Одновременно с участием в проектах Д.Л. Томашевича Роберт Людвигович приступил к реализации собственных замыслов.
Концепция газодинамического единства
Прежде чем приступить к описанию событий, сопровождавших проектирование реактивного самолета Бартини, стоит кратко остановиться на работах его предшественников. Как ни странно, но первый полет с использованием реактивной тяги состоялся в 1910 году на самолете с мотокомпрессорным двигателем, построенном под руководством Анри Коанда. Но пионерами этого направления в авиации по праву считаются немцы. Напомню, что первые самолеты: Не-178 с турбореактивным двигателем и Не-176 с жидкостно-реактивным двигателем ЖРД — взлетели в 1939 году.
Занимались этим вопросом и в Советском Союзе. Первый полет с использованием реактивной тяги состоялся 28 февраля 1940 года с подмосковного аэродрома Подлипки. В тот день летчик-испытатель В.П. Федоров взлетел на ракетоплане РП-318, буксируемом за самолетом П-5. На высоте 3000 метров пилот отцепился от самолета и запустил ЖРД. Тогда мы еще не знали об опытах в Германии и в меру своих возможностей пытались решить задачи, связанные с полетом реактивного самолета.
Два года спустя взлетел прототип ракетного истребителя-перехватчика БИ, созданного А.Я. Березняком и А.М. Исаевым под общим руководством В.Ф. Болховитинова. Эту дату принято считать отправной точкой в истории отечественной реактивной авиации. Но я думаю, эту ошибку надо исправлять, поскольку первый полет все же состоялся в 1940 году на ракетоплане С.П. Королева.
Ракетоплан РП-318 — это, по сути, тот же самолет, только стартующий с помощью буксировщика. Тогда это был самый простой путь по исследованию полета реактивного летательного аппарата, и он был проложен Сергеем Павловичем, но реализован, когда великий творец отбывал свой срок в ГУЛАГе по 58-й (политической) статье.
В 1941 году в Омске, куда был эвакуирован завод № 156 с тюремным конструкторским бюро ЦКБ-29, Бартини начал прорабатывать предложение по реактивному самолету «Р», став третьим конструктором в Советском Союзе, пытавшимся создать подобную машину.
Если присмотреться к проектам летательных аппаратов, разработанных под руководством Роберта Людвиговича, то можно обнаружить общую черту. Начиная со «Сталь-7» конструктор стремился, чтобы как можно больше агрегатов планера создавало подъемную силу при минимальном лобовом сопротивлении. В «Сталь-7» это прежде всего поперечное сечение фюзеляжа, близкое к треугольному, плавно сопрягавшемуся с широким центропланом. В первом послевоенном самолете Т-117 — широкий фюзеляж, также вносивший существенный вклад в повышение аэродинамического качества. По тому же пути Роберт Людвигович пошел и в годы войны, предложив проект «Р».
Для самолета «Р» была предложена несущая система типа биплана Буземана, не создающая волновое сопротивление и представляющая собой плоский прямоточный двигатель, в котором горючее и окислитель поступали вдоль размаха крыла в виде перегретых паров. Камеры сгорания изнутри выложены тонкими трубами прямоточного котла, по которым под высоким давлением проходили горючее и окислитель по принципу противотока к инжектору.
Таким образом, на старте двигательная установка работала как жидкостно-реактивный двигатель (ЖРД) с подсосом воздуха, а при больших скоростях — как прямоточный воздушно-реактивный двигатель с использованием инжекции паров горючего. Проведенные опыты с инжектором такого рода подтвердили правильность предложенной концепции.
По образному выражению И. Берлина, это была концепция «газодинамического единства планера и силовой установки».
Много лет спустя, и особенно на рубеже 1950—1960-х годов, задачи тесного взаимодействия планера, силовой установки и воздушного потока, обтекающего летательный аппарат, стали доминирующими не только в работах Бартини, но и предметом исследований, направленных на создание сверхзвуковых самолетов. Достаточно отметить такие проекты, как пассажирский самолет Ту-144, бомбардировщик-ракетоносец Ту-160, многоцелевой Т-4 ОКБ П.О. Сухого, аналог американского ХВ-70 «Валькирия» и др. Особенно остро этот вопрос стоит и сегодня при проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов с воздушно-реактивными двигателями, и Бартини в этом отношении был первопроходцем.
Все, кто работал в оборонных отраслях промышленности Советского Союза, знают, что информация, содержащая секретные сведения, записывалась в «спецблокноты», в годы войны они именовались как «спецтетради» с грифом «секретно» и «фирменным» штампом:
Суть своего предложения Бартини изложил в «Объяснительной записке по определению летных данных самолета «Р», подготовленной в эвакуации в Омске и датированной 21 января 1941 года, откуда следует, в частности:
«Основная идея заключается в следующем:
1. Для рациональной компоновки реактивного двигателя с самолетом целесообразно создать машину, в которой струя двигателя и самолета взаимодействуют т. о., что(бы) интерференция увеличила тягу, уменьшила сопротивление и увеличила подъемную силу.
Такая схема осуществима путем расположения вытянутой вдоль размаха выходной щели газов реактивного двигателя на верхней стороне крыла. Тогда разряжение, созданное крылом, увеличивает скорость истечения газов реактивного двигателя, обдув же верхней стороны крыла дает уменьшение сопротивления и увеличение подъемной силы.
Данное обстоятельство, а также отсутствие винта и большое уменьшение веса машины в полете приведут к созданию самолета особой схемы.
2. Для улучшения работы воздушно-реактивного двигателя, в особенности на больших скоростях, целесообразно использовать кинетическую энергию перегретых паров топлива, вводимых в камеру сгорания. Мощность струи этих перегретых паров значительна. Если, например, на взлете расход топлива 2 кг/с и скорость его паров 1220 м/с, то их мощность равна 2000 л.с., что может быть использовано для увеличения компрессии в двигателе.
Наддув может быть осуществлен двумя различными путями:
а) непосредственно струями паров топлива через инжекцию при низком КПД компрессора, но при минимальном весе механизмов;
б) с помощью аксиального нагнетателя, приводимого в движение парами топлива, при высоком КПД, но при большом весе механизмов». (Архив Научно-мемориального музея Н.Е. Жуковского. Ф. Бартини, 5267, Д. 198.)
Как известно, одной из трудностей при выполнении аэродинамического расчета околозвукового самолета в те годы было определение волновой составляющей лобового сопротивления. Бартини, рассчитывая аэродинамические характеристики проекта «Р», как следует из той же пояснительной записки, «определял внешнее сопротивление <…> с учетом влияния числа Маха на Сх (коэффициент лобового сопротивления. — Прим. авт.) по эмпирическим данным…
В папке № 4 получен новый метод расчета тяги реактора при заданном геометрическом и термическом профиле канала. Этот метод дает более строгое решение величин, определяющих тягу, применение графического метода для решения дифференциального уравнения dV/ds упрощает технику вычисления». (Архив Научно-мемориального музея Н.Е. Жуковского. Ф. Бартини, 5267, Д. 199.)
