Ил-2, часть 1

Самолет Ил-2 является наиболее известным представителем немногочисленного класса бронированных самолетов-штурмовиков, предназначенных для действий по живой силе и технике противника непосредственно на поле боя и в ближних его тылах.

Идея создания бронированного штурмовика достаточно очевидна и  высказывалась в различных странах, в том числе и в России, еще до первой мировой войны. Однако общий технический уровень развития авиационной техники и, прежде всего,  недостаточная мощность авиационных двигателей того времени не позволяли создать полноценный, пригодный к практическому использованию штурмовик.

Рис.1. Junkers J-4

В боевых операциях первой мировой войны в качестве штурмовиков применяли, как правило, обычные  истребители и разведчики. Действуя с низких высот, они несли большие потери от ружейного- пулеметного огня наземных войск. Бронезащита штурмовиков стала жизненно необходимой, и в мае 1917 г. на фронте появился первый серийный бронированный штурмовик — немецкий Юнкерс  J-4 (рис.1.) . Несмотря на плохую скороподъемность и слабую маневреность, вызванную недостаточной энерговооруженностью, самолет строился серийно (всего построено 189 экземпляров), и  принимал активное участие в боевых действиях. Благодаря наличию брони самолет J-4 был   малоуязвим для зенитного огня и истребителей противника и считался самым несбиваемым фронтовым самолетом первой мировой войны.Годом позже аналогичный самолет появился и у англичан- штурмовик Сопвич "Саламандер" (516 экземпляров).

Рис.2. Первые советские бронированные штурмовики: а- ТШ-Б; б- ТШ-1; в-ТШ-3

В начале 30-х годов в СССР проводидись работы по созданию бронированного штурмовика.

В 1930 г. в АГОС ЦАГИ под руководством А. Н. Туполева разрабатывались эскизные проекты тяжелых двухмоторных (2 М-34 по 750 л.с.) штурмовиков АНТ-17 (ТШ-Б) и АНТ-18. Проекты эти не были осуществлены.

В 1931-1933гг.  ЦКБ завода им. Менжинского строились штурмовики: легкий  ЛШ, особого назначения ШОН,тяжелые ТШ-1, ТШ-2 (с мотором М-17), ТШ-3 (с мотором М-34).  Все они, кроме ЛШ, были закончены постройкой, а ТШ-2 даже выпущен небольшой (10 экземпляров) серией. Однако летно-технические данные этих самолетов были достаточно низкими и далинейшего развития они не получили.

Таким образом, в начале 1930-х гг. не удалось решить проблему создания специализированного штурмовика с вооружением, бронированием и летно-тактическими данными, отвечающими предъявленным к нему требованиям. В связи с этим в 1931—1935 гг. штурмовые авиачасти советских ВВС продолжали оснащать модификациями разведчиков Р-5 ( сначала Р-5Ш, а затем Р-5ССС) и, с 1935 г. Р-ЗЕТ.

Причины неудач первых попыток создания бронированных штурмовиков были, прежде всего, технические- недостаточная мощность двигателей, отсутствие бронелистов двойной кривизны, плохая аэродинамика бронекоробок и т.д.. Кроме того, в это время среди военных специалистов всего мира получает распространение теория о целесообразности атаки наземных целей на большой скорости (с малой высоты полета или с пикирования). Предполагалось, что в этом случае большая угловая скорость перемещения самолета способствует уменьшению эффективности зенитного огня и бронезащита скоростных штурмовиков может быть выполнена более легкой. Согласно этой теории считалось,  что наиболее полно требованиям, предъявляемым к штурмовикам, удовлетворяет многоцелевой самолет, или, как тогда говорили, самолет “комбинированного типа”, который можно было использовать также в качестве разведчика и легкого бомбардировщика.  Новая теория получила повсеместное признание ( самолеты "Иванов", Валти А-11, Нортроп А-17, Кертисс А-18 ), и работы по бронированным штурмовикам прекратили.

В начале 1936 г. в СССР сразу несколько конструкторских бюро получили задание на создание многоцелевых самолетов. Вся конкурсная программа проведения этих работ, выполнявшаяся конструкторскими коллективами Д. П. Григоровича, С. А. Кочеригина, И. Г. Немана, Н. Н. Поликарпова и П. О. Сухого, носила условное название “Иванов”. Коллектив Н. Н. Поликарпова начал работать также и над созданием пикирующего бомбардировщика ВИТ. Однако новые самолеты могли поступить на вооружение частей ВВС только в 1938—1939 гг. Летно-тактические данные находившихся в эксплуатации штурмовиков Р-5Ш, Р-5ССС, Р-ЗЕТ уже с середины 1930-х гг. не соответствовали возросшим к ним требованиям, и указанные штурмовые самолеты нуждались в срочной замене. Было принято решение одновременно с опытно-конструкторскими работами по программе “Иванов” организовать лицензионное производство двухместного штурмовика и легкого бомбардировщика Валти V-11. Хотя этот самолета и получил у нас обозначение БШ-1 (“бронированный штурмовик — первый”), броня на нем, за исключением очень слабой бронезащиты экипажа, практически отсутствовала.

Необходимость создания бронированного штурмовика во второй половине 1930-х гг. становится все более ясной. Боевые действия в Испании и Китае в 1937—1938 гг. еще раз показали уязвимость низко летающих, в том числе и скоростных, самолетов-штурмовиков для огня наземных войск.

С. В. Ильюшин, занятый созданием, постройкой и запуском в серию своего первого боевого самолета ДБ-3, официально не участвует в работе по программе “Иванов”. Тем не менее, по своей инициативе он ведет проектные исследования параметров и компоновки бронированного штурмовика.В январе 1938 г. С. В. Ильюшин обращается в правительство о предложением о создании спроектированного им двухместного (летчик и стрелок) бронированного штурмовика — летающего танка, который по своей боевой эффективности значительно превосходил бы самолеты, создававшиеся по программе “Иванов”.

Предложение С. В. Ильюшина было принято, и 5 мая 1938 г. создание бронированного штурмовика ЦКБ-55, получившего также войсковое обозначение БШ-2, включили в план опытного строительства. Началась разработка эскизного проекта самолета, который 3 января 1939 г. был предъявлен заказчику. Одновременно были составлены технические требования к самолету. 26 января 1939 г. состоялось рассмотрение макета самолета ЦКБ-55, а 2 февраля протокол макетной комиссии утвердил начальник ВВС Красной Армии командарм второго ранга А. Д. Локтионов. Началась постройка двух опытных бронированных штурмовиков ЦКБ-55.

Рис. 3. Схема штурмовика ЦКБ-55

Бронированный штурмовик  ЦКБ-55 представлял собой одномоторный двухместный свободнонесущий моноплан с полуубирающимися в обтекатели на крыльях колесами основных опор шасси. Самолет  был оснащен двигателем жидкостного охлаждения АМ-35 с взлетной мощностью 993 кВт (1350 л. с.) (рис. 3).

Главной конструктивной особенностью самолета   являлся обтекаемый бронекорпус из высокопрочной броневой стали АБ-1. Эта броневая сталь имела хорошую ударную вязкость, но, самое главное, она позволяла изготавливать путем штамповки броневые детали, имевшие сложную поверхность двойной кривизны. Штамповку броневых деталей можно было производить на воздухе, после нее деталь охлаждалась в масле, а из закалочной ванны она вновь подавалась обратно в штамп для окончательной доводки размеров. Новая броневая сталь и новая технология изготовления деталей из нее открыли путь создания бронированного штурмовика не с “навесной”, как это было раньше на самолетах ТШ-1 и ТШ-3, а с “работающей”, т. е. включенной в общую работу конструкции самолета броней.

Рис. 4. Первые компоновочные схемы бронированного штурмовика ЦКБ-55: а — вариант с выдвижными водяными и масляными радиаторами; б — вариант с неподвижными водяными и масляными радиаторами;1 — двигатель жидкостного охлаждения;2— верхний бензобак; 3,4 — рабочие места пилота и штурмана-стрелка соответственно;5 — всасывающий патрубок карбюратора двигателя; 6 — водяные и масляные радиаторы в фюзеляже; 7 — выдвинутое положение водяных и масляных радиаторов; 8 — нижний бензобак

Бронекорпус штурмовика ЦКБ-55 заключал в себе жизненно важные части самолета: двигатель, рабочие места экипажа, состоящегоиз летчика и штурмана-стрелка, бензо- и маслосистему. Водяные и масляные радиаторы системы охлаждения и смазки двигателя вначале выполняли подвижными: в условиях сильного противодействия наземных огневых средств их можно было полностью убирать в бронекорпус, а при отсутствии обстрела с земли — выдвигать из бронекорпуса- на величину, обеспечивающую нормальную работу двигателя (рис. 3, а). Такое компоновочное решение имело существенный недостаток. Сложное конструктивно, оно резко ограничивало время атаки цели, так как из-за повышения температуры жидкости, охлаждающей двигатель, и смазки самолет с убранными радиаторами мог находиться над целью всего лишь 6-8 мин. Выдвижение радиаторов над полем боя из бронекорпуса также резко повышало вероятность их поражения и выхода самолета из строя.

В процессе рабочего проектирования было найдено новое решение. Радиаторы сделали неподвижными и установили их рядом друг с другом в бронекорпусе за двигателем, а охлаждающий воздух стали подводить к ним по специальному каналу через воздухозаборник, расположенный на верхней части бронекорпуса (рис.4 б). Такое решение было не совсем выгодно аэродинамически, так как размещение воздухозаборника канала сверху капота двигателя в зоне пониженного статического давления, а отверстия выпуска воздуха — снизу фюзеляжа, в зоне повышенного статического давления, приводило к уменьшению эффективности продува радиаторов. Но благодаря этому решению конструкция самолета значительно упростилась, его боевая эффективность как штурмовика резко повысилась.

Рис. 5. Силовая схема подмоторной рамы Ил-2

Летные испытания первого опытного самолета ЦКБ-55 выявили недостаточность охлаждения двигателя, особенно на режимах взлета и набора высоты, т. е. при больших углах атаки и работе двигателя на максимальной мощности. Поверхность охлаждения водяного радиатора пришлось увеличить, и он занял всю ширину канала. Масляный радиатор системы смазки двигателя перенесли под бронекорпус и установили в прямоугольной бронекорзине, в передней части которой имелась бронезаслонка, полностью закрывшая входное отверстие масляного радиатора при обстреле с земли или при вынужденной посадке с убранным шасси. Для охлаждения свечей системы зажигания двигателя и выхлопных патрубков и для продува внутренней полости бронекорпуса его передние боковые и нижняя бронекрышки выполнялись в виде заборников воздуха, который выходил из бронекорпуса через бронекарманы, установленные за выхлопными патрубками двигателя.

Бронекорпус практически полностью включался в силовую схему планера самолета. Носовая часть бронекорпуса воспринимала все нагрузки от двигателя и агрегатов силовой установки, для чего была разработана оригинальная конструкция подмоторной рамы. Ее силовая схема позволяла полностью включить в работу обшивку нижней части капота двигателя, которая выполнялась из стальных бронелистов. Изнутри бронекорпуса к обшивке капота приклепывали два полушпангоута 1 из алюминиевого сплава и четыре кронштейна 2 (рис. 5). Эти кронштейны и полушпангоуты связывались в единую конструкционную систему двумя, правым и левым, мощными профилями 3 из алюминиевого сплава. Задний полушпангоут трубчатыми подкосами 4 соединялся также с наклонным шпангоутом 5 фюзеляжа. Двигатель устанавливался на профили 3, и все основные усилия от него через болты крепления передавались полушпангоутами и кронштейнами на нижнюю бронеобшивку. Часть нагрузки по трубчатым подкосам переходила на верхнюю обшивку капота и на наклонный шпангоут фюзеляжа, а через него также на центральную часть бронекорпуса. Простая конструктивно, обеспечивающая легкую замену двигателя и его агрегатов, эта силовая схема крепления поршневого двигателя использовалась затем на всех без исключения бронированных самолетах, созданных конструкторским бюро под руководством С. В. Ильюшина.

Рис. 6. Схема бронирования Ил-2

Центральная часть бронекорпуса воспринимала нагрузки от экипажа, оборонительной пулеметной турели, узлов крепления крыла и хвостовой части фюзеляжа.

Бронекорпус собирали из штампованных листов гетерогенной или гомогенной брони двойной кривизны, толщина которых была: 4 мм (капоты), 5 мм (пол и бока), 7 мм (задняя стенка кабины стрелка); защита двигателя сверху — листовой дуралюмин в 5 мм. Общая масса бронирования — около 700 кг. Стыковка и крепление кусков брони — на 5- и 6-миллиметровых стальных заклепках на дуралюминовых профилях и полосах каркаса. Минимальная масса бронекорпуса обеспечивалась прежде всего оптимальным распределением толщины броневых листов (рис. 6) как из условия эффективного противостояния осколкам зенитных снарядов и пуль, зоны встречи которых с бронекорпусом определялись на основе результатов специального анализа, так и в соответствии с действующими на элементы бронекорпуса силовыми нагрузками. При этом учитывалось, что обтекаемые формы бронекорпуса в сочетании с относительно большой (350 ... 400 км/ч) расчетной скоростью полета значительно усиливают эффективность бронезащиты даже тонких броневых листов из-за малых углов встречи с ней осколка или пули. Более полному использованию брони в работе конструкции способствовало также и то, что самолет был рассчитан на вдвое большую, чем у ТШ-1 и ТШ-3, скорость полета и, соответственно, на значительно большие внешние нагрузки.Впервые в СССР на штурмовике использовали прозрачную броню типа К-4. Из нее изготовляли лобовые стекла фонаря кабины летчика.

Незащищенная броней конструкция самолета проектировалась из условия обеспечения ее работы при боевых повреждениях: хвостовая часть фюзеляжа - деревянный монокок, имела работающую обшивку, выклеенную из березового шпона и, на прямых участках, фанеры (средняя толщина стенок монокока —5 мм с клеем) подкрепленную стрингерами, крыло и стабилизатор горизонтального оперения были двухлонжеронными, киль вертикального оперения выполнялся как одно целое с фюзеляжем. Частичное выступание колес основных опор самолета из контура гондол должно было обеспечить посадку самолета с минимальными повреждениями на любой неподготовленной площадке без выпуска шасси (рис. 7).

Рис. 7. Схема основной опоры самолета Ил-2: а - шасси выпущено; б - шасси убрано;1 - колесо; 2 - ось вращения амортизационных стоек; 3 - ось крепления цилиндра -подъема выпуска шасси; 4 - ось вращения нижнего складывающегося подкоса ; 5- амортизационные стойки; 6- складывающийся подкос

Рационально спроектированная силовая схема планера с включением в ее работу бронекорпуса обеспечивала штурмовику С. В. Ильюшина достаточные резервы массы для установки мощного наступательного вооружения. Вначале предполагалось установить на самолет пять пулеметов ШКАС калибра 7,62мм, в том числе четыре неподвижных крыльевых пулемета и один подвижный оборонительный пулемет. Нормальный бомбовый груз самолета, равный 400 кг, размещался на внутренней подвеске в четырех крыльевых бомбоотсеках, где бомбы частично защищались броней: перед ними устанавливались броневые щитки. В перегрузочном варианте еще 200 кг бомб могли быть подвешены снаружи самолета на силовых нервюрах крыла, разделяющих бомбоотсеки (рис. 8).

2 октября 1939 г. состоялся первый полет опытного самолета ЦКБ-55 № 1 под управлением летчика-испытателя В. К. Коккинаки, а 30 декабря 1939 г. он поднял в воздух и второй опытный самолет ЦКБ-55 № 2. Заводские испытания самолетов проводились до марта 1940 г. В испытательных полетах отлаживался двигатель, доводились системы охлаждения воды и масла.

Рис. 8 Бомбовое вооружение штурмовика (показан перегрузочный вариант загрузки самолета шестью бомбами ФАБ-100)

1 апреля 1940 г. начались государственные испытания самолета БШ-2 (ЦКБ-55 № 2). Летчики отмечали, что по своим полетным свойствам самолет БШ-2 был достаточно простым и не имел особенностей, отличавших его от самолетов подобного типа Р-10 и ББ-1. Общее заключение военных специалистов было положительным. Для изучения тактических свойств и разработки техники боевого применения бронированных самолетов, по мнению военных специалистов, необходимо было заказать серию самолетов БШ-2 с двигателем АМ-35 для войсковых испытаний.

Государственные испытания выявили у БШ-2 и некоторые слабые стороны. К ним относился прежде всего недостаточный для летчика обзор вперед, являвшийся следствием одномоторной схемы самолета. Скорость у земли составила 362 км/ч вместо заданной 385 км/ч, посадочная— 135—140 км/ч вместо 105—110 км/ч, дальность—618 км вместо 800 км. Потолок при госиспытаниях не определялся, так как для штурмовика он не был решающим фактором Эти недостатки были следствием установки на двигателе мощного центробежного нагнетателя, который обеспечивал высотность 4500 м, совершенно не нужную штурмовику, летающему в основном на малых высотах. В полетах же у земли нагнетатель отнимал у двигателя значительную часть мощности. По просьбе С. В. Ильюшина, высказанной еще в процессе проведения заводских испытаний самолетов ЦКБ-55, ОКБ А. А. Микулина в инициативном порядке провело работы по созданию двигателя АМ-38 без высотного нагнетателя, более мощного на малых высотах, чем АМ-35, но с такими же, как у него, габаритами и массой.

Рис. 9. Максимальные горизонтальные скорости опытных бронированных штурмовиков: 1- двухместного ЦКБ-55 с двигателей АМ-35; 2 - одноместного ЦКБ-57 с двигателем АМ-38; 3 - одноместного ЦКБ-55П о двигателем АМ-38

Для проведения летных испытаний двигатель АМ-38 установили на опытном самолете ЦКБ-55 № 1, в конструкцию которого внесли также ряд других изменений, связанных с устранением недостатков, выявленных на государственных испытаниях. Недостаточнаяпродольная устойчивость самолета из-за применения общепринятой в то время чрезмерно задней полетной центровки, равной 31,4% средней аэродинамической хорды, была улучшена установкой стабилизатора с большей на 3,1% площадью и смещением центра масс самолета вперед вследствие более передней (на 50 мм) установки двигателя и поворота отъемных частей крыла назад на 5°. Несколько тяжелое управление элеронами улучшили изменением степени их аэродинамической компенсации.

Эти работы уже были в основном завершены, когда С. В. Ильюшину предложили переделать штурмовик в одноместный вариант, установить две пушки ПТБ-23 конструкции Я. Г. Таубина и два пулемета ШКАС, усилить бронирование самолета.

Самолет ЦКБ-55 № 1 срочно доработали. Вместо кабины стрелка в бронекорпусе установили 12-миллиметровую бронеперегородку и бензобак; предписанное заказчиком увеличение толщины брони на боковых стенках кабины на этом самолете имитировалось увеличением массы конструкции. Из-за большого объема работ по установке новых пушек наступательное оружие самолета осталось старым — четыре пулемета ШКАС и 400 кг бомб на внутренней подвеске. Самолету присвоили новое обозначение ЦКБ-57. Его первый полет состоялся 12 октября 1940 г. под управлением В. К. Коккинакн. Он провел заводские испытания в исключительно сжатые сроки — всего за 10 летных дней. В полете у земли была достигнута максимальная скорость 423 км/ч, а на границе высотности двигателя — 437 км/ч (рис.9). Цифры для самолетов такого типа для того времени весьма высокие. Летчик отмечал, что по своим полетным свойствам самолет исключительно прост и не имеет никаких особенностей.