поверхности, то есть был изолирован от действия высоких температур.
В мае 1946 года ЦИАМ длительными испытаниями проверил надежность нового сопла ОКБ. Было получено увеличение тяги на 28%, с 820 кгс до 1050 кгс при удельном расходе горючего 2,26 кг/кг тяги в час. Потеря тяги в удлиненном сопле снизилась с 80 до 50 кгс. Сопло, выполненное из стали ЭЯ-1-Т, работало вполне удовлетворительно.
Что же, в сущности, происходит в двигателе на форсажном режиме? Функционально форсажную камеру можно представить как ПВРД, установленный на выходе турбины основного ТРД. За счет сжигания в нем некоторого дополнительного количества горючего, температура и скорость истечения выходящих из двигателя газов увеличиваются , а вместе с ними и тяга.
С отчетов ЦИАМ по двум испытаниям ФК ОКБ Яковлева было снято по 25 копий для ознакомления предприятий авиапромышленности. На основании работ ЦИАМ главный конструктор П.О.Сухой принял решения применять форсаж на своем самолете. В его ОКБ разработали конструкцию удлиненного на 0,5 м сопла для Jumo-004, регулируемого раздвижными створками. Стендовые испытания прошли в ЦИАМ в декабре 1946-го и в апреле 1947 года. Двигатель предназначался для дублера первого реактивного самолета ОКБ — Су-9, но однако, так и не был построен.
Параллельно с исследованиями ЦИАМ ОКБ С.А.Лавочкина также проводило работы по форсированию РД-10. Интересно отметить, что и в ОКБ А.И.Микояна на МиГ-9ФФ (И-307) в сентябре 1947 года были применены ФК на двух двигателях РД-20 (BMW-003). Таким образом, в работы по форсажным камерам в 1946-1947 годы оказались вовлечены все основные истребительные ОКБ СССР.
Все работы ЦИАМ по ФК проводились в отделе № 13 (позднее — лаборатория № 7). Начальник отдела — А.Толстов, руководитель работ А.Лакштовский, ведущий инженер от ОКБ Яковлева — Б.Моторин.
В октябре 1946 года — мае 1947-го в НИИ-1 прошли летные испытания РД-10 с ФК ОКБ Яковлева на летающей лаборатории, оборудованной на самолете В-25 «Митчелл». Двигатель был установлен на усиленном верхнем гаргроте фюзеляжа на динамической платформе. Всего сделали 17 полетов. Это были первые в СССР летные испытания ТДР с ФК. Форсаж надежно использовался во всем охваченном испытаниями диапазоне высот 7300 м и скоростей — до 450 км/ч. При скорости полета 360 км/ч тяга удлиненного двигателя возрастала у земли с 570 до 770 кгс (35%), на высоте 5000м — с 385 до 540 кгс (40%) и на 7000 м — с 325 до 460 кгс (41,5%).
Весной 1947 года ОКБ внесло новые изменения в конструкцию сопла для его более надежной работы и удлинило сопло еще на 0,5 м. Испытания этого сопла закончились в ЦИАМ 20 апреля 1947 года. Двигатель проработал на нормальном режиме 2 ч. 23 мин. и на форсаже — 2 ч. 33 мин. этапами по 15-20 мин. Тяга доводилась до 1060 кгс.
Стендовые испытания двигателя в ЦИАМ в феврале и мае 1946 года позволили ОКБ Яковлева приступить к проектированию Як-19. И если Як-15, построенный в 1945 году, был первым советским истребителем с «реданной» схемой установки ТРД (выхлоп под фюзеляж), то Як-19, выпущенный в 1946 году, впервые в нашей стране имел «фюзеляжную» схему (выхлоп по оси фюзеляжа), аэродинамически гораздо более совершенную. Для этого и понадобилось сопло большой длины. Самолет приобрел типичный для последующих реактивных истребителей вид: кабина — в носовой части фюзеляжа, двигатель — сзади.
Як-19 имел среднерасположенное крыло с ламинарными профилями ЦАГИ, цельнометаллическую конструкцию, шасси с передним колесом, катапультное кресло, две пушки калибра 23 мм.
Як-19 спроектировали и построили всего за четыре месяца — с 1 августа по 29 ноября 1946 года. Ведущим инженером вначале был Л.Шехлер, вскоре его сменил Н.Скржинский, а в период летных испытаний — Л.Селяков, незадолго до этого перешедший к А.С.Яковлеву из ликвидированного ОКБ В.М.Мясищева. Под руководством Селякова впервые в коллективе Яковлева построили натурный деревянный макет самолета с прокладкой всех коммуникаций.
30 ноября 1946 года законченный Як-19/1 («желтый 24») вывезли на Центральный аэродром. Начались его рулежные испытания. Но 12 декабря, во время запуска двигателя, произошел пожар из-за вытекания горящего топлива через некачественную прокладку в двигателе. Отремонтированный самолет 26 декабря перебазировали на аэродром ЛИИ в Раменское. На следующий день возобновились рулежные испытания, а 8 января 1947 года летчик-испытатель М.И.Иванов выполнил первый полет. Таким образом, Як-19 стал первым поднявшимся в воздух советским самолетом, имевшим ТРД с форсажной камерой.
Со 2 марта по 18 мая полетов не было из-за замены двигателя (долго не могли получить с завода). Поэтому первое включение форсажной камеры в полете произошло только 21 мая 1947 года, на месяц с лишним позже, чем на Ла-156. Форсаж был включен на высоте 3000 м, и при этом приборная скорость резко возросла с 580 до 670 км/ч, а на следующий день — с 600 до 700 км/ч.
6 июня 1947 года в воздух поднялся Як-19/2 («Дублер»). Его испытания, в том числе с подвесными баками, проводил летчик С.Н.Анохин. Второй прототип был изменен, в частности на законцовках крыла по типу Як-17 были размещены два топливных бака по 200 литров. Впоследствии некоторые изменения были внесены и в первый прототип.
Таким образом,заводские летные испытания проходили два самолета: Як-19/1 № 0011501 (на фюзеляже цифра «24», на киле — «5») и Як-19/2 № 0011502 (на фюзеляже — «25», на киле «2»), Всего было выполнено 64 полета общей продолжительностью 23 ч. 30 мин.
3 августа 1947 года Анохин на «Дублере» участвовал в воздушном параде по случаю Дня воздушного флота, а 3 октября перегнал самолет в Чкаловскую на аэродром ГК НИИ ВВС для прохождения государственных испытаний, которые проводились с 17 октября 1947 года по 30 января 1948 года. Ведущий летчик-испытатель — А.Г.Прошаков, ведущий инженер по самолету — В.Белодеденко. Один из выводов в отчете по испытаниям был таким: «Форсирование турбокомпрессорных воздушно-реактивных двигателей путем дополнительного сжигания топлива в реактивном сопле является эффективным средством для повышения тяги двигателя при взлете и наборе высоты, а также в горизонтальном полете продолжительностью 2-4 минуты».
Применения на взлете форсажа сокращало длину разбега в среднем на 24% и взлетную дистанцию на 20%. Скорость на высоте возрастала на 125 км/ч, а по сравнению с Як-15 — на 102 км/ч.
Дальнейшие работы по Як-19 и ФК в ОКБ Яковлева не проводились, так как уже в ноябре 1946 года коллектив начал переключаться на самолеты Як-23 и Як-25 (первый), Оба эти самолета имели ТРД РД-500 («Дервент-V») с тягой 1590 кг. Поначалу даже проводились расчеты самолета Як-19 с «Дервентом». В 1948 году Як-25 показал скорость 972 км/ч, а его стреловидный вариант Як-30 (первый) — 1025 км/ч.
ЛТХ:
Модификация: Як-19
Размах крыла, м: 8,70
Длина самолета, м: 8,36
Площадь крыла, м2: 13,50
Масса, кг
-пустого самолета: 2192
-нормальная взлетная: 3000
-максимальная взлетная: 3350
Тип двигателя: 1 х ТРД РД-10Ф
Тяга нефорсированная, кгс: 1 х 1100
Максимальная скорость, км/ч: 907
Боевой радиус действия, км: 550
Экипаж, чел: 1
Вооружение: 2 х 23-мм пушки Ш-3 с боезапасом 150 снарядов на пушку.
Опытный истребитель Як-19/1 перед первым полетом. 8 января 1947 г.
Опытный истребитель Як-19/1.
Як-19/1 в полете.
Опытные истребители Як-19/1 и Як-19/2.
Опытные истребители Як-19/1 и Як-19/2.
Опытный истребитель Як-19/2.
Опытный истребитель Як-19/2 с подвесными баками.
Опытный истребитель Як-19/2 с подвесными баками.
Як-19. Рисунок.
Як-19. Компоновочная схема.
Як-19/2. Схема.
.
.
Список источников:
В.Б.Шавров. История конструкций самолетов в СССР 1938-1950 гг.
Б.Л.Симаков. Самолеты страны Советов. 1917-1970.
Крылья Родины. Юрий Засыпкин, Геннадий Серов. На подступах к сверхзвуку.
Л.Л.Селяков. Тернистый путь в никуда. Записки авиаконструктора.
Роман Астахов. Русская Сила. Фронтовой истребитель Як-19.