История постройки и испытаний АНТ-40

История постройки и испытаний АНТ-40

СБ (АНТ-40) — всемирно известный самолет Андрея Николаевичи Туполева, массовый скоростной бомбардировщик фронтовой авиации советских ВВС. строившийся серийно на протяжении ряда лет в нескольких модификациях. Этот самолет участвовал в военных конфликтах в предвоенный период в Испании. Китае. Монголии, на Дальнем Востоке и в Финляндии. Он принял на себя первый удар 22 июня 1941 г… применялся во время Великой Отечественной войны как боевой самолет до 1943 г и позднее служил в гражданском воздушном флоте.

СБ-2 М-103 укатывают в лес после посадки.

Работа над новым бомбардировщиком началась под руководством А.Н.Туполева в конце 1933 г. Главным конструктором был назначен А.А.Архангельский, возглавивший в январе 1934 конструкторскую бригаду № 5 отдела экспериментального самолетостроения ЦАГИ. Новый бомбардировщик внутри конструкторского бюро получил обозначение АНТ-40. Это был трехместный двухмоторный среднеплан с убирающимися шасси.

Основной задачей проектирования было достижение максимальной скорости в горизонтальном полете, хотя код СБ расшифровывался как средний бомбардировщик, а отнюдь не скоростной. Этот фактор определил выбор схемы и компоновки самолета, конструкция которого создавалась с минимальным аэродинамическим сопротивлением и минимальной массой.

Постройке самолета предшествовал большой объем экспериментальных исследований в аэродинамической трубе ЦАГИ. При этом особое внимание уделялось наивыгоднейшему сочетанию крыла с фюзеляжем и мотогондолами, нахождению оптимального взаимного расположения крыла и хвостового оперения. По результатам этих работ было выбрано среднее расположение крыла относительно фюзеляжа. С одной стороны это обеспечивало минимальное сопротивление интерференции, с другой — создавало проблемы с компоновкой бомбоотсека. Неподвижное горизонтальное оперение установили на фюзеляже с относительно небольшим превышением над крылом. Это позволяло вывести стабилизатор из спутной струи особенно на больших углах атаки, и улучшить работу вертикального оперения, которое при такой схеме меньше «затенялось» горизонтальным. Для получения максимальной скорости все кабины экипажа были выполнены закрытыми, бомбы полностью размещались в фюзеляже и вся обшивка выполнялась гладкой. Отказ от гофрированной обшивки, неприемлемой для скоростного самолета, потребовал применения новых материалов — тонкого листового «супердюралюминия» с повышенной прочностью, высокопрочных хромо-молибденовых и хромо-никелевых сталей. Снижение массы самолета достигалось минимальными размерами самолета, рациональной конструкцией планера и очень плотной компоновкой фюзеляжа.

А. И. Туполев (справа) и конструктор двигателей А.А.Микулин (следующий после Туполева) на Парижской авиавыставке. Ноябрь 1936.

21 февраля 1934 г А.Н.Туполев на совещании у начальника ЦАГИ Н.М.Харламова доложил план работ по постройке бомбардировщика АНТ-40. Было решено построить самолет сразу в двух экземплярах — первый прототип с двигателями воздушного охлаждения Райт Циклон (Wright Cyclone F 3), каждый из которых развивал мощность 730 лс на высоте 2000 м, планировалось выпустить к 15 июля 1934 г. Второй прототип с двигателями жидкостного охлаждения Испано Сюиза (Hispano Suiza 12Ybrs) no 780 лс каждый на высоте 3300 м, планировалось построить к 15 августа 1934 г.

Для моторов обоих типов были созданы гондолы близкой внешней конфигурации. Для самолета АНТ-40 с двигателями Hispano Suiza 12Ybrs были построены водорадиаторы «лобового» типа, интенсивность охлаждения которых регулировалась установленными перед ними жалюзи и отклоняющейся вниз нижней панелью гондолы, расположенной под двигателем. Первый прототип АНТ-40 имел емкость бензобаков только на 940 л, второй — на 1670 л.

Многоместный истребитель МИ-3 (АНТ-21) в значительной степени нес в себе черты будущего СБ.

Результаты испытаний ДИП (АНТ-29) были использованы для создания будущего скоростного бомбардировщики СБ-2.

Постройка первого опытного экземпляра АНТ-40 с моторами «Райт Циклон». Москва, август 1934 г.

Первый экспериментальный образец АНТ-40 РЦ на заводском аэродроме, октябрь 1934 года.

АНТ-40 PЦ после аварии 31 октября 1934 г

Первый прототип после окончания повторных заводских испытаний, сентябрь 1935 г

При создании АНТ-40 был использован опыт постройки и испытаний двухмоторного многоместного истребителя МИ-3/АНТ-21 и двухместного пушечного истребителя ДИП/АНТ-29, которые были близки по общей схеме конструкции. Проектирование самолета АНТ-40 шло быстро и в марте 1934 г заказчик, Управление ВВС, рассмотрел и утвердил эскизные чертежи и натурный макет самолета, а уже в июле заводу опытных конструкций ЦАГИ были досрочно переданы все рабочие чертежи.

Постройка первого прототипа с двигателями Wright Cyclone F3 началась 25 апреля 1934 г, она шла одновременно с выпуском чертежей и потребовала более высокой культуры производства, так как технологические процессы и производственные технологии, применявшиеся раннее, не были пригодны для постройки АНТ-40. Самолет был построен в рекордно короткий срок — за шесть месяцев и имел следующие данные (Таблица 1, первая колонка).

7 октября 1934 г состоялся первый полет первого прототипа АНТ-40РЦ (Райт-Циклон), который пилотировал летчик К.К.Попов. Испытания, проводившиеся до 31 октября показали, что самолет обладал плохой продольной устойчивостью, а также повышенной чувствительностью элеронов и большими нагрузками на штурвал. Это приводило к самопроизвольному взмыванию и пикированию самолета при посадке, что усложняло пилотирование. Недостатки пытались устранить увеличением площади и изменением угла установки стабилизатора, увеличением площади элеронов, уменьшением площади рулей высоты и введением в систему управления резиновых амортизаторов, возвращавших отклоненный штурвал в нейтральное положение и тем самым уменьшавших «раскачку» самолета в продольной плоскости. Однако это дало лишь небольшое улучшение в устойчивости и управляемости самолета, но его пилотирование оставалось сложным. На девятом полете 31 октября самолет потерпел аварию при посадке на заводском аэродроме. Самолет был возвращен в ЦАГИ, где восстанавливался до февраля 1935 г. Во время ремонта в конструкцию первого прототипа были внесены некоторые изменения. Мотористы, которые участвовали в ремонте самолета, по своему переименовали обозначение нового самолет: СБ — «Сволочь Бездарная».

Прототип СИ после замены двигателей Wright Cyclone на М-87.

Первый экземпляр АНТ-40 с двигателями «Райт Циклон» с убирающимися лыжами и винтами типа «Гамильтон» на заводских испытаниях, февраль 1936 г.

С 5 февраля по 21 июня 1935 г были проведены повторные заводские испытания АНТ-40РЦ с трехлопастным металлическим пропеллером. Самолет имел следующие размерные и весовые данные (Таблица 1, вторая колонка). На испытаниях самолет развил максимальную скорость 325 кмчас на высоте 4000 м, был достигнут потолок 6800 м, посадочная скорость составляла 100–110 кмчас. Поскольку второй прототип показал к тому времени гораздо большую максимальную скорость, испытания первого были прекращены. Он был переведен в разряд экспериментальных самолетов и передан для опытных работ в Отдел эксплуатации, летных испытаний и доводки. Так, с 21 февраля по 11 марта 1936 г на нем испытывались убираемые лыжные шасси и винты изменяемого шага фирмы «Гамильтон». О дальнейшей судьбе первого прототипа АНТ-40 сведений не имеется.

Постройка второго опытного экземпляра с двигателями «Испано-Сюиза». Ноябрь 1934 г.

15 мая 1934 г началась постройка второго прототипа с двигателями Испано-Сюиза. При этом были частично учтены результаты испытаний первого прототипа. Крыло второго прототипа имело больший размах, его площадь была увеличена до 51,95 кв. м, были внесены исправления систему управления. Второй прототип АНТ-40ИС (Испано-Сюиза) имел следующие характеристики (Таблица 1, третья колонка).

30 декабря 1934 состоялся первый полет второго прототипа, который пилотировал летчик-испытатель Н.С.Журов. Во время заводских испытаний, которые закончились 21 января 1935 г, на этом самолете с нормальным полетным весом 5000 кг была достигнута скорость 430 км/час на высоте 4000 м. Полученные результаты заводских испытаний превзошли ожидания заказчика представители ВВС еще до их окончания настояли на срочной передаче самолета на госиспытания по полной программе. На первой стадии госиспытаний с полезной нагрузкой 1536,5 кг были получены максимальная скорость 346 км/час, время подъема на высоту 5000 м — 7,5 мин и потолок 9400 м.

Первый этап испытаний начался 8 февраля, но был прерван 3 марта 1935 г из-за аварии самолета, когда при скоростных испытаниях на малой высоте на самолете возникла нарастающая вибрация крыла. Только благодаря действиям опытного летчика-испытателя К.П.Миндера, который мгновенно выключил двигатели и перевел самолет в режим подъема, было предотвращено полное разрушение самолета. После посадки была обнаружена вздутая из-за вибрации обшивка крыла. Причиной аварии оказался изгибно-крутильный флаттер крыла, с которым впервые столкнулись советские конструкторы. Он был вызван недостаточной весовой балансировкой элеронов. По рекомендации экспериментально-аэродинамического отдела ЦАГИ она была увеличена до 90–93 % и это решило проблему флаттера. Восстановительные работы на втором прототипе продолжались до апреля 1935 г.

С 9 апреля испытания самолета были возобновлены и продолжались до 16 июня 1935 г. При этом были поставлены задачи определить эффективность новых элеронов на вибрацию, испытать крыло на флаттер, испытать на продольную устойчивость новое оперение, определить эффективность водяных радиаторов с разными вариантами продува, определить посадочные характеристики при передних центровках.

Второй опытный экземпляр АНТ-40 с двигателями «Испано Сюиза» перед заводскими испытаниями, декабрь 1934 г.

Вторая стадия госиспытаний АНТ-40ИС проходила с 16 июня по 17 июля 1935 г. Самолет с взлетным весом 4850 кг показал максимальную скорость 404 км/ час на высоте 5000 м. С взлетным весом 5350 кг он поднимался на высоту 5000 м за 9,4 мин и имел потолок 9400 м (таблица 2, вторая колонка). Поле испытаний АНТ-40ИС вновь поступил в ЦАГИ для устранения отмеченных в дефектной ведомости недостатков: самолет имел недостаточную продольную устойчивость и очень большую чувствительность руля высоты, что усложняло пилотирование и прицельное из-за постоянного напряжения летчика во время полета. Кроме этого самолет имел плохую боковую устойчивость и стремление к возрастанию крена по мере увеличения скорости. При эксплуатации опытного экземпляра выявились и другие дефекты: недостаточная жесткость крепления верхней турели в кабине стрелка, затруднявшая ведение прицельного огня; вибрации подмоторной рамы, трудности технического обслуживания и многое другое. Несмотря на это Туполев пытался протолкнуть «сырой» самолет в серийное производство, но пока безуспешно. Кстати, большинство из перечисленных дефектов сохранились «родимыми пятнами» на серийных машинах.

АНТ-40 с двигателями «Испано-Сюиза» на втором этапе государственных испытаний, 16.06.-17.07.1935.

Третий прототип АНТ-40-2 (ИС-2) на заводских испытаниях, осень 1935 г.

Радикальное улучшение характеристик АНТ-40 произошло после изменения аэродинамического профиля. Раньше в крыле первого и второго прототипов был использован профиль АНТ-6. В июле и августе 1935 г советская делегация, в составе которой были А.Н. Туполев и А.А. Архангельский, посетила с визитом США. После возвращения среди прочих заграничных закупок числились аэродинамические профили NACA 230 серии (это были математические таблицы для построения профилей и их аэродинамических параметров). Анализ показал, что американский профиль обладает лучшими характеристиками, чем советский и профиль NACA решили поставить на крыло АНТ-40. При этом произошло чудесное превращение и «новый» профиль получил обозначение ЦАГИ-40. Обычная практика советских конструкторов, не брезгующих плагиатом во все времена, у нас это называлось обмен опытом. Применение американского профиля позволило при некотором снижении подъемной силы значительно уменьшить сопротивление крыла, при этом нагрузка на крыло оставалась сравнительно невысокой: 85-110 кг/ кв. см. Так как его применение вело к значительным изменениям в конструкции крыла, был построен следующий (третий) прототип АНТ-40-2 (АНТ-40ИС-2). Практически это была радикальная модернизация второго прототипа.

Двигатели М-100 и М-100А оснащались жалюзи, управляемые термостатом. На этом снимке двигатель выключен и жалюзи закрыты…

Серийный СБ-2 М-100А, 1936

…а здесь двигатель работает и жалюзи распахнуты. На самолете с этими двигателями стояли радиаторы сотового типа.

Для устранения выявленных дефектов в конструкцию третьего прототипа был внесен ряд значительных изменений: двигатели были смещены вперед на 100 мм, внесены изменения в конструкцию крыла. Кроме того, для улучшения продольной устойчивости и управляемости на 14,5 % были увеличены площади киля, введены передние аэродинамические и весовые балансиры руля высоты. Поперечная устойчивость была улучшена изменением конструкции крыла и повышением эффективности элеронов и руля направления путем увеличения их аэродинамической балансировки. В октябре 1935 г модернизированный самолет был передан на вторую стадию госиспытаний, которые успешно закончились в апреле 1936 г.

СБ-2М-100А модернизированный на государственных испытаниях в мае-июне 1937 г.

Летные качества АНТ-40-2, получившего войсковое обозначение СБ (скоростной бомбардировщик) были признаны выдающимися. По оценке летчиков он стал устойчивым и легко управляемым на всех полетных режимах. На максимальной скорости рули высоты и направления были высокоэффективны и требовали мягкого и плавного управления. Крен самолета легко устранялся триммером элерона, который снимал большие нагрузки на штурвал. С помощью триммеров самолет легко управлялся на всех скоростях и выполнял полет с брошенным управлением. Самолет допускал виражи с креном до 60–75 градусов (с бомбами — не более 45 градусов), боевой разворот, боковое скольжение и штопор, а так же горизонтальный полет и даже полет с подъемом высоты при одном выключенным двигателе. Он развивал скорость 418 км/час на высоте 5300 м и 356 км/час земли. В апреле 1936 г третий прототип был передан московскому авиазаводу № 22 в качестве эталона для серийного производства.

СБ стал родоначальником нового класса — класса скоростных бомбардировщиков. Его летные данные обеспечивали в то время применение новых бомбардировщиков без истребительного прикрытия для уничтожения наземных войск противника на участках решающих направлений. По результатам испытаний СБ был признан (только советскими специалистами!) одним из самых лучших в мире самолетов своего класса.

Модернизированный СБ 2 М 100А на лыжном шасси, зима 1937/38 годов.

СБ-2 с моторами М 103 на государственных испытаниях летом 1938 г. Самолет имеет капоты с лобовыми водными радиаторами внешне похож на СБ-2М-100А.