Истребители Второй Мировой войны: лучшие из лучших. Взгляд инженера.Часть II.
Оригинал взят у navy_chf в Истребители Второй Мировой войны: лучшие из лучших. Взгляд инженера.Часть II.
Немецкий истребитель Мессершмитт Bf 109 создавался примерно в то же время,
что и «Спитфайр». Как и английский самолет, Bf 109 стал одним из наиболее удачных образцов боевой машины периода войны и прошел большой путь эволюции: его оснащали все более мощными моторами, улучшали аэродинамику, эксплуатационные и пилотажные характеристики. В плане аэродинамики наиболее крупные изменения последний раз были осуществлены в 1941 г., когда появился Bf 109F. Дальнейшее совершенствование летных данных шло, главным образом, за счет установки новых моторов. Внешне последние модификации этого истребителя - Bf 109G-10 и К-4 мало отличались от гораздо более раннего Bf 109F, хотя и имели ряд аэродинамических улучшений.
Этот самолет был лучшим представителем легкой и маневренной боевой машины гитлеровских Люфтваффе. На протяжении почти всей второй мировой войны истребители Мессершмитт Bf 109 находились среди лучших образцов самолетов своего класса, и только к концу войны они стали утрачивать свои позиции. Совместить качества, свойственные лучшим западным истребителям, рассчитанным на сравнительно большую высоту боевого применения, с качествами, присущими лучшим советским «средневысотным» истребителям, оказалось невозможным.
Подобно своим английским коллегам, проектировщики самолета Bf 109 попытались совместить высокую максимальную скорость с хорошими маневренными и взлетно-посадочными качествами. Но решали они эту задачу совсем по-другому: в отличие от «Спитфайра», Bf 109 имел большую удельную нагрузку на крыло, позволявшую получить высокую скорость, а для улучшения маневренности использовались не только хорошо известные предкрылки, но и закрылки, которые в нужный момент боя могли отклоняться летчиком на небольшой угол. Применение управляемых закрылков было новым и оригинальным решением. Для улучшения взлетно-посадочных характеристик помимо автоматических предкрылков и управляемых закрылков использовались зависающие элероны, которые работали как дополнительные секции закрылков; был применен и управляемый стабилизатор. Словом, Bf 109 имел уникальную систему непосредственного управления подъемной силой, во многом свойственную современным самолетам с присущей им автоматикой. Однако на практике многие решения конструкторов не привились. Из-за сложности пришлось отказаться от управляемого стабилизатора, зависающих элеронов, системы выпуска закрылков в бою. В результате по своим маневренным качествам Bf 109 не сильно отличался от других истребителей - как советских, так и американских, хотя и уступал лучшим отечественным машинам. Похожими оказались и характеристики взлета и посадки.
Опыт самолетостроения показывает, что постепенное совершенствование боевого самолета почти всегда сопровождается увеличением его веса. Это связано с установкой более мощных, а значит и более тяжелых моторов, увеличением запаса топлива, повышением мощи вооружения, необходимыми усилениями конструкции и другими сопутствующими мероприятиями. В конце концов наступает момент, когда резервы данной конструкции оказываются исчерпанными. Одним из ограничений является удельная нагрузка на крыло. Это, понятно, не единственный параметр, но один из самых главных и общий для всех самолетов. Так, по мере модифицирования истребителей «Спитфайр» от варианта 1А до XIV и Bf 109 от В-2 до G-10 и К-4 удельная нагрузка на крыло у них возросла примерно на треть! Уже у Bf 109G-2 (1942 г.) она составила 185 кг/м2, в то время как у «Спитфайра» IX, который тоже был выпущен в 1942 г., было около 150 кг/м2. Для Bf 109G-2 такая нагрузка на крыло была близка к пределу. При дальнейшем ее росте резко ухудшались пилотажные, маневренные и взлетно-посадочные характеристики самолета, несмотря на очень эффективную механизацию крыла (предкрылки и закрылки).
Начиная с 1942 г. немецкие конструкторы вели совершенствование своего лучшего истребителя воздушного боя в условиях очень жестких весовых ограничений, что сильно сужало возможности качественного улучшения самолета. А создатели «Спитфайра» имели еще достаточные резервы и продолжали увеличивать мощность устанавливаемых моторов и усиливать вооружение, не особенно считаясь при этом с увеличением веса.
Большое влияние на аэродинамические свойства самолетов оказывает качество их серийного производства. Небрежное изготовление может свести на нет все усилия конструкторов и ученых. Такое случается не столь уж редко. Судя по трофейным документам, в Германии, проводя в конце войны сравнительное изучение аэродинамики немецких, американских и английских истребителей, пришли к выводу, что Bf 109G имел наихудшее качество производственного выполнения, и, в частности, по этой причине его аэродинамика оказалась самой плохой, что с большой вероятностью можно распространить и на Bf 109K-4.
Из сказанного видно, что в плане технической концепции создания и аэродинамических особенностей компоновки каждый из сопоставляемых самолетов вполне оригинален. Но имеют и много общих черт: хорошо обтекаемые формы, тщательное капотирование моторов, хорошо отработанная местная аэродинамика и аэродинамика охлаждающих устройств.
Что касается конструкции, то советские истребители были намного проще и дешевле в производстве, чем английские, немецкие и, особенно, американские машины. Дефицитные материалы в них применялись в очень ограниченном количестве. Благодаря этому в СССР удалось обеспечить высокий темп выпуска самолетов в условиях жесточайших материальных ограничений и недостатка квалифицированной рабочей силы. Надо сказать, что наша страна оказалась в самом тяжелом положении. С 1941 по 1944 гг. включительно значительная часть промышленной зоны, где размещалось много металлургических предприятий, была оккупирована фашистами. Некоторые заводы удалось эвакуировать вглубь страны и наладить производство на новых местах. Но значительная часть производственного потенциала была все-таки безвозвратно потеряна. Кроме того, большое число квалифицированных рабочих и специалистов ушло на фронт. У станков их заменили женщины и дети, которые не могли работать на соответствующем уровне. И тем не менее, авиапромышленность СССР хоть и не сразу, но смогла обеспечить потребности фронта в авиатехнике.
В отличие от цельнометаллических западных истребителей, в советских машинах широко использовалось дерево. Однако во многих силовых элементах, собственно и определявших вес конструкции, применялся металл. Именно поэтому по уровню весового совершенства Як-3 и Ла-7 практически не отличались от иностранных истребителей.
По технологической продуманности, легкости доступа к отдельным агрегатам и удобству обслуживания в целом несколько предпочтительнее выглядели Bf 109 и «Мустанг». Однако «Спитфайры» и советские истребители тоже были хорошо приспособлены к условиям боевой эксплуатации. А вот по таким очень важным характеристикам, как качество оборудования и уровень автоматизации, Як-3 и Ла-7 уступали западным истребителям, лучшими из которых по степени автоматизации были немецкие самолеты (не только Bf 109, но и другие).
Важнейшим показателем высоких летных данных самолета и его боеспособности в целом является силовая установка. Именно в авиационном моторостроении в первую очередь находят свое воплощение последние достижения в области технологии, материалов, систем управления и автоматизации. Моторостроение - одна из самых наукоемких отраслей авиапромышленности. По сравнению с самолетом процесс создания и доводки новых моторов занимает гораздо больше времени и требует больших усилий.
В период второй мировой войны лидирующее положение в авиационном моторостроении занимала Англия. Именно моторами фирмы Роллс-Ройс оснащались «Спитфайры» и лучшие варианты «Мустангов» (Р-51В, С и D). Можно без преувеличения сказать, что как раз установка английского мотора «Мерлин», который производился в США по лицензии фирмой Паккард, позволила реализовать большие возможности «Мустанга» и вывела его в разряд элитных истребителей. До этого Р-51 был хотя и оригинальным, но по боевым возможностям довольно посредственным самолетом.
Особенность английских моторов, во многом определившая их отличные характеристики, заключалась в использовании высокосортного бензина, условное октановое число которого достигало 100-150. Это давало возможность применять большую степень наддува воздуха (точнее, рабочей смеси) в цилиндры и тем самым получать большие мощности. СССР и Германия не могли обеспечить потребности авиации в столь высококачественном и дорогом топливе. Обычно использовался бензин с октановым числом 87-100.
Характерной чертой, объединявшей все моторы, которые стояли на сопоставляемых истребителях, было применение двухскоростных приводных центробежных нагнетателей (ПЦН), обеспечивающих требуемую высотность. Но отличие моторов Роллс-Ройс состояло в том, что их нагнетатели имели не одну, как обычно, а две последовательные ступени сжатия, да еще с промежуточным охлаждением рабочей смеси в специальном радиаторе. Несмотря на сложность таких систем, их применение оказывалось полностью оправданным для высотных моторов, поскольку заметно уменьшало потери мощности, затрачиваемой мотором на нагнетание. Это был очень важный фактор.
Оригинальной была система нагнетания моторов DB-605, приводившаяся в движение через турбомуфту, которая при автоматическом управлении плавно регулировала передаточное число от мотора к крыльчатке нагнетателя. В отличие от двухскоростных приводных нагнетателей, стоявших на советских и английских двигателях, турбомуфта позволяла уменьшить падение мощности, имевшее место между скоростями нагнетания.
Важное преимущество немецких моторов (DB-605 и других) заключалось в применении непосредственного впрыска топлива в цилиндры. По сравнению с обычной карбюраторной системой это повышало надежность и экономичность силовой установки. Из остальных моторов только советский АШ-82ФН, стоявший на Ла-7, имел аналогичную систему непосредственного впрыска.
Существенным фактором в повышении летных данных «Мустанга» и «Спитфайра» являлось то, что их моторы имели относительно кратковременные режимы работы на повышенной мощности. В бою пилоты этих истребителей могли в течение какого-то времени использовать кроме длительного, то есть номинального, либо боевой (5-15 минут), либо в экстренных случаях чрезвычайный (1-5 минут) режимы. Боевой, или, как его еще называли, военный режим стал основным для работы мотора в воздушном бою. Моторы советских истребителей не имели режимов повышенной мощности на высоте, что ограничивало возможности дополнительного улучшения их летных характеристик.
Большинство вариантов «Мустангов» и «Спитфайров» рассчитывалось на большую высоту боевого применения, характерную для действий авиации на Западе. Поэтому их моторы имели достаточную высотность. Немецкие моторостроители вынуждены были решать сложную техническую задачу. При сравнительно большой расчетной высоте мотора, необходимой для борьбы в воздухе на Западе, важно было обеспечить необходимую мощность на малых и средних высотах, требуемую для ведения боевых действий на Востоке. Как известно, простое увеличение высотности обычно ведет к возрастающим потерям мощности на малых высотах. Поэтому конструкторы проявили много изобретательности и применили ряд неординарных технических решений, По своей высотности мотор DB-605 занимал как бы промежуточное положение между английскими и советскими моторами. Для повышения мощности на высотах ниже расчетной применялся впрыск водоспиртовой смеси (система MW-50), что давало возможность, несмотря на сравнительно низкое октановое число топлива, заметно увеличивать наддув, а, следовательно, и мощность без возникновения детонации. Получался своеобразный максимальный режим, который, как и чрезвычайный, обычно мог использоваться до трех минут.
На высотах свыше расчетной мог применяться впрыск закиси азота (система GM-1), которая, будучи мощным окислителем, как бы возмещала недостаток кислорода в разреженной атмосфере и давала возможность на какое-то время увеличить высотность мотора и приблизить его характеристики к данным моторов Роллс-Ройс. Правда, указанные системы увеличивали вес самолета (на 60-120 кг), значительно усложняли силовую установку и ее эксплуатацию. По этим причинам они применялись порознь и использовались не на всех Bf 109G и К.
Значительное влияние на боеспособность истребителя оказывает его вооружение. По составу и расположению оружия рассматриваемые самолеты отличались весьма сильно. Если советские Як-3 и Ла-7 и немецкие Bf 109G и К имели центральное расположение оружия (пушки и пулеметы в носовой части фюзеляжа), то у «Спитфайров» и «Мустангов» оно располагалось в крыле вне площади, ометаемой винтом. Кроме того, «Мустанг» имел лишь крупнокалиберное пулеметное вооружение, в то время как на других истребителях ставились еще и пушки, а у Ла-7 и Bf 109K-4 было только пушечное вооружение. На Западном театре военных действий Р-51D предназначался в первую очередь для борьбы с истребителями противника. Для этой цели мощь его шести пулеметов оказывалась вполне достаточной. В отличие от «Мустанга», английские «Спитфайры» и советские Як-3 и Ла-7 вели борьбу с самолетами любых назначений, в том числе с бомбардировщиками, что, естественно, требовало более мощного вооружения.
Сравнивая крыльевую и центральную установку вооружения, трудно ответить, какая из этих схем являлась наиболее эффективной. Но все же советские фронтовые летчики и авиационные специалисты, так же как и немецкие, отдавали предпочтение центральной, которая обеспечивала наибольшую кучность огня. Такое расположение оказывается более выгодным, когда атака самолета противника проводится с предельно малых дистанций. А именно так обычно и старались действовать на Восточном фронте советские и немецкие летчики. На Западе воздушные бои велись в основном на большой высоте, где маневренность истребителей существенно ухудшалась. Сближаться с противником на близкое расстояние становилось намного труднее, а с бомбардировщиками еще и очень опасно, поскольку истребителю из-за вялого маневра сложно было уклониться от огня воздушных стрелков. По этой причине они открывали огонь с дальней дистанции и крыльевая установка оружия, рассчитанная на заданную дальность поражения, оказывалась вполне сопоставимой с центральной. Кроме того, скорострельность оружия при крыльевой схеме была выше, чем у оружия, синхронизированного для стрельбы через винт (пушки на Ла-7, пулеметы на Як-3 и Bf 109G), вооружение оказывалось вблизи центра тяжести и расход боеприпаса практически не влиял на его положение. Но один недостаток был все же органически присущ крыльевой схеме - это повышенный момент инерции относительно продольной оси самолета, из-за чего ухудшалась реакция истребителя по крену на действия летчика.
Среди множества критериев, определявших боеспособность самолета, самым главным для истребителя являлось сочетание его летных данных. Конечно, они важны не сами по себе, а в сочетании с целым рядом других количественных и качественных показателей, таких, например, как устойчивость, пилотажные свойства, простота эксплуатации, обзор и т.д. Для некоторых классов самолетов, учебных, к примеру, эти показатели имеют первостепенное значение. Но для боевых машин минувшей войны определяющими являются именно летные характеристики и вооружение, представляющие собой основные технические слагаемые боевой эффективности истребителей и бомбардировщиков. Поэтому конструкторы стремились в первую очередь добиться приоритета в летных данных, а точнее в тех из них, которые играли первостепенную роль.
Стоит уточнить, что под словами «летные данные» подразумевается целый комплекс важнейших показателей, главными из которых для истребителей были максимальная скорость, скороподъемность, дальность или время боевого вылета, маневренность, способность быстро набирать скорость, иногда практический потолок. Опыт показал, что техническое совершенство истребителей невозможно свести к какому-то одному критерию, который выражался бы числом, формулой или даже алгоритмом, рассчитанным для реализации на ЭВМ. Вопрос сравнения истребителей, так же как и поиск оптимального сочетания основных летных характеристик, до сих пор остается одним из самых сложных. Как, например, заранее определить, что было важнее - превосходство в маневренности и практическом потолке или же некоторое преимущество в максимальной скорости? Как правило, приоритет в одном получается за счет другого. Где та «золотая середина», которая дает наилучшие боевые качества? Очевидно, многое зависит от тактики и характера войны в воздухе в целом.
Известно, что максимальная скорость и скороподъемность существенно зависят от режима работы мотора. Одно дело длительный или номинальный режим, и совсем другое - чрезвычайный форсаж. Это хорошо видно из сопоставления максимальных скоростей лучших истребителей завершающего периода войны. Наличие режимов повышенной мощности существенно улучшает летные характеристики, но лишь на непродолжительное время, так как в противном случае может произойти разрушение мотора. По этой причине очень кратковременный чрезвычайный режим работы мотора, дававший наибольшую мощность, не считался в то время основным для работы силовой установки в воздушном бою. Он предназначался для использования только в самых экстренных, смертельно опасных для летчика ситуациях. Это положение хорошо подтверждает анализ летных данных одного из последних немецких поршневых истребителей - Мессершмитт Bf 109К-4.
Основные характеристики Bf 109K-4 приведены в довольно обширных материалах доклада, подготовленного в конце 1944 г. для канцлера Германии. Доклад освещал состояние и перспективы немецкого самолетостроения и готовился с участием германского авиационного научно-исследовательского центра DVL и ведущих авиационных фирм, таких как Мессершмитт, Арадо, Юнкерс. В этом документе, который есть все основания считать достаточно серьезным, при анализе возможностей Bf 109К-4 все приводимые его данные соответствуют только режиму продолжительной работы силовой установки, а характеристики на режиме максимальной мощности не рассматриваются и даже не упоминаются. И это не удивительно. Из-за тепловых перегрузок мотора летчик этого истребителя при наборе высоты с максимальным взлетным весом не мог долго использовать даже номинальный режим и вынужден был уже через 5,2 минуты после взлета снижать обороты и соответственно мощность. При взлете с меньшим весом ситуация улучшалась не намного. Поэтому говорить о каком-то реальном повышении скороподъемности за счет применения чрезвычайного режима, в том числе с впрыском водо-спиртовой смеси (система MW-50), просто не приходится.
На приведенном графике вертикальной скорости набора высоты (фактически это и есть характеристика скороподъемности) хорошо видно, какой прирост могло бы дать использование максимальной мощности. Однако подобный прирост носит скорее формальный характер, поскольку осуществить набор высоты на таком режиме было невозможно. Только в отдельные моменты полета летчик мог включить систему MW-50, т.е. чрезвычайного форсирования мощности, да и то тогда, когда системы охлаждения имели необходимые резервы по отводу тепла. Таким образом, система форсирования MW-50 хоть и была полезной, но не являлась для Bf 109К-4 жизненно необходимой и поэтому ставилась она далеко не на все истребители этого типа. Между тем, в печати публикуются данные Bf 109К-4, соответствующие именно чрезвычайному режиму с использованием MW-50, что совершенно не является характерным для этого самолета.
Сказанное выше хорошо подтверждается боевой практикой завершающего этапа войны. Так, в западной печати часто говорится о превосходстве «Мустангов» и «Спитфайров» над немецкими истребителями на западном театре военных действий. На Восточном фронте, где воздушные бои проходили на малых и средних высотах, вне конкуренции были Як-3 и Ла-7, что неоднократно отмечалось летчиками советских ВВС. А вот мнение немецкого боевого летчика В. Вольфрума:
Наилучшими истребителями, с которыми я встречался в бою, были Норт Америкен Мустанг Р-51 и русские Як-9У. Оба истребителя имели явное преимущество в характеристиках над Ме-109 независимо от модификации, включая Ме-109К-4
Комментарии, видимо, излишни. Можно только пояснить, что Як-9У имел скорость, близкую к Ла-7, а скороподъемность на номинале немного ниже, чем у Як-3 и Ла-7.
Несколько иначе, чем у Bf 109K-4, обстояло дело у «Мустанга» и «Спитфайра» XIV. Мотор V-1650-7, стоявший на Р-51D, имел не только 5-минутный чрезвычайный, но и 15-минутный боевой режимы работы. Этого времени было достаточно для ведения активного воздушного боя, и «Мустанг» постоянно имел преимущество в скорости во всем диапазоне высот по сравнению с Bf 109К-4. Правда, даже в этих условиях скороподъемность Р-51D была хуже, чем у советских истребителей, «Спитфайра» и Bf 109К-4. Данный его недостаток обуславливался вполне естественной причиной- гораздо большим относительным запасом топлива. Много топлива требовалось для получения весьма значительной для истребителя дальности полета, необходимой для сопровождения тяжелых бомбардировщиков.
В отличие от V-1650-7 мотор «Гриффон» 65 не имел боевого режима работы, и летчик «Спитфайра» XIV мог использовать либо номинальный режим, либо в отдельных эпизодах воздушного боя 5-минутный максимальный.
Было бы ошибкой считать, что режимы чрезвычайной мощности не очень нужны для истребителей. Это не так. Уже их наличие добавляло летчику уверенности в бою и давало потенциальную возможность в какие-то моменты получить дополнительный прирост энерговооруженности и за счет этого добиться временного превосходства или же оторваться от приготовившегося к атаке противника. Хотя не эти режимы работы моторов определяли возможности истребителей.
При сравнении высотно-скоростных характеристик отчетливо видно существенное различие в высотности советских и западных боевых машин. На малых и средних высотах Як-3 и Ла-7 имели очевидное преимущество перед более высотными «Спитфайром» и Bf 109К-4. На высотах 7-8 км превосходство в скорости всецело было на стороне западных истребителей. То же самое можно сказать и о скороподъемности, только в этом случае свое превосходство «Спитфайр» XIV и Bf 109К-4 проявляли на высотах свыше 5 км. Ниже «царили» Як-3 и Ла-7.
Справедливости ради следует отметить, что при создании последних модификаций Bf 109, таких как G-10, К-4 и К-6, немецкие конструкторы стремились в первую очередь улучшить высотные характеристики самолета, даже в ущерб его боеспособности на малой и средней высоте, где Bf 109К-4 по скорости и скороподъемности уступал разработанному гораздо раньше Bf 109G-2 (1942 г.). Акцент на высотность был необходим для повышения боеспособности Bf 109 в становившейся все более ожесточенной воздушной войне на Западном фронте.
Существует еще несколько важных показателей, влияние которых на боеспособность истребителей весьма велико. Один из них - обзор из кабины летчика. Отнюдь не случайно боевые летчики часто отдавали предпочтение самолету с лучшим обзором, даже несмотря на некоторый дефицит в летных данных. Привлекала возможность непрерывно видеть воздушную обстановку. В этом отношении был вне конкуренции Р-51D. Каплевидный фонарь и высокая посадка летчика давали великолепный обзор, несравненно лучший, чем у Bf 109K-4, «Спитфайра» XIV, и даже у Як-3 и Ла-7.
Среди первых реактивных истребителей выделяются двухмоторные самолеты Мессершмитт Ме 262 (Германия) и Глостер «Метеор» (Англия), которые строились серийно и применялись в конце войны.
Хотя первые реактивные самолеты и обладали рядом существенных недостатков, но, бесспорно, их появление ознаменовало собой начало качественно нового этапа развития авиации и явилось огромным достижением самолетостроения тех лет. Совсем скоро после окончания второй мировой войны реактивные машины стали основой истребительной авиации развитых стран.
Отдавая должное достижениям немецких и английских авиастроителей, нужно отметить, что упомянутые реактивные истребители имели сравнительно узкий диапазон тактического использования. Даже самый совершенный из них Ме 262 применялся в основном в качестве истребителя-бомбардировщика и перехватчика. Главным его достоинством была большая скорость, на 140-180 км/ч больше, чем у Bf 109К-4. В роли истребителя-перехватчика Ме 262 обладал еще одним преимуществом. Оно заключалось в том, что хотя Ме 262 уступал Bf 109К-4 в скороподъемности, но благодаря существенно большей скорости на режиме набора высоты он мог атаковать противника на более дальних рубежах.
Надо сказать, что Ме 262 имел и целый ряд недостатков, снижавших потенциальные возможности этого истребителя. Например, при перехвате тяжелых американских бомбардировщиков В-17 и В-24, летавших на высотах 7-8 км, летчик, как правило, не мог атаковать их из самой выгодной для истребителя позиции - сзади сверху. Быстрый разгон Ме 262 (двигатели на этой высоте дросселировать запрещалось) мог в этом случае привести к попаданию в малоизученную тогда область трансзвуковых скоростей. Вывести самолет из становившегося неуправляемым пикирования было практически невозможно. Кроме того, Ме 262 требовал хорошо подготовленных аэродромов, по крайней мере вдвое большего размера, чем те, на которых базировалась фронтовая авиация. Это обстоятельство не играло существенной роли в оборонительных действиях, но для участия в наступательных операциях Ме 262 по этой причине был бы не очень пригоден.
Подводя итог, отмечу, что Германии не удалось создать истребитель, который мог бы одинаково хорошо противостоять истребителям союзников как на Западном, так и на Восточном фронтах. Р-51D «Мустанг», «Спитфайр» XIV, Як-3 и Ла-7, оптимизированные под определенные условия борьбы в воздухе, имели превосходство над Bf 109К-4 (подобный результат получился бы и при сравнении другого серийного немецкого истребителя завершающего этапа войны Фокке-Вульф FW 190D-9). В то же время в области реактивного самолетостроения Германия оказалась лидером, создав незаурядный истребитель Ме-262. Аналогичные машины появились в армиях союзников только спустя несколько лет.
[Источники]Источники:
Первоисточник http://alternathistory.org.ua
Источник:http://topwar.ru/.
Немецкий истребитель Мессершмитт Bf 109 создавался примерно в то же время,
что и «Спитфайр». Как и английский самолет, Bf 109 стал одним из наиболее удачных образцов боевой машины периода войны и прошел большой путь эволюции: его оснащали все более мощными моторами, улучшали аэродинамику, эксплуатационные и пилотажные характеристики. В плане аэродинамики наиболее крупные изменения последний раз были осуществлены в 1941 г., когда появился Bf 109F. Дальнейшее совершенствование летных данных шло, главным образом, за счет установки новых моторов. Внешне последние модификации этого истребителя - Bf 109G-10 и К-4 мало отличались от гораздо более раннего Bf 109F, хотя и имели ряд аэродинамических улучшений.
Этот самолет был лучшим представителем легкой и маневренной боевой машины гитлеровских Люфтваффе. На протяжении почти всей второй мировой войны истребители Мессершмитт Bf 109 находились среди лучших образцов самолетов своего класса, и только к концу войны они стали утрачивать свои позиции. Совместить качества, свойственные лучшим западным истребителям, рассчитанным на сравнительно большую высоту боевого применения, с качествами, присущими лучшим советским «средневысотным» истребителям, оказалось невозможным.
Подобно своим английским коллегам, проектировщики самолета Bf 109 попытались совместить высокую максимальную скорость с хорошими маневренными и взлетно-посадочными качествами. Но решали они эту задачу совсем по-другому: в отличие от «Спитфайра», Bf 109 имел большую удельную нагрузку на крыло, позволявшую получить высокую скорость, а для улучшения маневренности использовались не только хорошо известные предкрылки, но и закрылки, которые в нужный момент боя могли отклоняться летчиком на небольшой угол. Применение управляемых закрылков было новым и оригинальным решением. Для улучшения взлетно-посадочных характеристик помимо автоматических предкрылков и управляемых закрылков использовались зависающие элероны, которые работали как дополнительные секции закрылков; был применен и управляемый стабилизатор. Словом, Bf 109 имел уникальную систему непосредственного управления подъемной силой, во многом свойственную современным самолетам с присущей им автоматикой. Однако на практике многие решения конструкторов не привились. Из-за сложности пришлось отказаться от управляемого стабилизатора, зависающих элеронов, системы выпуска закрылков в бою. В результате по своим маневренным качествам Bf 109 не сильно отличался от других истребителей - как советских, так и американских, хотя и уступал лучшим отечественным машинам. Похожими оказались и характеристики взлета и посадки.
Опыт самолетостроения показывает, что постепенное совершенствование боевого самолета почти всегда сопровождается увеличением его веса. Это связано с установкой более мощных, а значит и более тяжелых моторов, увеличением запаса топлива, повышением мощи вооружения, необходимыми усилениями конструкции и другими сопутствующими мероприятиями. В конце концов наступает момент, когда резервы данной конструкции оказываются исчерпанными. Одним из ограничений является удельная нагрузка на крыло. Это, понятно, не единственный параметр, но один из самых главных и общий для всех самолетов. Так, по мере модифицирования истребителей «Спитфайр» от варианта 1А до XIV и Bf 109 от В-2 до G-10 и К-4 удельная нагрузка на крыло у них возросла примерно на треть! Уже у Bf 109G-2 (1942 г.) она составила 185 кг/м2, в то время как у «Спитфайра» IX, который тоже был выпущен в 1942 г., было около 150 кг/м2. Для Bf 109G-2 такая нагрузка на крыло была близка к пределу. При дальнейшем ее росте резко ухудшались пилотажные, маневренные и взлетно-посадочные характеристики самолета, несмотря на очень эффективную механизацию крыла (предкрылки и закрылки).
Начиная с 1942 г. немецкие конструкторы вели совершенствование своего лучшего истребителя воздушного боя в условиях очень жестких весовых ограничений, что сильно сужало возможности качественного улучшения самолета. А создатели «Спитфайра» имели еще достаточные резервы и продолжали увеличивать мощность устанавливаемых моторов и усиливать вооружение, не особенно считаясь при этом с увеличением веса.
Большое влияние на аэродинамические свойства самолетов оказывает качество их серийного производства. Небрежное изготовление может свести на нет все усилия конструкторов и ученых. Такое случается не столь уж редко. Судя по трофейным документам, в Германии, проводя в конце войны сравнительное изучение аэродинамики немецких, американских и английских истребителей, пришли к выводу, что Bf 109G имел наихудшее качество производственного выполнения, и, в частности, по этой причине его аэродинамика оказалась самой плохой, что с большой вероятностью можно распространить и на Bf 109K-4.
Из сказанного видно, что в плане технической концепции создания и аэродинамических особенностей компоновки каждый из сопоставляемых самолетов вполне оригинален. Но имеют и много общих черт: хорошо обтекаемые формы, тщательное капотирование моторов, хорошо отработанная местная аэродинамика и аэродинамика охлаждающих устройств.
Что касается конструкции, то советские истребители были намного проще и дешевле в производстве, чем английские, немецкие и, особенно, американские машины. Дефицитные материалы в них применялись в очень ограниченном количестве. Благодаря этому в СССР удалось обеспечить высокий темп выпуска самолетов в условиях жесточайших материальных ограничений и недостатка квалифицированной рабочей силы. Надо сказать, что наша страна оказалась в самом тяжелом положении. С 1941 по 1944 гг. включительно значительная часть промышленной зоны, где размещалось много металлургических предприятий, была оккупирована фашистами. Некоторые заводы удалось эвакуировать вглубь страны и наладить производство на новых местах. Но значительная часть производственного потенциала была все-таки безвозвратно потеряна. Кроме того, большое число квалифицированных рабочих и специалистов ушло на фронт. У станков их заменили женщины и дети, которые не могли работать на соответствующем уровне. И тем не менее, авиапромышленность СССР хоть и не сразу, но смогла обеспечить потребности фронта в авиатехнике.
В отличие от цельнометаллических западных истребителей, в советских машинах широко использовалось дерево. Однако во многих силовых элементах, собственно и определявших вес конструкции, применялся металл. Именно поэтому по уровню весового совершенства Як-3 и Ла-7 практически не отличались от иностранных истребителей.
По технологической продуманности, легкости доступа к отдельным агрегатам и удобству обслуживания в целом несколько предпочтительнее выглядели Bf 109 и «Мустанг». Однако «Спитфайры» и советские истребители тоже были хорошо приспособлены к условиям боевой эксплуатации. А вот по таким очень важным характеристикам, как качество оборудования и уровень автоматизации, Як-3 и Ла-7 уступали западным истребителям, лучшими из которых по степени автоматизации были немецкие самолеты (не только Bf 109, но и другие).
Важнейшим показателем высоких летных данных самолета и его боеспособности в целом является силовая установка. Именно в авиационном моторостроении в первую очередь находят свое воплощение последние достижения в области технологии, материалов, систем управления и автоматизации. Моторостроение - одна из самых наукоемких отраслей авиапромышленности. По сравнению с самолетом процесс создания и доводки новых моторов занимает гораздо больше времени и требует больших усилий.
В период второй мировой войны лидирующее положение в авиационном моторостроении занимала Англия. Именно моторами фирмы Роллс-Ройс оснащались «Спитфайры» и лучшие варианты «Мустангов» (Р-51В, С и D). Можно без преувеличения сказать, что как раз установка английского мотора «Мерлин», который производился в США по лицензии фирмой Паккард, позволила реализовать большие возможности «Мустанга» и вывела его в разряд элитных истребителей. До этого Р-51 был хотя и оригинальным, но по боевым возможностям довольно посредственным самолетом.
Особенность английских моторов, во многом определившая их отличные характеристики, заключалась в использовании высокосортного бензина, условное октановое число которого достигало 100-150. Это давало возможность применять большую степень наддува воздуха (точнее, рабочей смеси) в цилиндры и тем самым получать большие мощности. СССР и Германия не могли обеспечить потребности авиации в столь высококачественном и дорогом топливе. Обычно использовался бензин с октановым числом 87-100.
Характерной чертой, объединявшей все моторы, которые стояли на сопоставляемых истребителях, было применение двухскоростных приводных центробежных нагнетателей (ПЦН), обеспечивающих требуемую высотность. Но отличие моторов Роллс-Ройс состояло в том, что их нагнетатели имели не одну, как обычно, а две последовательные ступени сжатия, да еще с промежуточным охлаждением рабочей смеси в специальном радиаторе. Несмотря на сложность таких систем, их применение оказывалось полностью оправданным для высотных моторов, поскольку заметно уменьшало потери мощности, затрачиваемой мотором на нагнетание. Это был очень важный фактор.
Оригинальной была система нагнетания моторов DB-605, приводившаяся в движение через турбомуфту, которая при автоматическом управлении плавно регулировала передаточное число от мотора к крыльчатке нагнетателя. В отличие от двухскоростных приводных нагнетателей, стоявших на советских и английских двигателях, турбомуфта позволяла уменьшить падение мощности, имевшее место между скоростями нагнетания.
Важное преимущество немецких моторов (DB-605 и других) заключалось в применении непосредственного впрыска топлива в цилиндры. По сравнению с обычной карбюраторной системой это повышало надежность и экономичность силовой установки. Из остальных моторов только советский АШ-82ФН, стоявший на Ла-7, имел аналогичную систему непосредственного впрыска.
Существенным фактором в повышении летных данных «Мустанга» и «Спитфайра» являлось то, что их моторы имели относительно кратковременные режимы работы на повышенной мощности. В бою пилоты этих истребителей могли в течение какого-то времени использовать кроме длительного, то есть номинального, либо боевой (5-15 минут), либо в экстренных случаях чрезвычайный (1-5 минут) режимы. Боевой, или, как его еще называли, военный режим стал основным для работы мотора в воздушном бою. Моторы советских истребителей не имели режимов повышенной мощности на высоте, что ограничивало возможности дополнительного улучшения их летных характеристик.
Большинство вариантов «Мустангов» и «Спитфайров» рассчитывалось на большую высоту боевого применения, характерную для действий авиации на Западе. Поэтому их моторы имели достаточную высотность. Немецкие моторостроители вынуждены были решать сложную техническую задачу. При сравнительно большой расчетной высоте мотора, необходимой для борьбы в воздухе на Западе, важно было обеспечить необходимую мощность на малых и средних высотах, требуемую для ведения боевых действий на Востоке. Как известно, простое увеличение высотности обычно ведет к возрастающим потерям мощности на малых высотах. Поэтому конструкторы проявили много изобретательности и применили ряд неординарных технических решений, По своей высотности мотор DB-605 занимал как бы промежуточное положение между английскими и советскими моторами. Для повышения мощности на высотах ниже расчетной применялся впрыск водоспиртовой смеси (система MW-50), что давало возможность, несмотря на сравнительно низкое октановое число топлива, заметно увеличивать наддув, а, следовательно, и мощность без возникновения детонации. Получался своеобразный максимальный режим, который, как и чрезвычайный, обычно мог использоваться до трех минут.
На высотах свыше расчетной мог применяться впрыск закиси азота (система GM-1), которая, будучи мощным окислителем, как бы возмещала недостаток кислорода в разреженной атмосфере и давала возможность на какое-то время увеличить высотность мотора и приблизить его характеристики к данным моторов Роллс-Ройс. Правда, указанные системы увеличивали вес самолета (на 60-120 кг), значительно усложняли силовую установку и ее эксплуатацию. По этим причинам они применялись порознь и использовались не на всех Bf 109G и К.
Значительное влияние на боеспособность истребителя оказывает его вооружение. По составу и расположению оружия рассматриваемые самолеты отличались весьма сильно. Если советские Як-3 и Ла-7 и немецкие Bf 109G и К имели центральное расположение оружия (пушки и пулеметы в носовой части фюзеляжа), то у «Спитфайров» и «Мустангов» оно располагалось в крыле вне площади, ометаемой винтом. Кроме того, «Мустанг» имел лишь крупнокалиберное пулеметное вооружение, в то время как на других истребителях ставились еще и пушки, а у Ла-7 и Bf 109K-4 было только пушечное вооружение. На Западном театре военных действий Р-51D предназначался в первую очередь для борьбы с истребителями противника. Для этой цели мощь его шести пулеметов оказывалась вполне достаточной. В отличие от «Мустанга», английские «Спитфайры» и советские Як-3 и Ла-7 вели борьбу с самолетами любых назначений, в том числе с бомбардировщиками, что, естественно, требовало более мощного вооружения.
Сравнивая крыльевую и центральную установку вооружения, трудно ответить, какая из этих схем являлась наиболее эффективной. Но все же советские фронтовые летчики и авиационные специалисты, так же как и немецкие, отдавали предпочтение центральной, которая обеспечивала наибольшую кучность огня. Такое расположение оказывается более выгодным, когда атака самолета противника проводится с предельно малых дистанций. А именно так обычно и старались действовать на Восточном фронте советские и немецкие летчики. На Западе воздушные бои велись в основном на большой высоте, где маневренность истребителей существенно ухудшалась. Сближаться с противником на близкое расстояние становилось намного труднее, а с бомбардировщиками еще и очень опасно, поскольку истребителю из-за вялого маневра сложно было уклониться от огня воздушных стрелков. По этой причине они открывали огонь с дальней дистанции и крыльевая установка оружия, рассчитанная на заданную дальность поражения, оказывалась вполне сопоставимой с центральной. Кроме того, скорострельность оружия при крыльевой схеме была выше, чем у оружия, синхронизированного для стрельбы через винт (пушки на Ла-7, пулеметы на Як-3 и Bf 109G), вооружение оказывалось вблизи центра тяжести и расход боеприпаса практически не влиял на его положение. Но один недостаток был все же органически присущ крыльевой схеме - это повышенный момент инерции относительно продольной оси самолета, из-за чего ухудшалась реакция истребителя по крену на действия летчика.
Среди множества критериев, определявших боеспособность самолета, самым главным для истребителя являлось сочетание его летных данных. Конечно, они важны не сами по себе, а в сочетании с целым рядом других количественных и качественных показателей, таких, например, как устойчивость, пилотажные свойства, простота эксплуатации, обзор и т.д. Для некоторых классов самолетов, учебных, к примеру, эти показатели имеют первостепенное значение. Но для боевых машин минувшей войны определяющими являются именно летные характеристики и вооружение, представляющие собой основные технические слагаемые боевой эффективности истребителей и бомбардировщиков. Поэтому конструкторы стремились в первую очередь добиться приоритета в летных данных, а точнее в тех из них, которые играли первостепенную роль.
Стоит уточнить, что под словами «летные данные» подразумевается целый комплекс важнейших показателей, главными из которых для истребителей были максимальная скорость, скороподъемность, дальность или время боевого вылета, маневренность, способность быстро набирать скорость, иногда практический потолок. Опыт показал, что техническое совершенство истребителей невозможно свести к какому-то одному критерию, который выражался бы числом, формулой или даже алгоритмом, рассчитанным для реализации на ЭВМ. Вопрос сравнения истребителей, так же как и поиск оптимального сочетания основных летных характеристик, до сих пор остается одним из самых сложных. Как, например, заранее определить, что было важнее - превосходство в маневренности и практическом потолке или же некоторое преимущество в максимальной скорости? Как правило, приоритет в одном получается за счет другого. Где та «золотая середина», которая дает наилучшие боевые качества? Очевидно, многое зависит от тактики и характера войны в воздухе в целом.
Известно, что максимальная скорость и скороподъемность существенно зависят от режима работы мотора. Одно дело длительный или номинальный режим, и совсем другое - чрезвычайный форсаж. Это хорошо видно из сопоставления максимальных скоростей лучших истребителей завершающего периода войны. Наличие режимов повышенной мощности существенно улучшает летные характеристики, но лишь на непродолжительное время, так как в противном случае может произойти разрушение мотора. По этой причине очень кратковременный чрезвычайный режим работы мотора, дававший наибольшую мощность, не считался в то время основным для работы силовой установки в воздушном бою. Он предназначался для использования только в самых экстренных, смертельно опасных для летчика ситуациях. Это положение хорошо подтверждает анализ летных данных одного из последних немецких поршневых истребителей - Мессершмитт Bf 109К-4.
Основные характеристики Bf 109K-4 приведены в довольно обширных материалах доклада, подготовленного в конце 1944 г. для канцлера Германии. Доклад освещал состояние и перспективы немецкого самолетостроения и готовился с участием германского авиационного научно-исследовательского центра DVL и ведущих авиационных фирм, таких как Мессершмитт, Арадо, Юнкерс. В этом документе, который есть все основания считать достаточно серьезным, при анализе возможностей Bf 109К-4 все приводимые его данные соответствуют только режиму продолжительной работы силовой установки, а характеристики на режиме максимальной мощности не рассматриваются и даже не упоминаются. И это не удивительно. Из-за тепловых перегрузок мотора летчик этого истребителя при наборе высоты с максимальным взлетным весом не мог долго использовать даже номинальный режим и вынужден был уже через 5,2 минуты после взлета снижать обороты и соответственно мощность. При взлете с меньшим весом ситуация улучшалась не намного. Поэтому говорить о каком-то реальном повышении скороподъемности за счет применения чрезвычайного режима, в том числе с впрыском водо-спиртовой смеси (система MW-50), просто не приходится.
На приведенном графике вертикальной скорости набора высоты (фактически это и есть характеристика скороподъемности) хорошо видно, какой прирост могло бы дать использование максимальной мощности. Однако подобный прирост носит скорее формальный характер, поскольку осуществить набор высоты на таком режиме было невозможно. Только в отдельные моменты полета летчик мог включить систему MW-50, т.е. чрезвычайного форсирования мощности, да и то тогда, когда системы охлаждения имели необходимые резервы по отводу тепла. Таким образом, система форсирования MW-50 хоть и была полезной, но не являлась для Bf 109К-4 жизненно необходимой и поэтому ставилась она далеко не на все истребители этого типа. Между тем, в печати публикуются данные Bf 109К-4, соответствующие именно чрезвычайному режиму с использованием MW-50, что совершенно не является характерным для этого самолета.
Сказанное выше хорошо подтверждается боевой практикой завершающего этапа войны. Так, в западной печати часто говорится о превосходстве «Мустангов» и «Спитфайров» над немецкими истребителями на западном театре военных действий. На Восточном фронте, где воздушные бои проходили на малых и средних высотах, вне конкуренции были Як-3 и Ла-7, что неоднократно отмечалось летчиками советских ВВС. А вот мнение немецкого боевого летчика В. Вольфрума:
Наилучшими истребителями, с которыми я встречался в бою, были Норт Америкен Мустанг Р-51 и русские Як-9У. Оба истребителя имели явное преимущество в характеристиках над Ме-109 независимо от модификации, включая Ме-109К-4
Комментарии, видимо, излишни. Можно только пояснить, что Як-9У имел скорость, близкую к Ла-7, а скороподъемность на номинале немного ниже, чем у Як-3 и Ла-7.
Несколько иначе, чем у Bf 109K-4, обстояло дело у «Мустанга» и «Спитфайра» XIV. Мотор V-1650-7, стоявший на Р-51D, имел не только 5-минутный чрезвычайный, но и 15-минутный боевой режимы работы. Этого времени было достаточно для ведения активного воздушного боя, и «Мустанг» постоянно имел преимущество в скорости во всем диапазоне высот по сравнению с Bf 109К-4. Правда, даже в этих условиях скороподъемность Р-51D была хуже, чем у советских истребителей, «Спитфайра» и Bf 109К-4. Данный его недостаток обуславливался вполне естественной причиной- гораздо большим относительным запасом топлива. Много топлива требовалось для получения весьма значительной для истребителя дальности полета, необходимой для сопровождения тяжелых бомбардировщиков.
В отличие от V-1650-7 мотор «Гриффон» 65 не имел боевого режима работы, и летчик «Спитфайра» XIV мог использовать либо номинальный режим, либо в отдельных эпизодах воздушного боя 5-минутный максимальный.
Было бы ошибкой считать, что режимы чрезвычайной мощности не очень нужны для истребителей. Это не так. Уже их наличие добавляло летчику уверенности в бою и давало потенциальную возможность в какие-то моменты получить дополнительный прирост энерговооруженности и за счет этого добиться временного превосходства или же оторваться от приготовившегося к атаке противника. Хотя не эти режимы работы моторов определяли возможности истребителей.
При сравнении высотно-скоростных характеристик отчетливо видно существенное различие в высотности советских и западных боевых машин. На малых и средних высотах Як-3 и Ла-7 имели очевидное преимущество перед более высотными «Спитфайром» и Bf 109К-4. На высотах 7-8 км превосходство в скорости всецело было на стороне западных истребителей. То же самое можно сказать и о скороподъемности, только в этом случае свое превосходство «Спитфайр» XIV и Bf 109К-4 проявляли на высотах свыше 5 км. Ниже «царили» Як-3 и Ла-7.
Справедливости ради следует отметить, что при создании последних модификаций Bf 109, таких как G-10, К-4 и К-6, немецкие конструкторы стремились в первую очередь улучшить высотные характеристики самолета, даже в ущерб его боеспособности на малой и средней высоте, где Bf 109К-4 по скорости и скороподъемности уступал разработанному гораздо раньше Bf 109G-2 (1942 г.). Акцент на высотность был необходим для повышения боеспособности Bf 109 в становившейся все более ожесточенной воздушной войне на Западном фронте.
Существует еще несколько важных показателей, влияние которых на боеспособность истребителей весьма велико. Один из них - обзор из кабины летчика. Отнюдь не случайно боевые летчики часто отдавали предпочтение самолету с лучшим обзором, даже несмотря на некоторый дефицит в летных данных. Привлекала возможность непрерывно видеть воздушную обстановку. В этом отношении был вне конкуренции Р-51D. Каплевидный фонарь и высокая посадка летчика давали великолепный обзор, несравненно лучший, чем у Bf 109K-4, «Спитфайра» XIV, и даже у Як-3 и Ла-7.
Среди первых реактивных истребителей выделяются двухмоторные самолеты Мессершмитт Ме 262 (Германия) и Глостер «Метеор» (Англия), которые строились серийно и применялись в конце войны.
Хотя первые реактивные самолеты и обладали рядом существенных недостатков, но, бесспорно, их появление ознаменовало собой начало качественно нового этапа развития авиации и явилось огромным достижением самолетостроения тех лет. Совсем скоро после окончания второй мировой войны реактивные машины стали основой истребительной авиации развитых стран.
Отдавая должное достижениям немецких и английских авиастроителей, нужно отметить, что упомянутые реактивные истребители имели сравнительно узкий диапазон тактического использования. Даже самый совершенный из них Ме 262 применялся в основном в качестве истребителя-бомбардировщика и перехватчика. Главным его достоинством была большая скорость, на 140-180 км/ч больше, чем у Bf 109К-4. В роли истребителя-перехватчика Ме 262 обладал еще одним преимуществом. Оно заключалось в том, что хотя Ме 262 уступал Bf 109К-4 в скороподъемности, но благодаря существенно большей скорости на режиме набора высоты он мог атаковать противника на более дальних рубежах.
Надо сказать, что Ме 262 имел и целый ряд недостатков, снижавших потенциальные возможности этого истребителя. Например, при перехвате тяжелых американских бомбардировщиков В-17 и В-24, летавших на высотах 7-8 км, летчик, как правило, не мог атаковать их из самой выгодной для истребителя позиции - сзади сверху. Быстрый разгон Ме 262 (двигатели на этой высоте дросселировать запрещалось) мог в этом случае привести к попаданию в малоизученную тогда область трансзвуковых скоростей. Вывести самолет из становившегося неуправляемым пикирования было практически невозможно. Кроме того, Ме 262 требовал хорошо подготовленных аэродромов, по крайней мере вдвое большего размера, чем те, на которых базировалась фронтовая авиация. Это обстоятельство не играло существенной роли в оборонительных действиях, но для участия в наступательных операциях Ме 262 по этой причине был бы не очень пригоден.
Подводя итог, отмечу, что Германии не удалось создать истребитель, который мог бы одинаково хорошо противостоять истребителям союзников как на Западном, так и на Восточном фронтах. Р-51D «Мустанг», «Спитфайр» XIV, Як-3 и Ла-7, оптимизированные под определенные условия борьбы в воздухе, имели превосходство над Bf 109К-4 (подобный результат получился бы и при сравнении другого серийного немецкого истребителя завершающего этапа войны Фокке-Вульф FW 190D-9). В то же время в области реактивного самолетостроения Германия оказалась лидером, создав незаурядный истребитель Ме-262. Аналогичные машины появились в армиях союзников только спустя несколько лет.
[Источники]Источники:
Первоисточник http://alternathistory.org.ua
Источник:http://topwar.ru/.