Самолёты из электрона

К началу 1930-х годов основным материалом для металлического самолётостроения являлся дюралюминий. Однако существовал сплав, удельная прочность которого была почти на треть выше — магниевый сплав электрон. Его изобрели в Германии одновременно с дюралюмином. Кроме магния, в состав электрона в небольших дозах входили алюминий, цинк и марганец.

Конструкция из электрона заметно легче, чем дюралевая. Но электрон сложно выплавлять и делать из него отливки, так как при высоких температурах он может самовоспламениться. Он обладает невысокой пластичностью, что затрудняет его механическую обработку. Кроме того, этот материал сильно подвержен коррозии. Поэтому долгое время электрон не находил применения в машиностроении.

Для освоения производства летательных аппаратов из электрона нужно было решить две основные задачи: разработать способы обработки этого сплава и обеспечить защиту деталей от коррозии. Над этим работали металловеды разных стран.

Первые практические шаги сделали в Германии. Там в 1931 г. фирма «Альбатрос» построила самолёт из электрона — двухместный биплан L81 с мотором BMW-5 мощностью 360 л. с. В конструкции крыла, хвостового оперения и фюзеляжа применялись детали из штампованного и листового магниевого сплава AZM, соединённые заклёпками. Даже кресла экипажа были сделаны из электрона. Только обшивка крыла и хвостового оперения имели полотняную обшивку. Официально это был разведчик, а по сути — экспериментальный самолёт.

Альбатрос L81.

Каждые полгода Альбатрос L81 тщательно осматривали, делали проверочные испытания на прочность. По словам представителя фирмы «Фарбениндустри» доктора Шмидта, за шесть лет наблюдений коррозии и нарушения прочности конструкции не обнаружили[142].

В СССР планы строительства самолётов из электрона возникли в начале 1930-х годов. Проект опытного авиастроения 1931 г. предусматривал создание в ЦАГИ экспериментального электронного самолёта Э-2. Как свидетельствует другой документ, в ЦАГИ к концу 1932 г. планировалось построить истребитель из электрона с использованием заграничной помощи[143]. Но никаких практических шагов тогда сделано не было.

В ноябре 1931 г. Центральный совет Осоавиахима объявил конкурс на лучший проект легкомоторного самолёта. Самая большая премия (25 тыс. рублей) предусматривалась для самолёта из электрона. Среди участников конкурса был начинающий авиаконструктор Сергей Павлович Королёв. Он разработал двухместный безфюзеляжный самолёт «Электрон-1» с двухбалочным хвостовым оперением, а также построил аналогичный по схеме планер СК-6 с применением электрона. Но вскоре Королёв коренным образом переработал проект. Новый самолёт «Высокий путь» обычной схемы с мотором М-11 должен был иметь складывающееся на земле крыло. Основным конструкционным материалом по-прежнему оставался сплав электрон, но обшивку крыла и оперения планировалось сделать полотняной.

В октябре 1932 г. были подведены итоги конкурса. «6-ю тысячами рублей премирован инженер Королёв С.П. — автор проекта лёгкого электронного (клёпаного) самолёта», — отмечалось в решении жюри[144].

Королёв был убежден в перспективности магниевого сплава. В рукописи «Лёгкий электронный самолёт „Высокий путь“» (1932 г.) он писал: «Количество сырья в СССР для производства „электрона“ огромно; целый ряд заводов освоил выпуск этого сплава, и тем самым могут быть обеспечены постройка и ремонт „электронных“ самолётов; опасность коррозии „электрона“, его воспламеняемость и прочее следует считать сильно преувеличенными и не представляющими на сегодняшний день особой опасности для опытного самолётостроения, а в самом ближайшем будущем — и для значительных серий»[145].

Характеристики электрона и дюралюминия.

Ещё одним ярым сторонником этого сплава был преподаватель Московского авиационного института инженер Аркадий Львович Гиммельфарб. В 1933 г. при участии студентов он разработал проект одномоторного четырёхместного электронного самолёта Э-1. Производственную поддержку энтузиасты из МАИ нашли в лице директора ГАЗ № 1 А.М. Беленковича. На этом старейшем московском авиазаводе с 1930 г. вели опыты по изготовлению деталей из электрона. К 1933 г. там были освоены методы плавки и литья магниевых сплавов под флюсом, выпущены первые листы из электрона и детали из этого материала, вёлся поиск химических методов защиты от коррозии. Так как магниевые изделия очень хрупки, каждый раз перед обработкой их приходилось нагревать для повышения пластичности. Работы велись в одном из цехов завода в небольшой мастерской, где трудились всего пять человек: три медника, один мастер и один техник.

Участник работ И.И. Аврутин пишет: «В этой мастерской учились нагревать паяльными лампами листовой электрон (вначале по неопытности пережигали материал), загибать уголки и, наконец, начали изготовлять кницы, уголки и обводы нервюры крыла для статических испытаний.

Попутно с организацией мастерских в Московском авиационном институте конструкторская группа (в большинстве своём состоявшая из студентов) заканчивала разработку первого в истории авиации нашего Союза цельноэлектронного самолёта. Вся работа была построена по принципу кооперации, на что имелись официальные договоры, заключенные между участниками»[146].

Из-за низкой пластичности электрона брак при обжиме труб в первые месяцы составлял около 90 %. По несколько раз приходилось переделывать и другие детали, так как в местах деформаций возникали трещины. Пришлось изготовить немало специальных приспособлений: электрифицированные нагреваемые патроны для обжатия труб, гибочные машины, специальные тиски с подогревом и др.

Первым крупным изделием, выпущенным «электронной мастерской», стал монокок хвостовой части фюзеляжа, который при статических испытаниях показал вполне удовлетворительные результаты. После удачных испытаний мнение об электроне как конструкционном материале у многих работников авиапромышленности изменилось к лучшему. Летом 1934 г. были готовы центральная часть фюзеляжа и крыло для статических испытаний, одновременно запустили в производство хвостовое оперение и крылья лётного экземпляра. При постройке самолёта использовался приобретённый у фирмы «Фарбениндустри» электрон марки AZM.

Каркас крыла самолёта Э-1.

Задняя часть фюзеляжа.

Демонстрация легкости конструкции из электрона.

К ноябрю 1934 г. электронный самолёт Э-1 был готов. Как тогда было принято, ему присвоили имя одного из советских государственных деятелей — Серго Орджоникидзе.

Э-1 представлял собой свободнонесущий низкоплан с четырёхместной закрытой кабиной. Шасси неубирающееся. Конструкция машины была разнотипная для апробации различных изделий из электрона и разных конструктивно-силовых схем. Средняя и носовая части фюзеляжа, а также центроплан крыла имели ферменную конструкцию из склёпанных труб с обжатием их концов, хвостовая часть фюзеляжа — это оболочка с продольным набором и лёгкими шпангоутами, штампованными из листа. Крыло — однолонжеронное, полки лонжеронов тавровые, переменного сечения, со стенкой из электронного листа, нервюры ферменные, из тонкого швеллерного профиля. Всё было на заклёпках из сплава магналия с высоким содержанием алюминия (прочности и коррозионной стойкости электронных заклёпок не доверяли). Обшивка фюзеляжа и центроплана — из листового электрона, крыло и хвостовое оперение имели полотняную обшивку. На самолёте стоял семицилиндровый звездообразный двигатель воздушного охлаждения М-48 мощностью 200 л. с., созданный на основе серийного мотора М-11. Все металлические детали для защиты от воздействия внешней среды были оксидированы и имели лакокрасочное покрытие[147].

Постройка Э-1 в МАИ.

9 ноября 1934 г. во время заводских испытаний Э-1 произошла авария. Самолёт пилотировал лётчик А.И. Жуков[148].

На испытания в НИИ ВВС Э-1 поступил только через год. При осмотре обнаружили несколько очагов коррозии, главным образом внутри фюзеляжа, в местах нарушения лакокрасочного слоя. После очистки этих мест от ржавчины и покрытия их оксидной пленкой селенистой кислоты, коррозия там больше не возникала.

Испытания самолёта проходили с 8 октября по 28 ноября 1935 г. Их основной целью было выяснение механических свойства электрона в условиях полётных нагрузок и его коррозионной стойкости, поэтому полёты в основном сводились к взлёту и посадке, лётные характеристики машины большого интереса не представляли. Общая продолжительность 253 полётов составила всего 22 часа 35 мин., то есть каждый полёт в среднем продолжался немногим более пяти минут. Ведущим лётчиком-испытателем был П.М. Стефановский.

Самолет во время испытаний в НИИ ВВС в 1935 г.

Электронный самолёт существенно превосходил другие машины того же класса по относительному весу полезной нагрузки (0,415). Правда, на лётных характеристиках это никак не сказалось, так как в отношении аэродинамики Э-1 был далек от совершенства.

В выводах по испытаниям отмечалось:

«1. Попытку внедрения магниевых сплавов типа „электрон“ как конструкционного материала самолётостроения на примере самолёта Э-1 надо считать удавшейся. Конструктивное оформление самолётов из магниевых сплавов возможно имеет все данные к широкому развитию и может дать выигрыш в весе конструкции как минимум 10–12 % сравнительно с дюралем и другими алюминиевыми сплавами.

2. Строительство самолётов из магниевых сплавов может быть обеспечено как широкой собственной сырьевой базой, так и полуфабрикатами отечественного производства (завод № 95, завод им. Ворошилова).

3. Коррозионная устойчивость испытанных магниевых сплавов в действительных условиях эксплуатации свидетельствует об эффективности разработанного и примененного метода защиты их от коррозии (хромпиковая оксидная плёнка и лакокрасочное покрытие). Таким образом, малая стойкость магниевых сплавов против коррозии в настоящее время не может быть препятствием к дальнейшему их внедрению в строительство самолётов…Рекомендовать постройку из магниевых сплавов 4–5 машин, по своим аэродинамическим качествам стоящих на уровне современных требований к боевым самолётам, с последующим широким испытанием таковых не только на сухопутном аэродроме, но и в условиях морской авиации»[149].

Сравнительные данные самолётов Э-1, У-3 и КАИ-1.

Э-1 с закрытым капотом двигателем, 1937 г.

Но один год — слишком короткий срок, чтобы сделать окончательный вывод о способности защитных покрытий деталей из электрона противостоять коррозии. Поэтому в 1938 г. Э-1 подвергли в НИИ ВВС повторной проверке. До этого самолёт хранили то в ангаре, то под открытым небом. Летом 1937 г. машину подготовили для участия в скоростном перелёте лёгких самолётов из Москвы в Севастополь и обратно. Э-1 не относился к этому классу и летел вне конкурса. Пилотировал его А.И. Жуков. Из-за плохой погоды лётчик сбился с маршрута и закончил перелёт в Харькове.

Весной 1938 г. самолёт подготовили к новой серии испытаний в НИИ ВВС. Вместо М-48 на самолёте теперь стоял импортный мотор «Сальмсон» мощностью 175 л. с. Перед первым полётом, состоявшимся 9 апреля, Э-1 подвергли тщательному осмотру, предварительно смыв старую краску. На фюзеляже и центроплане было обнаружено несколько небольших очагов коррозии, но ржавчина была неглубокой и прочности конструкции не угрожала. Хуже было другое: 5 июня после 152 полётов на взлёт и посадку в обшивке фюзеляжа и обтекателей крыла заметили трещины. Через 10 дней испытаний самолёт вновь осмотрели: трещины увеличились в размерах, а в хвостовой части появились новые. После этого полёты прекратили, из обтекателей шасси и обшивки передней части фюзеляжа вырезали образцы листового материла для проверки на прочность в лабораторных условиях[150]. Так закончилась лётная жизнь первого советского электронного самолёта.

Э-1 на повторных испытаниях, 1938 г.

Э-1 был не единственным отечественным летательным аппаратом из электрона. На ГАЗ № 1 одновременно с самолётом построили планер из такого же магниевого сплава. В первом же полёте при посадке у него обломилось хвостовое оперение. Брошенные во дворе завода остатки планера, не имевшего защитного покрытия, менее чем за год уничтожила коррозия[151].

Выпускник МАИ М.Л. Бабад при участии А.Л. Гиммельфарба построил авиетку Э-2 «Клим Ворошилов». В отличие от Э-1, имеющего крыло и хвостовое оперение с полотняной обшивкой, Э-2 сделали полностью из электрона, даже воздушный винт был склёпан из двух 10-мм листов магниевого сплава. По схеме авиетка представляла собой свободнонесущий моноплан со среднерасположенным крылом прямоугольной формы с закруглёнными законцовками. Двигатель «Блекберн-Томтит» мощностью 18 л. с. вскоре заменили на «Анзани», 27 л. с. Но цельнометаллический самолётик оказался слишком тяжёл и для этого мотора. А.И. Жуков в 1934 г. выполнил на нём только один полёт, показавший, что мощность двигателя недостаточна. Больше летать на Э-2 не позволили из-за подозрений на коррозию конструкции. Несмотря на это во время ноябрьских праздников 1935 г. эта авиетка демонстрировалась на площади Маяковского в Москве как достижение советского самолётостроения.

Для проверки эксплуатационных качеств электрона в морской среде в 1936 г. началось строительство летающей лодки-моноплана Э-3 (конструктор П.М. Данилов). Она имела свободнонесущее трапециевидное крыло и двигатель М-11 с тянущим винтом. Лодка была целиком из электрона, крыло и оперение — с полотняной обшивкой. Самолёт остался недостроенным, работы по нему прекратили в 1937 г.[152]

Не смогли завершить строительство и истребителя И-21 конструкции Р.Л. Бартини, о котором говорилось в главе о самолётах «Сталь-6» и «Сталь-8», так как завод по производству легких сплавов № 95 в Кунцево не сумел наладить выпуск электрона с требуемыми авиастроителям характеристиками.

В 1938 г., сразу после завершения испытаний Э-1, в НИИ ВВС состоялось совещание по вопросу электрона как конструкционного материала. Приняли решение рекомендовать использование этого сплава в самолётостроении, но применять его на не относящихся к силовой конструкции деталях, таких как колёсные диски, капоты двигателей, баки, сидения, корпуса приборов[153].

Хотя работы по электронным самолётам не вышли из стадии эксперимента, связанное с ними освоение технологии выпуска деталей из магниевых сплавов ускорило внедрение данного материала в практику, а достижения металлургии в послевоенные годы сделали возможным применение в авиационной технике литейных и деформируемых сплавов на основе магния, пригодных для производства изделий, работающих в самых разнообразных условиях.