ЖРД Д-1А-1100 устанавливался в хвостовой части фюзеляжа. Топливо — тракторный керосин, а в качестве окислителя применялась концентрированная 96–98 %-ная азотная кислота, которые подавались в двигатель под давлением воздуха из бортовых баллонов (на 1 кг керосина приходилось 4,2 кг окислителя). Двигатель расходовал 6 кг керосина и кислоты в секунду. Общий запас топлива на борту самолета, равный 705 кг, обеспечивал работу двигателя в течение почти 2 мин. Расчетная взлетная масса самолета «БИ» составляла 1650 кг при массе пустого 805 кг.
Строили самолет почти без детальных чертежей, вычерчивая в натуру на фанере его части, по плазам. Это облегчалось малыми размерами самолета.
15 сентября 1941 г. планер первого опытного самолета БИ был построен. Однако двигатель самолета еще не был готов, проводилась его стендовая доводка. Безмоторный планер подвергли продувкам в натурной аэродинамической трубе ЦАГИ. Затем начались испытания в полете — на буксире за Пе-2.
В октябре 1941 г. конструкторское бюро В.Ф. Болховитинова и коллектив двигателистов были эвакуированы на Восток, что несколько задержало отладку двигателя. К весне 1942 г. основные трудности были преодолены, и двигатель установили на самолет.
Первый полет на истребителе БИ летчик Г.Я. Бахчиванджи выполнил 15 мая 1942 г. Взлетная масса самолета в первом полете была ограничена 1300 кг, а двигатель отрегулирован на тягу 800 кгс. Полет продолжался 3 мин 9 с. Самописцы зафиксировали максимальную высоту полета 840 м, скорость 400 км/ч, скороподъемность — 23 м/с. В послеполетном донесении летчик-испытатель отмечал, что полет на самолете БИ в сравнении с обычными типами самолетов исключительно приятен: перед летчиком нет винта и мотора, не слышно шума, выхлопные газы в кабину не попадают; летчик, сидя в передней части самолета, имеет полный обзор передней полусферы и значительно лучший, чем на обычном самолете, обзор задней полусферы; расположение приборов и рычагов управления удачное, видимость их хорошая, кабина не загромождена; по легкости управления самолет превосходит современные ему истребители. Таким образом, БИ стал первым в мире вооруженным самолетом с ЖРД, поднявшимся в воздух (Не 176 и прототипы Ме 163 летали невооруженными).
В связи с износом конструкции планера первого опытного самолета от воздействия паров азотной кислоты последующие летные испытания самолета БИ проводились на втором и третьем опытных самолетах, отличавшихся от первого только наличием лыжного шасси. Одновременно было принято решение начать постройку небольшой серии самолетов БИ-ВС для их войсковых испытаний. От опытных самолетов БИ-ВС отличались вооружением: в дополнение к двум пушкам под фюзеляжем по продольной оси самолета перед кабиной летчика устанавливалась бомбовая кассета, закрытая обтекателем. В кассете размещалось десять мелких бомб массой по 2,5 кг, обладавших большой взрывной силой. Предполагалось, что эти бомбы будут сбрасываться над бомбардировщиками, идущими в боевом строю.
На втором опытном самолете БИ за короткий срок выполнили четыре полета: три Г.Я. Бахчиванджи и один К.А. Груздевым. В этих полетах были зафиксированы наивысшие летные показатели самолета БИ — максимальная скорость до 675 км/ч, вертикальная скороподъемность 82 м/с, высота полета 4000 м, время полета 6 мин 22 с, продолжительность работы двигателя 84 с. Шестой и седьмой полеты выполнялись Г.Я. Бахчиванджи на третьем опытном самолете. Задание летчику на седьмой полет, состоявшийся 27 марта 1943 г, предусматривало доведение скорости горизонтального полета самолета до 750–800 км/ч по прибору на высоте 2000 м. По наблюдениям с земли, седьмой полет, вплоть до конца работы двигателя на 78-й секунде, протекал нормально. После окончания работы двигателя самолет, находившийся в горизонтальном полете, опустил нос, вошел в пикирование и под углом около 50° ударился о землю. Комиссия, расследовавшая обстоятельства катастрофы, в то время не смогла установить подлинные причины перехода в пикирование самолета БИ. Но в своем заключении она отмечала, что еще не изучены явления, происходящие при скоростях полета порядка 800-1000 км/ч. По мнению комиссии, на этих скоростях могли появиться новые факторы, воздействующие на управляемость, устойчивость и нагрузки на органы управления, которые расходились с принятыми в то время представлениями, а, следовательно, остались неучтенными.
В 1943 г. в эксплуатацию была пущена аэродинамическая труба больших скоростей Т-106 ЦАГИ. В ней сразу же начали проводить широкие исследования моделей самолетов и их элементов при больших дозвуковых скоростях. Была испытана и модель самолета БИ для выявления причин катастрофы. По результатам испытаний стало ясно, что самолет разбился из-за неучтенных при проектировании самолета особенностей обтекания прямого крыла и оперения на околозвуковых скоростях и возникающего при этом явления затягивания самолета в пикирование, преодолеть которое летчик не мог.
После гибели Г.Я. Бахчиванджи недостроенные 30–40 самолетов БИ-ВС были уничтожены, но работы по этой теме продолжались еще некоторое время. С целью изучения возможности увеличения продолжительности полета ракетного истребителя-перехватчика типа БИ в 1943–1944 гг. рассматривалась модификация этого самолета с прямоточными воздушно-реактивными двигателями на концах крыла. Она была исследована в аэродинамической трубе, но дальнейшего развития не получила. В январе 1945 г. на самолете БИ с лыжным шасси и двигателем РД-1 А.М. Исаева, являвшимся развитием двигателя Д- 1А-1100, летчик Б.Н. Кудрин выполнил два полета. В одном из этих полетов при взлетной массе самолета 1800 кг и скорости 587 км/ч вертикальная скорость БИ у земли составила 87 м/с. Затем работы над самолетом прекратили. Для проведения испытаний было построено девять самолетов БИ.
Ме 163В — боевой вариант
Самолеты Ме 163А были лишь опытными машинами, по-настоящему боевой должна была стать модификация Ме 163В, заказанная в количестве 70 экземпляров 1 декабря 1941 г. Самолеты должен был строить завод «Мессершмитта» в Регенсбурге. Интересно, что первоначально предполагалось обозначать эти машины по фамилии конструктора — Li 163S (где литера «S» обозначала «серийный»). Но в конечном итоге оставили «мессершмиттовское» обозначение — хотя участие В. Мессершмитта в создании этой машины было чисто символическим.
Ме 163В существенно отличался от предшественников. Прежде всего, для него Г. Вальтер разрабатывал новый ЖРД R II-211 с увеличенной вдвое максимальной тягой (1500 кгс). Правда, ко времени проектирования Ме 163В новый двигатель существовал только на бумаге, и конструкторам группы Липпиша приходилось опираться лишь на предварительные расчеты, надеясь что двигателисты смогут удержаться в определенных ими же самими рамках по массе двигателя, его габаритах и расходу топлива. Последний параметр был особенно важен — от самолета требовался боевой радиус 250 км и потолок 12 000 м, а для этого ЖРД должен был работать не менее 12 минут. Вальтер обещал, что расход топлива в R II-211 составит при полной тяге около 3 кг в секунду — на эти параметры и ориентировались конструкторы, определяя емкость топливной системы. Профиль полета определялся таким образом: на взлет и набор высоты 12 000 м отводилось 3 минуты работы двигателя на полной тяге, после чего ЖРД переводился на крейсерский режим, что теоретически должно было обеспечить 30-минутный полет на скорости 950 км/ч. В итоге радиус приближался к искомым 250 км — почти как у поршневого Bf 109, но при вдвое большей крейсерской скорости! Увы, на деле расход топлива оказался гораздо выше — на уровне 5–6 кг в секунду, что самым отрицательным образом сказалось на времени работы ЖРД, а, следовательно — и дальности полета самолета, уменьшая её до 120–150 км.
По сравнению с Ме 163А кардинальной переделке подвергся фюзеляж. По сути, его спроектировали заново — вместо деревянного Липпиш создал алюминиевый фюзеляж с существенно большим внутренним объемом, призванным вместить более мощный двигатель, значительно увеличенный запас топлива, вооружение, а также другое оборудование, необходимое для боевого самолета (например, радиостанцию). По сути, очертания фюзеляжа определялись габаритами топливных баков. Из-за этого, например, кабина пилота оказалась пере-размеренной, очень просторной по сравнению с другими истребителями люфтваффе. Примененный на Ме 163В беспереплетный штампованный фонарь обеспечивал отличный обзор.
Me 163, обтекатель хвостового колеса, как на моделях V — отсутствует. Он был удален поскольку постоянно забивался грязью и тем самым переставал нормально работать.
Заправка ракетного истребителя.
Запуск паровой турбины.
Me 163B перед взлетом.
Заправка ракетного истребителя.
Запуск паровой турбины.
Me 163B перед взлетом.
Крыло, как и на Ме 163А, осталось деревянным. Правда, его набор усилили, а вместо переменной стреловидности применили постоянную — в соответствии с рекомендациями доктора Гетхерта. Но нормального шасси самолет так и не получил — взлет осуществлялся со сбрасываемой тележки, а посадка — на выдвигаемую лыжу, снабженную гидроамортизаторами. Сначала её делали из дерева, затем из дюраля, а в конечном итоге осознали, что лучше стали для этой цели ничего нет.
Существенной проблемой оказался подбор вооружения, подходящего для скоростного истребителя. Впоследствии, уже в 60-е гг. Липпиш вспоминал: «Исследования, проведенные отделом вооружения фирмы BFW, показывали совершенно неутешительные результаты математического моделирования вероятности поражения воздушной цели, двигающейся с крейсерской скоростью 400 км/ч в ходе атаки перехватчика, развивающего около 900 км/ч. О попадании в цель в полноценном маневренном бою вообще речи не шло, так как фактически в нашем распоряжении тогда не имелось подходящих образцов авиационного артиллерийского оружия. Ни MG 17 [7,92-мм пулемет — прим. авт.], ни MG FF [20-мм пушка с барабанным боепитанием — прим. авт.], составлявшие в то время основу бортового вооружения наших истребителей, не обладали необходимыми характеристиками для применения на реактивных машинах. Последнюю Вилли Мессершмитт в разговоре как-то вообще назвал «бесполезной трещоткой», одновременно предсказав, что только управляемые ракеты смогут решить проблему средств поражения реактивных самолетов. Весьма немного мы ждали и от только разрабатывавшейся тогда MG 151. Так что даже в случае появления необходимых двигателей создать полноценный истребитель нам тогда вряд ли удалось…». Конечно, необходимо учитывать, что этот анализ был сделан непосредственным руководителем проекта и вряд ли может быть полностью объективным, но факт остается фактом: Ме 163В, конечно, вполне мог настичь вражеского бомбардировщика, однако попасть в него из существующего оружия было довольно проблематичным. Поиск путей решения этой проблемы привел к созданию некоторых довольно оригинальных образцов — но это будет позже. Пока же Ме 163В решили вооружить парой 20-мм пушек MG 151/20Е с ленточным боепитанием и боекомплектом 100 снарядов на ствол, монтировавшихся в корневых частях консолей крыла. Патронные короба имели сложную форму и находились в фюзеляже, опоясывая основной бак с окислителем. Это оружие было довольно надежным и обладало хорошей скорострельностью, но вот поражающая мощь снаряда была явно недостаточной для уничтожения тяжелых бомбардировщиков противника — особенно с учетом низкой вероятности попадания в цель при стрельбе со скоростного самолета. Более эффективной могла бы стать 30-мм пушка, снаряды которой были гораздо мощнее, но она появилась на Ме 163В значительно позже.
Первый Me 163B(V1) был построен на заводе в Аугсбурге, остальные самолеты предсерийной партии изготовлялись в Регенсбурге. Начиная с экземпляра Me 163B(V23) машины перевозились на завод «Клемм», где проводилась их окончательная сборка, монтаж оборудования и установка двигателей. Наличие в обозначениях Ме 163В литеры «V» ясно давало понять, что самолеты, фактически, являются опытными. На первых двух машинах, например, отсутствовали не только двигатель, но даже топливные баки и их арматура, посадочная лыжа была деревянной (как на Ме 163А), не было посадочных щитков.
Слева и в центре: вид со стороны правой части фюзеляжа и крепления крыла Me 163B.
Внизу: демонтированная пушка MK 108.
Me 163B в начале разбега.
Знаменательным для проекта Ме 163 стал конец июня 1942 г.: 26 числа в Лехфельде состоялся первый полет Me 163B(V1) — на буксире за Bf 110, а два дня спустя на стенде завода «Вальтер Верке» в Киле впервые запустили ЖРД R II-211 V1. Но если самолет вел себя в воздухе вполне прилично, то результаты испытаний двигателя оказались разочаровывающими — расход топлива значительно превысил расчетный, и время работы ЖРД вместо требуемых 12 мин. и обещанных Вальтером 13 мин. составило всего 4 минуты.
Двигатель R II-211Обозначение R II-211 являлось фирменным, в номенклатуре рейхсминистерства авиации двигатель обозначался HWK 109–509. Принципиальная схема его была аналогична предшественнику — ЖРД R II-203b. В конструктивном отношении двигатель представлял собой коробку агрегатов, монтировавшуюся на передней раме, и камеру сгорания с соплом, вынесенные назад посредством специальной трубы. Функционально в двигателе можно выделить три основные части — насосную (о ней подробнее чуть ниже), управления подачей топлива и окислителя, а также камеру сгорания.
Масса R II-211 составляла 168 кг — очень немного для двигателя, развивавшего тягу до 1500 кгс. Если сопоставить эти параметры с показателями поршневых двигателей, то увидим, что, например, мотор ВК-105ПФ2 с винтом ВИШ-105, установленный на истребителе Як-3, развивал тягу около 3000 кгс. Но весил этот двигатель 620 кг. Правда, эксплуатация поршневых моторов была несравненно менее хлопотной, чем ракетных…
Для уменьшения массы ЖРД германские конструкторы применили ряд передовых технических решений. В частности, подача топлива и окислителя осуществлялась посредством весьма компактного турбонасосного агрегата (ТНА), состоявшего из турбины, приводящей в действие два насоса (подачи топлива и окислителя), расположенных по обеим её сторонам. Каждый насос состоял из двухступенчатой сферической уравнительной секции и одноступенчатой центробежной нагнетательной секции. При запуске вал ТНА раскручивался электростартером мощностью 750 Вт (позже — 1000 Вт). Одновременно насос подавал небольшое количество окислителя (примерно 7 л/ мин) в парогазогенератор, где тот разлагался на водяной пар и кислород. Катализатором служила смесь бихромата натрия, хромата натрия и 3-% раствор гидроксида натрия. Этим составом пропитывалось цементное кольцо, помещенное в парогазогенераторе. Ресурс катализатора был довольно большим — до 20 полетов. Топливом для R II-211 служил «состав С», окислителем — «состав Т».
Образовавшийся в парогазогенераторе парогаз поступал в турбину и дальше раскручивал её, а после выхода на расчетные обороты (6000 об/мин) электростартер отключался. На полных оборотах расход окислителя в парогазогенераторе составлял 21 л/мин. Выхлоп из турбины выбрасывался через специальный патрубок, расположенный ниже камеры сгорания. Часть парогаза поступала в камеру сгорания для её продувки — это позволяло избежать скопления компонентов топлива (тромболизации).
При даче рычага управления двигателем (РУД) вперед открывались клапаны подачи топлива и окислителя и двигатель запускался. Одновременно увеличивались обороты ТНА. Система управления обеспечивала ступенчатое управление тягой. Топливо и окислитель поступали в камеру сгорания через 12 форсунок, сгруппированных в три группы: 1-я состояла из двух форсунок, 2-я — из четырех и третья — из шести. Соответственно, в первом положении РУД работали только две форсунки, во втором — шесть и в третьем — все двенадцать. Впоследствии по предложению пилотов схема электрической коммутации управления топливной автоматикой была изменена, и летчик получил возможность включать форсунки по своему усмотрению в следующих комбинациях:
• 1-я группа — две форсунки;
• 2-я группа — четыре форсунки;
• 3-я группа — шесть форсунок;
• 1-я и 3-я группы — восемь форсунок;
• 2-я и 3-я группы — десять форсунок;
• 1-я, 2-я и 3-я группы — двенадцать форсунок.
Таким образом, на режиме полного газа работали все три группы форсунок, а при дросселировании отключалась одна любая или две группы по выбору пилота (в зависимости от положения РУД). Это позволяло более плавно регулировать изменение тяги ЖРД, без «провалов» и рывков.
При максимальной тяге давление в камере сгорания достигало 20 атмосфер, а температура — 2000 °C, превосходя аналогичный показатель двигателя R II-203b практически вдвое. Такая высокая температура обусловила необходимость создания системы охлаждения камеры сгорания, в качестве теплоносителя в которой использовалось топливо, циркулировавшее между двойными стенками камеры сгорания и поступавшее затем в форсунки. Интересно, что дросселирование двигателя не вело к существенной экономии топлива: при уменьшении тяги падало давление в камере сгорания ЖРД, а удельный расход топлива при этом возрастал почти вдвое.
Двигатель можно было остановить и повторно запустить в полете. При остановке ЖРД турбонасосный агрегат переходил в «ждущий режим», поддерживая минимальные обороты для нового запуска. Расход окислителя на этом режиме был очень небольшой, а в случае необходимости пилот мог практически мгновенно вывести двигатель на полный газ. Перед посадкой РУД переводился на стопор, и подача топлива и окислителя в камеру сгорания прекращалась, а на посадочной глиссаде их остатки сливались.