Краткая инструкция по расчету дальности полета самолета Пе-2 2М-105 с ВИШ-61Б
«Краткая инструкция по расчету дальности полета самолета Пе-2 2М-105 с ВИШ-61Б», разработанная в НИИ ВВС КА, была утверждена 30 июня 1941, а уже в начале июля размножена в количестве 1500 экземпляров. В «Таблицы для подсчета дальности и продолжительности полета самолетов», утвержденные начальником НИИ ВВС КА 1 октября 1941, одна из таблиц этой инструкции вошла практически без изменений, а две другие были пересчитаны для других значений скорости с использованием тех же исходных данных, что и в инструкции. Таким образом, можно считать, что рассматриваемая инструкция оставалась основным документом для расчета дальности и продолжительности полета самолета Пе-2 в частях ВВС Красной Армии по крайней мере до конца 1941 года.
Заправка Пе-2 514 бап ВВС Северо-Западного фронта, аэродром Макарово, февраль 1942 г.
Исходными данными для составления инструкции стали результаты испытаний в НИИ ВВС КА Пе-2 № 220101 (иногда указывался в документах как 2201, 2201/01 или просто самолет № 1 з-да № 22) - одного из трех самолетов, участвовавших в государственных испытаниях Пе-2, проходивших декабре 1940 - марте 1941 гг. Текстовая часть инструкции приведена ниже:
Точность вычислений
Я проверил расчеты составителей инструкции, воспользовавшись для этого теми же графиками, что и они. В приведенных ниже таблицах в белых полях указаны цифры, взятые непосредственно из таблиц инструкции, а в голубых - результаты моих расчетов. Разница между ними указана в зеленых полях. Как и следовало ожидать, в большинстве случаев разница оказалась незначительной, но несколько заметных ошибок удалось выявить - поля с этими ошибками выделены желтым цветом. В одном случае это ошибка переноса значения с графика, а в остальных опечатки или ошибки вычислений. Таблицы 4 и 5 я проверять и приводить здесь не стал. Это таблицы для расчета тактического радиуса самолета с бомбами на внешней подвеске из условия сброса бомб на середине маршрута. Метод расчета описан в текстовой части инструкции, а вся необходимая информация для их составления содержится в трех первых таблицах.
Некоторой неожиданностью при проверке таблиц оказалась существенная ошибка при пересчете исправленной приборной скорости в истинную для высоты 3000 м. Аэродинамическая поправка, определенная в ходе государственных испытаний Пе-2, составила минус 20 км/ч практически во всем диапазоне скоростей, поэтому вычисление истинной скорости заключается в том, чтобы из исправленной приборной скорости вычесть 20 км/ч, а затем пересчитать полученный результат в истинную скорость для соответствующей высоты. Авторы инструкции делали это с помощью приведенного ниже графика, на который я наложил линии, соответствующие истинной скорости для 3000, 5000 и 7000 м МСА.
График для пересчета скорости по прибору в истинную в зависимости от высоты полета из инструкции по расчету дальности полета самолета Пе-2. График учитывает аэродинамическую поправку -20км/ч, полученную по результатам измерения скорости полета у земли на мерном километре в ходе государственных испытаний Пе-2. Поверх графика мною наложены красные линии, соответствующие истинной скорости на высоте 3000, 5000 и 7000 м МСА.
Линии для 5000 и 7000 м неплохо совпали, а вот для 3000 метров налицо заметная разница. Что это - ошибка составителей графика или намеренный расчет для нестандартной температуры (график примерно соответствует истинной скорости при МСА-8˚С) - наверное, так и останется загадкой. В любом случае на вычисление дальности и продолжительности полета эта ошибка не влияет, поскольку вполне очевидно, что авторы таблиц, задавались истинной скоростью, и уже из нее получали приборную. Другое дело, что летчик, воспользовавшийся этой таблицей, будет держать повышенную скорость по прибору, что приведет к перерасходу топлива и некоторому снижению дальности полета.
В приведенных выше таблицах 1 - 3 даны два расчетных значения индикаторной земной скорости. Первая получена путем вычитания аэродинамической поправки из приборной исправленной скорости указанной в таблицах инструкции, а вторая - пересчетом из истинной скорости, так же взятой из таблиц инструкции.
Обсуждение метода
Расчет, предложенный авторами инструкции не учитывает расстояние, пройденное самолетом при наборе высоты, как если бы самолет набирал высоту непосредственно над аэродромом, а также экономию топлива при полете самолета со снижением с высоты крейсерского полета. Благодаря этому у нас появляется дополнительный резерв на нестандартные условия полета сверх нормативных 10%. Экономию топлива при снижении на подобных самолетах обычно не учитывают, полагая ее резервом на предпосадочное маневрирование в районе аэродрома. А вот расстояние, проходимое при наборе высоты можно подсчитать. Ниже в таблице приведено расстояние, проходимое Пе-2 при наборе высоты при взлетном весе 7500 кг (полный запас топлива, без бомб).
Понятно, что при наличии бомб на внутренней подвеске взлетный вес будет больше, а следовательно, увеличится время набора высоты, пройденное при этом расстояние и израсходованное топливо. Однако инструкция это игнорирует - для этого варианта в ней используется тот же самый график расхода топлива для набора высоты при взлетном весе 7500 кг. Поэтому, в случае взлета с бомбами на внутренней подвеске не учитываемая инструкцией прибавка дальности будет меньше. Что касается расстояния проходимого Пе-2 при наборе высоты со взлетным весом 8500 кг, включая 1000 кг бомб на внешней подвеске, то не имея точных данных о режиме набора высоты, для которого в инструкции приведен график расхода топлива, его можно оценить только приблизительно - около 40 км при наборе высоты 3000 м и около 70 км при наборе высоты 5000 м.
Проверка практикой
Интересно сравнить, как результаты расчета, произведенного в соответствии с инструкцией соотносятся с дальностью и расходом топлива достигавшимися в реальном полете. Для этого проанализируем результаты полета на дальность самолета Пе-2 № 390102, проведенного 28 января 1941 года по программе государственных испытаний, т.е. еще до того, как были проведены полеты на определение расхода топлива на основе которых составлялась рассматриваемая инструкция.
Расстояние по прямой от Чкаловской до Воронежа составляет 470 км, таким образом общая длина маршрута должна была составить 940 км. Однако, даже в идеальных условиях испытательного полета, длина земного пути оказалась несколько больше - 970 км, а воздушный путь из-за влияния ветра оказался еще больше, составив 1005 км. Всего в ходе этого полета было израсходовано 875 кг топлива, а в баках после приземления осталось 265 кг. Учитывая, что в ходе этого полета расход топлива на горизонтальном участке составил примерно 0,85 килограмм на километр воздушного пути, было подсчитано, что израсходовав оставшееся топливо кроме резервного остатка 100 кг самолет смог бы пролететь еще 195 км, а на последних 100 кг топлива - еще 115 км. Таким образом и была получена цифра в 1200 (1005+195) км технической дальности одиночного самолета с остатком бензина при посадке 100 кг, вошедшая в отчет и акт по результатам государственных испытаний. Техническая дальность до полного выгорания топлива составила 1315 км. Как видим, это именно техническая дальность - т.е. дальность, соответствующая полету в безветренную погоду по идеально прямому маршруту.
Можно добавить, что взяв соотношение приборной и истинной скорости на высоте 5500 м, полученной по результатам испытаний, можно подсчитать, что температура воздуха на этой высоте во время полета была приблизительно -42˚С или МСА-21˚С, что в общем-то нормально для января. Однако вызванное этим снижение истинной воздушной скорости неизбежно уменьшало дальность полета по сравнению с условиями стандартной атмосферы. Ориентировочно это снижение можно оценить в 2-3% от длины участка горизонтального полета. Впрочем, это снижение дальности частично компенсировалось меньшим количеством топлива, потраченным при наборе высоты (за счет лучшей скороподъемности при низких температурах), а также большим количеством топлива, которое удалось залить в баки благодаря его повышенной плотности (1140 кг при плотности 0,759 кг/л вместо стандартных 1125 кг при плотности 0,75 кг/л).
А теперь возьмем количество топлива, потраченное во время полета 28 января 1941 года и посмотрим, на какое расстояние его хватит при расчете, выполненном в соответствии с инструкцией. Из общего количества 875 кг вычтем 16 кг на работу мотора на земле и 105 кг на набор высоты 5500 м - итого на горизонтальный участок полета остается 754 кг. Поделив их на километровый расход для истинной скорости 463 км/ч, составляющий согласно графику в инструкции 0,832 кг/км, получим расчетную дальность в 907 км без резерва. В реальном испытательном полете этого топлива хватило на то, чтобы пролететь 940 км, т.е. на 33 километра больше. С одной стороны, это хорошо - расчет дал несколько более консервативную цифру, чем практика, т.е. инструкции вполне можно доверять. Но если вспомнить о дополнительных резервах дальности, не учитываемых инструкцией, которые обсуждались в предыдущем разделе, то получается, что неидеальные условия полета - незапланированное удлинение маршрута, ветер, повышенный километровый расход на крейсерском участке - полностью компенсировали увеличение дальности полета за счет меньшего расхода при снижении, а кроме того съели почти половину дистанции, проходимой самолетом при наборе. И это в мирное время, в тепличных условиях испытательного полета, с опытнейшим экипажем и близком к идеальному состоянию матчасти.
Все вышеописанное относится к самым первым выпущенным Пе-2, а как уже говорилось, эта инструкция использовалась по крайней мере до конца 1941-го года экипажами серийных Пе-2, характеристики которых существенно отличались от тех, которые были продемонстрированы машинами, проходившими государственные испытания.
Конечно, увеличение взлетного веса и аэродинамического сопротивления, вызванные установкой дополнительного оборудования и вооружения, а также ухудшение качества отделки внешней поверхности влияют на снижение дальности полета в меньшей степени, чем на максимальную скорость, но тем не менее это влияние есть. Если же к этому добавить обычное в боевых условиях неоптимальное управление заслонками водяных и маслорадиаторов, заметно увеличивавшее сопротивление, и неизбежное противодействие противника, вынуждающее иногда использовать повышенные режимы работы моторов, то можно прийти к выводу, что предложенный авторами инструкции типовой запас топлива в 10%, учитывающий «влияние ветра и условий боевой обстановки» является неоправданно оптимистичным.