Завод «Электросталь» и самолёты «Сталь»
Б.Филимонов
В начале первой пятилетки советские металлурги освоили плавку, поковку и прокат нержавеющей стали «Энерж», включающей 18% хрома и 8% никеля. Новый металл, по мнению специалистов, мог стать основным конструкционным материалом для силовых элементов летательных аппаратов.
Вместе с нержавеющей сталью вошли в обиход контактная электросварка точечная и роликовая (для листовых деталей), стыковая электросварка (для труб и толстых листов) и другие виды сварки. Многие из этих работ впервые в нашей стране были проведены в самолетостроении, а потом стали достоянием и других областей промышленности.
В 20-х и в начале 30-х годов наша страна в основном импортировала алюминий, постепенно освобождаясь от этой зависимости. С 1928–1929 гг. в опытном самолетостроении алюминий стали заменять сталью. Этим было положено начало целеустремленной работе по широкому применению в нашем самолетостроении легированных сталей.
Однако вопрос о применении сталей возник у нас гораздо раньше и по другому поводу, а именно в связи с проектом цельнометаллического дирижабля Циолковского. Константин Эдуардович, как известно, долго и настойчиво разрабатывал идею такого дирижабля из тонкого гофрированного материала – железа и позже – стали. Когда заслуги К.Э. Циолковского были у нас признаны, его дирижаблем стали заниматься, было организовано специальное конструкторское бюро. В 1927 г. на первой у нас конференции по дирижаблестроению сотрудник этого бюро Я.А. Рапопорт сделал доклад о дирижабле К.Э. Циолковского. Вскоре Рапопорт добился приобретения электросварочной машины для точечной и роликовой контактной сварки листового материала. Следует напомнить, что в свое время Н. Е. Жуковский, обсуждая проект дирижабля Циолковского, обратил внимание на то, что соединение листов посредством завальцовки и пайки сделает конструкцию слишком тяжелой и что надо знать какие-то другие приемы. Но К.Э. Циолковский этих приемов тогда еще не знал.
В ВВИА им. профессора Н.Е. Жуковского была установлена сварочная машина и начались опыты по точечной сварке различных сталей.
В конце 1928 г. там же, в академии по инициативе начальника лаборатории Петра Николаевича Львова и начальника кафедры самолётостроения С.Г. Козлова была сформирована группа по освоению производства качественных сталей и применению их в конструкции самолёта(ЦГАСА, ф. 29, on, 13, д. 1639).
Успехи в этих исследованиях позволили Петру Николаевичу подать рапорт командованию о «возможности построения цельносварного стального самолёта, вес которого при равной прочности должен быть равным или даже меньшим веса дюралевого самолёта».
В те годы вопросами замены дерева и дуралюмина черными металлами успешно занимались в Англии и во Франции. Опыт первой мировой войны показал, что подводная блокада может вызвать серьезные трудности в снабжении деревом. Были созданы каркасные с полотняной обтяжкой конструкции самолетов бипланов, где деревянные стержни и рейки, профили и трубы были заменены закрытыми профилями, образованными путем свертывания в трубку тонких гофрированных листов из высококачественной стали. Швы образовывались завальцовкой и пропаивались или проклеивались. На концах с ним присоединялись узлы при помощи болтов, заклепок или пистонов. Конструкции получались удачные, технологичные.
Однако этим конструкциям не хватало такого способа соединения листов и деталей, который не давал бы лишней массы, обеспечивал должную прочность, герметичность и был технологичен. Таким способом стала контактная электросварка.
Дело приняло практическую форму применения сталей в конструкции самолетов с начала 1930 г., когда при Инспекции ГВФ и на ее средства был образован Отдел опытного самолетостроения (ООС) под руководством одного из учеников «отца русской авиации» Н.Е. Жуковского, соратника А.Н. Туполева Александра Ивановича Путилова – главного конструктора, откомандированного для этого из ЦАГИ.
ООС с ноября 1930 г. переехал из ВВИА им. проф. Н.Е, Жуковского в помещение бывших ремонтных мастерских «Добролёта», где образовалось КБ численностью в 30 человек. Бригаду по технологии сварки в нём возглавил П.Н. Львов.
Были испробованы различные марки хромоникелевых сталей от Энерж-1 до Энерж-6 и была окончательно принята нержавеющая сталь Энерж-6 (она же сталь 18-8, т. е. 18 % хрома и 8 % никеля), остальные были менее пригодны. Почти такая же сталь под марками Я-1, Я-2 и ЭИ-100 шла и много лет спустя. Одно из свойств таких сталей – хорошая свариваемость при контактной электросварке из-за большого сопротивления. Однако все это были только опыты и накопление сведений. Это позволяло увеличить сроки службы машин, уменьшить вес конструкции, несколько упростить технологию производства и сократить расход дюралюминия, который в те годы приходилось покупать за рубежом.
Вскоре на нашем заводе «Электросталь» было налажено производство нержавеющей стали «Энерж-6»: плавка, поковка и холодный прокат фольги. Завод «Серп и молот» освоил горячий прокат – листы, которые обладали важным свойством - хорошей свариваемостью при контактной сварке благодаря большому сопротивлению. которая позволила сократить расходы дюралюминия, закупаемого за границей, создать самолет с большим коэффициентом весовой отдачи, увеличить срок службы машины.
В результате работы этого коллектива меньше чем через год, 11 октября 1931 г., был совершён первый испытательный полёт самолёта “Сталь-2” под управлением лётчика-испытателя Эдуарда Ивановича Шварца.
Первый в стране стальной сварной самолёт «Сталь-2» положил начало советскому самолётному и авиаремонтному сварочному производству.
“Сталь-2” – пассажирский подкосный высокоплан, кабина летчика закрыта фонарем, пассажирская кабина – четырехместная, с дверью в левом борту. Конструкция фюзеляжа в плоскостях бортов – ферменная, в остальных плоскостях – расчалочная, имел обычное в то время неубирающееся шасси. Все стержни представляли собой закрытые тонкостенные гофрированные профили из стали Энерж-6. Применялись также профили четырехгранные с толщиной листов 0,8–1,0 мм. Круглые профили из листов 0,3–0,5 мм стягивались от выпучивания хомутиками, в четырехгранных – (более сильных) стержнях делались внутренние рамки. Концы стержней – шарнирные в виде листовых ушков, приваренные точками к гофру труб.
Лонжероны крыла – ферменные, полки их – наборные из гофрированных листов различной толщины на точечной сварке. Специальные закрытые профили (из листов 0,1–0,15 мм) были отработаны для нервюр крыла, оперения и каркаса под полотняную обтяжку.
В целом получилась конструкция более трудоемкая и дорогая, чем сварная ферма фюзеляжа из труб и деревянное крыло. Но преимущество в весе было неоспоримо. Весовая отдача самолета была высокой – 43 %. При работе на сжатие гофрированные трубы из стали Энерж-6 держали по крайней мере вдвое больше, чем любые трубы при той же длине. Конструкция самолета могла считаться вполне целесообразной, технологичной и долговечной. Испытания прошли успешно, и самолет сразу же стали внедрять в серийное производство. Новизна дела потребовала времени для его освоения и серийный выпуск этих самолетов начался только с 1934 г.; за этот год было построено 87 самолетов, а всего их было выпущено 111 экземпляров. С 1935 г. он стал заменяться самолетом “Сталь-3”.
На самолете “Сталь-2” был установлен двигатель “Райт” в 300 л. с. На небольшом числе самолетов ставили М-26 в 300 л. с. или МГ-31 в 300 л. с.
Специально для запуска самолёта в серию был построен машиностроительный завод № 81 в Тушино. В 1933 г. туда же было переведено и ОКБ А. И. Путилова.
16 ноября 1934 года СССР впервые принял участие в международном Парижском авиасалоне, показав среди прочих летательных аппаратов (Р-5, АИР-9) самолёт «Сталь-2».
Это была победа инженеров, рабочих и техников авиапромышленности но и трудящихся завода «Электросталь»
Результаты работы над самолётом «Сталь - 2» позволило начать работы над другими самолётами этой серии.
“Сталь-3” представлял собой развитие самолета “Сталь-2” с двигателем М-22 в 480 л. с., самолет – восьмиместный (шесть пассажиров). Схема и конструкция – те же, но были введены щелевые элероны и закрылки, двойное управление, колеса – тормозные в обтекателях, кольцо Тауненда на двигателе. Весовая отдача – 41 %. Опытный самолет был выпущен в 1933г. Серийных было сдано за 1935–1936 гг. 79 экземпляров. На нескольких самолетах был установлен М-17 (позже), но это особых преимуществ не дало. “Сталь-3” с успехом применялся на воздушных линиях до самой войны.
Эксплуатация самолетов “Сталь-2” и “Сталь-3” показала, что они вполне удовлетворяют своему назначению. Однако ожидавшиеся от них особо длительные сроки службы не оправдались. Сама нержавеющая сталь могла служить десятки лет, но сварочные точки, болты и другие детали ржавели, а полотно требовало достаточно частой замены. Поэтому самолеты “Сталь” должны были проходить ремонт, как и всякие другие. Применение нержавеющей стали как преобладающего конструкционного материала в этом смысле себя не оправдало. Но разработка методов сварки и обращения с нержавеющей сталью была крупным достижением,
“Сталь-6” – экспериментальный самолет со многими элементами новизны. Автор его Роберт Людовикович Бартини, итальянец, политэмигрант, работавший в нашей стране с 1924 г., образованнейший талантливый конструктор.
Схема самолета – низкоплан, одноместный, на одноколесном шасси, с убираемым колесом и паровым охлаждением невысотного двигателя “Кертис-Конкверор” в 660/680 л. с. Идея этого самолета была предложена Р. Л. Бартини весной 1930 г. в ЦКБ, там она обсуждалась и была принята. В то время еще не было самолетов с полностью убираемым шасси, было только “полуубираемое” назад шасси в свободнонесущем моноплане.
Бартини впервые у нас предложил убирать шасси полностью, сделать самолет на одном колесе (зимой – на одной лыже) и прятать колесо в фюзеляж, а лыжу прижимать вплотную к фюзеляжу. Под концами крыла были небольшие убираемые костыли, обычный костыль был неориентирующийся. Колесо 800х200 мм помещалось между двигателем и педалями и убиралось подъемом назад посредством ручного тросового привода. Поскольку источником значительного лобового сопротивления был радиатор, Бартини предложил, впервые в СССР, применить паровое испарительное охлаждение, как в гоночных самолетах. Конденсатором служила двойная обшивка крыла снизу от переднего лонжерона через носок и по всей верхней стороне до щели элерона.
Конструкция самолета была смешанная. Применялись материалы, обеспечивавшие наименьшую массу. Каркас фюзеляжа был форменный сварной из труб ХМА, его обшивка в хвостовой части – фанерная, прикрепленная к легкому каркасу из Л-профилей посредством фасонных шайб на контактной сварке. Обшивка носовой части – из альтмага, а частично ее образовывали маслобаки, сваренные из листового электрона.
Полки лонжеронов крыла были сделаны из пучка труб ХМА диаметром 18х16,5 мм с пределом прочности sтв = 100 кгс/мм2. В центральной части пучок состоял из семи труб, потом их оставалось пять, потом – три и на конце – одна труба. Раскосы и форменные нервюры крыла и оперения были сделаны из соответствующих профилей типа Л из стали Энерж-6 разной толщины, как и вся обшивка крыла, на точечной и роликовой электросварке. Применялась и пайка для герметичности конденсатора.
В управлении самолетом также были элементы новизны. Было осуществлено управление рулями высоты с переменным передаточным числом, устанавливаемым летчиком от руки в зависимости от скорости самолета и дающим изменение усилий на ручке в желаемых пределах. Интересно, что это устройство осталось тогда неизвестнымдругим ОКБ и спустя десять лет было сделано повторно ЦАГИ и ЛИИ и ими испытано в 1944 г. как новое изобретение.
В самолете “Сталь-6” было много оригинального и непривычного, но получился он удачным. Осенью 1933 г. самолет с успехом прошел испытания. Летали А. Б. Юмашев и П. М. Стефановский. Разбег и взлет на одноколесном шасси удавались блестяще, не было никакого рыскания. Так же удачна была и посадка. Скорость у земли была 420 км/ч, впервые достигнутая в СССР и в то время, когда серийные истребители И-5 достигали всего 260—270 км/ч, а опытные И-15 и И-16 еще не вышли в свет. В то время были нужны и уже возможны стали истребители со скоростями 400—450 км/ч. Тактико-технические требования (ТТТ) на них были составлены ВВС, но Главное управление авиационной промышленности (ГУАП) не бралось строить их, многие не знали о самолете “Сталь-6”, а некоторые не верили сообщениям о нем.
На одном специальном совещании в Наркомвоенморе с участием К. Е. Ворошилова и Г. К. Орджоникидзе представитель ГУАП доказывал невыполнимость ТТТ. Его поправили, сообщив ему, что такой самолет существует, и его конструктор Бартини присутствует на совещании. Орджоникидзе распорядился требования принять и такие самолеты заказать. ГВФ было поручено выпустить “Сталь-6” в варианте истребителя. Так возникло задание на самолет “Сталь-8”
Поделитесь с друзьями