В передней части самолёта находилась закрытая кабина длиной 5,75 м и высотой 1,85 м с большими окнами, напоминавшая трамвайный вагон. Она состояла из отсека для пилотов и меблированной пассажирской каюты с электрическим освещением. Рабочие места пилотов были оборудованы двумя штурвальными колонками и большим для того времени набором приборов — компасом, тахометрами двигателей, измерителями скорости и высоты, указателями скольжения, крена и тангажа. За пассажирской каютой располагался закрытый отсек для отдыха экипажа со складной кушеткой, умывальником, туалетом и кладовка для запасных частей и инструментов. Перед кабиной установили открытый балкон. Учитывая большой вес самолёта — свыше четырёх тонн — шасси выполнили очень прочным, с четырьмя полозьями и восемью колёсами от самолёта «Ньюпор-4», которые строились на РБВЗ по заказу военного ведомства. После первых испытаний Сикорский заменил одинарные колеса на двойные, соединённые попарно и обтянутые кожей: это уменьшило нагрузку на грунт и облегчило взлёт. Установка моторов на крыле, просторная многоместная закрытая кабина, возможность полёта по приборам — все это было новым в самолётостроении[11].
Первые, не вполне точные сведения о самолёте просочились в печать в начале 1913 г., когда тот ещё строился. В февральском номере журнала «Аэро- и автомобильная жизнь» сообщалось: «Этот аппарат будет отличаться необычными до настоящего времени размерами…Его несущая поверхность будет равна 130 м2, размах 25 м, длина 20 м. На аппарат будут поставлены 4 мотора „Аргус“ в 100 HP (л.с. —
И.И.
Самолёт был готов к марту 1913 г. Его назвали «Гранд», но вскоре на волне патриотизма, связанного с празднованием 300-летия Дома Романовых, ему дали русское имя «Большой Русско-Балтийский» или просто «Большой». Для первых проб — пробежек по аэродрому и коротких подлётов — решили ограничиться установкой двух двигателей, по одному на каждом крыле.
3 марта «Гранд» вывели на Комендантский аэродром. Испытывать гигантскую машину Сикорский решил сам. Сначала он отрабатывал рулёжки: включал то правый, то левый двигатель и наблюдал, слушается ли самолёт рулей. 15 марта, во время очередной пробежки, конструктор слегка взял штурвал на себя и машина на несколько секунд оказалась в воздухе. Значит даже с двумя моторами «Гранд» способен оторваться от земли! На следующий день состоялось ещё два подлёта. Но вскоре испытания пришлось прекратить: весенняя распутица сделала лётное поле непригодным для использования.
В апреле «Гранд» перевезли на военный Корпусной аэродром и переделали в четырёхмоторный. Вторую пару «Аргусов» расположили в тандем к первой, с толкающими винтами. Это показывает, что конструктор всё же опасался в то время разносить двигатели по размаху, боясь возникновения большой несимметричной тяги. Однако уже первые полёты показали необоснованность этих опасений: эффективность рулей была достаточно велика, при остановке любого из двигателей самолёт нормально держал курс и даже мог выполнять развороты в сторону двух работающих двигателей.
Когда лётное поле подсохло, испытания продолжили. Шестого мая Сикорский выполнил круг над аэродромом на малой высоте, а 10 мая состоялся первый внеаэродромный полет «Гранда». Конструктор пишет:
«В том, что корабль будет летать хорошо, не было никаких сомнений. Тревожила лишь мысль о том, как удастся сделать посадку. Смотреть приходилось через стёкла каюты, а главное, большая машина весом около 250 пудов (4100 кг. —
Странно и непривычно было сидеть за рулём разбегающегося аэроплана и не чувствовать струи сильного ветра в лицо. От этого и скорость казалась меньше. Но ясно чувствовалось, как толчки под колёсами уменьшаются, аппарат лучше и отчётливее слушается рулей и уже отзывается на движение крылышками (элеронами. —
Всё внимание в этот первый полет было занято управлением, и только когда аэроплан, описав в воздухе круг, пролетел над местом вылета, окружённым темным волнующимся морем зрителей, можно было на небольшое время выглянуть в боковое окно на землю. Два других участника полёта были в лучшем положении. Они могли свободно прогуливаться по каюте летящего корабля и смотреть в окно.
Пролетев над местом вылета, воздушный корабль прошёл ещё версты три, повернул назад и стал снижаться, чтобы сделать посадку на землю. Ещё оставаясь на некоторой высоте в воздухе, я несколько раз проделал рулём высоты те движения, которые приходится делать при посадке. Таким образом удалось немного изучить, насколько быстро аппарат отзывается на действия рулей. Однако необходимо было уже садиться на землю, т. к. до конца поля, где стояли ангары и находилась толпа народа, оставалось уже меньше версты.
Сильным движением рычага все моторы были сразу сведены на небольшой ход. Сделанным в то же время движением руля высоты аппарат был наклонён вперёд. Земля стала быстро приближаться. Когда оставалось 3–5 саженей (1 сажень 2,134 м. —
С этого дня началась серия триумфальных демонстраций четырёхмоторного воздушного гиганта, принёсшего мировую славу не только его создателю, но и всему российскому самолётостроению. Сообщения о сенсационном самолёте появились на страницах как российской прессы, так и зарубежных авиационных журналов[14].
Одним из наиболее впечатляющих был полёт над столицей Российской империи. Его описание можно найти на страницах петербургского журнала «Техника воздухоплавания»:
«27 мая авиатор И. Сикорский совершил второй продолжительный полёт на своём новом большом аппарате „Гранде“. Он поднялся в 6 час. утра с Корпусного аэродрома при сильном и порывистом ветре и предпринял целый ряд опытов для испытания аппарата. Несмотря на грязь после дождей и на значительную тяжесть аппарата (до 250 пудов) подъём был очень удачен. В каютах „Большого“ находилось четыре механика, рядом с Сикорским, тоже на пилотском месте, авиатор Янковский. Сикорский, поднявшись свыше 300 метров, остановил один из четырёх моторов и оказалось, что при работе двух моторов с одной стороны и одного с другой стороны аппарата, последний шёл отлично.
Далее Сикорский делал крутые виражи, пассажиры во время полёта переходили с переднего балкончика аэроплана в задние каюты и т. д. Все опыты были удачны: по каюте можно свободно ходить, пассажиры поставлены в самые лучшие условия для производства наблюдений (так как не должны следить за аппаратом, в передней же части аппарата имеется специальный балкончик для наблюдений); аппарат обнаружил большую мощность и устойчивость. Сикорский, описав большой круг, показался над Новодевичьим монастырём в Петербурге и стал описывать круги над городом; несмотря на ранний час за полётом наблюдали большие толпы зрителей. После получасового полёта И. Сикорский, сделав очень красивый вираж, благополучно спустился на Корпусном аэродроме. Полёт, за которым наблюдали военные лётчики, вышел очень удачным»[15].
За успехами «Большого» наблюдали не только лётчики, но и высокопоставленные военные — создание флота многомоторных самолётов могло заметно усилить боевую мощь страны. Была даже идея установить на самолёте 37 мм орудие для борьбы с дирижаблями. Ещё в конце мая в прессе появилось сообщение о планах приобретения «Гранда» военным ведомством[16].
Интерес ещё более возрос после 22 июня 1912 г. В этот день над Корпусным аэродромом пролетал российский военный дирижабль «Лебедь». Сикорский вылетел навстречу ему, быстро догнал воздухоплавательный аппарат и выполнил несколько манёвров, демонстрируя превосходство своей машины в воздухе. На борту самолёта находился руководитель авиации Балтийского флота Б.П. Дудоров, а с земли за полётами наблюдал Морской министр вице адмирал И.К. Григорович. Вскоре Сикорский получил предложение от флота о покупке его многомоторной машины, носившей к тому времени звучное название «Русский витязь».
16 июля Всероссийский аэроклуб организовал торжественный обед в честь конструктора-новатора. Известный сторонник авиации, один из основателей российского военно-воздушного флота, генерал А.В. Каульбарс назвал появление самолёта Сикорского «переворотом в военном деле». На балконе «Русского витязя» опробовали установку пулемётной шкворневой турели, а в полу смонтировали стеклянное окошко для ведения наблюдений и прицеливания при бомбометании[17].
Между тем Игорь Сикорский продолжал совершенствовать своё детище. «На этих днях у аппарата И. Сикорского „Русский витязь“ поставлены другие задние пропеллеры. „Русский витязь“ летает почти ежедневно, после каждого полёта И. Сикорский вносит в свой аппарат те или иные изменения. Вчера испытывалась скорость „Русского витязя“, в час он покрыл 94 км (на аппарате было 5 человек)», — сообщала газета «Русский инвалид» от 25 июня 1913 г.
В июле после серии испытаний, в том числе остановки в полёте двух моторов на одном крыле, конструктор решил установить все четыре двигателя в ряд. Общая тяга пропеллеров возросла, улучшилось охлаждение моторов. Одновременно Сикорский добавил к хвостовому оперению два дополнительных руля поворота. Для посадки в тёмное время на балконе установили прожектор.
Иногда самолёт использовали для аэродинамических исследований в смонтированной на балконе «летучей лаборатории».
Модификация самолёта позволила Игорю Ивановичу 19 июля установить мировой рекорд продолжительности полёта с грузом. «Русский витязь» с семью пассажирами на борту находился в воздухе 1 час 4 минуты.
В конце июля в Красном Селе проходил традиционный смотр войск гвардии и петербургского военного округа. Участвовала в нём и авиация — самолёты и лётчики Первой авиационной роты. Зная, что в Красное Село 25 июля должен приехать Николай II, руководство Русско-Балтийского вагонного завода добилось разрешения продемонстрировать там «Русский витязь». Стартовав с Корпусного аэродрома, многомоторная машина через 20 минут приземлилась в Красном Селе.
Царь прибыл к самолёту в 4 часа пополудни. По лестнице он поднялся на борт воздушного гиганта, подробно осмотрел его, беседовал с Сикорским. С этого времени в салоне «Русского витязя» появилась серебряная табличка с надписью «Сию каюту осчастливил Своим появлением Державный адмирал будущего Великого Российского Воздушного Флота Его Императорское Величество Государь Император»[18].
Вскоре Игорю Ивановичу передали царский подарок — золотой портсигар с бриллиантовым изображением государственного герба.
Испытания «Русского витязя» убедительно продемонстрировали его безопасность по сравнению с одномоторными самолётами. 12 июня во время взлёта на высоте 15 метров оборвавшаяся стальная расчалка крыла попала в пропеллер и расщепила его. Осколки пропеллера в нескольких местах порвали обшивку верхнего крыла. Но самолёт благополучно приземлился и через два дня был готов вновь подняться в воздух. В другом полёте неожиданно сломался крайний двигатель и оторвался один из узлов его крепления к крылу. Механик вылез на крыло, добрался до остановившегося двигателя и с помощью ремней зафиксировал его. Пригодились и навигационные приборы. При возвращении со смотра в Красном Селе на Корпусной аэродром моросивший дождь так забросал окна кабины, что через них ничего не было видно. Но пилоты, ориентируясь по приборам, благополучно долетели до места назначения[19].
«Русский витязь» погиб не в воздухе, а на земле. 11 сентября во время проходившего на Корпусном аэродроме конкурса военных аэропланов с биплана «Меллер-II» завода «Дукс» сорвался мотор, который угодил точно в крыло «Витязя». Пилот потерявшего мотор самолёта сумел благополучно приземлиться. Виновницей необычного случая была оторвавшаяся масляная помпа — она попала в пропеллер, тот сломался, лишившийся нагрузки двигатель стал резко увеличить обороты и сорвался с ложемента.
К моменту этого происшествия «Русский витязь» налетал более 11 часов. Сикорский решил не восстанавливать самолёт, так как по заказу Морского ведомства уже строился четырёхмоторный «Илья Муромец». Он отличался более высоким и прочным фюзеляжем, увеличенным размахом крыла, носовая часть фюзеляжа была застеклена и образовывала закрытую кабину, как на всех будущих тяжёлых самолётах. Благодаря улучшенной аэродинамике возросла грузоподъёмность, скорость и высота полёта. В 1914 г. началось серийное производство «Ильи Муромца», в годы войны эти самолёты успешно применялись в качестве бомбардировщиков и дальних разведчиков.
Появление на фронте уникального по характеристикам самолёта стимулировало создание многомоторных машин за рубежом. В начале 1915 г. конструктор фирмы «Сименс» В. Форсман, который обучался в Рижском политехническом институте и был хорошо знаком с российской авиацией, попытался повторить успех Сикорского, построив похожий на «Илью Муромца» самолёт «Форсман-R». Но машина оказалась неудачной и после нескольких полётов потерпела аварию. Выпущенный в 1915 г. небольшой серией трёхмоторный немецкий бомбардировщик «Штеффен R.1» с двигателями в фюзеляже показал себя непригодным для работы на фронте из-за частых поломок в трансмиссии от силовой установки к винтам. Боеспособные многомоторные самолёты появились на Западе только в 1916 г.
По моему убеждению, постройка и успешные испытания «Русского витязя» и серийное производство последовавшего за ним «Ильи Муромца» являются крупнейшим вкладом нашей страны в развитие мировой авиации, открытием нового направления в самолётостроении. Создание «Русского витязя» обошлось в 63 тыс. рублей (обычный одномоторный самолёт стоил тогда 7–8 тысяч). Но «игра стоила свеч». Если прежде мечты о гигантском и комфортабельном «воздушном корабле» казались уделом писателей-фантастов, то теперь была проверена возможность строительства таких машин, доказана их безопасность и перспективность. Теория подъёмной силы находилась ещё в зачаточном состоянии, но талантливый русский авиаконструктор интуитивно верно выбрал схему с крылом большого удлинения и распределёнными по размаху двигателями; первое позволяло увеличить грузоподъёмность, второе — компенсировать аэродинамическую нагрузку на крыло весом моторов.
Первенец отечественного металлического самолётостроения
Первые попытки создания металлических самолётов относятся к началу 1910-х годов. Это были монопланы Д. Муазана (Франция, 1910 г.), «Тюбавион» Понша и Примара (Франция, 1911 г.), Ф. Хута (Германия, 1912 г.), Г. Рейснера (Германия, 1912 г.), бипланы «Уайт-Томпсон-1» конструкции Ф. Ланчестера (Англия, 1910 г.) и фирмы «Морель» (Франция, 1912 г.). Их силовой каркас обычно делали из стали, обшивку — из листов алюминия. Исключение составлял самолёт Муазана, целиком изготовленный из алюминия. Чтобы повысить жёсткость обшивки, листы обшивки иногда делали гофрированными (Муазан, Рейснер).
Использование металла сулило большие преимущества — этот материал долговечнее, чем дерево и полотно, прочнее, обладает более однородными механическими свойствами. Но древесина в 5–6 раз легче алюминия и в 15 раз легче стали. Поэтому металлические самолёты получались тяжёлыми и или вообще не могли взлететь («Муазан», «Уайт-Томпсон-1», «Хут»), или обладали очень плохими лётными качествами. По прочности на единицу веса сосна значительно превосходила алюминий и сталь при всех видах нагрузок, то есть дерево по-прежнему оставалось самым выгодным материалом.
Между тем подходящий для авиаконструкторов сплав уже существовал, о нём просто не знали. В 1909 г. немецкий учёный Альфред Вильм, изучавший свойства алюминия с добавками других металлов, сделал удивительное открытие: сплав алюминия с медью, магнием и марганцем, предварительно нагретый до температуры примерно 500 °C, находясь при комнатной температуре в течение 4–5 суток, самопроизвольно повышает свою прочность без снижения пластичности. Вильм обнаружил это случайно, при вторичном испытании ранее изготовленных образцов. Это явление назвали процессом старения, а сам сплав — дюралюмином, по имени города Дюрена, где на металлургическом заводе организовали выпуск нового материала. По прочности он в 4–5 раз превосходил чистый алюминий. Лёгкий, прочный и удобный в обработке материал в скором времени получил распространение в немецком машиностроении.
В конструкции самолётов дюралюмин первым применил Г. Юнкерс во время Первой мировой войны. Из-за блокады Германия испытывала трудности в получении качественной древесины. Сначала Юнкерс попытался сделать стальной моноплан J1, но тот оказался слишком тяжёлым. В 1917 г. на фирме «Юнкерс» создали штурмовик J4 с конструкцией из дюралюмина и стальной бронёй. Этот самолёт-биплан применялся на войне. В следующем году в воздух поднялся дюралюминиевый Юнкерс J7 — моноплан со свободнонесущим крылом и гофрированной обшивкой (первый опыт применения металлической гофрированной обшивки Юнкерс приобрёл в 1912 г., изготовив крылья и стабилизаторы для упоминавшегося выше самолёта Рейснера). Его развитием были истребители J9 (в серии — D1) и J10, производство которых началось в 1918 г. Но подлинную славу фирме «Юнкерс» принёс первый в мире металлический пассажирский самолёт F13 (1919 г.), долго и успешно эксплуатировавшийся во многих странах.
В других странах металлическое самолётостроение в то время ещё не получило распространения. Так, из спроектированных и построенных в Европе и США в 1919–1922 гг. 204 моделей самолётов 180 были деревянной конструкции, 10 — смешанной и только 14 — металлической.
В России металлические самолёты не производили, но о них знали. Среди трофеев гражданской войны были истребитель Юнкерс D1 и его двухместный вариант CL1. Последний привезли в Москву на Ходынский аэродром, и наши авиационные специалисты могли изучить его.
Впечатляла прочность металлических самолётов. Однажды в Москву с рекламными целями прилетел пассажирский Юнкерс F.13. Во втором полете машина скапотировала на неровностях лётного поля. На глазах изумлённых зрителей пилот и бортмеханик «Юнкерса» поставили самолёт на колеса, на месте заменили сломанный воздушный винт запасным и через десять минут своим ходом подрулили к зданию аэропорта. Так как были повреждены концы крыла, на следующий день немецкий механик расклепал помятые листы гофрированного дюраля и выправил их на специальных шаблонах. Машина была готова к полётам.
В России полыхала гражданская война, но инженеры и учёные уже обсуждали пути развития Красного Воздушного флота. Прежде всего нужно было решить вопрос о материале. Раньше самолёты делали из импортной древесины, но после прихода к власти большевиков поставки американского спруса и орегонской сосны прекратились, и строить самолёты было не из чего. Выходом могло стать использование лёгких металлических сплавов на основе алюминия, имевших немало преимуществ перед авиационной древесиной. Но таких материалов в России не производили. К тому же сторонники традиционной древесины апеллировали к тому, что импортную сосну несложно заменить сибирской сосной, кедром, лиственницей, деревянные самолёты проще и дешевле в производстве, чем металлические. Но доводы в пользу лёгких металлических сплавов для авиации, особенно в сыром климате, в конце концов победили. В 1919 г. была создана Комиссия по алюминию для разведки запасов этого сырья в нашей стране, и они были найдены, а в 1921 г. член Научно-технического комитета Главного управления Военно-воздушного флота И.И. Сидорин внёс предложение о создании и организации производства отечественного аналога дюралюмина. Проблема заключалась в том, что А. Вильм и Дюренский металлургический завод, широко рекламировавший изготовляемый им сплав, держали в секрете химический состав и технологию производства этого материала. «К сожалению, — говорил Сидорин в докладе „К вопросу об организации русской алюминиевой промышленности“ 18 ноября 1921 г., — научных трудов по исследованию тройных алюминиевых сплавов почти нет и многие вопросы в этой области представляют собой тайну владельцев заграничных патентов»[20].
Непростую задачу создания аналога дюралюмина поручили Первому государственному заводу по обработке цветных металлов, расположенному в посёлке Кольчугино Владимирской губернии.
Знакомство с дюралюмином в Кольчугино произошло ещё в 1911 г., когда представители английской фирмы «Виккерс» в Петербурге прислали на завод образцы этого материала. Но тогда никаких практических шагов не последовало. После решения о создании отечественного авиационного сплава на основе алюминия на завод передали для изучения химического состава фюзеляж трофейного «Юнкерса». В разработке сплава и методов его производства участвовали металлурги И.И. Сидорин, Ю.Г. Музалевский, начальник литейного цеха Кольчугинского завода В.А. Буталов. К лету 1922 г. опытным путём были получены первые отливки. «Полученный сплав, — сообщал Буталов, — состоящий из алюминия с небольшим количеством меди, никеля, марганца и магния, изготовленный мною на первом Государственном заводе в Кольчугине, назван „кольчугалюминием“»[21]. Детали из него по удельной прочности не уступали немецкому дюралюмину.
Технологию производства передали на петроградский медеобрабатывающий завод «Красный выборжец», в результате сразу два металлургических предприятия страны развернули производство кольчугалюминия. Так появилась база для создания металлических самолётов.
Для проектирования опытных образцов в октябре 1922 г. при ЦАГИ организовали Комиссию по постройке металлических самолётов под председательством А.Н. Туполева. Её деятельность финансировал Научный комитет Главного управления Военно-воздушного флота.
Первыми шагами в работе Комиссии была разработка сортамента деталей из кольчугалюминия, необходимых для строительства самолётов и проверка их физико-механических свойств. К этому времени был подписан договор с фирмой «Юнкерс» о производстве металлических самолётов на заводе в Филях, но на помощь немцев сотрудникам Комиссии рассчитывать не приходилось. Об этом свидетельствует выдержка из докладной записки Авиационного отдела ЦАГИ: «Отчасти из-за невозможности следить вплотную за развитием промышленности за границей и отчасти потому, что производственные методы являются секретом завода (Юнкерса), Комиссии вместе с Кольчугинским заводом при организации и постановке производства приходилось решать целый ряд сложных вопросов и вырабатывать оригинальные методы; так, на пример, производство гофра поставлено иначе, чем на заводе Юнкерса (как это стало известным впоследствии) и по сравнению с методами Юнкерса даёт значительную экономию времени, не ухудшая качества материала»[22]. Предусмотренного договором с «Юнкерсом» производства дюралюмина в СССР так и не дождались. В 1925 г. концессия Юнкерса прекратила свою работу.
Первую проверку конструкции из кольчугалюминия Туполев решил провести в наземных условиях. В начале 1923 г. под его руководством в ЦАГИ из готовили аэросани АНТ-III. Рама, гофрированная обшивка, лыжи — всё было из нового отечественного сплава. Испытания, включавшие в себя зимний пробег из Москвы в Нижний Новгород и обратно, доказали преимущества нового материала перед деревянной конструкцией. При вдвое меньшем весе аэросани были прочнее, их лыжи не ломались на неровностях.