Опытные перехватчики ОКБ МиГ в годы Великой Отечественной войны.Часть 2: самолет И-231 («2Д»)

Новый мотор – новая высота

Хотя в первой половине 1943 года главные события на Советско-германском фронте происходили непосредственно на линии боевого соприкосновения войск, а противник не вел планомерного воздушного наступления на наши тыловые районы, задачи их противовоздушной обороны все же требовали определенного внимания. Пока основными целями для ПВО были вражеские разведчики, совершавшие полеты на высотах порядка 7000 м, но имелась информация о том, что германская авиапромышленность активно работает над повышением практического потолка своих самолетов.

Остававшиеся в строю истребители МиГ-3 с моторами АМ-35А выпуска 1941 – начала 1942 годов постепенно изнашивались и им нужна была замена. В какой-то мере выручал ленд-лиз, но нужны были и собственные перехватчики, а сделать их нельзя было без специальных моторов. Их создание было поручено конструкторским бюро №26 Климова, №19 Швецова и №300 Микулина.

Александр Микулин много работал над этой темой еще до войны. Он сделал опытный высотный мотор АМ-34ФРНВ, затем на его базе серийный АМ-35А и, наконец, в 1939 году появился АМ-37, на который возлагали большие надежды многие конструкторы-самолетостроители. Но начавшаяся война изменила приоритеты, а когда пришло время вернуться к высотной тематике, Микулин решил не заниматься доводкой мотора АМ-37 потому, что уже в 1942 года избрал базой для дальнейших работ по этому направлению более мощный АМ-38Ф, и это было логично. Этот двигатель стал главным для него, потому что выпускался в массовых количествах для штурмовиков Ил-2 и был хорошо освоен в производстве. Он мог использоваться и на перехватчиках противовоздушной обороны, а то, что размеры и масса были больше, чем у климовского М-105ПФ, в данном случае решающего значения не имело.

Всем уже стало ясно, что самолет ПВО – машина специфическая. От нее не надо ждать лихой маневренности и возможности взлета с маленького полевого аэродрома. Она неизбежно будет большой и тяжелой, а значит факторы массы винтомоторной группы и расхода топлива не так уж и важны – гораздо большее значение приобретают скорость, скороподъемность и потолок. Таким видел самолет-перехватчик Артем Иванович Микоян, таковы были новые самолеты ПВО в Англии, в Германии и в Японии.

В начале 1943 года на заводе №300 в Москве был построен первый экспериментальный мотор АМ-39. Это был тот же АМ-38Ф, на котором подобранная для «низкой» границы высотности (под Ил-2) односкоростная передача приводного центробежного нагнетателя была заменена двухскоростной, отрегулированной на большие высоты и дававшей увеличенный наддув и у земли, и на высоте. Как и на АМ-37, между ПЦН и карбюратором стоял воздухо-воздушный радиатор.

Двигатель развивал 1800 л.с. на взлетном режиме, боевая мощность у земли была 1580 л.с., на первой границе высотности 5800 м она составляла 1500 сил, а на второй (7100 м) – 1300. Это позволяло сохранять достаточно высокие характеристики самолета до высоты порядка 8000 м, а для полетов выше Микулин предлагал в перспективе установить еще и турбокомпрессор ТК-М, с которым он гарантировал достижение практического потолка 14000 м.

В мае 1943 года мотор АМ-39 был поставлен на стенд для проведения официальных 100-часовых заводских испытаний. Первые 50 часов он должен был отработать на номинальном режиме, сделав 50 переключений с 1-й на 2-ю скорости ПЦН и обратно. Далее предстояло накатать еще 50 часов и сделать 50 переключений скорости ПЦН, но на других режимах, включая пробу на пикирование с облегченным имитатором винта. На этом этапе случилась авария – не выдержала и разрушилась крыльчатка нагнетателя.

Микулин считал, что ничего особенного не произошло, и логика в его рассуждениях была: на самолете 2-я скорость включалась на большой высоте, где давление воздуха было меньше, и там таких нагрузок на крыльчатку не будет. Но летающей лаборатории в его распоряжении не было, и подтвердить свои слова экспериментом он не мог.

Тем не менее, 6 августа 1943 года Главный конструктор завода №300 Микулин доложил Наркому Шахурину, что готов к 1 ноября дать серийную партию из пятидесяти АМ-39А с 2-скоросным ПЦН, причем первые двадцать сделает сам на своем заводе, а остальные переоборудует из АМ-38Ф, если серийный 45-й завод ему их предоставит. Появление высотного мотора открывало перспективу создания нового высотного перехватчика, но передача тридцати моторов из «фонда Ил-2» означала, что целый полк штурмовиков не будет укомплектован. Микоян понимал это, однако имел вполне обоснованную надежду на то, что и на высотные моторы вскоре будет обращено большее внимание, и они появятся в серии.

Следующий шаг

Итак, хотя мотора АМ-39 пока не было, Микоян все же начал проектирование нового перехватчика уже в начале 1943 года, опираясь на первый опыт летных испытаний самолета И-230 (самолета «Д»). Получить прирост летных данных он надеялся  именно благодаря новому мотору, не меняя кардинально конструкцию самолета и используя технологию и производственную оснастку МиГ-3, что позволило бы наладить серийный выпуск новой машины в кратчайшее время. Это было крайне важно в условиях войны и отсутствия на его заводе №155 возможностей для расширения площадей и создания серийного производства, сравнимого, например, с заводом №1, где начинался выпуск МиГ-3. А на то, что перехватчики станут строить на этом предприятии в ущерб Ил-2, он не расчитывал.

Итак, главным изменениям подверглась силовая установка, хотя ничего принципиально нового не было и в ней. Переделки были связаны лишь с управлением 2-скоростной коробкой приводов нагнетателя, установкой промежуточного радиатора для охлаждения сжатого нагнетателем воздуха перед подачей в карбюраторы, а также с изменением конструкции радиаторов для охлаждения воды и масла – их площади требовалось увеличить, что в свою очередь повлекло переделку тоннелей. 

Высотный перехватчик И-231 (самолет «2Д») с новым мотором АМ-39, радиаторами большой площади и крылом увеличенного размаха
Фото: АНПК «МИГ»

Наиболее заметным отличием планера нового перехватчика было «высотное крыло». По сравнению с базовым вариантом И-230 его размах вырос на 0,8 м, а площадь – на 0,56 кв.м за счет удлинения законцовок, что не требовало переделки сборочной оснастки – менялись только шаблоны для раскроя обшивок и изготовления лонжеронов. Это давало снижение удельной нагрузки и одновременно индуктивного сопротивления за счет роста относительного удлинения. Такое крыло поставили и на второй И-230 («Д-02») в ходе ремонта в августе 1943 года.

Неожиданным «уроком», полученным на испытаниях И-230, был бафтинг оперения. Стабилизатор, который как думали при проектировании И-230, переместили в более спокойное место, пришлось опустить обратно на 200 мм вниз, и он вновь занял примерно то же положение, что и на серийном МиГ-3.

Остальные изменения были непринципиальными. Например, объем баков увеличили на 9 литров, и запас топлива составил 333 л, а боекомплект двух синхронных пушек ШВАК (СП-20) увеличили со 150 до 160 снарядов на орудие.

Благодаря мероприятиям по облегчению планера и систем при более тяжелом моторе и с другими конструктивными изменениями масса пустого самолета по сравнению с И-230 №1 уменьшилась на 29 кг, взлетный не изменился – измеренное уменьшение на 2 кг было меньше предела точности весов.

Новому самолету было присвоено внутреннее обозначение по конструкторскому бюро «2Д», а в документах Наркомата авиапромышленности он проходил как И-231, что свидетельствовало о преемственности с предыдущим типом. Военные же сохранили для него официальное обозначение МиГ-3У, хотя встречались и разные "гибриды", например, МиГ-3ДД.

Поскольку самолет сохранял много общего и с предыдущим типом И-230, изготовление его деталей началось в Москве на заводе №155 практически сразу с выпуском первых чертежей. Этот процесс координировал ведущий инженер по самолету В.Н. Сорокин. В сентябре работа вышла на стадию агрегатной сборки, а 16 октября 1943 года машину передали на заводской аэродром. На этот раз Микулин сдержал свое слово и вовремя дал Микояну мотор АМ-39А со всеми новыми агрегатами. Теперь ничего не мешало начинать заводские испытания.

Самолет И-231 («2Д») сохранил то же хорошее качество отделки, что было и на И-230. Он был покрашен в камуфляж и вскрыт глянцевым лаком, отчего имел «рояльный вид», но в серии поверхности обшивки должны были быть полуматовыми
Фото: архив С.Г. Мороза

На аэродроме завода №155

Ведущим летчиком по заводским испытаниям самолета "2Д" был назначен В.Н. Савкин, ведущим инженером – А.В. Фуфурин, а механиком по самолету и двигателю был И.В. Котов. После взвешивания самолета и определения центровки во всех полетных конфигурациях, наземной отработки всех систем, гонки мотора и других положенных работ, сделанных в три смены одной и той же бригадой практически без единого перекура 19 октября 1943 года машина совершила первый полет. 

Летчик-испытатель Виктор Никитович Савкин (1907-1944 гг.),
который выполнил первый полет на самолете И-231
Фото: testpilot.ru

Первый этап испытаний был закончен за 8 дней – 28 октября. Самолет уверенно подтверждал заявленные данные.  После осмотра самолета и незначительных доработок полеты возобновились, но 6 ноября мотор АМ-39А отказал. Хотя ситуация была критической, летчик Савкин не растерялся и совершил нормальную посадку на шасси на аэродром в подмосковном Ногинске. За спасение опытного самолета, который на посадке не получил никаких повреждений, он был награжден орденом Красной Звезды.

В общем, все обошлось, но причина летного происшествия оказалась тревожной – поломка нагнетателя. Летчик пользовался им правильно, значит предположение Микулина о том, что на высоте таких отказов, как наблюдался на стендовых испытаниях, быть не может, не подтверждалось. Все говорило о том, что мотор нуждается еще в длительной доводке. Но на это нужно было время, а пока завод №300 просто прислал новый экземпляр того же АМ-39А.

Заводские испытания И-231 продолжились 23 ноября 1943 года, но теперь испортившаяся погода не позволяла вести их в прежнем темпе и они были завершены только в феврале 1944 года. Особых дефектов отмечено не было, и положенная доработка свелась в основном к дальнейшим улучшениям самолета. В частности, на нем установили новый воздушный винт АВ-5Л-126Е, облегченный на 25,3 кг. В таком виде в конце февраля опытный перехватчик сдали на Государственные испытания.

В руках военных испытателей

К этому этапу машина подошла с очень неплохими показателями. Дальность самолета составила 1350 км, и это было очень неплохо. Напомним, большинство истребителей Яковлева и Лавочкина выпуска 1943-1944 годов могли пролететь лишь 650-1000 км, такая дальность была лишь у Як-9Д – при большем запасе топлива. Дальность для самолета ПВО была не последним параметром, т.к. она определяла рубежи перехвата и требуемую плотность расположения аэродромов. Важен был и резерв топлива на случай сложных метеоусловий – требования по всепогодности в авиации ПВО были выше, чем во фронтовых частях ВВС.

Практический потолок составил 11400 м – это было несколько меньше, чем у И-230 №2, но все же достаточно для перехвата большинства целей, с которыми тогда имела дело ПВО в тыловых районах. Высоту 5000 м самолет набирал всего за 4,5 минуты – быстрее большинства наших истребителей того времени и на уровне самых лучших зарубежных образцов. На высоте 7000 м была получена скорость 707 км/ч – всесоюзный рекорд скорости снова (в который раз!) был за Микояном. По оценке летчиков, самолет для перехвата высотных и скоростных целей подходил в большей степени, чем Як-9, «Киттихаук», «Аэрокобра» и даже «Спитфайр».

На аэродроме Научно-испытательного института Военно-воздушных сил самолет И-231 принял один из наиболее опытных пилотов – Петр Михайлович Стефановский. Ранее он много летал на опытных и серийных самолетах МиГ-3, мало того – он на них воевал в 1941 году, и назначение его ведущим летчиком для проведения Государственных испытаний нового МиГа было вполне обоснованным.

Летчик-испытатель НИИ ВВС Красной Армии Петр Михайлович Стефановский (1903 – 1976 гг.), который начинал Государственные испытания самолета И-231 (МиГ-3У). Снимок сделан раньше описываемых событий, осенью 1941 г., когда Стефановский командовал 402-м истребительным авиаполком, вооруженным самолетами МиГ-3
Фото: waralbum.ru

Передача машины состоялась 26 февраля 1944 года на Центральном аэродроме им. Фрунзе на Ходынском поле в Москве, к которому примыкала территория завода №155. В тот же день П.М. Стефановский сам перегнал машину на подмосковный аэродром НИИ ВВС в Чкаловской в районе города Щёлково. В этом полете он отметил плохую работу тормозов и для устранения дефекта в Чкаловскую прибыла заводская бригада. Пока она работала, аэродром завалило снегом, и полеты прервались.

Погода улучшилась только в начале марта и начальник НИИ ВВС П.А. Лосюков сразу мобилизовал всех (не исключая летчиков) на уборку снега. Его убрать-то – убрали, но не далеко: двухметровые кучи высились то тут, то там вокруг небольшой расчищенной площадки неправильной формы.

Тем не менее, 8 марта полеты на аэродроме возобновились, в том числе и на И-231 по программе Госиспытаний. В связи с погодными условиями ее "уплотнили" до предела – в каждом полете надо было произвести максимальное количество различных проверок.

Утром Стефановский проверил тормоза на рулежке – они работали безукоризненно, благо времени заводской бригаде непогода «выделила» достаточно. О том, что было дальше, рассказывает сам Петр Михайлович Стефановский в своих мемуарах «Триста неизвестных».

«Выполнив намеченную программу, я не мешкая взял курс на аэродром: горючего в баках оставалось на пять — семь минут полета. Выйдя на линию посадки, поставил в нужное положение рычаг выпуска закрылков. Но они не выходили. Неприятная непредвиденная ситуация.

Пришлось уйти на второй круг. Стрелка бензиномера быстро приближалась к нулю. А закрылки так и не выпустились, хотя воздух в системе был.

Что делать? Лететь на соседний аэродром невозможно: горючего уже нет. Решаю садиться. Тормоза-то работают отлично.

Громадный бугор снега не позволил приземлить машину в самом начале полосы.

Но вот и это препятствие уже позади. Самолет коснулся колесами земли. Уверенно нажимаю на тормоза. К моему ужасу, они не действуют. Выключаю мотор, чтобы хоть немного сократить пробег. Машина мчится как одержимая. Впереди — опять бугор снега. Одно мгновение, и самолет лежит на лопатках...

Вишу вниз головой. Хорошо, что выдержали привязные ремни. Невыносимо болит левая рука. Кое-как расстегиваю привязные ремни. Ох, и тесна кабина. Никак не перевернусь в нормальное положение. И на помощь почему-то никто не спешит. Ослепли, что ли? Ан нет, прибежал кто-то. Тяжело дышит, запыхался.

— Какого черта вздыхаешь! — ору своему спасителю. — Вызволяй поскорей, а то задохнусь.

— Петр Михайлович, да ты жив! — слышу знакомый голос начальника института генерала П. А. Лосюкова. — Сейчас, сейчас вытащим. Рубите борт кабины топором! — командует кому-то...»

В этой аварии Стефановский получил удар в темя и сломал левую руку – в аккурат через год после посадки на горящем «Яке», когда он сломал ногу, ребра и получил травму головы.

Теперь о причине – и снова словами Стефановского:

«Виновник аварии — инженер завода, проектировавший воздушную проводку системы. У затяжной гайки трубки, соединяющей воздушный бортовой баллон с тройником закрылков и тормозов, не оказалось контровки. От вибрации гайка в полете отвинтилась, и сжатый воздух перестал поступать к закрылкам и тормозам. Маленькая небрежность чуть не стоила мне жизни...»

Конструкцию исправили, облет отремонтированного истребителя состоялся 12 мая 1944 года и вслед за этим испытания продолжил новый ведущий летчик – Ю.А. Антипов. Поскольку вновь проявились дефекты силовой установки, ему предстояло провести ее углубленные испытания, но параллельно надо было проверить и различные варианты воздушных винтов – исходный АВ-5Л-126А и спроектированный под моторы В.Я. Климова ВИШ-105Л-10.

Далее программа предусматривала определение температурных режимов двигателя, наивыгоднейших скоростей набора высоты и максимальных горизонтальных скоростей с различными воздушными винтами. Она продвигалась довольно энергично, однако 19 мая вновь случилась авария. Летчик Антипов приземлил самолет без повреждений, но мотор надо было менять. На этот раз нагнетатель оказался исправен, зато в маслобаке и в его фильтре нашли большое количество стружки – свидетельство износа поршневых пар. 

Летчик НИИ ВВС КА Юрий Александрович Антипов (1915-1997 гг.),
который продолжил испытания самолета И-231 после аварии и ранения П.М. Стефановского.
Портрет сделан в 1971 г.
Фото: www.testpilot.ru

В период с 12 по 19 мая успели выполнить десять полетов с общим налетом 7 часов и 30 минут, что было сравнительно неплохо. В письме №3/725 от 24 мая 1944 года начальник НИИ ВВС генерал-лейтенант инженерно-авиационной службы Лосюков и начальник 3-го отдела НИИ ВВС инженер-полковник Сафронов доложили своему прямому начальнику Главному инженеру ВВС КА генерал-полковнику ИАС А.К. Репину, что испытания И-231 приостановлены временно для замены мотора. Копии письма были направлены Наркому авиапромышленности А.И. Шахурину и в контрольное управление ЦК ВКП(б) с тем, чтобы там могли принять все меры для продолжения испытаний. 

В том же письме Лосюков и Сафронов сообщали и о проблемах самолета:

"...За время испытаний выявлены следующие недостатки:

1. Затруднена трехточечная посадка самолета, так как при доборе ручки теряется эффективность руля высоты.

2. Перегревается вода при пробе мотора, на рулежке и на наборе высоты".

Что касается первого, то ни одной неприятности на режиме посадки за все время испытаний не случилось, за исключением упомянутой выше аварии Стефановского. Но ее причинами были сложные условия на аэродроме, отсутствие резерва топлива из-за слишком насыщенной программы полета, и наложившийся на все это одновременный отказ тормозов и посадочной механизации крыла. Именно из-за этого скорость касания получилась много больше расчетной. Далее не сработали тормоза, а резерва полосы для пробега без включения тормозов не было. Напомним также, что самолет дважды смог сесть с неработающим двигателем на шасси, а это само по себе говорит о многом. Конечно, закрепление в инструкции летчику И-231 методики посадки на основные опоры как основного затруднило бы переучивание на данный тип истребителя строевых летчиков, которых учили не так, но вскоре именно этот способ стал общепринятым.

Высотный перехватчик И-231 (самолет «2Д») на испытаниях
Фото: АНПК «МиГ»

Температуры мотора – вопрос более серьезный, и он носил именно конструктивный. Именно из-за перегрева могла пойти стружка. Сложность здесь заключается не только в большой мощности и значительной теплоотдаче АМ-39А, но и в диапазоне высот и скоростей его эксплуатации, который был шире, даже чем у АМ-35А, с которым ОКБ-155 было хорошо знакомо, не говоря уже об АМ-38 – конструктивно-технологической базе для АМ-39. Но и эта проблема могла быть решена, если бы Микулин ею занялся как следует. И тогда перспективный перехватчик мог бы появится в строю хотя бы к концу 1944 года, имея характеристики, пусть и недостаточные для перехвата высотных разведчиков типа Ju 86P/R, но вполне приемлемые для уничтожения более массовых самолетов Юнкерс Ju 88, Ju 188 и Дорнье Do 217, которые регулярно появлялись в наших тыловых районах. 

Но вместо этого Микулин принялся повышать мощность и высотность АМ-39 за счет перевода на турбонаддув, все дальше "уводя" его конструкцию от серийного АМ-38Ф и с этим уменьшая шансы получить серийные моторы в обозримом будущем. На стоящий в ангаре НИИ ВВС И-231 он новый АМ-39 так и не дал.

Прерванный полет или что же дальше?

Итак, испытания И-231 остановились. Почему же Микоян не добился их возобновления? В принципе, мотор АМ-39 «достать» было возможно – в тот же период завод №300 отгрузил несколько экземпляров и другим заказчикам, и ОКБ-155. Но сам Артем Иванович больше не видел ни перспектив в этом самолете, ни нужды в нем.

Первый год, проведенный после возвращения из эвакуации в Москве на своем заводе №155, показал Микояну, что превратить его в собственную достаточно мощную серийную производственную базу не удалось, и не удастся. А коли так – нет нужды сохранять производственную оснастку МиГ-3, который проектировался еще до войны. Переход на принципиально новую конструкцию открывал пути к новой аэродинамике. Тогда было бы, например, заменить устаревший профиль крыла Clark-YH, доставшийся МиГ-3 «в наследство» от биплана И-153 на современный, скажем, NACA230.

Требовала кардинальных изменений силовая установка и система ее наддува. Нужен был специальный высотный воздушный винт. Крайне желательно было бы усилить вооружение, ведь перехватчику надо сбить врага с первой атаки. И, наконец, гермокабина – ее уже имели некоторые перехватчики за рубежом.

А что же «высотный Юнкерс», который взбудоражил всех летом 1943-го и вновь заставил думать о самолетах-перехватчиках? Неизвестным самолетом оказался Ju 86R-1 – стратегический разведчик, переоборудованный из старенького, довоенной еще постройки фронтового бомбардировщика Ju 86D. Вернее, сначала в 1940 года на облегченный строевой самолет этой модификации поставили высотные дизели Jumo 207A-1, гермокабину и новые консоли крыла большего размаха, получив самолет Ju 86P, а затем в 1942 года моторы заменили на Jumo 207B-3 с устройством впрыска закиси азота GM 1 и четырехлопастными воздушными винтами, а также сделали еще более длинные консоли с увеличенными баками. Это и был Ju 86R-1.

Немецкий высотный разведчик Ju 86R-1.
Такой самолет совершил шесть безнаказанных пролетов над Москвой в июне 1943 г., что дало толчок новым работам над перехватчиками ПВО в Советском Союзе
Фото из справочника Jane’s All the World Aircraft 1945-1946

Примерно за три месяца, с 1 июня по 22 августа 1943 года, он шесть раз появился над Москвой. Второго июня его пытался перехватить летчик М.А. Шолохов на опытном Як-9 с мотором М-105ПД. Он набрал 11650 м, и все же оставался на 1000-1500 м ниже противника. Попытки повторялись и с тем же результатом. Наконец, 22 августа на очередной перехват высотной цели было поднято два «Спитфайра» английского производства, два полученных по ленд-лизу из США истребителя Р-39 «Аэрокобра», два отечественных МиГ-3, шесть обычных Як-1 и три специальных высотных перехватчика Як-9ПД. Наш летчик на «Спитфайре» поднялся выше других – на 11500 метров. По его докладу он оказался сзади противника на удалении около 200 м, но оставался ниже его метров на 500. Дальше «Спитфайр» вверх уже не шел, пилоту попытался просто «задрать нос», чтобы обстрелять противника. Ему удалось оставаться в таком положении всего несколько секунд и дать очередь, но дальше случилось то, что должно было случиться – самолет перешел в режим сваливания и атака прекратилась, благо высоты для вывода машины в нормальный полет было достаточно. Двадцать третьего августа командующий 6-го истребительного авиакорпуса ПВО доложил, что приказ перехватить высотный разведчик он не выполнил потому, что у него нет столь же высотного перехватчика.

Это было летом 1943-го, а к весне следующего военного года были получены данные о новых работах по стратосферным разведчикам и бомбардировщикам. Как оказалось, их вела не только фирма «Юнкерс», но и «Дорнье», «Блом унд Фосс», «Фокке-Вульф» и другие. Вопрос снова «попал на контроль» и обрел новую актуальность. Ожидалось, что новые самолеты противника будут гораздо лучше Ju 86, и для них нужны были перехватчики с практическим потолком не 11000-12000, а как минимум 14000 м.

И здесь Микояну уже было что предложить – с весны 1943 года он интенсивно работал над новым семейством высотных перехватчиков, которое шло под шифром «А», и старые машины должны были уступить ему дорогу.

Самолет И-231 (2Д) на испытаниях, 1943 г. Завод № 155, Москва.
Истребитель И-231 («2Д», МиГ-3У) был последним истребителем конструкции А.И. Микояна и М.И.
Гуревича, который продолжал линию развития первой конструкции ОКБ – самолета И-200,
ставшего прототипом для серийных МиГ-1 и МиГ-3.
Все последующие машины ОКБ-155, в том числе самолет «А»,
были уже полностью новыми самостоятельными типами
Фото: АНПК «МИГ»

Тактико-технические характеристики самолетов И-230, И-231 и их аналогов